DE3039435C2

DE3039435C2 - Vorrichtung zur Regelung der Leerlauf-Drehzahl von Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3039435C2
Application number: DE3039435A
Authority: DE
Inventors: Alfred Dipl.-Ing. 7218 Trossingen Kratt; Bernd Dipl.-Ing. 7016 Gerlingen Kraus; Günther Dipl.-Ing. 7024 Filderstadt Plapp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-10-18
Filing date: 1980-10-18
Publication date: 1984-03-22
Also published as: GB2085619B; JPS5793667A; JPH0246780B2; DE3039435A1; US4441471A; GB2085619A

Description

Stand der Technik

Im Hinblick auf die schärfer werdende Abgasgesetzgebung kommt auch der Regelung der Lcerlaufdrch'/ahl eine immer größer werdende Bedeutung zu. Ausschlaggebend ist hier, daß eine Änderung der Leerlaufeinstellung nicht mehr jedermann möglich sein soll, und aus diesem Grunde ein sicherer Leerlauf über eine längere Betriebsdauer einer Brennkraftmaschine gewährleistet sein muß.

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Regelung der Lecrlaufdrehzahl nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Aus der DE-OS 27 49 369 ist bekannt, für die Regelung der Leerlaufdrehzahl ein elektromagnetisches Stellglied vorzusehen, das drehzahl- und temperaturabhängig gesteuert wird. Im großen und ganzen arbeitet diese Einrichtung zufriedenstellend, doch genügt sie nicht den Ansprüchen an äußerste Exaktheit bei der Regelung der Leerlaufdrehzahl bei allen vorkommenden Betriebsbedingungen.

Aufgabe der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Regelung der Leerlaufdrehzahl von Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung hat die Aufgabe, die geforderte Exaktheit der Regelung der Leerlaufdrehzahl zu ermöglichen, so daß auch über einen weiten Betriebsbereich hinweg günstige Abgaswerte erzielbar sind.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Von besonderem Vorteil hat sich dabei die Einbeziehung der Größen Betriebsspannung, Zeit, Drehzahl und z. B. ein Getriebeschaltsignal in die Verarbeitung des Signals für das elektro-magnetische Stellglied erwiesen.

Des weiteren ergibt sich vor allem eine schnelle Regelung dadurch, dsß die einzelnen R-cgelglieder mit P-, I- und D-Verhalten eine nichtlineare Charakteristik besitzen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten

jo Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Regelvorrichtung möglich.

Zeichnung

si Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Regelung der Leerlauf-Drehzahl bes einer Brennkraft-■"> maschine mit Fremdzündung,

F i g. 2 ein Flußdiagramm für den Einsatzfall der Regelung,

Fig.3 die Abhängigkeit der Soll-Drehzahl von der Ist-Drehzahl,

•»^r> Fig.4 den Vorlauf der Soll-Drehzahl über der Zeit. Schließlich zeigen die

Fig. 5 und 6 minimale und maximale Begrenzungen des Leerluftflusses abhängig von Drehzahl und Temperatur.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Das Ausführungsbeispiel betrifft eine Vorrichtung zur Leerlauf-Drehzahlregelung bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine. In Fig. 1 ist mit 10 eine Brennkraftmaschine bezeichnet, der Meßwertaufnehmer für die Drehzahl II, für die Temperatur 12 sowie für den Drosselklappen-Stellungswinkel 13 zugeordnet sind. Das Drehzahlsignal vom Meßwei taufnehmer 11 gelangt zu einem Frequenz-Spannungs-Wandler 15 und an-

^w) schließend zu einer Vergleichsstelle 16 für den Drehzahl Soll-Ist-Vergleich. Es folgt der eigentliche Regler, der aus drei Stufen 18, Iy und 20 mit P-, D- und /-Chrakteristik besteht. Zwischen dem Vergleichspunkt 16 und dem /-Regler 20 befindet sich noch ein

"⁵ Koppelpunkt 21. der den Ausgang des D-Reglers 19 mit dem Ausgangswert des Vergleichers 16 additiv verknüpft und davon ein Bcgrenzungssignal von einem Begrenzungsregler 22 abzieht. Sowohl der /-. als auch

der P- Regler 18 arbeiten ausgangsseitig auf ein Verknüpfungsglied 23. Sein Ausgangssignal dient als Führungssignal für ein Stellglied 24, jedoch wird es im Hinblick auf das gewünschte Takten des Stellglieds noch mit dem Ausgangssignal eines Sägezahngenerators der Frequenz von etwa 100 bis 300 Hertz (25) in einem Verglcicher 26 gekoppelt. Ausgangsseitig wirkt das Stellglied 24 dergestalt auf die Brennkraftmaschine ein, daß sich über die Regelung des Luftdurchsatzes im Ansaugrohr die gewünschte Leerlauf-Drehzahl angibt Der Pfeil im Block des P-Reglers 18 deutet auf eine mögliche Veränderung des Verstärkungsfaktors je nach Eingangssignalhöhe hin. Des weiteren kann die integrationskonstante des /-Regiere in Auf- und Abwärtsrichtung als Funktion der Drehzahlabweichung und der Temperatur beliebig gestaltet werden.

Eine Drehzahlsollwert-Steuerstufe 28 liefert ausgangsseitig ein Signal an die Vergleichstelle 16. Der zur Verfugung gestellte Drehzahl-Sollwert hängt z. B. von der Augenblicks-Drehzahl, der Temperatur, der Zeit, der augenblicklichen Versorgungsspannung urd dem gewünschten Drehzahl-Sollwert ab, darüber hinaus kann z. B. noch ein Getriebesteuersignal veraiteitet werden, um Drehzahleinbrüche zu vermeiden, wenn bei Automatikgetrieben von Stellung »N« in Stellung »D« geschaltet wird. Um alle diese Einflußgrößen berücksichtigen zu können, steht die Drehzahl-Sollwertstufe 28 mit den Ausgängen des Frequenz-Spannungs-Wandlers 15, des Temperaturgebers 12, einem Zeitgeber 29 sowie selbstverständlich mit der Batteriespannungsquelle 30 in Verbindung. Ein Potentiometer 31 steht stellvertretend für ein Einstellmittel für die gewünschte Solldrehzahl. Schließlich ist mit 32 ein Sollwertschalter bezeichnet, dessen Stellung z. B. vom jeweiligen Schaltzustand des Getriebes abhängt.

Auch der Begrenzungsregler 22 erhält neben einem Eingangssignal vom Ausgang der Koppelstufe 23 für den eigentlichen Regelvorgang zusätzlich Impulse bezüglich der Prehzahl, sowie der Temperatur und der jeweiligen Drosselklappenstellung, außerdem von einem Sollwertschalter 33, der mit dem Sollwertschalter 32 identisch sein kann, jedoch nicht muß. Wesentlich ist, daß die Begrenzungsregelung sowohl im Leerlauffall als auch bei geöffneter Drosselklappe arbeitet und dann wenigstens drehzahl- und temperaturabhängig diese Begrenzung steuert.

Die in Fig. 1 dargestellten Einzelelemente und Einzelblöcke stellen bezüglich ihrer Realisierung für den Fachmann kein Problem ilar, viele sind außerdem im Handel erhältlich.

F i g. 2 macht in einem Flußdiagramm deutlich, wie die Vorrichtung zur Drehzahlregelung nach Fig. 1 arbeiten kann. Das Flußdiagramm beginnt mit einer Abfrage, ob ein Startvorgang vorliegt oder nicht. Bei einer Drehzahl unterhalb einem minimalen Wert ist dieser Startfall gegeben und das Stellglied 24 soll im Impulsen des lastverhältnisses τ 1 angesteuert werden. Im Anschluß an die Startabfrage folgt das Abfragen der Stellung des Drosselklappenschalters. Deutet dessen Schaltstellung auf eine geöffnete Drosselklappe hin, dann liegt normaler Fahrbetrieb vor und die Steuerung des Stellgliedes erfolgt mit Impulsen eines Tastverhältnisses r 2. Im Falle eines Umgehungskanals zur Drosselklappe wird man das Stellglied während des normalen Fahrbetriebs in eine mittlere Stellung steuern, damit beim Übergang in den Leerlaufbetrieb Spielraum sowohl nach oben als auch nach unten gegeben ist. Im Gegensatz dazu wird dieser Umgehungskanal während

des Startbetriebs voll offen gesteuert im Hinblick auf ein gesichertes Anspringen der Brennkraftmaschine.

Bei geschlossenem Drosselklappenschalter können wiederum zwei Betriebszustände gegeben sein: Schubbetrieb und Leerlauf. Im Falle des Schubbetriebes erhält das Stellglied 24 Eingangssignale mit einem Tastverhältnis τ 3, das den Umgehungskanal im Hinblick auf eine gute Motorbremsung in den beinahe geschlossenen Zustand steuert, oder soviel Zusatzluft gibt, daß eine gute Verbrennung aufrechterhalten bleibt

Um ein noch besseres Einregeln der Drehzahl aus dem Schubbetrieb in den LL-Betrieb zu erreichen, wird noch abgefragt, ob die Drehzahl länger als z. B. eine Sekunde unter der Schuberkennungsschwelle liegt Erst wenn dieser Fall gegeben ist soll die eigentliche Leerlauf-Drehzahlregelung eingreifen, d. h. der Drehzahl-Sollwert soll sich an wenigstens einer der Größen Temperatur, Drehzahl. Zeit, Batteriespannung, gewünschtem Drehzahl-Sollwert und weiteren Schalter-Stellungen orientieren.

Verschiedene gewünschte Funktionsveriiufe sind in den nachfolgenden F i g. 3 bis 6 dargestellt

Fig.3 zeigt die gewünschte Abhängigkeit der Solldrehzahl von der Ist-Drehzahl. Beispielsweise wird der Sollv-ort dann erhöht wenn die Ist-Drehzahl aufgrund der Fahrpedalbetätigung durch den Fahrer um mehr als etwa 100 Umdrehungen pro Minute erhöht wird. Diese Maßnahme erleichtert das Einregeln der Drehzahl auf den stationären Wert nach sogenannten Gasstößen, wenn das Nachführen des erhöhten Sollwerts auf den stationären Wert verzögert wird, weil dann der Regler bereits zum Zeitpunkt 11 und nicht erst zum Zeitpunkt ί 2 reagiert Auf diese Weise lassen sich dann auch leichte Unterschwingungen verhindern und der Fahrkomfort verbessern.

Fig.4 zeigt ein Beispiel für eine zeitabhängige Drehzahl-Sollwerteinstellung. Im konkreten Fall ist unmittelbar nach dem Start für eine bestimmte Zeitdauer ein höherer Drehzahl-Sollwert gewünscht Der G'und liegt darin, daß bei λ-Sonde schneller ihre Betriebstemperatur erreichen soll und dies ist in der Regel nur durch eine höhere Drehzahl möglich. Erkennbar ist ein konstanter Bereich über eine gawisse Zeitdauer hinweg und im Anschluß daran ein Absenken auf den Normalwert, der etwa 20 Sekunden nach dem Start erreicht werden soll.

Ziel der Betriebsspannungsabhängigkeit beim Drehzahl-Sollwert ist es, daß die Ladebilanz für die Batterie verbessert wird, vor allem dann, wenn beim Zuschalten elektrischer Verbraucher die Batteriespannung absinkt.

Über die vorgesehenen zusätzlichen Schalteingänge für den Drehzahl-Sollwert, z. B. über den Sollwertschalter 32, läßt sich die Drehzahl z. B. beim Einlegen einer bestimmten Getriebestufe auf einen anderen Prehzahi-Sollwert umschalten, damit ein ruhiger Motorlauf gewährleistet ist. Das gleiche gilt z. B. für das Zuschalten einer Klimaanlage. Auch dann findet ein Lastsprung für die Brennkraftmaschine statt, und diesen gilt es über eine geänderte Leerlauf-Drehzahleinstellung auszugleichen.

Wird die Drehzahl durch den Fahrer über den Leerlauf-Sollwert hinaus erhöht, so schließt der Regler das Stellglied bis auf den im Regler festgelegten minimalen öffnungsqucschni't Diesen minimalen öffnungsquerschnitt wählt man im Hinblick auf eine gute Dynamik, d. h. ein gutes Einregeln in die stationäre Leerlauf-Drehzahl, abhängig von der Motordrehzahl und von der Motortemperatur. Die entsprechenden

Funktionsverläufe sind in der F i g. 5 ab dargestellt. Daraus ist ersichtlich, daß der minimale Querschnitt im Bereich einer bestimmten Drehzahl steigt und ansonsten einen konstanten Wert besitzt. Entsprechend wird gegen niedrigere Temperaturen dieser minimale Querschnitt zunehmend vergrößert im Hinblick auf ein gutes Fahrverhalten in der Nachstarlperiode.

Der volle maximale Öffnungsquerschnitt wird nur bei liefen Temperaturen gebraucht. Er kann deshalb temperaturabhängig begrenzt werden, wie es aus Fig.6a ersichtlich ist. Dadurch ergeben sich Vorteile bezüglich Drehzahl-Überschwinger. Diese können jedoch auch dadurch verringert werden, daß der maximale Querschnitt bei steigender Drehzahl zunehmend begrenzt wird. Erkennbar ist dies im Diagramm nach Fig.6b. Angegeben ist auf den jeweiligen Ord natenachsen ein Tastverhältnis χπ\»χ, das in unmittelbarem Zusammenhang mit dem jeweiligen Öffriungsquerschnitt steht.

Alle obengenannten Maßnahmen stellen sicher, dtß der Leerlauffall einer Brennkraftmaschine sicher und exakt beherrscht wird. Von Vorteil ist dies im Hinblick auf das geforderte saubere Abgas auch im Leerlauffall. Darüber hinaus läßt sich der Kraftstoffverbrauch bis an die Grenze des Möglichen senken, da aufgrund der Regelung von Leerlaufdrehzahl-Schwankungen keine sehr großen Sicherheitsabstände eingehalten werden müssen, damit die Brennkraftmaschine auch bei Lastsprüngen nicht abstirbt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Regelung der Leerlauf-Drehzahl von Brennkraftmaschinen, deren Drehzahl von einer im Saugrohr angeordneten Drosselklappe gesteuert wird, mit einem elektro-magnetisch betätigbaren Stellglied (24) zum Einstellen der Ansaugluftmenge in der Leerlaufstellung der Drosselklappe, mit einer Vergleichsstufe (16) für Soll- und Ist-Drehzahl sowie einem nachfolgenden, vorzugsweise Pl D-Verhalten aufweisenden Regler (18, 19, 20), dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahl-Sollwert außer von der gewünschten Leerlauf-Drehzahl (einstellbar mittels des Potentiometers (31)) und der Temperatur auch wenigstens von einer der Größen Ist-Drehzahl, Zeit, Versorgungsspannung und Getriebestellung abhängig ist und beim Regler eine eingangsgrößenabhängige Chrakteristik vorliegt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahl-Sollwert dann drehzahlistwertabhängig gewählt wird, sobald eine Drehzahlschwelle von etwa 100 Umdrehungen pro Minute über dem stationären Sollwert erreicht worden ist und die Rücknahme auf den Normalwert nach einer wählbaren Funktion verläuft.

3. Vorrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahl-Sollwert zeitabhängig nach dem Start von einem gegenüber dem stationären Wert höheren Pegel aus zurück genommen wird.

4. Vorrichtung nach ,Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ZeitaLh?jigigkeit des Drehzahl-Sollwerts etwa 20 Sekunden daut t.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (24) insbesondere drehzahl- und temperaturabhängig auf minimale und maximale Öffnungswerte einstellbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens in einem bestimmten Bereich der minimale Öffnungsquerschnitt mit zunehmender Drehzahl steigt und der maximale Querschnitt fällt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der minimale und der maximale Öffnungsquerschnitt gegen tiefe Temperaturen größer werden.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stellglied (24) eine Stellgliedsteuerstufe (35) zugeordnet ist. die außerhalb des Regelungsfalles das Stellglied abhängig von Betriebskenngrößen wie Start und Schubbetrieb steuert.