DE3231766A1 - Einrichtung zum regeln der leerlaufdrehzahl bei einer brennkraftmaschine - Google Patents
Einrichtung zum regeln der leerlaufdrehzahl bei einer brennkraftmaschineInfo
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Description
6.8,1982 Mü/Hm
ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1
Einrichtung zum Regeln der Leerlaufdrehzahl bei
einer Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Leerlauf-Drehzahlregelung
nach der DE-OS 30 39 !+35. Die
dort offenbarte Regeleinrichtung erfaßt die Drehzahl der Brennkraftmaschine und regelt sie mittels eines
PID-Reglers auf einen Sollwert ein. Dazu wird der Gemisch- bzw. Luftdurchsatz im Ansaugrohr variiert, indem
entweder die Drosselklappenposition oder jedoch der Luftdurchsatz durch den Bypaßkanal zur Drosselklappe
verändert wird.
Getrennt davon sind sogenannte Laufruheregelungen bekannt.
Laufruhe bedeutet hierbei die Gleichmäßigkeit des Rundlaufs der Kurbelwelle. Die Laufruhe wird geringer,
bzw. die Laufunruhe größer, wenn z.B. das Gemisch bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine zu stark
i M U
abgemagert wird, so daß nicht alle. Verbrennungsvorgänge mehr kontrolliert ablaufen. Als Folge davon ergeben sich Änderungen
im Drehmoment der Brennkraftmaschine, was wiederum zur Laufunruhe und gegebenenfalls zu Ruckein
führt. Basiert die Laufunruhe auf einem au mageren
Gemisch, dann kann ihr mittels einer Anfettung begegnet werden. Bekannte Laufruhe-Regeleinrichtungen
versuchen daher aus Gründen der Kraftstoffersparnis
auf die sogenannte Magerlaufgrenze zu regeln, indem die Zusammensetzung des Gemischs, d.h., fett, mager,
beeinflußt wird. Beispielhaft für Laufruheregelungen
mit Beeinflussung des Lambda-Wertes seien genannt:
DE-OS 2!+ 31+ 7^2, DE-OS 2k 17 187» DE-OS 29 39 590,
US-PS 3 789 816.
Bisher bekannte Leerlauf-Drehzahlregeleinrichtungen,
wie die eingangs Erwähnte, verarbeiten lediglich ein Drehzahlsignal und vollziehen einen Drehzahlsoll- und
-istvergleieh. Dabei kann der Drehzahlsollwert von der Temperatur abhängen, da bei noch kalter Brennkraftmaschine
verstärkt die Gefahr des Absterbens der Brennkraftmaschine besteht.
Nachteilig an der bekannten Leerlauf-Drehzahlregeleinrichtung ist es deshalb, daß gewisse Sicherheitsabstände
festgelegt werden müssen, die jedoch im Hinblick auf einen möglichst tiefen Leerlaufdrehzahlwert (aus Kraftstoff
ersparnisgründen) nicht wünschenswert sind.
-I- 1 β"0 1
Vorteile der Erfindung
Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Regelung
der Leerlaufdrehzahl kann auf diese Sicherheitsabstände,
die u.a. temperaturabhängig sind, nahezu versichtet
"werden, veil das jeweilige Augenblicksverhalten der Brennkraftmaschine zu Regelungszwecken ausgenützt
wird. Mit anderen Worten, es wird eine von der Güte der motorischen Verbrennung bestimmte extrem niedrige Leerlaufdrehzahl
ermöglicht, die gleichzeitig geringsten Kraftstoffverbrauch ergibt. Nach unten begrenzt wird
diese Drehzahl u.a. durch die geforderte Gasannahme.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher
beschrieben und erläutert. Es zeigen Figur 1 ein grobes Übersichtsschaubild einer Brennkraftmaschine
zusammen mit den wesentlichsten Aggregaten und einem Steuergerät als einzelnen Block, Figur 2 und 3 zwei
Diagramme, in denen die Laufunruhe über der Drehzahl bei verschiedenen Temperaturen eingetragen ist und
deren Kurvenverläufe die Regelung im Sinne der Erfindung zeigen. In Figur h schließlich ist ein grobes
Blockschaltbild der Einrichtung zur Regelung der Leerlaufdrehzahl dargestellt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die Ausführungsbeispiele betreffen Einrichtungen zur
Leerlauf-Drehzahlregelung bei Brennkraftmaschinen mit
Laufruhe als Meßgröße. Sie ermöglichen eine weitest-
Λ ?23 Ί
-X- I
gehende Absenkung der Leerlaufdrehzahl, was im Hinblick
auf ein Absenken des Kraftstoffverbrauchs wesentlich ist.
Im Stadtverkehr kann z.B. eine Absenkung der Leerlaufdrehzahl um 100 Umdrehungen pro Minute bis zu
2 % Kraftstoff einsparen. Überschreitet die Laufunruhe einen bestimmten Sollwert, dann wird entsprechend
der Erfindung die Menge des Gemischs wieder erhöht. Beim Benzin-Motor geschieht dies durch
ein Öffnen der Drosselklappe oder ein Öffnen des Bypaßq.uerschnittes , während beim Diesel-Motor die
gewünschte Laufruhe über eine gewisse Mehrmenge an Kraftstoff erreicht wird.
Figur 1 zeigt in grober Übersichtsdarstellung eine Brennkraftmaschine 10 mit Fremdzündung mit ihren wesentlichsten
Komponenten und Steuereinrichtungen. 11 markiert ein Luftansaugrohr, 12 eine Abgasleitung.
Im Ansaugrohr 11 befinden'sich hintereinander
ein Luftdurchsatzsensor 13» eine Drosselklappe
1k und ein Einspritzventil 15. Überbrückt ist die
Drosselklappe mittels eines Bypaßkanals 16, in dem ein Bypaßq.uerschnittsstellwerk 17 (im folgenden kurz
Bypaßsteller genannt) untergebracht ist. Ein elektronisches
Steuergerät trägt das Bezugszeichen 20. Es erhält Eingangssignale von einem Temperatursensor
21, einem Drehzahlsensor 22 sowie dem Luftdurchsat zsensor 13 und zwei Pfeile deuten noch die
Möglichkeit an, weitere Einflußgrößen auf das oder die Ausgangssignale des Steuergerätes 20 einwirken
zu lassen. Ausgangsseitig steht das Steuergerät 20 einmal mit dem wenigstens einen Einspritzventil 15
in Verbindung, ferner mit dem Bypaßsteller 17. Die
Drosselklappe 1 k wird unmittelbar vom Fahrpedal 24 'beeinflußt.
Im Falle einer elektronischen Steuerung der Drosselklappenposition erübrigt sich in gewissen Fällen
der Bypaßsteller 17» so daß das Steuergerät 20 über die gestrichelt gezeichnete Linie 25 unmittelbar
die Stellung der Drosselklappe beeinflussen kann. Schließlich deutet eine Leitung 23 noch auf eine Zündzeitpunktsteuerung
hin.
Die in Figur 1 dargestellte Grundstruktur einer Brennkraftmaschinensteuerung
ist als solche bereits Stand der Technik. Abhängig von Last und Drehzahl und Korrekturgrößen
wie z.B. der Temperatur des Kühlwassers ermittelt das Steuergerät 20 Einspritzmengensignale
für das Einspritzventil 15 und u.a. zusätzlich Ansteuersignale für den Bypaßsteller 17·
Wesentlich ist nun, daß im Steuergerät 20 ein Laufruhe- bzw. Laufunruhesignal gebildet wird und davon
abhängig eine Verstellung des Bypaßstellers 17 "bzw.
der Drosselklappe 14 erfolgt. Dadurch ergibt sich
ein höherer Luftdurchsatz im Ansaugrohr, der mittels
des Luftdurchsatzsensors 13 erfaßt wird und eine höhere Sinspritzmenge bewirkt. Im Gegensatz zu bekannten
Anlagen wird demnach bei der Erfindung bei einer zu großen Laufunruhe nicht unmittelbar das
Kraftstoffmengensignal, sondern das Luftsteuersignal
und damit die Gemischmenge variiert.
Der Erläuterung der erfindungsgemäßen Einrichtung
dienen die Darstellungen von Figur 2 und 3.
Beim Otto-Motor sind im Leerlaufbetrieb die Streuungen bei der Energieumsetzung sehr stark von Randbe-
dingungen wie Motortemperatur, Lufttemperatur, Luftdurchsatz
usw. abhängig. Mit abnehmender Drehzahl nimmt dieser Streuungswert, d.h. die Laufunruhe des
Motors progressiv zu. Figur 2 zeigt beispielhaft
den Verlauf von Laufunruhewerten (LU) bei verschiedenen Kühlwassertemperaturen. Danach steigt - vor allem als Folge verschlechterter Gemischaufbereitung und -verteilung sowie ungünstiger Entflammungsbedingungen - die Laufunruhe mit sinkenden Temperatur an.
den Verlauf von Laufunruhewerten (LU) bei verschiedenen Kühlwassertemperaturen. Danach steigt - vor allem als Folge verschlechterter Gemischaufbereitung und -verteilung sowie ungünstiger Entflammungsbedingungen - die Laufunruhe mit sinkenden Temperatur an.
Die Leerlaufdrehzahlregelung beim Gegenstand von Figur
1 kann nun im Hinblick auf die Darstellung von Figur derart erfolgen, daß zunächst als Sollwert eine obere
Leerlaufdrehzahl nL dient, die erfahrungsgemäß im-
max
mer eine ausreichende Laufruhe liefert (Punkt a).
Nachfolgenden wird die Menge des Gemischs zu einem
Sollwert der Laufunruhe LU _. zurückgenommen
(Punkt b), in dem sich dann eine Leerlaufdrehzahl nL1 einstellt. Mit steigenden Temperatur kann bei gleichem Laufunruhesollwert die Drehzahl weiter
zurückgenommen werden bis zum Wert nL2 (Punkt c). Steht im Zusammenhang mit dem Steuergerät 20 ein
sogenanntes lernendes Regelsystem zur Verfugung,
dann braucht die jeweilige Leerlaufregelung nicht immer vom Punkt a ausgehen, sondern der im vorangegangenen Leerlaufbetriebszustand erhaltene Drehzahlwert wird gespeichert und dieser Wert als neue Ausgangsgröße für die Regelung im nachfolgenden Leerlaufbetriebsfall verwendet.
(Punkt b), in dem sich dann eine Leerlaufdrehzahl nL1 einstellt. Mit steigenden Temperatur kann bei gleichem Laufunruhesollwert die Drehzahl weiter
zurückgenommen werden bis zum Wert nL2 (Punkt c). Steht im Zusammenhang mit dem Steuergerät 20 ein
sogenanntes lernendes Regelsystem zur Verfugung,
dann braucht die jeweilige Leerlaufregelung nicht immer vom Punkt a ausgehen, sondern der im vorangegangenen Leerlaufbetriebszustand erhaltene Drehzahlwert wird gespeichert und dieser Wert als neue Ausgangsgröße für die Regelung im nachfolgenden Leerlaufbetriebsfall verwendet.
ι ic-υ
Im Sonderfall kann es nun vorkommen - z.B. nach einer
langen Fahrt unter Vollasfbedingungen - daß der angestrebte Wert für die Leerlaufdrehzahl unterhalb
eines z.B. durch die Genauigkeit der Gemischmenge oder für eine brauchbare Gasannahme tauglichen Drehzahlwertes
absinkt (Kurve für \s* 3 in Figur 2). Dies
wird durch die Einführung eines unteren Leerlaufdrehzahlwertes
nL . ausgeschlossen. Dies bedeutet eine mm &
Regelung der Leerlaufdrehzahl im Bereich zwischen der
minimalen und der maximalen Leerlaufdrehzahl, wobei
ein bestimmter Laufunruhesollwert eingeregelt wird.
Figur 3 zeigt eine Änderung der in Figur 2 dargestellten Betriebsweise der Leerlaufdrehzahlregelung insoweit,
als dort eine Kombination von Mager- und Drehzahlregelung dargestellt ist. Diese Regelung hat besondere Bedeutung
im Hinblick auf eine niedrige CO-Schadstoffemission in der Warmlaufphase des Motors. Hierbei wird zunächst
eine vergleichsweise fette Leerlauf-Gemischzusammensetzung eingestellt (z.B. 2 % CO), (a, b) die im
nachfolgenden Schritt abgemagert wird, (c, d) (z.B. auf 0,5 % CO). Anschließend wird dann die Regelung wie aus
Figur 2 ersichtlich durchgeführt.
Als weitere Ergänzung kann schließlich die gemischseitige Laufruheregelung noch mit einer Zündwinkelregelung
kombiniert werden, um ein Optimum hinsichtlich aller Betriebsgrößen zu erlangen.
Im Falle einer Leerlaufdrehzahlregelung für eine
Diesel-Brennkraftmaschine greift die Laufruheregelung
in den Regelkreis für das mengenbestimmende Glied ein. Da der Diesel-Motor in der Regel mit
Luftüberschuß gefahren wird, entspricht die Änderung
der Gemischmenge "beim Benzin-Motor dem Wesen nach der Änderung der Einspritzmenge beim Diesel-Motor.
Die Art und Weise der Laufunruhe-Erfas sung kann sehr
vielschichtig sein. Möglich sind:
a) Umlaufzeiten der Kurbelwelle T, Bestimmung von
Änderungen der Umlaufzeit bzw. den Differentialquotienten
b) Ionenstrommessung im Brennraum,
c) Druckschwankungen im Brennraum,
d) Lichtintensitätsschwankungen, sowie
e) Messen dieser und anderer spezifischer Größen im Abgasrohr.
Im Hinblick auf heute allgemein übliche Rechnersteuerungen in Verbindung mit dem Kraftfahrzeug empfiehlt
sich eine Realisierung der Erfindung über eine entsprechende Programmierung des Rechners, d.h. rein
softwaremäßig. Der Vollständigkeit halber zeigt Figur
k eine Anordnung im Blockschaltbild zur Realisierung der erfindungsgemäßen Funktionen.
Mit 30 ist eine Laufunruhe-Erfassungstufe bezeichnet,
mit 31 und 32 Signalgeber für eine maximale und eine minimale Leerlaufdrehzahl nL und nL . . Eine von
max mm
äußeren Größen beeinflußbare Sollwertsteuerstufe trägt
das Bezugszeichen 33 und schließlich eine Lambda-Sollwertstufe
das Besugszeichen 3^·. Soll- und Istwert der
Laufunruhe werden mittels eines Komparators 36 verglichen
und das Ergebnis üb^r mehr oder weniger zusätzliche
Stufen letztlich dem Bypaßsteller 17 zugeführt. Die erwähnten, dazwischen geschalteten
υ ]
Stufen dienen der Eingrenzung des Regelbereichs. Eine
Maximalwert-Auswahlstufe sorgt dafür, daß die Laufunruheregelung
nur oberhalb einer minimalen Leerlaufdrehzahl möglich ist, eine nachfolgende Minimalwertauswahlstufe
30 sorgt für eine obere Drehzahlbegrenzung. Schließlich ermöglicht eine weitere Maximalwertauswahlstufe
kO eine Realisierung unterschiedlicher
Lambda-Steuerungen entsprechend der Darstellung von
Figur 3.
Lambda-Steuerungen entsprechend der Darstellung von
Figur 3.
Die einzelnen Minimal- und Maximal-Auswahlstufen sind
jeweils mittels gestrichelt gezeichneter Linien und innerhalb dieser Linien angeordneter Schalter It-1 bis U3
überbrückbar um anzuzeigen, daß die einzelnen Begrenzungsstufen wahlweise je nach Bedarf vorgesehen werden
können.
Bei Kenntnis des Erfindungsgedanken stellt die Realisierung
der einzelnen Blöcke für den Durchschnittsfachmann auf dem Schaltungs- und Regelungssektor kein
Problem dar, so daß sich ihre nähere Angabe erübrigt.
Claims (1)
- R· 1 8 Ο 1 46.8.i9o2 mi/Hm ?ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1AnsprücheEinrichtung zur Regelung der Leerlaufdrehzahl bei einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig von der Laufruhe Steuergrößen variierbar sind.2. Einrichtung zur Regelung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine mit Fremdzündung, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig von der Laufruhe der Gemisch- bzw. Luftdurchsatz im Ansaugrohr änderbar ist.3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gemisch- bzv. Luftdurchsatz im Ansaugrohr mittels eines Bypaßstellers (17) und/oder einer elektronisch steuerbaren Drosselklappe änderbar i s t.k. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig von der Laufruhe neben der Änderung des Gemisch- bzv. Luftdurchsatzes im Ansaugrohr ergänzend der Zündzeitpunkt verstellbar ist.5. Einrichtung nach wenistens einem der Ansprüche 1 bis h gekennzeichnet durch eine Kombination einer Laufruheregelung über Gemischmenge und Gemischzusammensetzung (Figur 3).6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingriff in die Gemischzusammensetzung vorzugsweise während des Warmlaufs erfolgt.7. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein minimaler Leerlaufdrehzahlwert (nL . ) und/oder ein maximaler Leer-mmlaufdrehzahlwert (nL ) als Begrenzung der Laufruheregelung vorgesehen ist.8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer selbst zündenden Brennkraftmaschine abhängig von der Laufruhe die eingspritzte Kraftstoffmenge änderbar ist.9. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Laufruheerfassung vorzugsweise ein Drehzahl-, Ionenstrom-, Druck- oder Lichtschwankungssignal ausgewertet wird.
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