DE3604904A1

DE3604904A1 - Einrichtung zur regelung der laufruhe einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3604904A1
Application number: DE19863604904
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl Ing Kuettner; Wolf Ing Grad Wessel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1986-02-17
Filing date: 1986-02-17
Publication date: 1987-08-20
Also published as: WO1987005074A1; JP2545521B2; DE3667701D1; EP0293367B1; EP0293367A1; JPH01501643A

Description

Stand der Technik

Es ist eine Einrichtung zur Regelung der Laufruhe einer Brennkraftmaschine bekannt, mit deren Hilfe das Schwingen eines Kraftfahrzeugs im unteren Dreh zahlbereich, insbesondere im Leerlauf, behoben wird. Dieses Schwingen des Kraftfahrzeugs wird oftmals als "Schütteln" bezeichnet und ist eine Folge von Fer tigungstoleranzen, die in der Serienherstellung der Einspritzausrüstung auftreten.

Die in die einzelnen Zylinder einzuspritzenden Kraft stoffmengen sollen durch eine Laufruheregelung, bei der jedem Zylinder eine eigene Regelung zugeordnet wird, so korrigiert werden, daß jeder Zylinder mög lichst das gleiche Drehmoment abgibt, so daß dadurch ein ruhigerer Motorlauf entsteht. Bei dieser Lauf ruheregelung wird die Ist- und Sollwertbildung zum gleichen Zeitpunkt durchgeführt, was bei Groß signal-Drehzahlschwankungen den Nachteil ergibt, daß das Maß für die Abweichung des Istwerts bezüglich des Mittelwerts verfälscht wird, weil das Sollwert signal eine Verzögerung bzw. eine Phasenverschiebung erfährt. Dieser Nachteil führt zu einer Verschlechte rung des dynamischen Verhaltens des Einspritzsystems.

Vorteile des Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Regelung der Lauf ruhe einer Brennkraftmaschine hat demgegenüber den Vor teil, daß bei Großsignal-Drehzahlschwankungen die Pha senverschiebung, die zwischen Ist- und Sollwert auf tritt, kompensiert wird, so daß eine wesentliche Ver besserung des dynamischen Verhaltens des Einspritzsy stems erzielt wird. Die Kompensation der Phasenverschie bung zwischen Sollwert und Istwert wird dadurch erreicht, daß der Sollwert um z-1 Segmente eines bekannten Segment rades, das z Segmente aufweist, wenn es an der Kurbel welle angebracht ist, gegenüber dem Istwert verzögert wird. Die bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß eine vereinfachte Mittelwertbildung des Sollwerts mit Hilfe eines Filters erfolgt, der die Frequenz des "Schüttelns" herausfiltert, so daß 2×z Speicherzellen eines Mikro prozessors, der die Laufruheregelung und noch weitere Steuer- und/oder Regeleinrichtungen für die Kraftstoff zumeßeinrichtung steuert, weniger benötigt werden. Die Festlegung der Grenzfrequenz des Filters erfolgt nach 2 Gesichtspunkten: Einerseits muß das gemittelte Dreh zahlsignal bei Großsignal-Drehzahlschwankungen der Mo mentandrehzahl gut folgen können, andererseits muß eine bestmögliche Dämpfung der Nockenwellen-Drehzahlschwin gungen gewährleistet sein.

Ein weiterer Vorteil bietet sich bei der Verwendung von 2×z Proportional-Integral-Reglern statt z Proportional- Integral-Reglern, da dadurch auf eine Synchronisations einrichtung der Laufruheregelung verzichtet werden kann. Sind nur z Proportional-Integral-Regler in das Einspritzsystem eingebaut, so ist keine Synchronisation notwendig.

Bei einer Erhöhung der Drehzahl wird der Leerlaufregler- Integral-Zuwachs negativ und alle Leerlaufregler-Inte gratoren werden kleiner bis sie Regelweg=0 erreichen. Der Integrator wird für die Regelweg-Sollwert-Ausgabe auf 0 begrenzt, intern wird aber der Integrator so lange reduziert, bis alle Integratoren Regelweg=0 erreicht haben. Durch diese Maßnahmen wird gewährleistet, daß bei höheren Drehzahlen die Kraftstoffmenge nicht ver fälscht wird und die Integratoreneinstellungen beibe halten werden, damit beim nächsten Leerlaufbetrieb die richtigen Integratorstellungen schon eingestellt sind. Um die Stellzeit für die Laufruhe-Stellgrößen bei Kraft stoffmengenstellwerken mit bestimmter Einstellzeit zu verkürzen, wird eine Formung der Stellgröße durchge führt. Diese Stellgrößenformung bringt besonders bei hoher Zylinderzahl z, erhöhter Leerlaufdrehzahl und be grenzter Stellwerksstellzeit Vorteile. Die Formung er folgt derart, daß dem Stellwerk kurzzeitig eine zu große bzw. zu kleine Stellgröße vorgetäuscht und damit die Stellgeschwindigkeit erhöht wird.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die gleitenden Mittelwerte über 2 und 8 Segmente,

Fig. 2 den gleitenden Mittelwert über 2 Segmente und den gleitenden Mittelwert über 8 Segmente um 3 Segmente verzögert,

Fig. 3 eine erste Möglichkeit des Prinzips der Laufruhe regelung mit 4 Proportional-Integral-Reglern ohne Syn chronisation,

Fig. 4 das Prinzip der Laufruheregelung mit 8 Propor tional-Integral-Reglern,

Fig. 5 eine zweite Möglichkeit des Prinzips der Lauf ruheregelung mit 4 Proportional-Integral-Reglern ohne Synchronisation,

Fig. 6 das Prinzip der Laufruheregelung mit 4 Propor tional-Integral-Reglern mit Synchronisation,

Fig. 7 ein vereinfachtes Blockschaltbild mit Einbin dung der Laufruheregelung in das Einspritzsystem,

Fig. 8 den Verlauf der Laufruheregelung-Integratoren im Leerlauf und außerhalb des Leerlaufs,

Fig. 9 eine erste Alternative zur Soll- und Istwert bildung,

Fig. 10 eine zweite Alternative zur Soll- und Istwert bildung und

Fig. 11 das Prinzip der Stellgrößenformung zur Verkür zung der Stellzeit.

In Fig. 1 sind die gleitenden Mittelwerte über 2 und 8 Segmente aufgezeichnet. Die Zylinderzahl beträgt z=4. Der Sollwert wird dadurch erstellt, daß der Mittelwert über die zurückliegenden 2×z=8 Segmentzeiten gebildet wird. Der Istwert ergibt sich als Mittelwert der beiden zurückliegenden Segmentzeiten, was einen Arbeitshub eines Zylinders entspricht. Weiterhin zeigt Fig. 1, daß bei Großsignal-Drehzahlschwankungen eine größere Verzöge rung bzw. Phasenverschiebung des Sollwert gegenüber dem Istwert auftritt.

Fig. 2 zeigt den gleitenden Mittelwert über 2 Segmen te und den gleitenden Mittelwert über 8 Segmente, der um 3 Segmente verzögert ist. Diese Maßnahme ermöglicht, wie aus Fig. 2 zu entnehmen ist, daß die Regelung der Laufruhe auch bei Großsignal-Drehzahlschwankungen das richtige Maß für die Abweichung des Istwerts bezüglich des Mittelwerts erkennt.

Fig. 3 weist eine erste Möglichkeit des Prinzips der Laufruheregelung LRR mit Proportional-Integral-Reglern (PI-Regler) ohne Synchronisation aus. Hierzu sind fol gende Größen über der Zeitachse t aufgetragen. Momentan drehzahl, Segmentimpulse, Einspritzung, Zeit, Timerwert- Normierung TN über 1 Segment, Stellgröße und Segment zähler. In diesem Zeitdiagramm sind Berechnungszeit punkte von Soll- und Istwert angegeben. Im Zeitpunkt der Sollwert- und Stellgrößenberechnung für den Regler liegt der berechnete Istwert bereits 3 Segmente zurück.

Fig. 4 veranschaulicht das Prinzip der Laufruherege lung LRR mit 8 Proporional-Integral-Reglern (PI-Regler), wobei dieselben Größen wie in Fig. 3 über der Zeit achse t aufgetragen sind. Dieses Zeitdiagramm zeigt, daß nach jedem Segmentimpuls die Stellgröße eines Reg lers berechnet und 2 Segmente später ausgegeben wird. Die Istwertbildung im Regler 1 erfolgt über die Segmente 1 a und 1 b, für Regler 2 über die Segmente 1 b und 2 a, usw. Dabei wirken sich die Stellgrößen der Regler 2, 4, 6, 8 nicht auf eine Einspritzung aus. Ferner verdeutlicht dieses Zeitdiagramm, daß die Einspritzung die Segment zeit 2 a beeinflußt, und daß Regler 1 und Regler 2 die Drehzahlabweichung ausregeln mit dem Unterschied, daß die Stellgröße 1 eine Auswirkung auf die Einspritzung hat und Stellgröße 2 nicht, wobei Regler 1 und Regler 2 über die Segmentzeiten gekoppelt sind. Es korrigieren also immer z Regler die Kraftstoffmenge so, daß die Drehzahlabweichungen gleich 0 werden, so daß eine Syn chronisation nicht notwendig ist.

In Fig. 5 ist eine zweite Möglichkeit des Prinzips der Laufruheregelung LRR mit 4 Proportional-Integral-Reg lern (PI-Regler) ohne Synchronisation gebildet. Die Fig. 5 ist mit Fig. 3 zu vergleichen. Diese zweite Möglichkeit läßt ebenfalls wie die erste Möglichkeit in Fig. 3 eine stabile Laufruheregelung LRR zu. Die Fig. 5 zeigt, daß die Reaktion auf die Einspritzung im Zylinder 1 (Z 1) im zweiten und dritten Segment da nach erfaßt wird, in Fig. 3 bereits im ersten und zweiten Segment. Die Zeitpunkte für die Reglerberechnung und die Stellgröße verschieben sich bei der zweiten Möglich keit jeweils um ein Segment gegenüber der ersten Mög lichkeit. Da es diese beiden Einstellmöglichkeiten gibt, ist keine Synchronisation notwendig, und es bleibt dem Zufall überlassen, welche Einstellung sich vom Start weg einstellt.

Die Fig. 6 zeigt das Prinzip der Laufruheregelung LRR mit 4 Proportional-Integral-Reglern (PI-Regler) mit Synchronisation, wobei die Reaktion auf die Einsprit zung im Zylinder 1 (Z 1) im zweiten und dritten Seg ment danach erfaßt wird. Bei Zylinderzahlen z≧6 wer den die Bereiche schlechter Dynamik gleich oder größer als ein Segment, so daß hier auf eine Synchronisation nicht verzichtet werden kann. Eine Synchronisation für Zylinderzahlen z<6 ist auch notwendig, wenn das Stell werk der Kraftstoffzumeßeinrichtung nicht schnell genug ist, während eines Segments den Endwert zu erreichen und wenn eine größere Einstellmöglichkeit der Segment impulslage gewünscht wird.

Die Fig. 7 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild mit Einbindung der Laufruheregelung LRR in das Einspritz system. Der Leerlaufregler ist in einen Proportional- Anteil, LL-P-Anteil, und einen Integral-Anteil, LL-I- Anteil, und eine Integralzuwachsberechnung, I-Zuwachs, aufgeteilt. Der Integralzuwachs wird zu den Stellgrößen und Integratoren der Leerlaufruheregelung LRR addiert. Es wird der Mittelwert MW der Laufruhe-Integratoren ge bildet. Dieser Mittelwert MW wird einer Umrechnungs stelle U zugeführt, die über den Timerwert die Kraft stoffmenge bestimmt, die dem Zylinder zugeführt wird. Diese Umrechnungsstelle U wird mit einer Additions stelle 1 verbunden. Der Leerlauf-Regler-Proportional- Anteil wird ebenso mit dieser Additionsstelle 1 ver knüpft. Der Additionsstelle 1 wird bei Betätigung des Fahrpedals FP über die Änderung des Fahrverhaltens des Kraftfahrzeugs KFZ ein drittes Signal zugeführt. Die Fahrgeschwindigkeitsregelung FGR und die Additions stelle 1 sind an einen Maximalwertbegrenzer MAX ange schlossen, der zusammen mit einer Vollast/Rauch-Begren zung VL/R Signale an einen Minimalbegrenzer MIN abgibt. Dieser Minimalbegrenzer MIN führt über eine Kraftstoff temperaturkorrektur KTK, einem Pumpenkennfeld (Pumpen-KF) und einer Timerwert-Normierung TN Signale einer Sub traktionsstelle 2 zu. Das Ausgangssignal des gebildeten Mittelwerts MW der Laufruhe-Integratoren wird ebenfalls der Subtraktionsstelle 2 zugeleitet. Das Ausgangssignal der Subtraktionsstelle 2 wird einer Additionsstelle 3 zugeführt, die ein weiteres Signal durch die Laufruhe regelung LRR über eine Stellgrößenumschaltung SGU er hält. Das Ausgangssignal der Additionsstelle 3 wird der Regelweg-Sollwert-Ausgabe des Einspritzsystems zugeführt.

Der Minimalbegrenzer MIN ist mit der Laufruheregelung LRR gekoppelt, in der Form, daß außerhalb des Leerlauf- Betriebs die Integratoreinstellung unter der Nullinie gespeichert wird.

Fig. 8 zeigt den Verlauf der Laufruheregelung LRR- Integratoren 1 bis 4 im Leerlauf LL und außerhalb des Leerlaufs LL. Wenn die Laufruheregelung LRR arbeitet und der Motor ruhig läuft, stellen sich die Integratoren ein wie im Zeitpunkt t ₀. Tritt der Fahrer das Fahrpedal FP, dann erhöht sich die Drehzahl und der Zuwachs des Leer lauf-Regler-Integrals wird negativ und alle LRR-Inte gratoren werden kleiner bis sie Regelweg RW=0 erreichen. Im Zeitpunkt t ₁ hat der Integrator 2 den Regelweg RW=0 erreicht. Für die Regelweg (RW)-Sollwert-Aus gabe wird der Integrator auf 0 begrenzt, intern wird der Integrator so lange reduziert, bis alle Integra toren =0 sind, so daß bei höheren Drehzahlen die Kraft stoffmenge nicht verfälscht wird. Die Integratorein stellungen werden beibehalten, und somit sind beim nächsten Leerlauf-Betrieb die richtigen Integrator stellungen schon eingestellt. Die Kennlinie a zeigt den Mittelwert MW der Integratoren der Laufruheregelung im Leerlauf und außerhalb des Leerlaufs.

In Fig. 9 und 10 sind zwei Möglichkeiten der Soll- und Istwertbildung dargestellt, die den Vorteil haben, daß weniger Speicherzellen notwendig sind. Als Istwert wird nur eine Segmentzeit verwendet. Es wird das Segment ver wendet, in dem sich die Reaktion der entsprechenden Ein spritzung am besten auswirkt. Der Sollwert wird über z Segmente gebildet. Es werden abhängig vom Istwert die langen (Fig. 9) oder kurzen (Fig. 10) Segmente zur Soll wertbildung verwendet. Statt der Verarbeitung der Seg mentzeiten kann auch der entsprechende Drehzahlwert zur Soll- und Istwertbildung verwendet werden.

In Fig. 11 ist eine Möglichkeit zur Verkürzung der Stell zeit bei Kraftstoffmengen-Stellwerken mit einer bestimmten Stellzeit (z. B. Magnet-Stellwerke) gezeigt. Kurz nach dem Ausgabezeitpunkt für die nächste Stellgröße wird nicht der neue Endwert (z. B. S 1) ausgegeben, sondern eine Vorsteuergröße VS 1, die wie folgt gebildet wird:

VS 1=Faktor × (neue Stellgröße S 1 - vorherige Stellgröße S 4)

Der Faktor muß größer als 1 (z. B.=2) gewählt werden. Die Vorsteuerstellgröße VS 1 steht für die Zeit dt an. Der Faktor und die Zeit dt müssen auf die Stellgeschwin digkeit abgestimmt sein.

Claims

1. Einrichtung zur Regelung der Laufruhe einer Brenn kraftmaschine, bei der jedem Zylinder der Brennkraft maschine eine Regelung zugeordnet wird, und jede Rege lung aus einem ihr zugeordneten Istwert und einem Mit telwert einen Stellwert für den ihr zugeordneten Zy linder bildet, dadurch gekennzeichnet, daß bei Großsi gnal-Drehzahlschwankungen eine zeitliche Verzögerung bzw. eine Phasenverschiebung, die zwischen dem Istwert und einem Sollwert auftritt, kompensiert wird, und bei einer Zylinderzahl z eine entsprechende Anzahl z Pro portional-Integral-Regler (PI-Regler) eingebaut sind, die automatisch eine Synchronisation vornehmen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert gleich dem Mittelwert der Zeit über 2×z Segmente eines bekannten, an der Kurbelwelle ange brachten Segmentrades ist, das z Segmente aufweist.

3. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwert gleich der Zeit über zwei Segmente des bekannten Segmentrades ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwert über das nächste und zweitnächste Seg ment nach einer Einspritzung oder über das zweit- oder drittnächste Segment gebildet wird.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Soll- und der Istwert als Drehzahl oder als Zeit verarbeitet werden.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwert auch über 1 Seg ment und der Sollwert über z Segmente gebildet werden kann, wobei zwischen den z Segmenten für die Sollwert bildung immer 1 Segment liegt, das nicht verwendet wird.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert gegenüber dem Istwert um z-1 Segmente des bekannten Segmentrades ver zögert ist.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Mittelwertbildung des Sollwerts ein Filter verwendet wird.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter eine Grenzfre quenz besitzt, die so festgelegt ist, daß bei Großsi gnaldrehzahlschwankungen ein gemitteltes Drehzahlsi gnal dem Momentandrehzahlsignal folgen kann und eine Dämpfung von Nockenwellen-Drehzahlschwingungen gewähr leistet ist.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von 2z PI- Reglern nach jedem Segmentimpuls, bei Verwendung von z PI-Reglern nach jedem zweiten Segmentimpuls eine Stell größe berechnet wird.

11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgröße zwischenge speichert wird und bei Verwendung von 2z Reglern um z-2 Segmente, bei Verwendung von z Reglern ohne Synchroni sation um z-3 Segmente und bei Verwendung von z Reglern mit Synchronisation um z-4 Segmente verzögert wird.

12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Stell werks, das die Kraftstoffwunschmenge erst nach einer be stimmten Zeit einstellen kann, eine Stellgrößenformung vorgenommen wird, mit dem Ziel, daß die Kraftstoffmenge schneller eingestellt wird.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich net, daß die Stellgrößenformung aus der Differenz von aufeinanderfolgenden Stellgrößen multipliziert mit einem Faktor größer als 1 gebildet wird und während der Zeit dt nach einem Stellgrößenausgabezeitpunkt wirksam ist.

14. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Zylinderzahl z die gleich oder größer als 6 ist, durch eine Anordnung von 2×z Proportional-Integral-Reglern (PI-Regler) auto matisch eine Synchronisation erfolgt.

15. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Einbindung der Laufruheregelung (LRR) in das Einspritzsystem im Leer lauf (LL) ein Integral-Zuwachs (I-Zuwachs) des Leer laufreglers (LL-Regler) auf alle Integratoren der Lauf ruheregelung (LRR) aufaddiert wird und somit alle In tegratoren der Laufruheregelung (LRR) gemeinsam ver ändert.

16. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Bedienung des Fahrpedals (FP) der Integral-Zuwachs (I-Zuwachs) negativ werden kann und alle Integratoren der Laufruheregelung (LRR) kleiner werden, bis sie Regelweg (RW)=0 erreichen.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich net, daß ein Integrator zu dem Zeitpunkt, ab dem er den Regelweg (RW)=0 erreicht, für die Regelweg-Sollwert- Ausgabe auf 0 begrenzt wird.

18. Einrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch ge kennzeichnet, daß der Integrator, der Regelweg (RW)=0 erreicht hat, intern so lange reduziert wird, bis alle Integratoren den Regelweg (RW)=0 erreicht haben.

19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß bei höheren Drehzahlen die Integratoren ihre Einstellungen beibehalten, so daß beim nächsten Leerlauf (LL)-Betrieb die richtigen Integra torstellungen vorliegen.

20. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittelwert der Laufruhe integratoren gebildet wird.

21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeich net, daß der Mittelwert der Laufruheintegration zum Leer lauf-Proportional-Anteil addiert wird.

22. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeich net, daß der Mittelwert der Laufruheintegration von einem aus dem Pumpen-Kennfeld (KF) abgeleiteten Wert subtrahiert wird.

23. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Stellgrößen der Laufruhe regelung (LRR) auf die Kraftstoffmenge aufgeschaltet werden.