DE3120667A1

DE3120667A1 - Steuersystem fuer eine fremdgezuendete brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3120667A1
Application number: DE19813120667
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dipl.-Ing. 7016 Gerlingen Bauer; Bernhard Dipl.-Ing. 7015 Korntal Bonse; Peter Dipl.-Ing. 7141 Schwieberdingen Schmidt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-05-23
Filing date: 1981-05-23
Publication date: 1982-12-16
Also published as: US4478186A; JPS57198344A; JPH0362898B2; DE3120667C2

Description

R. 700 β

2. U.1981 Mü/Hm

ROBERT BOSCH GMBH₅ TOOO STUTTGART 1

Steuersystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine Stand der Technik

Die Erfindung geht ^:aus von einem Steuersystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Ein steuerbarer Bypaß zur Drosselklappe dient in der Regel dazu, im Leerlauffall, d.h. bei geschlossener Drosselklappe, eine bestimmte Drehzahl einregeln zu können. Wird bei derartigen bekannten Systemen die Luftmenge zum Bestimmen der erforderlichen Kraftstoffmenge gemessen, dann liegt der Luftmengenmesser vor der Bypaßabzweigung stromaufwärts zur Drosselklappe, damit auch der Bypaßluftanteil erfaßt wird. Auf diese Weise erhält man dann sogenannte Füllungsregler mit konstanten Kraftstoff-Luftverhältnissen.

700 ti

Von Nachteil bei diesen bekannten Systemen ist₄ daß ihre Anwendung auf luftmengenmessende Systeme begrnzt ist und somit z.B. keine Kraftstoffzumeßsysteme Verwendung finden können, die lediglich abhängig τοπ der Drehzahl und der Drosselklappenstellung die Kraftstoffmenge bestimmen. Des weiteren kann bei den bekannten Systemen das Kraftstoff-Luftgemisch im Leerlauffall nicht beeinflußt, d.h. optimiert werden,.weil.zu jeder Gesamtluftmenge ein Kraftstoffmengenwert bestimmt wird. Ferner läßt sich der Bypaß bekannter Art nicht im Zusammenhang mit einer verbrauchsoptimalen Regelung verwenden. Dies deshalb, weil für die Verbrauchsoptimierung die Luftmenge bei konstanter Kraftstoffmenge gewabbelt wird.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Steuersystem mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine größtmögliche Zahl von Freiheitsgraden bei der Beeinflussung des Kraftstoff-Luft-Gemisches erreichbar ist. So lassen sich die Luftmenge und die Kraftstoffmenge getrennt einstellen, was zu einer besseren Optimierung der Regelung führt. Dabei ist von besonderem,Vorteil, daß dieser Bypaß im Teillastbereich zur Erzeugung eines Testsignals für eine verbrauchsoptimale Regelung benutzt werden kann, da sich beim erfindungsgemäßen Steuersystem die Beeinflussung der Kraftstoffmenge abschalten läßt.

Weitere Vorteile ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben und erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Blockdarstellung des Steuersystems, Figur 2 ein Blockschaltbild einer Einzelheit des Gegenstandes von Figur 1, Figur 3 eine Kennlinie zum Erläutern des Steuersystems von Figur 1, und die Figuren k bis 6 Blockschaltbilder für unterschiedliche Eingriffmöglichkeiten in das System im Zusammenhang mit einer Lambda-Regelung, einer Laufruhe-Regelung sowie einer verbrauchsoptimalen Regelung.

Beschreibung der Aus.führungsbeispiele

Das Ausführungsbeispiel von Figur 1 betrifft eine Leerlauf-Drehzahlregelung bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung. Mit 10 ist die Brennkraftmaschine selbst bezeichnet, mit 11 ihr Luftansaugrohr mit einer Drosselklappe 12, einem Luftmengenmesser 13, einem Drosselklappe und Luftmengenmesser umgehenden Bypaßkanal '\k und einem darin angeordneten Querschnittsteuerelement 15. 16 kennzeichnet das Stellorgan für das Querschnittssteuerelement 15 im Bypaßkanal Ik. Ein Fahrpedal ist mit 17 bezeichnet. Es wirkt unmittelbar auf die Stellung der Drosselklappe 12 ein,und diese Stellung wird mittels des Drosselklappen-Winkelgebers 18 erfaßt. An der Brennkraftmaschine selbst sind ein Temperatursensor 20, ein Sensor 21 für die Drehzahl bzw. Umlaufdauer sowie ein Momentensensor 22 angebracht. Mit 23 ist schließlich ein Abgassensor im Abgasrohr 2k bezeichnet

Die Kraftstoffzumessung erfolgt über wenigstens ein Einspritzventil 251 das einen Grundansteuerimpuls ti aus einem ersten Zeitglied 26 erhalt, das wiederum Eingangssignal

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vom Luftmengenmesser 13 oder vom Orosselklappen-Winkelgeber 18 sowie vom Drehzahlsensor 21 zugeführt bekommt. Ein Sonder zumeßrrl singal til wird im zweiten Zeitglied 27 gebildet. Die Ausgangssignale der "beiden Zeitglieder 26 und 27 gelangen entweder über einen Summenpunkt 28 auf das Einspritzventil 25 oder jedoch über einen neben den Summenpunkt gestrichelt gezeichneten Wechselschalter 29.

■Eingangssignale für das zweite Zeitglied 27 sind Signale vom Temperatursensor 20, von einem Regler 30 (ζ .B. Lambda-, Laufr.ühe- oder Verbrauchsregler) und von einem Regelgerät 31 für die Leerlauf-Drehzahl. Dabei entspricht das Signal vom Regelgerät 31 für die Leerlaufdrehzahl dem Ansteuersignal für.das Stellorgan des Querschnitt-Steuerelements 15. Eingangsgrößen für dieses Regelgerät 31 sind ein Ausgangssignal des Drosselklappen-Winkel- " gebers 18, des Temperatursensor 20 sowie des Drehzahlgebers 21. Darüber hinaus ist ein Eingang für eine Batteriespannungskorrektur vorgesehen. Schließlich erhält das Regelgerät 30 vom Drehzahlsensor 21, vom Momentsensor 22 und vom Abgassensor 23 seine Eingangssignale.

Wesentlich beim Gegenstand von Figur 1 ist nun, daß im Gegensatz zu den bekannten Systemen der Bypaßkanal 1h Drosselklappe 12 und Luftmengenmesser 13 überbrückt. Aus diesem Grund beeinflußt die durch den Bypaß strömende Luftmenge zumindest nicht unmittelbar die zuzumessende Kraftstoffmenge.

Erfindungsgemäß wird beim Gegenstand von Figur 1 eine zusätzliche Kraftstoffmenge in Abhängigkeit vom Öffnungsquerschnitt des Bypasses bestimmt. Dadurch ist jede beliebige Abhängigkeit einstellbar. Beim Ausführungsbeispiel ist als Kraftstoffzumeßsystem eine Einspritzanlage gewählt. Somit muß hier die Einspritzzeit beeinflußt werden. Die

-y-

Abhängigkeit der Einspritzzeit im Leerlauf tiL vom Querschnitt der Bypaßöffnung bzw. vom Ansteuersignal ΤΈΡ des Stellorgans 16

sowie von der Drehzahl η ist definiert durch die folgende Beziehung :

•tiL = a · (TBP - b) - +■ c.

Hierhin.^bedeuten a,. b und c wählbare Konstante'n.

Neben der Bestimmung von tiL über die angegebene oder eine andere Formel (z.B. tiL = a-^BP*^) mit ?"ΈΡ und η als unabhängigen Variablen läßt sich die Einspritzzeit auch z.B. aus einem Kennfeld · entweder unmittelbar entnehmen oder jedoch über einen Interpolationsvorgang.

Die Bestimmung der Formelkonstanten a, b und c bzw. des Kennfeldes erfolgt experimentiell.

Figur 2 zeigt ein Kennlinienfeld, wie es sich aus der oben angegebenen Formel ergibt.

Figur 3.zeigt in einem detaillierteren Blockschaltbild eine Einzelheit des Gegenstandes von Figur 1, nämlich des Regelgeräts 31 für <"*»> die Leerlauf drehzahl. Dem Eingang für die Drehzahlsignale vom Drehzahlsensor 21 ist eine Impulsformerstufe 35 nachgeschaltet. Es folgt ein Soll- Istvergleich bezüglich der Drehzahl, wobei die Solldrehzahl beim gewählten Beispiel abhängig von der Istdrehzahl, der Motortemperatur und der Batteriespannung gewählt wird. Block 37 bestimmt eine sogenannte tote Zone. Sie bewirkt einen gewissen Unempfindlichkeitsbereich .im Ansprechverhalten der Drehzahlregelung. Nachgeschaltet ist dem Block 37

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ein Schalter 38 zur Umschaltung von der Drehzahlregelung auf die Verbrauchsregelung. Dabei wird die Schaltstellung dieses Schalters 38 vom Ausgangssignal des Blocks 37 bestimmt. Wenn es einen zu hohen Wert aufweist, dann wird über eine Leitung 39 der Verbrauchsregler ^O abgeschaltet, d.h. das Testsignal des Verbrauchsreglers wird gestoppt, und der Schalter 38 gelangt in die gezeichnete Schaltstellung für eine Drehzahlregelung. Dadurch wird sichergestellt, daß die Einrichtung bei einer zu großen DrehZahlabweichung vom Sollwert in den Drehzahlregelbetrieb übergeht während sie sonst als Verbrauchsregler arbeiten kann. Die Verbrauchsregelung braucht dabei nicht ständig aktiv zu sein. Es genügt, wenn sie in gewissen Zeitabständen von z.B. einigen Sekunden jeweils kurzzeitig arbeitet.

Dem Schalter 38 folgt ein PID-Regler k2 mit einem Steuereingang 1+3 für die Anpassung der einzelnen Parameter an einzelne Betriebskenngrößen, z.B. an- die Regelabweichung der Drehzahl. Es schließt sich eine Begrenzungseinrichtung kk für das Ausgangs signal des Reglers k2 an, wobei zweckmäßigerweise die obere und/oder untere Begrenzung von Betriebskenngrößen wie Istdrehzahl, Motortemperatur und Drosselklappenposition beeinflußbar ist. In einem nachfolgenden Analog/Digital-Wandler U 5 erfolgt. schließlich die Aufbereitung des Ausgangssignals der Begrenzungsstufe kk in ein impulslängenmoduliertes Signal zur unmittelbaren Ansteuerung des Stellorgans 16 und des zweiten Zeitgliedes 27.

Einzelheiten des zweiten Zeitglieds 27 zum Beeinflussen der zuzumessenden Kraftstoffmenge abhängig vom Öffnungsquerschnitt des Bypasses 1k zeigen die Figuren k, 5 und 6.

Nach Figur k umfaßt der Block 27 als zweites Zeitglied des Gegenstandes von Figur 1 ein Kennlinienfeld 50 und eine Multiplizierstufe 51» der die Ausgangssignale von Kennlinien-

feld 50 und einem Kennliniengenerator 52 zugeführt werden. Ausgangsseitig steht die Multiplizierstufe 51 unmittelbar mit einem Ausgang 53 zur Abgabe des Signals tiL zur Verfügung. Während das Ausgangsssignal des Kennliniengenerators 52 von einem Temperatursignal über einen Eingang 5^ abhängig ist,.werden die einzelnen Eingangsgrößen des Kennfeldes 50 durch die Eingangssignale TH?^«*«</■**. und die Werte a, b und c bestimmt, die als' separate Größen inr Regelgerät 30 ge bildet werden.

Hauptbestandteil des Blocks 30 wiederum ist ein Regler 55 mit Integralverhalten, dessen Eingangssignal aufgrund eines nur im Leerlauffall geschlossenen Schalters 56 von. der Abgaszusammensetzung bestimmt wird. Dafür sorgt ein Lambda-Soll-Istvergleich über eine Vergleichsstufe mit einem Sollwert aus einer entsprechenden Sollwertvorgabestufe 58 und dem jeweiligen gemessenen und in einer Steuerstufe 59 aufbereiteten Lambda-Istwert.

Pie Anordnung nach Figur k zeichnet sich nun dadurch aus, daß die im zweiten Zeitglied 27 von Figur 1 vorgenommene Umsetzung des Ansteuersignals T~ffp für das Stellorgan in ein Kraftstoffzumeßsignal tiL

- .additiv durch Ändernlder .Earameter b oder c,

- multiplikativ durch Ändern des Parameters a, oder

- additiv und multiplikativ beeinflußt werden kann.

Hinzu kommt eine überlagerte Regelung mit Integrationsverhalten für diese einzelnen Werte und die Möglichkeit einer Regelung, des· Gemiachs .auf Lambda = 1 mit Hilfe eines Lambda-Signals von der Sonde 23.

Figur 5 zeigt prinzipiell die gleiche Anordnung wie Figur k mit dem einen Unterschied, daß das Regelgerät 30 nicht der Lambda-Regelung dient, sondern der Regelung auf einen be-

stimmten Laufruhewert. Dazu gelangt ein Signal vom Drehzahlgeber 21 zu einem Laufruhe-Meßgerät 6O„ in dem Frequenzänderungen im Ausgangssignal des fiebers 2"f in Laufruhewerte umgesetzt werden und diese Werte dann im Sinne einer Laufruheregelung weiterverarbeitbar sind..

Figur 6 zeigt schließlich Details des Regelgeräts 30 in Verbindung mit einer Verbrauchsregelung (bemin). Das Signal vom Drehzahlgeber 21 gelangt hier über einen Impulsformer 61

zu einem be . -Regler 62 mit einem Test-Signalgenerator 63» mm

Bei Vorhandensein eines Drehmomentengebers 22 wird dessen Aasgangssignal anstelle des Drehzahlsignals dem be . -Regler 62 zugeführt, was eine schnelle Regelung ermöglicht. Der Testsignalgenerator 63 weist einen Eingang zum unterbrechen der Testsignale bei zu großer Drehzahl-Regelabweichung auf. (Siehe hierzu die Leitung 39 in Verbindung mit Figur 3.) Über eine Ausgangsleitung 6k wird der Schalter 38 von Figur 3 ausgeschaltet, so daß das Ausgangssignal des Regel-¹ geräte 33 (Figur 3) keine Änderung erfährt.

Andererseits gelangt jedoch über einen Ausgang 65 des Testsignalgenerators 63 ein digitales Testsignal zu einer Addierstufe 67 in der Ansteuerleitung für das Stellorgan _w 16. In dieser Addierstufe 67 wird dann aufgrund des geöffneten Schalters 38 das Ausgangssignal des Reglers 31 mit dem Testsignal geändert und dadurch die Bypaßluftmenge gewobbelt. Aufgrund dieser Signalverknüpfung ergibt sich eine zyklische Veränderung des Bypaßq.uerschnittes und damit eine zyklische Abmagerung des Gemisches, ohne daß das zweite Zeitglied 27 von Figur 1 zur ergänzenden Kraftstoffzumessung, zum Tragen kommt.

Die über die Einrichtungen von Figur h bis 6 erreichbaren überlagerten.Regelungen sind in ihren Auswirkungen je nach Brennkraftmaschinentyp aufeinander abzustimmen. Hierzu

70 G β

bieten sich unterschiedliche Integrationszeitkonstanten ζ.Β» "beim Integralregler 25 oder z.B, ein zusätzlicher Proportionalanteil an.

Weben der Beeinflußung des Leerlaufeinspritzzeit tiL können die überlagerten ~ Regelungen in prinzipiell bekannter Weise zusätzlich zur Optimierung der Einspritzzeit außerhalb des Leerlaufbereichs benutzt werden, was durch das Signal 32 in Figur 1 angedeutet ist.

Es hat sich gezeigt, daß das oben beschriebene Steuersystem aufgrund der Kraftstoffmengensteuerung abhängig rom Bypaßquerschnitt eine sehr exakte Kraftstoffmenge bei hohem Fahrkomfort zu liefern vermag und darüber hinaus aufgrund der vielfältigen Eingriffsmöglichkeiten die unterschiedlichsten Parameter zu berücksichtigen im ' Stande ist.

-β-

Leerseite

Claims

2.U. 1981' Mü/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART J

Ansprüche

η J Steuersystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit einer Drosselklappe■im Luftansaugrohr, einem steuerbaren Bypaß zur Drosselklappe und mit einem Kraftstoffzumeßsystem, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens bei bestimmten Betriebszuständen abhängig von wenigstens dem Steuersignal für ein die Bypaßöffnung bestimmendes Stellorgan (16) ein Sonderzumeßsignal (tiL) gebildet wird.

2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Sonderzumeßsignal im Leerlauffall erzeugbar ist.

3. Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonderzumeßsignal außer von Steuersignalen für das Bypaß-Stellorgan (26) von der Drehzahl, der Temperatur, der Abgaszusammensetzung, der Laufruhe oder dem spezifischen Kraftstoffverbrauch beeinflußbar ist.

k. Steuersystem nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoffsonderzumeßsignal additiv zu einem Grundzumeßsignal wirkt (Addierstelle 28).

• β * ·

5· Steuersystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoff-Sonderzumeßsignal alternativ zur Grundzumessung wirkt (Weäh* eisehalter 29).

6. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonderzumeßsignal im Leerlauffall nach der Formel tiL = a - (?~BP - b) - + c

ermittelt wird.

^w 7. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonderzumeßsignal im Leerlauffall aus einem Speicher (50, 52) auslesbar ist.

8. Steuerzumeßsystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß über die Steuerung der Bypaßöffnung (15) und das Sonderzumeßsignal eine Lambda-Regelung öder Laufruheregelung oder Verbrauchsregelung erfolgt.

9. Steuersystem nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbrauchs-(bemin)Regelung im Leerlauf und/oder Teillastbereich das Sonderzumeßsignal konstant gehalten wird.