DE3343854C2 - - Google Patents
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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 UFsoll zu bilden, das die Füh
rungsgröße der nachfolgenden Regelung darstellt. Die Auf
gabe des Stellregelkreises 14 besteht darin, das Ausgangs
signal Uα ist des Steilregelkreises 14 möglichst schnell
und exakt dem Eingangssignal Uα 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 UFsoll ein
Signal UF gebildet, und andererseits erzeugt die Ein
richtung 22 zur Bildung der Ruckelstörgröße aus einem
vom Wandler 13 gebildeten, drehzahlabhängigen Signal
UN ein Signal US. Diese beiden Signale UF und US wer
den in der Störgrößenaufschaltung 23 zum Signal Uα 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 UFsoll 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 Uα soll und Uα 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 Uα ist,
das die Position des Mengenstellwerks angibt. Der Reg
ler 30 steuert nun das Mengenstellwerk 31 so an, daß die
Differenz der beiden Signale Uα ist und Uα 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 UFsoll 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 UF ist.
Als Eingangssignal des Tiefpasses 41 können nun zwei
Signale verwendet werden. Führt man das Signal Ua 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 Ua soll
vom Ruckeldämpfer 20 selbst gebildet wird. Schließt
man dagegen das Signal Uα ist an den Tiefpaß 41 an,
so muß dieses Signal Ua 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 Uα ist dem Ruckeldämpfer zur Verfügung gestellt
werden kann.
Wird das Signal Uα soll rückgekoppelt, so muß darauf
geachtet werden, daß der nachfolgende Stellregelkreis
14 keine bleibende Abweichung zwischen Uα soll und Uα 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 Uα soll bzw. Uα ist direkt an den
Verknüpfungspunkt 42 angeschlossen werden kann. Der Regler
40 hat die Aufgabe, das Signal UF dem Signal UFsoll nach
zuführen. Bei der Auslegung des Reglers 40 muß darauf
geachtet werden, daß dieser Regler einerseits ein gutes
Führungsverhalten aufweist, daß also das Signal UF einem
Sprung des Signals UFsoll 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 US an die Störgrößenaufschaltung 23 weiterzu
geben. Es ist nun möglich oder notwendig, das Signal US
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 US liefert. Eine weitere Signal
formung des Signals US 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 US 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 US 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 UFsoll wird dem Führungs
former 60 zugeführt, dessen Ausgangssignal UF 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 UN beaufschlagt, während das Ausgangs
signal dieser Reihenschaltung ebenfalls an die Störgrößen
aufschaltung 23 angeschlossen ist. Das Ausgangssignal der
Störgrößenaufschaltung 23 ist dann das Signal Uα soll,
das den nachfolgenden Stellregelkreis 14 ansteuert. Bei
dem in der Fig. 5 dargestellten Ruckeldämpfer wird das
drehzahlabhängige Signal UN 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 Uα soll bzw. Uα 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 UN 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 UFsoll 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 UN beeinflussen, denn in
der nachfolgenden Einrichtung zur Bildung der Ruckel
störgröße 22 wird ja gerade abhängig von den schnellen
Ruckelschwingungen das Signal US 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.
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Family Applications (1)
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