WO1985003106A1 - Method and device for regulating the rotation speed of an internal combustion engine - Google Patents

Method and device for regulating the rotation speed of an internal combustion engine Download PDF

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    • F02D2041/1422—Variable gain or coefficients

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for speed control in an internal combustion engine, in each case according to the preamble of the main claim and the first device claim.
  • the fiction, feasible system with the characterizing feature of the main claim or the first device claim has the advantage that even in particularly critical situations, short-term speed deviations from a predetermined setpoint are largely eliminated and stronger speed Burglaries or overshoots are excluded because immediately when the respective load is switched on the integrator level of the idle charge control is acted on in a jump-like manner, i.e. it is raised by a suitable amount when the load is switched on and lowered suddenly in the same way when the load is switched off.
  • the actuator control signal for example for the air bypass, can be changed immediately in the sense of a compensation, so that the speed curve no longer reacts noticeably even with very strong effects.
  • this direct correction via the integrator largely compensates for the load jump not only when idling, but also when the vehicle is under partial load.
  • FIG. 1 shows a highly schematic diagram of the basic structure of an idle charge control system, supplemented by the circuit blocks implementing the basic function according to the invention
  • FIG. 2 also schematically shows a possible course of the output variable over time only for the integral range of the idle charge PID controller .
  • the area of the idle charge control is grouped in FIG. 1 by a logic control circuit, a microcomputer, a microprocessor or the like, which is designated by 10 and outputs the actuator control signal for idle speed control at its output connection 10a.
  • this peripheral also has an input block 11, which is the signals to be processed, such as the actual value of the current speed n, a speed setpoint n soll and a temperature indication of the outside temperature and engine temperature and, if applicable, supplies an on-board electrical system voltage signal.
  • the computing unit 10 can have an external or internal memory, which is not shown and which, with appropriate addressing, supplies the data required for the formation of the actuator control signal.
  • the arithmetic unit is a PID controller in its construction or design and creates a required basic duty cycle for the actuator control signal including the appropriate correction from the input parameters.
  • the actuator 19 comprises a two-turn rotary actuator 20, which controls an idle charge control, an air bypass parallel to the throttle valve, switched slide 21, the desired passage cross-section resulting from the duty cycle of the two-winding rotary actuator 20 guided pulse sequence of the actuator control signal results.
  • the basic idea of the present invention now consists in switching on certain loads that can result from the operation of an internal combustion engine, in particular air conditioning compressors, but also those loads that only have an indirect effect through a load on the alternator, and when these loads are switched off, resulting in speed changes ( Speed drops or overshoots) to compensate for the fact that when the load is switched on, the current integrator level of the PID controller of the idle charge control is suddenly increased by a suitable amount. Accordingly, the integrator level is suddenly reduced when the load is switched off. The integrator level is only influenced during the switching process, after which control is then carried out as usual. In this way, it is possible to immediately compensate for loads by directly correcting the integrator and thus also directly by the actuator control signal.
  • a preferred embodiment consists in making the ⁇ value of the abrupt change in the integrator amount up or down dependent on the known magnitude of the load.
  • FIG. 1 shows at A, B, C. . . Possible loads on the internal combustion engine, which are also to be understood as the use of automatically occurring servo services or those required at the respective time, with correspondingly formed electrical signals being evaluated or, if necessary, electrical contact means additionally assigned to the servo units by the invention, which then respond when the servo power is provided or switched off.
  • a corresponding query option with regard to the connection or disconnection of correspondingly heavy loads is designated in FIG. 1 as switching control stage 12; this comprises a large number of switches 12a, 12b, 12c which place the individual loads on the supply voltage. . . , whereby it goes without saying that the load actually caused by this switching contact can also be realized by means of a transmission query (via V-belts, reduction gears and the like) which directly loads the internal combustion engine.
  • sensor means are provided which, for example, but not restrictively to be understood, can be designed as a series resistor 13 in the switching control stage 12, so that a switch-on or switch-off trigger signal results in each case and leads to an integrator switch-over stage 14 which arrives at it Output for a predetermined period of time to the integrator I of the rake Circuit 10 of the idle filling control supplied output signal generates or switches such that the integrator level rises abruptly when the load is switched on or lowers when the load is switched off. This effect on the integrator level takes place exclusively during the switching process and only until the idle filling control has adapted to the new load and has intercepted it. The integrator level change signal is then removed again, preferably decaying to achieve a smooth transition.
  • the integrator switching stage 14 can be designed, for example, as a flip-flop, monoflop or the like and generates a control pulse for a predetermined period of time TL which, depending on whether the load is switched on or off, can run in the positive or negative direction and can also be fed directly to the integrator so that its output voltage level shifts accordingly;
  • a possible course of the integrator output voltage over time in accordance with the diagram in FIG. 2 shows that a stronger load has been connected at the time t1, with the result that the integrator output signal rises suddenly, as shown in broken lines - the normal course of the integrator output voltage indicated in solid lines - and thus sets the integrator output voltage to a suitable pilot control value, from which the normal control process of the idle charge control continues.
  • the amount of the step-like increase or decrease in the integrator level - denoted by ⁇ in FIG. 2 - can be designed to be load-specific;
  • Load detection stage 16 of the integrator switching stage 14 provide appropriate information about the extent of the load that is respectively switched on and off.
  • the load detection level can also be a memory which is directly addressed by the switching control stage 12 with respect to the load concerned and which influences the integrator switching stage accordingly, for example by specifying certain resistance combinations for adjusting the amplitude of the integrator region the compensation circuit 10 supplied compensation pulses.
  • the integrator area I of the arithmetic circuit 10 when trained as a Miller integrator, can receive the compensation pulses of the integrator switching stage acting directly on the feedback capacitor, or it is possible by short-term supply of current or voltage or connection of Resistor networks to influence the integrator level in the desired manner.
  • the direct correction via the integrator of the idle charge control acts to compensate for the load jump not only in the idle range but also in part-load areas of the internal combustion engine.

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Description

Verfahren und Vorrichtung zur Drehzahlregelung bei einer Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Drehzahlregelung bei einer Brennkraftmaschine, jeweils nach der Gattung des Hauptanspruchs bzw. des ersten Vorrichtungsanspruchs.
Einrichtungen zur Drehzahlre gelung bei Brennkraftmas chinen sind bekannt; es ist beispielsweise üblich, eine Leer lauf füllungsregelung (LFR) vorzusehen, die auf einen Luftbypaß parallel zur Drosselklappe der Brennkraftmaschine arbeiten kann - üblicherweise durch Ansteuerung eines Zweiwicklungs -Drehstellers . Unter Beachtung der momentanen Istdrehzahl der Brennkraftmaschine, einer gewünschten Solldrehzahl und sonstiger peripherer Angaben wird durch eine solche Leerlauf füllungsregelung, die in analoger, digitaler od er hybrider Technik ausgeführt sein kann, ein einwandfreier Leerlauf der Brennkraftmaschine aufrechterhalten, wobei durch die umfassende Regelcharakteristik der Leerlauffüllungsregelung, die als sogenannter PID -Regler ausgebildet ist, im allgemeinen auch Störungseinflüsse hinreichend schnell ausgeglichen werden können. Die Aufrechterhaltung eines solchen Leerlaufs ist insbesondere im Rangier- oder Schubbetrieb und beim Übergang aus die sem in den Leerlauf von Bedeutung.
Dennoch ist nicht auszuschließen, daß unter besonderen Umständen, beispielsweise beim Zuschalten bzw. Abschalten starker Lasten (insbesondere eines gegebenenfalls vorhandenen Klimakompressors) trotz der breit gefächerten Regelcharakteristik des PID-Reglers in der Leerlauffüllungsregelung teilweise sehr starke Drehzahleinbruche oder Drehzahlüberschwinger auftreten. In diesem Zusammenhang sind auch Fahrsituationen denkbar, die so weit in einen kritischen Bereich der Drehzahlregelung vorstoßen können, daß die Brennkraftmaschine effektiv auszugehen droht, beispielsweise wenn beim langsameren Bergabfahren im Schubbetrieb und wirksamer Schubabscheidefunktion plötzlich die Kupplung getreten wird und etwa zur gleichen Zeit der Beifahrer eine starke Last wie etwa einen Klimakompressor zuschaltet.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungs gern äße System mit dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs bzw. des ersten Vorrichtungsanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auch in besonders kritischen Situationen kurzzeitige Drehzahlabweichungen von einem vorgegebenen Sollwert dadurch weitgehend entfallen und stärkere Drehzahl einbrüche oder -überschwinger deshalb ausgeschlossen sind, weil sofort mit dem Zuschalten der jeweiligen Last auf das Integratorniveau der Leerlauf füllungsregelung sprungförmig eingewirkt wird, dieses also beim Zuschalten um einen geeigneten Betrag angehoben und beim Abschalten der Last in gleicher Weise sprungförmig abgesenkt wird. Durch diese direkte Korrektur des Integrators im PID-Regler der Leerlauf füllungsregelung läßt sich das Steller-Ansteuersignal beispielsweise für den Luftbypaß sofort im Sinne einer Kompensation ändern, so daß der Drehzahl verlauf auch bei sehr starken Einwirkungen nicht mehr merklich reagiert.
Dabei ist weiter von Vorteil, daß durch diese direkte Korrektur über den Integrator der Lastsprung nicht nur im Leerlauf, sondern auch bei Teillast des Fahrzeugs weitgehend kompensiert wird.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich. Besonders vorteilhaft ist hier die Möglichkeit, die be kannte Größe der Belastung, die sich durch die jeweilige Zuschaltung oder Abschaltung ergibt, auf dem Betrag der sprunghaften Änderung des Integratorniveaus zur Auswirkung zu bringen, d. h. den Korrekturwert auf die spezifische Belastung auszulegen und anschließend, mit gewünschten Verzögerungskonstanten, die einge führte Änderung des Integratorniveaus wieder wegzunehmen, so daß dieses lediglich während des Schalt Vorgangs beeinflußt wird und im weiteren Verlauf wie üblich durch die Leerlauf füllungsre ge lung die Drehzahl geregelt wird. Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 anhand eines Blockschaltbildes stark schematisiert den Grundaufbau einer Leerlauffüllungsregelung, ergänzt durch die erfindungs gemäße Grundfunktion realisierende Schaltungs blocke und Fig. 2 ebenfalls schematisch und lediglich für den Integralbereich des Leerlauffüllungs-PID-Reglers gültig einen möglichen Verlauf der Ausgangsgröße über der Zeit.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Bevor auf die Erfindung im folgenden eingegangen wird, wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß das in der Zeichnung dargestellte, die Erfindung anhand diskreter Schaltstufen angebende Blockschaltbild die Erfindung nicht beschränkt, sondern lediglich dazu dient, die funktioneilen Grundwirkungen der Erfindung zu veranschaulichen und spezielle Funktions ablaufe in einer möglichen Realisierungsform anzugeben. Es versteht sich, daß die einzelnen Bausteine und Blöcke in analoger, digitaler oder auch hybrider Technik aufgebaut sein können, oder auch, ganz oder teilweise zusammengefaßt, entsprechende Bereiche von programmgesteuerten digitalen Systemen, beispielsweise also Mikroprozessoren, Mikrorechner, digitale oder analoge Logikschaltungen u. dgl. abdecken. Die im folgenden angegebene Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der E rfindung ist daher bezüglich des funktionellen Gesamt- und Zeitablaufs, der durch die jeweils besprochenen Blöcke erzielte Wirkungsweise und bezüglich des jeweiligen Zusammenwirkens der durch die einzelnen Komponenten dargestellten Teilfunktionen zu werten, wobei die Hinweise auf die einzelnen Schaltungsblöcke lediglich aus Gründen eines besseren Verständnisses erfolgen.
Der Bereich der Leerlauf füllungsregelung ist in Fig. 1 um eine logische Steuer Schaltung, einen Mikrocomputer, einen Mikroprozessor o. dgl. gruppiert, der mit 10 bezeichnet ist und an seinem Ausgangsanschluß 10a das Steller-Ansteuerungssignal zur Leerlauf-Drehzahlregelung abgibt.
Beim speziellen Anwendungsfall und bei Ausbildung der zentralen Recheneinheit 10 des Leerlauffülluhgsreglers vorzugsweise als Mikrocomputer oder auch als zentrale Logikschaltung verfügt diese peripher noch über einen Eingangs block 11, der die zu verarbeitenden Signale wie beispielsweise den Istwert der momentanen Drehzahl nist, einen Drehzahlsollwert ns oll und eine Temperaturangabe über Außentemperatur und Motortemperatur sowie ge gebenenfalls ein Bordnetz -Spannungssignal zuführt. Die Recheneinheit 10 kann über einen externen oder internen Speicher verfügen, der nicht dargestellt ist und der, bei entsprechender Adressierung, die für die Bildung des Steller-Ansteuersignals erforderlichen Daten liefert. Die Recheneinheit ist ihrem Aufbau bzw. ihrer Auslegung nach ein PID-Regler und erstellt aus den Eingangsparametern ein erforderliches Grundtastverhältnis für das Steller-Ansteuer signal unter Einschluß entsprechender Korrektur großen. Dieses Signal gelangt dann über eine Endstufe 15 zum Stellglied 19. Bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt das Stellglied 19 einen Zweiwicklungsdrehsteller 20, der zur Leerlauffüllungsregelung einen als Luftbypaß parallel zur Drosselklappe ge schalteten Schieber 21 ansteuert, dessen gewünschter Durchlaßquerschnitt sich aus dem Tastverhältnis der zum Zweiwicklungsdrehsteller 20 geführten Impulsfolge des Steller-Ansteuersignals ergibt.
Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht nun darin, beim Zuschalten bestimmter Lasten, die sich beim Betrieb einer Brennkraftmaschine ergeben können, insbesondere Klimakompressor, aber auch solcher Lasten, die sich lediglich indirekt durch eine Belastung der Lichtmaschine auswirken, sowie beim Abschalten dieser Lasten hierdurch hervorgerufene Drehzahländerungen (Drehzahleinbrüche oder Drehzahlüberschwinger) dadurch auszugleichen, daß beim Zuschalten der Last das aktuelle Integratorniveau des PID-Reglers der Leerlauffüllungsregelung sprungförmig um einen geeigneten Betrag angehoben wird. Entsprechend wird beim Abschalten der Last das Integratorniveau sprungförmig abgesenkt. Dabei erfolgt die Beeinflussung des Integratorniveaus nur während des Schaltvorgangs, anschließend wird dann wie üblich geregelt. Hierdurch gelingt es, Belastungen durch direkte Korrektur des Integrators und damit auch unmittelbar des Steller-Ansteuersignals sofort zu kompensieren. Eine bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, den Δ-Wert der sprunghaften Integratorbetragsänderung nach oben oder unten von der bekannten Größe der Belastung abhängig zu machen.
Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt bei A, B, C . . . mögliche Belastungen der Brennkraftmaschine, die im übrigen auch als Inanspruchnahme automatisch sich einstellender oder zum jeweiligen Zeitpunkt benötigter Servoteistungen zu verstehen sind, wobei entsprechend gebildete elektrische Ans teuer Signale ausge wertet werden oder gegebenenfalls durch die Erfindung elektrische Kontaktmittel ergänzend den Servoaggregaten zugeordnet werden, die dann ansprechen, wenn die Servoleistung erbracht oder abge schaltet wird. Eine entsprechende Abfragemöglichkeit bezüglich des Zu- oder Abschaltens entsprechend starker Lasten ist in Fig. 1 als Schaltkontrollstufe 12 bezeichnet; diese umfaßt eine Vielzahl von die einzelnen Lasten an die Versorgungsspannung legende Schalter 12a, 12b, 12c . . . , wobei es sich versteht, daß die tatsächlich durch diese Schaltkontaktgabe hervorgerufene Belastung auch durch eine dann über andere Übertragungsmittel (Keilriemen, Untersetzungsgetriebe u. dgl. ) die Brennkraftmaschine unmittelbar be lastende Leistungsabfrage realisiert sein kann.
Es sind jedenfalls Sensormittel vorgesehen, die beispielsweise, je doch nicht einschränkend zu verstehen als Reihenwiderstand 13 in der Schaltkontrollstufe 12 ausgebildet sein können, so daß sich ein Einschalt- oder Abschalt-Triggersignal jeweils ergibt und zu einer Integrator -Umschaltstufe 14 gelangt, die an ihrem Ausgang für einen vorgegebenen Zeitraum ein dem Inte grator I der Rechen Schaltung 10 der Leer lauf füllungsregelung zugeführtes Ausgangs -signal erzeugt bzw. Umschaltungen derart bewirkt, daß sich das Integratorniveau sprungförmig beim Zuschalten der Last anhebt bzw. am Abschalten der Last absenkt. Diese Einwirkung auf das Integratorniveau erfolgt ausschließlich während des Schaltvorgangs und lediglich so lange, bis die Leer lauf füllungsregelung sich der neuen Belastung angepaßt und diese abgefangen hat. Das Integratorniveau-Änderungs signal wird dann wieder weggenommen, vorzugsweise abklingend zur Erzielung eines sanften Übergangs.
Die Integrator -Umschaltstufe 14 kann beispielsweise als Kippstufe, Monoflop o. dgl. ausgebildet sein und erzeugt für eine vorgegebene Zeitdauer т einen Ansteuerimpuls, der, je nachdem, ob die Last zu- oder abgeschaltet wird, in positiver Richtung oder negativer Richtung verlaufen kann und auch unmittelbar dem Integrator so zugeführt werden kann, daß sich dessen Ausgangsspannungsniveau entsprechend verschiebt; ein möglicher Verlauf der Integratorausgangsspannung über der Zeit entsprechend dem Diagramm der Fig. 2 zeigt, daß zum Zeitpunkt tl eine stärkere Last zugeschaltet worden ist mit der Folge, daß sofort sprungförmig das Integratorausgangs -signal ansteigt, wie strichpunktiert dargestellt - der normale Verlauf der Integratorausgangsspannung ist in durchgezogenen Linien angegeben - und somit die Integratoraus gangsspannung auf einen geeigneten Vorsteuerwert setzt, von dem aus der normale Regelungsvorgang der Leer lauf füllungsregelung weiterläuft.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Betrag der sprungförmigen Anhebung oder Absenkung des Integratorniveaus - in Fig. 2 mit Δ bezeichnet - lastspezifisch ausgebildet sein, hierzu kann eine Lasterfassungs stufe 16 der Integrator -Umschaltstufe 14 entspre chende Informationen über das Ausmaß der jeweils zu- bzw. abgeschalteten Last zuführen. Es versteht sich, daß die Laste rfas sungs- stufe auch ein Speicher sein kann, der von der Schaltkontrollstufe 12 unmittelbar bezüglich der jeweils betroffenen Last adressiert wird und die Integrator-Umschaltstufe entsprechend beeinflußt, beispielsweise durch Vorgabe bestimmter Widerstandskombinationen zur Amplitudeneinstellung der dem Inte gratorbe reich der Rechenschaltung 10 zugeführten Kompensationsimpulse .
Lediglich zum besseren Verständnis sei erwähnt, daß der Integratorbereich I der Rechenschaltung 10 bei Ausbildung als Miller -Inte grator die Kompensationsimpulse der Integrator -Umschaltstufe unmittelbar auf den Rückführkondensator wirkend zugeführt erhalten kann, oder es ist möglich, durch kurzzeitige Strom- oder Spannungszuführung oder Zuschalten von Widerstandsnetzwerken das Integratorniveau in der gewünschten Weise sprungartig zu beeinflussen.
Werden besonders starke Lasten zu- oder abgeschaltet, dann wirkt die direkte Korrektur über den Integrator der Leerlauf füllungsrege lung zur Kompensation des Lastsprungs nicht nur im Leerlaufbe reich, sondern auch in Teillastbereiche der Brennkraftmaschine hinein.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Drehzahlregelung bei einer Brennkraftmaschine, bei der durch eine mindestens einen I-Anteil umfassende Leerlaufdrehzahlregelung (Leerlauffüllungsregelung LFR) eine vorgegebene Leerlaufdrehzahl als untere Mindestdrehzahl aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß beim Zuschalten oder Abschalten starker Lasten (Verbraucher - Klimakompressor - Servosysteme) zur von der Leerlauf füllungsregelung in ihrer
Drehzahl geregelten Brennkraftmaschine das aktuelle Integratorniveau sprungförmig um einen vorgegebenen Wert angehoben oder abgesenkt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung des Integratorniveaus lediglich während des Schaltvorgangs zum Abfangen von Drehzahleinbrüchen bzw. -überschwingern erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sprungförmige Erhöhung bzw. Absenkung des Integratorniveaus des PID-Reglers in der Leerlauffüllungsregelung lastspezifisch vorgenommen wird.
4. Vorrichtung zur Drehzahlregelung bei einer Brennkraftmaschine, mit einer mindestens einen I-Anteil umfassenden Leerlaufdrehzahlregelung (Leerlauf füllungsregelung LFR) zur Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Le erlauf drehzahl, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß eine Integratorniveau-Umschaltung (Integrator- Umschaltstufe 14) vorgesehen ist, die das aktuelle Integratorniveau des I-Anteils des PID-Reglers in der Leerlauf füllungsregelung sprungförmig um einen vorge gebenen Betrag anhebt bzw. absenkt, je nachdem, ob eine Brennkraftmaschinenbelastung zu- oder abgeschaltet wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lasterfassungsbereich (Lasterfassungsstufe 16, Speicher) vorge sehen ist, der der Integrator -Umschaltstufe zur Anhebung bzw. Absenkung des Integratorniveaus um vorgege bene, unterschiedliche Beträge ein lastspezifisches Signal zuführt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum lediglich kurzzeitigen Anheben bzw. Absenken des Inte gratorniveaus des I-Anteils die Integrator -U mschaltstufe als Monoflop ausge bildet ist.
PCT/DE1984/000265 1984-01-13 1984-12-08 Method and device for regulating the rotation speed of an internal combustion engine WO1985003106A1 (en)

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EP (1) EP0168412A1 (de)
JP (1) JPS61500925A (de)
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