DE4005735A1 - Verfahren und einrichtung zur regelung/steuerung der laufruhe einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Rege­ lung/Steuerung der Laufruhe einer Brennkraftmaschine gemäß den Ober­ begriffen der unabhängigen Ansprüche.

Ein solches Verfahren und eine solche Einrichtung zur Regelung/Steu­ erung der Laufruhe einer Brennkraftmaschine ist aus der DE-OS 33 36 028 (US-A-46 88 535) bekannt. Das dort beschriebene Ver­ fahren beseitigt Schwingungen des Fahrzeugs im unteren Drehzahlbe­ reich, insbesondere im Leerlauf. Diese Schwingungen werden auch als Schütteln bezeichnet und beruhen unter anderem auf Fertigungstole­ ranzen. Diese Fertigungstoleranzen bewirken, daß einzelnen Zylindern unterschiedliche Mengen zugemessen werden. Die Schwingungen werden beseitigt, indem jedem Zylinder eine Regelung zugeordnet wird, die die Kraftstoffzumessung auf möglichst große Laufruhe regelt.

In bestimmten Betriebszuständen, insbesondere bei Systemen mit einem Zwei- Massen- Schwungrad, treten Schwingungen auf, die mit einem Verfahren und einer Einrichtung gemäß dem Stand der Technik nicht ausgeglichen werden können. Es ist sogar so, daß durch die Laufruhe­ regelung die Schwingungen noch verstärkt werden können.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem System zur Rege­ lung/Steuerung der Laufruhe einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art, alle auftretenden Schwingungen zu beseitigen. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale ge­ löst.

Vorteile der Erfindung

Bei einem System zur Regelung/Steuerung der Laufruhe einer Brenn­ kraftmaschine der eingangs genannten Art, können alle auftretenden Schwingungen beseitigt werden.

Die Erfindung wird nachstehend, anhand der in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsformen, erläutert.

Zeichnungen

Fig. 1 zeigt schematisch eine Kraftstoffzumeßeinrichtung. In Fig. 2 sind die einzelnen Bereiche, in denen die Laufruheregelung bzw. Steuerung aktiv ist, aufgezeigt. Fig. 3 zeigt ein grobes Flußdia­ gramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Fig. 4a und 4b zeigen ein detailliertes Flußdiagramm. In Fig. 5 sind in einem Diagramm verschiedene Signalverläufe eingetragen.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist schematisch die Kraftstoffzumeßeinrichtung darge­ stellt. Eine Brennkraftmaschine 10 mit mehreren Zylindern erhält von einer Kraftstoffpumpe 20 Kraftstoff zugemessen. Ein elektronisches Steuergerät 30 berechnet abhängig von verschiedenen Eingangsgrößen 35 und den Ausgangssignalen eines Sensors 40 Steuersignale für die Kraftstoffpumpe 20. Ein Sensor 40 erfaßt die von einem, auf der Kur­ belwelle angeordneten, Segmentrad 50 ausgelösten Impulse.

Das von der Brennkraftmaschine erzeugte Drehmoment wird direkt oder über ein Zwei- Massen- Schwungrad 60 auf den Antriebsstrang 70 des Kraftfahrzeuges übertragen. Das elektronische Steuergerät 30 berech­ net abhängig von verschiedenen Größen 35 eine Grundkraftstoffmenge und eine Korrekturkraftstoffmenge. Die Funktion des elektronischen Steuergeräts 30 ist z. B. in der DE-OS 36 04 904 oder in der DE-OS 33 36 028 detailliert beschrieben.

Es kann der Fall eintreten, daß den einzelnen Zylindern bei gleichem Ansteuersignal unterschiedliche Kraftstoffmengen zugemessen werden oder daß einzelne Zylinder bei gleicher Kraftstoffmenge ein unter­ schiedliches Drehmoment liefern. Um eine Laufunruhe zu vermeiden, müssen diese Unterschiede ausgeglichen werden. Dies wird dadurch erreicht, daß jedem Zylinder ein Regler zugeordnet ist. Besonders vorteilhaft ist, wenn diese Regler PI- Verhalten aufweisen. Aus den unterschiedlichen Abständen der Segmentimpulse von Verbrennung zu Verbrennung errechnen die einzelnen Regler eine Korrekturkraftstoff­ menge für jeden einzelnen Zylinder. Diese Korrekturkraftstoffmengen werden in der elektronischen Steuereinheit 30 zylinderspezifisch abgespeichert.

Bei aktiver Regelung der Laufruhe werden die Korrekturkraftstoffmen­ gen laufend ermittelt, abgespeichert und bei der Zumessung in den entsprechenden Zylinder zu der Grundkraftstoffmenge hinzuaddiert. Die Korrekturkraftstoffmenge kann dabei positive oder negative Werte annehmen. Bei einer Steuerung der Laufruhe werden die Korrektur­ kraftstoffmengen für die einzelnen Zylinder nicht mehr neu berech­ net. In diesem Fall werden die abgespeicherten Werte zu der Grund­ kraftstoffmenge hinzuaddiert.

Üblicherweise ist die Laufruheregelung nur im Leerlaufbetrieb akti­ viert. Außerhalb des Leerlaufs erfolgt eine Laufruhesteuerung bzw. die Kraftstoffzumessung erfolgt unabhängig von der Laufruhe. Diese unterschiedlichen Bereiche sind beispielhaft in Fig. 2a und Fig. 2b dargestellt. Im Bereich der Leerlaufdrehzahl LLN, deren Wert liegt üblicherweise bei etwa 700 Umdrehungen pro Minute, ist die Laufruheregelung aktiv. Eine Regelung findet also nur in einem Dreh­ zahlbereich zwischen ca. 550 und 850 Umdrehungen pro Minute statt. In den restlichen Drehzahlbereichen erfolgt nur eine Steuerung der Laufruhe.

Oberhalb einer bestimmten Grenzdrehzahl wirken sich die Fertigungs­ toleranzen nicht mehr aus. Daher bringt oberhalb dieser Grenzdreh­ zahl das Laufruheprogramm keine Vorteile mehr. Dies ist üblicherwei­ se bei ca. 1500 Umdrehungen pro Minute der Fall. Zur Einteilung der Bereiche, in denen die Laufruheregelung bzw. Laufruhesteuerung akti­ viert ist, können anstelle der Drehzahl auch andere Betriebskenn­ größen herangezogen werden. Eine solche Größe ist z. B. die pro Hub eingespritzte Kraftstoffmenge. Wie in Fig. 2b gezeigt ist die Lauf­ ruheregelung nur bei einer eingespritzten Kraftstoffmenge zwischen 3 mg/Hub und 11 mg/Hub aktiv.

Die Bereiche, in denen die Laufruheregelung aktiv ist, hängen von der Leerlaufdrehzahl ab. Da unterschiedliche Typen von Brennkraftma­ schinen auch unterschiedliche Leerlaufdrehzahlen aufweisen, weichen die Bereiche je nach Typ der Brennkraftmaschine von den obigen Wer­ ten ab.

Treten in dem System Kraftfahrzeug Brennkraftmaschine Schwingungen mit sehr hoher Amplitude und/oder bestimmten Frequenzen auf, so kann der Fall eintreten, daß diese Schwingungen durch die Laufruherege­ lung nicht ausgeglichen werden können. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Fahrzeug mit einem Zwei- Massen- Schwungrad aus­ gerüstet ist. Dieses Zwei- Massen- Schwungrad hat je nach Betriebs­ bedingungen verschiedene Resonanzfrequenzen. Werden diese Resonanz­ frequenzen angeregt, so übertragen sich diese Schwingungen auf das gesamte System Kraftfahrzeug Brennkraftmaschine. Besitzen diese Schwingungen eine Frequenz F die gleich der Kurbelwellenfrequenz oder dem 1,5- Fachen der Kurbenwellenfrequenz ist, so stören diese Schwingungen den Laufruheregler. Es tritt z. B. der Fall ein, daß die Korrekturkraftstoffmenge laufend vergrößert wird, obwohl dies momen­ tan nicht notwendig ist. Durch die erhöhten Korrekturmengen werden die Schwingungen noch verstärkt. In diesem Fall muß die Laufruhere­ gelung abgeschaltet werden.

In Fig. 3 ist ein grobes Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfah­ rens aufgezeigt, mit dem solche Schwingungen vermieden werden kön­ nen. In einem ersten Schritt/310 wird die Schwingungsfrequenz F oder die Regeldifferenz DN, d. h. die Differenz zwischen Soll- und Ist- Wert, erfaßt. Eine Abfrageeinheit 320 erkennt, ob die Regeldif­ ferenz DN bzw. die Schwingungsfrequenz F einen bestimmten Wert über­ schreitet.

Erreicht die Frequenz F der Schwingung einen Grenzwert, das heißt wird sie gleich oder größer wie die Kurbelwellenfrequenz, wird der Laufruheregler im Schritt 330 ausgeschaltet. Dies bedeutet, daß die Laufruheregelung nicht mehr aktiv ist, sondern es erfolgt nur noch eine Laufruhesteuerung. Gleichzeitig erfolgt die Initialisierung zweier Zeitzähler VZ1 und VZ2. In der Abfrageeinheit 340 wird mit­ tels des ersten Zeitzählers VZ1 abgefragt, ob eine Wartezeit schon abgelaufen ist. Diese Zeitabfrage stellt sicher, daß weitere Maßnah­ men erfolgen, wenn die Schwingungen länger als eine vorgegebene Zeit anhalten.

Ergibt die Messung der Schwingungsfrequenz F, daß während einer An­ zahl von Kurbenwellenumdrehungen bzw. über einen vorgegebenen Zeit­ raum immer nur Kurbenwellenfrequenzen auftreten, so werden in Schritt 360 weitere Maßnahmen eingeleitet. Solche Maßnahmen können sein, eine Erhöhung der Leerlaufdrehzahl, ein Nullsetzen der Inte­ gratoren des PI-Reglers oder ein Löschen der abgespeicherten Korrek­ turmengen. Als günstiger Wert hat sich eine Drehzahlerhöhungen zwi­ schen 50 und 100 Umdrehungen pro Minute erwiesen. Durch diese Dreh­ zahlerhöhung kann das System aus dem Resonanzbereich gebracht wer­ den. Falls keine Kurbelwellenfrequenzen mehr auftreten, wird die Leerlaufdrehzahl auf den vorhergehenden Wert gesetzt.

Erkennt die Abfrage 320, daß die Schwingungsfrequenz bzw. die Regel­ differenz kleiner als eine Schwelle ist, so wird mittels der Abfrage 370 überprüft, ob die Regelung bis jetzt ausgeschalten war. Bei ein­ geschaltetem Regler endet das Programm mit dem Schritt 350. Bei aus­ geschaltetem Regler erfolgt eine Abfrage 380 dahingehend, ob eine weitere Wartezeit VZ2 verstrichen ist. Ist diese Wartezeit schon ab­ gelaufen, so wird im Schritt 390 der Regler wieder eingeschaltet. Ist die Wartezeit noch nicht abgelaufen, so läuft das Programm mit ausgeschaltetem Regler weiter. Durch diese weitere Wartezeit wird ein zu schnelles Zurückschalten vom Steuer- auf Regelbetrieb ver­ hindert. Die Umschaltung von Steuer- auf Regelbetrieb erfolgt erst nach der Wartezeit VZ2 oder nach einer Anzahl von Drehzahlimpulsen, nachdem die Regeldifferenz DN bzw. die Schwingunsfrequenz einen be­ stimmten Wert wieder unterschreitet.

Ein detailliertes Flußdiagramm des Unterprogramms Laufruheregelung ist in den Fig. 4a und 4b dargestellt. Im Schritt 400 werden die Laufruhe- Sollwerte und die Laufruhe- Istwerte berechnet. Diese Be­ rechnung ist z. B. in der DE-OS 33 36 028 oder in der DE-OS 36 04 904 detailliert beschrieben. Ausgehend von diesen Werten wird dann die Regeldifferenz DN bestimmt. In Schritt 402 wird dann die Regeldifferenzänderung DDN aus dem aktuellen und dem vorherge­ henden Wert der Regeldifferenz DN ermittelt. Ausgehend von dieser Regeldifferenzänderung wird deren Betrag DDNB und deren Vorzeichen DDNV errechnet. Im Schritt 404 erfolgt die Abfrage, ob der Segment­ zähler SZ einen bestimmten Wert X erreicht hat. Dabei wird bei einer bestimmten Segmentzahl, in unserem Beispiel 2, der Zählvorgang des Frequenzzählers FZ gestartet und beim nächsten Auftreten der glei­ chen Segmentzahl (2) wieder gestopt.

Hat der Segmentzähler einen vorgegebenen Wert X noch nicht erreicht, so wird das Programm mit Schritt 418 bzw. Punkt A fortgesetzt. Hat der Segmentzähler SZ den vorgegebenen Wert X erreicht, dies bedeutet es sind zwei Kurbelwellenumdrehungen vorüber, so erfolgt eine Abfra­ ge 406, ob der Frequenzzähler FZ größer gleich 4 ist. Ist dies nicht der Fall, so arbeitet das Programm mit Schritt 418 bzw. am Punkt A weiter. Nimmt der Frequenzzähler FZ den Wert 4 oder einen größeren Wert an, so wird im Schritt 408 der Steuerungszähler SW auf B ge­ setzt. In der Abfrage 410 wird dann überprüft, ob der Frequenzzähler den Wert 4 oder 5 besitzt. Ist dies nicht der Fall, so wird der Leerlaufzähler NLL 0 gesetzt Schritt 412. Besitzt der Frequenzzähler FZ den Wert 4 oder 5, so wird der Leerlaufzähler NLL auf 1 gesetzt Schritt 414. An die Schritte 412 und 414 schließt sich jeweils der Schritt 416 an, in dem der Frequenzzähler FZ wieder auf Null zurück­ gesetzt wird.

In der Abfrage 418 Fig. 4b erfolgt eine Überprüfung dahingehend, ob die Regeldifferenzänderung DDN größer als eine Schwelle S ist. Über­ schreitet die Regeldiffernzänderung die Schwelle nicht, so setzt das Programm mit Schritt 428 fort. Ist die Regeldifferenzänderung größer als die Schwelle, so erfolgt in 420 eine Abfrage, ob der Frequenz­ zähler 0 ist. Ist dies der Fall, so wird im Schritt 422 der Fre­ quenzzähler auf 1, das Vorzeichen des Frequenzzähler VZZ auf das Vorzeichen der Regeldiffernzänderung DDNV gesetzt. Ist der Frequenz­ zähler ungleich 0, so wird im Schritt 424 abgefragt, ob das Vorzei­ chen des Frequenzzählers VZZ gleich dem Vorzeichen der aktuellen Re­ geldifferenzänderung DDNV ist. Hat sich das Vorzeichen der Regeldif­ fernzänderung nicht geändert, so springt der Rechner zum Schritt 428. Ändert sich dagegen das Vorzeichen, so wird der Frequenzzähler FZ um 1 erhöht und das Vorzeichen des Frequenzzählers VZZ mit dem aktuellen Wert neu besetzt, siehe Schritt 426. An die Schritte 422, 426 und 424 schließt sich der Schritt 428 an. In diesem Schritt wird der Steuerungszähler um 1 vermindert. In der Abfrage 430 wird über­ prüft, ob der Steuerungszähler gleich 0 ist. Ist dies nicht der Fall, so wird im Schritt 432 auf Laufruhesteuerung umgeschaltet.

Ist der Steuerungszähler gleich 0, so wird er im Schritt 434 auf 1 gesetzt. In der Abfrage 436 wird überprüft, ob aus anderen Gründen auf Laufruhesteuerung umgeschaltet werden muß. Dies ist z. B. der Fall, wenn die Drehzahl außerhalb des Leerlaufbereichs liegt. In diesem Fall wird im Schritt 440 der Steuerungszähler auf B gesetzt. Erkennt die Abfrage 436, daß keine Anforderung auf Laufruhesteuerung vorliegen, so wird im Schritt 438 auf Laufruheregelung umgeschaltet.

In Fig. 5 sind in einem Diagramm verschiedene Zählerwerte und die Regeldifferenz DN eingetragen. Die Werte, die der Segmentzähler SZ annimmt, sind in Fig. 5a dargestellt. Mittels dieser Zählung wird der Meßbereich MB festgelegt. Der Meßbereich beginnt bei einem be­ stimmten Wert des Segmentzählers SZ, in diesem Beispiel beim Wert 2. Der Meßbereich endet, wenn der Segmentzähler wieder den gleichen Wert (2) annimmt. Der Segmentzähler läuft in unserem Beispiel bei einer Sechs- Zylinder- Brennkraftmaschine von dem Wert 12 auf den Wert 1. Er zählt dabei, die von dem auf der Kurbelwelle angeordneten Segmentgrad ausgelösten, Impulse. Bei diesem Beispiel läuft der Zählvorgang über zwei Motorumdrehungen. Dies bedeutet es treten im Verlaufe zweier Kurbelwellenumdrehungen 12 Impulse auf.

In Fig. 5b ist die Regeldifferenz DN aufgetragen. Änderungen der Regeldifferenz die zu einer Erhöhung des Frequenzzählers führen, sind mit Pfeilen markiert. Bei jeder Änderung der Regeldifferenz die gewisse Bedingungen erfüllt, wird wie in Fig. 5c dargestellt, der Frequenzzähler FZ um eins erhöht.

Eine Erhöhung des Frequenzzählers erfolgt nur dann, wenn die Regel­ differenzänderung eine bestimmte Schwelle überschreitet und gleich­ zeitig das Vorzeichen der Regeldifferenzänderung wechselt. Bei der Änderung A1 der Regeldifferenz sind beide Bedingungen erfüllt, daher erhöht sich der Frequenzzahler um eins. Bei der Änderung A2 ändert sich die Regeldifferenz um einen bestimmten Betrag, da sich ihr Vor­ zeichen aber nicht verändert, behält der Frequenzzähler seinen alten Wert.

Besonders vorteilhaft an der Erfindung ist es, daß die Laufruherege­ lung nur arbeitet, wenn äußere Störungen, die Schwingungen verursa­ chen, abgeklungen sind. Solche Störungen können z. B. durch Resonanzschwingungen eines Zwei- Massen- Schwungrad, eine Fahrpe­ dal- oder Kupplungspedalbetätigung bei eingelegtem Gang verursacht werden. Bei Erkennen solcher Störungen erfolgt sofort eine Umschal­ tung von Regelung auf Steuerung. Dadurch kann ein Verstimmen der Integratoren verhindert werden.

Claims (8)

1. Verfahren zur Regelung/Steuerung der Laufruhe einer Brennkraft­ maschine, bei dem abhängig vom einem Sollwert und einem Istwert eine Regeldifferenz (DN) bestimmt wird, wobei je nach Betriebsbedingungen eine Laufruheregelung oder eine Laufruhesteuerung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufruheregelung abgeschaltet wird, wenn eine Schwingungsfrequenz (F) der Regeldifferenz (DN) einen Grenzwert erreicht und/oder ein Absolutwert der Regeldifferenz eine Schwelle überschreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauf­ ruheregelung erst wieder eingeschaltet wird, wenn die Schwingungs­ frequenz (F) und/oder der Absolutwert der Regeldifferenz (DN) einen bestimmten Wert wieder unterschreitet, und eine Wartezeit abgelaufen ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schwingungsfrequenz der Regeldifferenz mittels eines Frequenzzählers erfaßt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Erhö­ hung des Frequenzzählers nur erfolgt, wenn die Regeldifferenzände­ rung eine bestimmte Schwelle überschreitet und gleichzeitig das Vor­ zeichen der Regeldifferenzänderung wechselt.

5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dann wenn die Laufruheregelung länger als ein vorgegebener Zeitraum abgeschaltet ist, wenigstens eine der Maßnah­ men, erhöhen der Soll-Leerlaufdrehzahl, Nullsetzen der Integratoren des PI-Reglers oder Löschen der abgespeicherten Korrekturmengen, er­ griffen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Soll-Leerlaufdrehzahl um 50 bis 100 Umdrehungen pro Minute erhöht wird.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die bei aktiver Laufruheregelung ermittelte Korrektur­ kraftstoffmenge abgespeichert und bei der Zumessung in den entspre­ chenden Zylinder zur Grundkraftstoffmenge hinzuaddiert wird.

8. Einrichtung zur Regelung/Steuerung der Laufruhe einer Brennkraft­ maschine, bei der je nach Betriebsbedingungen eine Laufruheregelung oder eine Laufruhesteuerung aktiv ist, wobei Mittel vorgesehen sind, die eine Regeldifferenz erfassen, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die für den Fall, daß die Schwingungsfrequenz der Regeldifferenz einen Grenzwert erreicht und/oder ein Absolutwert der Regeldifferenz eine Schwelle überschreitet, die Laufruheregelung abschalten.