EP1228300B1 - Regelsystem zum schutz einer brennkraftmaschine vor überlast - Google Patents
Regelsystem zum schutz einer brennkraftmaschine vor überlast Download PDFInfo
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- EP1228300B1 EP1228300B1 EP00979536A EP00979536A EP1228300B1 EP 1228300 B1 EP1228300 B1 EP 1228300B1 EP 00979536 A EP00979536 A EP 00979536A EP 00979536 A EP00979536 A EP 00979536A EP 1228300 B1 EP1228300 B1 EP 1228300B1
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- F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
- F02D2250/18—Control of the engine output torque
- F02D2250/26—Control of the engine output torque by applying a torque limit
Definitions
- the invention relates to a control system for protecting an internal combustion engine against overload, their performance, depending on a performance request characterizing Input signal is set via a power-determining signal (see DE-A-19739564).
- FIG. 1 shows a block diagram of an internal combustion engine with storage injection system (common rail) is shown.
- This shows an internal combustion engine 1 with a turbocharger and intercooler 2, an electronic engine control unit 11, a first pump 4, a second pump 6, a high-pressure accumulator (rail) 7, injectors 8 connected thereto and a throttle valve 5.
- the first pump 4 delivers from a fuel tank 3, the fuel via the throttle valve 5 to the second pump 6. This in turn promotes the fuel under high pressure in the high pressure accumulator 7.
- the pressure level of the high pressure accumulator 7 is detected by a rail pressure sensor 10. From the high pressure accumulator 7 branches lines with connected injectors 8 for each cylinder of the internal combustion engine 1 from.
- the electronic engine control unit 11 controls and regulates the state of the internal combustion engine 1.
- the second signal ve2 calculated by the second controller 15 influences the calculation of the integrating portion ve1 (I) of the first regulator 14.
- the filter 21 due to the filter 21 is the Signal ve2 (F) with respect to the second signal ve2 delayed in time. It is therefore not direct feedback of the output of the first regulator 14 to the integrating component ve1 (I) of the first regulator 14.
- the output ve1 of the first regulator 14 and the integrating portion ve1 (I) of the first regulator 14 are dynamically decoupled. hereby an undesirable gain of the controller dynamics is effectively prevented.
- the reduced Output signal of the first controller 14 that is, the first signal ve1. In that sense decrease also the I-part of the second regulator 15 and the second signal ve2. Without the delaying The effect of the filter 21 would under some circumstances also be the I component of the first regulator 14 be reduced, which lead to a further reduction of the first signal ve 1 could.
- FIG. 8 consists of the subfigures 8A to 8E. Shown are each over time: the modified regulator mode RM (ver) (FIG. 8A), the engine torque MK (FIG. 8C), the first ve1 and second signal ve2 (FIG. 8D) and the power-determining signal ve (FIG 8E).
- the switching positions of the first 33 and second software switches 34 are shown shown at the respective times.
- Fig. 8C two are parallel to the abscissa Boundary lines MK (Max) and GW shown. The difference between these two Boundary lines corresponds to the value L1.
- a difference torque MK (Diff) results from zero. It follows that the P component ve2 (P) of the second signal ve2 is also zero. At this time corresponds to the value of the second signal ve2, the value of the first signal ve1, point K in Figure 8D. If the difference torque MK (Diff) exceeds the maximum permissible motor torque MK (Max), this causes a sign change of the differential torque MK (Diff). It follows that the second signal ve2 now has a smaller value as the first signal ve 1. In response, the selection means 16 changes the Regulator mode RM from 1 to 0 and sets as the power-determining signal ve the second Signal ve2. In addition, the two software switches 33 and 34 change their switching position to D / B.
- step S6 If it is determined in step S6 that the internal combustion engine is in MBR mode, thus, at step S16, the calculation of the I-term ve2 (I) of the second signal ve2 activated.
- the I component is limited to the value of the first signal ve1, step S 17.
- step S 18. From the P and I component, the second signal ve2 is determined in step S19.
- step S20 becomes checks whether the value of the second signal ve2 is smaller than the value of the first signal ve 1. If this is the case, the program flowchart branches to point A. If negative Test result, d. H. the second signal ve2 is not smaller than the first signal ve1 becomes the Regulator mode RM to a first value, here 1, set. Thereafter, at step S22, as power-determining signal ve the first signal ve 1 set, d. H. the first regulator 14 is dominant.
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Description
In einer Ausgestaltung hierzu ist vorgesehen, daß das erste Signal mittels eines ersten Reglers oder alternativ mittels eines Funktionsblocks bestimmt wird. Das zweite Signal wiederum wird über einen zweiten Regler bestimmt. Weitere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Um sprungförmige Änderungen des leistungsbestimmenden Signals bei einem Wechsel in der Dominanz zu vermeiden, sind die beiden Regelkreise miteinander gekoppelt, wobei der integrierende Anteil des zweiten Reglers in Abhängigkeit des Differenzmoments entweder auf den Wert des ersten Signals gesetzt oder limitiert wird.
- Figur 1
- Ein Systemschaubild
- Figur 2
- Blockschaltbild erster und zweiter Regler
- Figur 3
- Blockschaltbild Funktionsblock und zweiter Regler
- Figur 4
- Blockschaltbild zweiter Regler
- Figur 5
- Tabelle
- Figur 6
- Blockschaltbild Berechnung I-Anteil
- Figur 7
- Blockschaltbild erster Regler
- Figur 8
- Zeitdiagramm
- Figur 9
- Programmablaufplan
Das elektronische Motorsteuergerät 11 steuert und regelt den Zustand der Brennkraftmaschine 1. Dieses weist die üblichen Bestandteile eines Mikrocomputersystems auf, beispielsweise Mikroprozessor, I/O-Bausteine, Puffer und Speicherbausteine (EEPROM, RAM). in den Speicherbausteinen sind die für den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 relevanten Betriebsdaten in Kennfeldern/Kennlinien appliziert. Die in Figur 1 dargestellten Eingangsgrößen des elektronischen Motorsteuergeräts 11 sind: Druck des Zylinderraums pIST(i), der mittels Drucksensoren 9 gemessen wird, Druck pCR des Hochdruckspeichers 7, Leistungswunsch FW, sowie weiteren Eingangsgrößen, die mit dem Sammel-Bezugszeichen E bezeichnet sind. Als Ausgangsgrößen A des elektronischen Motorsteuergeräts 11 sind die Ansteuersignale für die Injektoren 8, entsprechend dem Einspritzbeginn SB und der Einspritzmenge ve, und das Ansteuersignal ADV für das Drosselventil 5 dargestellt. Über das Drosselventil 5 wird der Zulauf zur zweiten Pumpe 6 eingestellt.
Die Eingangsgrößen des zweiten Reglers 15 sind: das Differenzmoment MK(Diff), das erste Signal ve 1 und ein modifizierter Reglermodus RM(ver). Das Signal des modifizierten Reglermodus RM(ver) wiederum entspricht einem um eine Abtastperiode verzögerten Reglermodus RM. Die Zeitverzögerung erfolgt mittels des Verzögerungsglieds 19. Das Ausgangssignal des zweiten Reglers 15 ist das zweite Signal ve2. Dieses ist auf das Auswahlmittel 16 und das Verzögerungsglied 20 geführt.
Das Auswahlmittel 16 enthält eine Minimalwertauswahl. Über die Minimalwertauswahl wird als leistungsbestimmendes Signal ve das erste Signal ve1 gesetzt, wenn das erste Signal ve 1 kleiner oder gleich dem zweiten Signal ve2 ist. Für diesen Fall wird der Reglermodus RM auf einen ersten Wert gesetzt. Dies entspricht einem Betrieb der Brennkraftmaschine im Drehzahl-Modus. Als leistungsbestimmendes Signal ve wird das zweite Signal ve2 gesetzt, wenn das zweite Signal ve2 kleiner als das erste Signal ve1 ist. In diesem Fall wird der Reglermodus RM auf einen zweiten Wert gesetzt. Dies entspricht einem Betrieb der Brennkraftmaschine im MBR-Modus. Die Ausgangssignale des Auswahlmittels 16 sind das leistungsbestimmende Signal ve und der Reglermodus RM. Das leistungsbestimmende Signal ve wird auf die Einspritzeinrichtung der Brennkraftmaschine 1 geführt. Unter leistungsbestimmendem Signal im Sinne der Erfindung ist die Einspritzmenge oder der Regelweg einer Regelstange zu verstehen.
Die Struktur des ersten Reglers 14 wird in Verbindung mit der Figur 7 erklärt. Die Struktur des zweiten Reglers 15 wird in Verbindung mit den Figuren 4 bis 6 erklärt.
Ein weiterer Unterschied besteht darin, daß das zweite Signal ve2 bei dem Blockschaltbild gemäß der Figur 3 ausschließlich auf das Auswahlmittel 16 geführt ist. Gegenüber der Figur 2 entfällt der Soll-/Ist-Vergleich der Motordrehzahl, da der Leistungswunsch über ein Fahrpedal vorgegeben wird. Der weitere Aufbau entspricht dem der Figur 2, so daß das dort Gesagte gilt.
Die Eingangsgrößen des ersten Reglers 14 sind: die Drehzahldifferenz dnMOT, die Motordrehzahl nMOT und das modifizierte zweite Signal ve2(F).
Der dargestellte erste Regler beinhaltet drei Funktionsblöcke zur Berechnung des P-, I- und D-Anteils, entsprechend den Bezugszeichen 37 bis 39. Über den Funktionsblock 37 wird aus einer Eingangsgröße EP und der Drehzahldifferenz dnMOT der P-Anteil ve1(P) ermittelt. Über den Funktionsblock 38 wird aus der Drehzahldifferenz dnMOT, einem ersten Eingangssignal ve(M) und einem zweiten Eingangssignal EI, der I-Anteil ve1(I) berechnet. Hierbei ist der I-Anteil ve1(I) auf das erste Eingangssignal ve(M) begrenzt. Über den Funktionsblock 39 wird aus der Drehzahldifferenz dnMOT und einer Eingangsgröße ED der D-Anteil ve1 (D) berechnet. Das erste Eingangssignal ve(M) entspricht entweder dem Signal ve2(F) oder einem Signal ve1(KF), je nachdem, welches Signal die geringere Wertigkeit aufweist. Hierzu ist ein erster Funktionsblock Minimalwert 36 vorgesehen. Das Signal ve1(KF) wiederum wird aus der Motordrehzahl nMOT und weiteren Eingangsgrößen über Kennfelder 35 bestimmt. Die weiteren Eingangsgrößen sind als Sammetbezugszeichen E dargestellt. Die Eingangsgrößen E können beispielsweise der Ladeluftdruck pLL usw. sein. Alle drei Anteile werden über eine Summation 40 zu einem gemeinsamen Signal ve1(S) summiert. Über den zweiten Funktionsblock Minimalwert 41 wird sodann aus diesem Signal ve1(S) und aus dem Signal ve1(KF) dasjenige ausgewählt, welches die geringste Wertigkeit aufweist. Dieses Signal entspricht dem ersten Signal ve1.
Im Punkt E entspricht das Differenzmoment MK(Diff) wieder dem Wert L1. Hierdurch verändert sich die Schaltstellung des zweiten Softwareschalters 34, d. h. die beiden Softwareschalter 33 und 34 nehmen nunmehr die Schaltstellung C/A ein. In dieser Schaftstellung wird der I-Anteil ve2(I) des zweiten Signals ve2 auf den Wert des ersten Signals ve 1 gesetzt. Entsprechend dem weiteren Verlauf des Differenzmoments MK(Diff) ergibt sich für das zweite Signal ve2 ein Verlauf gemäß dem Kurvenzug N bis O. Zum Zeitpunkt t5 ist der betrachtete Zeitraum beendet.
Bei positivem Prüfergebnis wird der I-Anteil ve2(I) des zweiten Signals ve2 auf den Wert des ersten Signals ve1 gesetzt, Schritt S8. Bei negativem Prüfergebnis im Schritt S7 wird die Berechnung des I-Anteils ve2(I) des zweiten Signals ve2 aktiviert, Schritt S9. Bei Schritt S 10 wird der I-Anteil ve2(I) des zweiten Signals ve2 auf den Wert des ersten Signals ve 1 limitiert. Bei Schritt S 11 wird der P-Anteil ve2(P) des zweiten Signals ve2 in Abhängigkeit des Differenzmoments MK(Diff) und eines Proportionalbeiwerts kp berechnet. Bei Schritt S12 wird das zweite Signal ve2 über die Addition des P- und I-Anteils ermittelt. Danach wird bei Schritt S 13 geprüft, ob das zweite Signal ve2 kleiner als das erste Signal ve1 ist. ist dies nicht der Fall, so verzweigt das Programm zu Punkt A. Wird bei Schritt S 13 festgestellt, daß der Wert des zweiten Signals ve2 kleiner als der Wert des ersten Signals ve1 ist, so wird über das Auswahlmittel 16 der Reglermodus RM auf einen zweiten Wert, hier Null, gesetzt. Durch das Auswahlmittel 16 wird als leistungsbestimmendes Signal ve nunmehr das zweite Signal ve2 gesetzt, d. h. der zweite Regler 15 ist dominant. Danach verzweigt der Programmablauf zum Punkt A mit dem erneuten Berechnen des ersten Signals ve1.
- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Turbolader
- 3
- Kraftstofftank
- 4
- erste Pumpe
- 5
- Drosselventil
- 6
- zweite Pumpe
- 7
- Hochdruckspeicher (Rail)
- 8
- Injektor
- 9
- Drucksensor
- 10
- Rail-Drucksensor
- 11
- Elektronisches Motorsteuergerät
- 12
- Motorlast
- 13
- Kupplung
- 14
- erster Regler (Drehzahl)
- 15
- zweiter Regler (Moment)
- 16
- Auswahlmittel
- 17
- Funktionsblock Erfassen/Filtern
- 18
- Funktionsblock Erfassen/Filtern
- 19
- Verzögerungsglied
- 20
- Verzögerungsglied
- 21
- Filter
- 22
- Drehzahlsensoren
- 23
- Funktionsblock
- 24
- Funktionsblock Berechnung I-Anteil
- 25
- Multiplikation
- 26
- Summation
- 27
- Verzögerungsglied
- 28
- Summation
- 29
- Multiplikation
- 30
- Summation
- 31
- Funktionsblock Minimalwert
- 32
- Verzögerungsglied
- 33
- erster Softwareschalter
- 34
- zweiter Softwareschalter
- 35
- Kennfelder
- 36
- erster Funktionsblock Minimalwert
- 37
- Funktionsblock Berechnung P-Anteil
- 38
- Funktionsblock Berechnung I-Anteil
- 39
- Funktionsblock Berechnung D-Anteil
- 40
- Summation
- 41
- zweiter Funktionsblock Minimalwert
Claims (29)
- Regelsystem zum Schutz einer Brennkraftmaschine (1) vor Überlast, deren Leistung, in Abhängigkeit eines den Leistungswunsch kennzeichnenden Eingangssignals (FW), über ein leistungsbestimmendes Signal (ve) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem aktuellen Motor-Moment (MK) und einem maximal zulässigen Motor-Moment (MK(Max)) ein Differenzmoment (MK(Diff)) berechnet wird, wobei das Differenzmoment (MK(Diff)) maßgeblich ein zweites Signal (ve2) bestimmt (ve2=f(MK(Diff))), aus dem den Leistungswunsch kennzeichnenden Eingangssignal (FW) ein erstes Signal (ve 1) bestimmt wird und über ein Auswahlmittel (16) das erste (ve1) oder zweite Signal (ve2) als leistungsbestimmendes Signal (ve) gesetzt wird.
- Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswahlmittel (16) eine Minimalwertauswahl enthält, als leistungsbestimmendes Signal (ve) das erste Signal (ve1) gesetzt wird (ve=ve1), wenn das erste Signal (ve1) kleiner oder gleich dem zweiten Signal ist (ve 1 =ve2) und als leistungsbestimmendes Signal (ve) das zweite Signal (ve2) gesetzt wird (ve=ve2), wenn das zweite Signal (ve2) kleiner als das erste Signal (ve1) ist (ve2<ve1).
- Regelsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß über das Auswahlmittel (16) ein Reglermodus (RM) auf einen ersten Wert gesetzt wird (RM=1), wenn das erste Signal (ve 1) dominant ist (ve=ve 1) und auf einen zweiten Wert gesetzt wird (RM=0), wenn das zweite Signal (ve2) dominant ist (ve=ve2).
- Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Signal (ve1) aus einer Motordrehzahl (nMOT), einer Drehzahldifferenz (dnMOT) und dem zweiten Signal (ve2) mittels eines ersten Reglers (14) bestimmt wird.
- Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Signal (ve 1) aus einem Fahrpedalwert (FP) und weiteren Eingangsgrößen, insbesondere einem Ladeluftdruck (pLL), mittels eines Funktionsblock (23) bestimmt wird.
- Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Signal (ve2) zusätzlich aus dem Reglermodus (RM) und dem ersten Signal (ve 1) mittels eines zweiten Reglers (15) bestimmt wird.
- Regelsystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Signal (ve1) auf den zweiten Regler (15) geführt ist.
- Regelsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des zweiten Reglers (15) auf den ersten Regler (14) und das Auswahlmittel (16) geführt ist.
- Regelsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Signalpfad vom zweiten Regler (15) zum ersten Regler (14) ein Verzögerungsglied (20) und/oder ein Filter (21) angeordnet ist.
- Regelsystem nach Anspruch 4 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein modifiziertes zweites Signal (ve2(F)), welches mittels Verzögerungsglieds (20) und/oder Filters (21) aus dem zweiten Signal (ve2) abgeleitet wird, eine Eingangsgröße des ersten Reglers (14) darstellt.
- Regelsystem nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Auswahlmittels (16) auf den zweiten Regler (15) geführt ist.
- Regelsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Signalpfad vom Auswahlmittel (16) zum zweiten Regler (15) ein Verzögerungsglied (19) angeordnet ist.
- Regelsystem nach Anspruch 6 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein modifizierter Reglermodus (RM(ver)), welcher mittels des Verzögerungsglieds (19) bestimmt wird, eine Eingangsgröße des zweiten Reglers (15) darstellt.
- Regelsystem nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Regler (15) zumindest als I-Regler ausgeführt wird, wobei dieser einen I-Anteil berechnet (ve2(I)) und das zweite Signal (ve2) aus dem I-Anteil (ve2(I)) berechnet wird (ve2=f(ve2(I)).
- Regelsystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der I-Anteil (ve2(I)) auf den Wert des ersten Signals (ve1) gesetzt wird (ve2(I)=ve 1), wenn das Differenzmoment (MK(Diff)) größer oder gleich einem Wert (L 1 ) ist (MK(Diff)=L1) und der Reglermodus (RM) alternativ der modifizierte Reglermodus (RM(ver)) dem ersten Wert entspricht (RM=1, RM(ver)=1).
- Regelsystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der 1-Anteil (ve2(I)) auf den Wert des ersten Signals (ve1) limitiert wird, wenn das Differenzmoment (MK(Diff)) kleiner dem Wert (L1) ist (MK(Diff)<L1) oder der Reglermodus (RM) alternativ der verzögerte Reglermodus (RM(ver)) dem zweiten Wert entspricht (RM=0, RM(ver)=0).
- Regelsystem nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß in die Berechnung des I-Anteils (ve2(I)) eine Nachstellzeit (TN) miteingeht und die Nachstellzeit (TN) entweder konstant ist (TN=konst.) oder eine Funktion der Motordrehzahl (nMOT) der Brennkraftmaschine (1) darstellt (TN=f(nMOT)).
- Regelsystem nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert (L1) in Abhängigkeit des maximal zulässigen Motor-Moments (MK(Max)) berechnet wird (L1=f(MK(Max))).
- Regelsystem nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert (L1) in Abhängigkeit der Motordrehzahl (nMOT) berechnet wird (L1=f(nMOT)).
- Regelsystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Regler (15) zusätzlich als P-Regfer ausgeführt ist, dieser einen P-Anteil (ve2(P)) berechnet und das zweite Signal (ve2) zusätzlich aus dem P-Anteil (ve2(P)) berechnet wird (ve2=f(ve2(P)).
- Regelsystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der P-Anteil (ve2(P)) in Abhängigkeit des Differenzmoments (MK(Diff)) und eines Proportionalbeiwerts (kp) berechnet wird (ve2(P)=f(MK(Diff), kp)).
- Regelsystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Proportionalbeiwert (kp) konstant ist (kp=konst.) oder in Abhängigkeit zumindest des Motor-Moments (MK) oder in Abhängigkeit zumindest des Differenzmoments (MK(Diff)) berechnet wird.
- Regelsystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Proportionalbeiwert (kp) zumindest in Abhängigkeit des zweiten Signals (ve2) oder in Abhängigkeit des I-Anteils (ve2(I)) berechnet wird.
- Regelsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Regler (14) zumindest als I-Regler ausgeführt wird, wobei dieser einen I-Anteil (ve1 (I)) in Abhängigkeit eines ersten Eingangssignals (ve(M)), eines zweiten Eingangssignals (EI) und der Drehzahldifferenz (dnMOT) berechnet.
- Regelsystem nach Anspruch 4 und 24, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite (14) Regler zusätzlich einen ersten Funktionsblock Minimalwert (36), einen zweiten Funktionsblock Minimalwert (41) und Kennfelder (35) aufweist.
- Regelsystem nach Anspruch 24 und 25, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Eingangssignal (ve(M)) mittels des ersten Funktionsblocks Minimalwert (36) aus dem zweiten Signal (ve2) alternativ aus dem modifizierten zweiten Signal (ve2(F)) und einem mittels der Kennfelder (35) berechneten Kennfeld-Signal (ve1(KF)) ermittelt wird.
- Regelsystem nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Kennfeld-Signal (ve1(KF)) in Abhängigkeit der Motordrehzahl (nMOT)) und weiterer Eingangsgrößen (E), insbesondere Ladeluftdruck (pLL), berechnet wird.
- Regelsystem nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Signal (ve1) mittels des zweiten Funktionsblocks Minimalwert (41) aus dem Kennfeld-Signal (ve1(KF)) und zumindest aus dem 1-Anteil (ve1(I)) ermittelt wird.
- Regelsystem nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Motor-Moment (MK) aus gemessenen Eingangsgrößen mittels eines mathematischen Modells berechnet wird.
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