DE3343854C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Beeinflussung eines Stellregelkreises bei einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Kraftfahrzeug stellt aufgrund der elastischen Aufhängung von Motor und Fahrwerk ein schwingungsfähiges Gebilde dar, das bei Stör­ einflüssen zu mehr oder weniger gedämpften Schwingungen angeregt werden kann. Störeinflüsse sind z. B. ein Kraftstoffmengensprung bei der Kraftstoffzumessung in die Brennkraftmaschine oder ein von außen, z. B. durch ein Schlagloch in der Fahrbahn verursachter Momentensprung. Die Schwingungen, die sich z. B. durch Drehzahlän­ derungen oder Relativbewegungen zwischen Motor und Karosserie be­ merkbar machen, liegen normalerweise zwischen 1 und 8 Hz und werden als Ruckeln bezeichnet.

Aus der DE-OS 29 06 782 ist eine gattungsgemäße Einrichtung zum Dämpfen von Ruckel­ schwingungen bei einer Brennkraftmaschine bekannt. Diese arbeitet wie folgt. Über eine Differenzierstufe werden die Ruckelschwingungen aus dem Drehzahlsignal der Brennkraftmaschine abgeleitet. Bei bestimmten Betriebskenngrößen erfolgt eine der Ruckelschwingung gegensteuernde Beeinflussung der Steuergröße der Brennkraftmaschine. Diese Gegen­ steuerung wirkt in der Frequenz der Ruckelschwingung und ist ab­ hängig von der Systemlaufzeit. Die bekannte Einrichtung ermöglicht zwar eine relativ gute Dämpfung der Ruckelschwingungen, doch er­ fordert sie einen äußerst hohen Aufwand an Schaltungselementen und/oder an Signalverarbeitung.

Ferner ist in der nicht vorveröffentlichten DE-OS 32 32 725 eine weitere Einrichtung zum Dämpfen von Ruckelschwingungen beschrieben. Dort ist zwischen einem Sollwertsteuergerät und dem Mengenstellwerk der Einspritzpumpe eine Regelung aufgebaut, die mit Hilfe der Dreh­ zahl der Brennkraftmaschine und der Mengenstellwerksposition die Kraftstoffzumessung in die Brennkraftmaschine so beeinflußt, daß die Ruckelschwingungen möglichst stark gedämpft werden.

Der Nachteil der bekannten Einrichtungen besteht darin, daß sie einen relativ hohen Aufwand an Schaltungselementen benötigen, und daß zu ihrer Einstellung eine größere Anzahl von Parametern aufein­ ander abgestimmt werden müssen. Dies hat unter anderem zur Folge, daß die bekannten Einrichtungen nicht nachträglich in ein vorhande­ nes Kraftstoffzumeßsystem eingebaut werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaf­ fen, die eine gute Dämpfung der Ruckelschwingungen ermöglicht, ohne daß ein hoher Aufwand an Schaltungselementen und/oder an Signalver­ arbeitung erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung angegeben und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 den prinzipiellen Auf­ bau eines Kraftstoffzumeßsystems mit einem eingefügten Ruckeldämpfer, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Stellregelkreises, Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines Führungsstellregelkreises und Fig. 4 drei Beispiele von Einrichtungen zur Bildung der Ruckelstörgröße. Zuletzt ist in Fig. 5 ein weiteres Beispiel eines Ruckeldämpfers dargestellt.

Bei den Ausführungsbeispielen handelt es sich um Regelun­ den zur Beeinflussung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine mit Selbstzündung.

In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau eines Kraftstoff­ zumeßsystems mit einem eingefügten Ruckeldämpfer darge­ stellt. Mit der Bezugsziffer 10 ist dabei ein Fahrpedal­ stellungsgeber, mit der Ziffer 11 ein Drehzahlgeber be­ zeichnet. Ein Sollwertsteuergerät 12 ist mit dem Fahr­ pedalstellungsgeber 10 und dem Drehzahlgeber 11 verbun­ den. Ein Wandler 13 ist dagegen nur an den Drehzahlgeber 11 angeschlossen. Mit der Bezugsziffer 20 ist ein Ruckel­ dämpfer bezeichnet, der aus einem Führungsstellregel­ kreis 21, einer Einrichtung 22 zur Bildung der Ruckel­ störgröße und einer Störgrößenaufschaltung 23 besteht. Dabei ist der Führungsstellregelkreis 21 mit dem Soll­ wertsteuergerät 12 und die Einrichtung 22 mit dem Wandler 13 verbunden, während die Störgrößenaufschaltung 23 an den Führungsstellregelkreis 21 und die Einrichtung 22 angeschlossen ist. Mit der Bezugsziffer 14 ist der Stell­ regelkreis des Kraftstoffzumeßsystems, mit der Ziffer 15 die Brennkraftmaschine selbst bezeichnet. Es bestehen Verbindungen zwischen der Störgrößenaufschaltung 23 und dem Stellregelkreis 14, und zwischen diesem Stellregel­ kreis 14 und der Brennkraftmaschine 15.

In der Einrichtung der Fig. 1 bilden der Fahrpedal­ stellungsgeber 10, der Drehzahlgeber 11, das Sollwert­ steuergerät 12, der Stellregelkreis 14 und die Brenn­ kraftmaschine 15 den Grundaufbau eines Kraftstoffzumeß­ systems. Das Sollwertsteuergerät hat die Aufgabe, aus der Fahrpedalstellung α und der Drehzahl n der Brenn­ kraftmaschine ein Signal U_Fsoll zu bilden, das die Füh­ rungsgröße der nachfolgenden Regelung darstellt. Die Auf­ gabe des Stellregelkreises 14 besteht darin, das Ausgangs­ signal U_{α ist} des Steilregelkreises 14 möglichst schnell und exakt dem Eingangssignal U_{α soll} dieses Stellregel­ kreises 14 nachzuführen. Zwischen das Sollwertsteuer­ gerät 12 und den Stellregelkreis 14 ist nun der Ruckel­ dämpfer 20 eingefügt.

In diesem Ruckeldämpfer 20 wird einerseits von dem Führungsstellregelkreis 21 aus dem Signal U_Fsoll ein Signal U_F gebildet, und andererseits erzeugt die Ein­ richtung 22 zur Bildung der Ruckelstörgröße aus einem vom Wandler 13 gebildeten, drehzahlabhängigen Signal U_N ein Signal U_S. Diese beiden Signale U_F und U_S wer­ den in der Störgrößenaufschaltung 23 zum Signal U_{α soll} verknüpft.

Für die Ausführung des Führungsstellregelkreises 21 und der Einrichtung 22 gibt es verschiedene Möglichkei­ ten. Unabhängig von dieser Ausführung ist es jedoch durch den prinzipiellen Aufbau der in Fig. 1 darge­ stellten Einrichtung möglich, den Ruckeldämpfer 20 in vorhandene Kraftstoffzumeßsysteme einzufügen und ihnen anzupassen.

Das Sollwertsteuergerät 12 und der Wandler 13 sind bekannte Einrichtungen. So ist es z. B. möglich, daß das Sollwertsteuergerät 12 mit Hilfe eines Kennfelds das Ausgangssignal U_Fsoll abhängig von den Eingangs­ signalen α und n bildet, während es sich bei dem Wand­ ler 13 z. B. um einen Frequenz-Spannungs-Wandler handeln kann.

Ein Ausführungsbeispiel eines Stellregelkreises 14 ist in der Fig. 2 dargestellt. Mit der Bezugsziffer 30 ist ein Regler bezeichnet, z. B. ein FID-Regler, während die Ziffer 31 an der Stelle eines Mengenstellwerks der Einspritzpumpe steht. Die Bezugsziffer 32 erhält einen Verknüpfungspunkt an dem die Signale U_{α soll} und U_{α ist} miteinander verknüpft werden. Das Ausgangssignal dieses Verknüpfungspunktes 32 wird dem Regler 30 zugeführt, dessen Ausgangssignal dann an das Mengenstellwerk der Einspritzpumpe 31 angeschlossen ist. Das Ausgangs­ signal des Mengenstellwerks 31 ist das Signal U_{α ist}, das die Position des Mengenstellwerks angibt. Der Reg­ ler 30 steuert nun das Mengenstellwerk 31 so an, daß die Differenz der beiden Signale U_{α ist} und U_{α soll} immer möglichst Null ist, daß also die tatsächliche Position des Mengenstellwerks 31 möglichst immer der gewünschten Position des Mengenstellwerks entspricht.

In der Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines Führungs­ stellregelkreises dargestellt. Die Bezugsziffer 40 be­ zeichnet einen Regler, z. B. einen PI-Regler, die Ziffer 41 einen Tiefpaß und die Bezugsziffer 42 steht an der Stelle eines Verknüpfungspunktes. Dieser Verknüpfungs­ punkt 42 wird von dem Signal U_Fsoll und von dem Ausgangs­ signal des Tiefpasses 41 beaufschlagt. Das Ausgangs­ signal des Verknüpfungspunktes 42 ist an den Regler 40 angeschlossen, dessen Ausgangssignal das Signal U_F ist. Als Eingangssignal des Tiefpasses 41 können nun zwei Signale verwendet werden. Führt man das Signal U_{a soll} dem Tiefpaß 41 zu, so ist die vollkommene Einfügbarkeit des Ruckeldämpfers 20 in ein vorhandenes Kraftstoffzu­ meßsystem gegeben, da in diesem Fall das Signal U_{a soll} vom Ruckeldämpfer 20 selbst gebildet wird. Schließt man dagegen das Signal U_{α ist} an den Tiefpaß 41 an, so muß dieses Signal U_{a ist} von außen dem Ruckeldämpfer 20 zugeführt werden. In diesem zweiten Fall ist also die Einfügbarkeit des Ruckeldämpfers 20 in ein vorhan­ denes Kraftstoffzumeßsystem nur dann möglich, wenn vom Kraftstoffzumeßsystem das Mengenstellwerks-Positions­ signal U_{α ist} dem Ruckeldämpfer zur Verfügung gestellt werden kann.

Wird das Signal U_{α soll} rückgekoppelt, so muß darauf geachtet werden, daß der nachfolgende Stellregelkreis 14 keine bleibende Abweichung zwischen U_{α soll} und U_{α ist} haben darf, und daß die Dynamik dieses Stellregelkreises 14 in hohem Maße die gesamte Ruckeldämpfung bestimmt. Abhängig vom Mengenstellwerk der Einspritzpumpe 31, wie auch von der übrigen Auslegung des Ruckeldämpfers ist es möglich, daß der Tiefpaß 41 entfallen kann und damit das Rückkoppelsignal U_{α soll} bzw. U_{α ist} direkt an den Verknüpfungspunkt 42 angeschlossen werden kann. Der Regler 40 hat die Aufgabe, das Signal U_F dem Signal U_Fsoll nach­ zuführen. Bei der Auslegung des Reglers 40 muß darauf geachtet werden, daß dieser Regler einerseits ein gutes Führungsverhalten aufweist, daß also das Signal U_F einem Sprung des Signals U_Fsoll möglichst schnell und exakt nachfolgt, daß aber trotz dieses Führungsverhaltens die Wirkung des Ruckeldämpfers 20 nicht aufgehoben wird. Es ist dabei auch möglich, daß der Regler 40 kein PI- Verhalten aufweist, sondern daß er eine andere, den Gegebenheiten des entsprechenden Ruckeldämpfers ange­ paßte Regelcharakteristik besitzt. Durch den prinzipi­ ellen Aufbau des Ruckeldämpfers 20 und durch eine ent­ sprechende Auslegung des in der Fig. 3 dargestellten Führungsstellregelkreises 21 ist eine Signalformung der Führungsgröße des nachfolgenden Stellregelkreises, also z. B. eine Anstiegsbegrenzung oder eine Unempfind­ lichkeitszone dieses Signals nicht notwendig.

Die Fig. 4 zeigt drei Beispiele von Einrichtungen zur Bildung der Ruckelstörgröße. Die Bezugsziffer 50 bezeich­ net einen Hochpaß, die Ziffer 51 steht an der Stelle einer Einrichtung zur Anstiegsbegrenzung und die Ziffer 52 an der Stelle einer Einrichtung zur Anstiegsbegrenzung mit einer Unempfindlichkeitszone. Im einfachsten Fall bein­ haltet die Einrichtung 22 zur Bildung der Ruckelstörgröße nur einen Hochpaß 50, wie dies in der Fig. 4a dargestellt ist. Dieser Hochpaß hat die Aufgabe, Ruckelschwingungen zu erkennen und die Größe dieser Ruckelschwingungen als Störsignal U_S an die Störgrößenaufschaltung 23 weiterzu­ geben. Es ist nun möglich oder notwendig, das Signal U_S zu begrenzen, wie dies in der Fig. 4b dargestellt ist. Dazu wird das Ausgangssignal des Hochpasses 50 an die Einrichtung zur Anstiegsbegrenzung 51 angeschlossen, die dann das Signal U_S liefert. Eine weitere Signal­ formung des Signals U_S ist z. B. auch dadurch möglich, daß die Einrichtung 51 um eine Unempfindlichkeitszone erweitert wird. Diese Möglichkeit ist in der Fig. 4c dargestellt. Dort ist das Ausgangssignal des Hochpasses 50 an die Einrichtung zur Anstiegsbegrenzung mit Un­ empfindlichkeitszone 52 angeschlossen, die dann das Signal U_S erzeugt. Die Entscheidung, welche der drei in der Fig. 4 dargestellten Beispiele von Einrich­ tungen zur Bildung der Ruckelstörgröße im jeweiligen Anwendungsfall benutzt wird, hängt vom jeweiligen Kraftstoffzumeßsystem ab, vor allem auch von dem be­ nutzten Mengenstellwerk der Einspritzpumpe. Dabei ist es auch möglich, abweichend von der Fig. 4 andere Möglichkeiten der Signalformung des Signals U_S vor­ zunehmen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ruckeldämpfers zeigt Fig. 5. Der Führungsstellregelkreis 21 dieses Ruckeldämpfers 20 besteht dabei aus einem Führungsformer 60, während die Einrichtung zur Bildung der Ruckelstör­ größe 22 aus einem ersten Hochpaß 61, aus einer Einrich­ tung zur Signalformung 62 und aus einem zweiten Hoch­ paß 63 besteht. Das Signal U_Fsoll wird dem Führungs­ former 60 zugeführt, dessen Ausgangssignal U_F dann an die Störgrößenaufschaltung 23 angeschlossen ist. Die Reihenschaltung des ersten Hochpasses 61, der Einrich­ tung zur Signalformung 62 und des zweiten Hochpasses 63 wird von dem Signal U_N beaufschlagt, während das Ausgangs­ signal dieser Reihenschaltung ebenfalls an die Störgrößen­ aufschaltung 23 angeschlossen ist. Das Ausgangssignal der Störgrößenaufschaltung 23 ist dann das Signal U_{α soll}, das den nachfolgenden Stellregelkreis 14 ansteuert. Bei dem in der Fig. 5 dargestellten Ruckeldämpfer wird das drehzahlabhängige Signal U_N über einen zweifachen Hoch­ paß als Störgröße der Führungsgröße des nachfolgenden Stellregelkreises 14 aufgeschaltet, wobei der Führungs­ stellregelkreis 21 dann nur aus dem Führungsformer 60 besteht, also keine Rückkopplung von U_{α soll} bzw. U_{α ist} existiert. Die Ausführung des Führungsformers 60 kann auf verschiedene Weise vorgenommen werden, z. B. auch in der Form eines PDT₁-Gliedes. Auch für die Einrichtung zur Signalformung 62 gibt es verschiedene Möglichkeiten, z. B. eine Einrichtung zur Anstiegsbegrenzung mit einer Unempfindlichkeitszone. Der in der Fig. 5 dargestellte Ruckeldämpfer 20 ist so aufgebaut, daß er zwischen einem Sollwertsteuergerät 12 und einem Stellregelkreis 14 eines vorhandenen Kraftstoffzumeßsystems eingefügt werden kann. Durch die verschiedenen Auslegungsmöglichkeiten des Ruckeldämpfers der Fig. 5 ist es dabei möglich, diesen Ruckeldämpfer dem vorhandenen Kraftstoffzumeßsystem anzupassen.

Besonders vorteilhaft an dem mit Hilfe der Fig. 1 bis 5 beschriebenen Ruckeldämpfer ist sein recht ein­ facher Aufbau. Dies hat zur Folge, daß bei der Ab­ stimmung des Ruckeldämpfers auf das vorhandene Kraft­ stoffzumeßsystem wenig Einstellparameter beeinflußt werden müssen. Durch diese geringe Anzahl von Einstell­ parametern ist es möglich, daß die Parameter auch noch abhängig von z. B. der Temperatur, der Drehzahl der Brennkraftmaschine, des eingelegten Ganges usw. beeinflußt werden können.

Es hat sich herausgestellt, daß es vorteilhaft ist, beim Anlassen der Brennkraftmaschine die Wirkung des Ruckel­ dämpfers einzuschränken. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daß das Signal U_N unterhalb einer vorgegebenen, bestimmten Grenzdrehzahl eine konstante Spannung und damit unabhängig von der aktuellen Drehzahl der Brennkraftma­ schine ist. Diese Berücksichtigung des Startvorgangs der Brennkraftmaschine kann z. B. innerhalb des Wandlers 13 durchgeführt werden.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Ruckelschwingungen nicht auf das Signal U_Fsoll einwirken zu lassen. Dies kann z. B. dadurch vermieden werden, daß z. B. im Sollwertsteuergerät 12 das vom Drehzahlgeber 11 gelieferte Signal zuerst z. B. über einen Tiefpaß ge­ leitet wird, daß also die schnellen Ruckelschwingungen ausgefiltert werden. Eine derartige Filterung darf natürlich nicht das Signal U_N beeinflussen, denn in der nachfolgenden Einrichtung zur Bildung der Ruckel­ störgröße 22 wird ja gerade abhängig von den schnellen Ruckelschwingungen das Signal U_S gebildet.

Es ist auch möglich, die in den beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispielen aufgeführten einzelnen Baugruppen zu­ sammenzufassen. Dadurch entsteht in vorteilhafter Weise z. B. eine Einrichtung zur Beeinflussung einer Brennkraft­ maschine mit Selbstzündung, bei der z. B. das Sollwert­ steuergerät, der Ruckeldämpfer, der Stellregelkreis und gegebenenfalls noch weitere Baugruppen eine Einheit bilden und z. B. in analoger Schaltungstechnik auf klein­ stem Raum Platz finden.

Die beschriebene Einrichtung zur Beeinflussung eines Stellregelkreises bei einer Brennkraftmaschine mit Selbst­ zündung kann nicht nur mit Hilfe eines analogen Schal­ tungsaufbaus realisiert werden, sondern es ist besonders vorteilhaft, die Einrichtung z. B. mittels eine Mikropro­ zessors und der entsprechenden Programmierung zu ver­ wirklichen. Es ist auch möglich, daß die beschriebene Einrichtung letztendlich nicht das Mengenstellwerk der Einspritzpumpe eines Kraftstoffzumeßsystems beein­ flußt, sondern daß die Einrichtung andere Größen zur Beeinflussung der Verbrennung in der Brennkraftmaschine ansteuert.

Claims (15)

1. Einrichtung zur Beeinflussung eines Stellregelkreises bei einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung mit Senso­ ren für Betriebskenngrößen (10, 11), einem Sollwertsteuer­ geräteteil (12) und einem Stellregelkreis (14), dadurch gekennzeichnet, daß der mit Hilfe eines vom Stellregel­ kreis (14) unabhängigen Führungsstellregelkreises (21) gebildeten Führungsgröße des Stellregelkreises eine von schnellen Drehzahländerungen abhängige Störgröße auf­ geschaltet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsstellregelkreis (21) aus einem Regler (40) besteht, der mit einem Verknüpfungssignal beauf­ schlagt wird, das aus der Führungsgröße des Führungs­ stellregelkreises und der rückgekoppelten Führungs­ größe des Stellregelkreises gebildet wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (40) vorzugsweise PI-Verhalten besitzt.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Rückkoppelweg der Führungsgröße des Stellregel­ kreises sich ein Phasenschieber (41) befindet.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber (41) vorzugsweise aus einem Tiefpaß besteht.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von schnellen Drehzahländerungen abhängige Stör­ größe mit Hilfe eines Phasenschiebers (50) gebildet wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die von schnellen Drehzahländerungen abhängige Störgröße einer Signalformung (51, 52) unterworfen wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber (50) vorzugsweise aus einem Hochpaß besteht.

9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalformung (51, 52) vorzugsweise wenigstens eine Anstiegsbegrenzung und/oder eine Unempfindlich­ keitszone umfaßt.

10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsstellregelkreis (21) aus einem Führungs­ former (60) besteht, und daß die von schnellen Dreh­ zahländerungen abhängige Störgröße mit Hilfe eines zweifachen Phasenschiebers (61, 63) und einer dazwi­ schenliegenden Signalformung (62) gebildet wird.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Führungsformer (60) vorzugsweise PDT₁-Verhalten besitzt.

12. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem zweifachen Phasenschieber (61, 63) vorzugsweise um zwei Hochpässe handelt.

13. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die dazwischenliegende Signalformung (62) vorzugsweise wenigstens eine Anstiegsbegrenzung und/oder eine Unempfindlichkeitszone umfaßt.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungs­ glieder (40, 41, 50, 51, 52, 60, 61, 62, 63) wenigstens abhängig sind von der Temperatur und/oder der Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder dem eingelegten Gang.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb einer vorgegebenen, bestimmten Grenzdrehzahl die der Führungs­ größe des Stellregelkreises aufgeschaltete Störgröße konstant ist.