Verfahren und Vorrichtung zur Drehzahlregelung bei einer Brennkraftmaschine

Abstract

 System zur Drehzahlregelung bei einer Brennkraftmaschine, deren Drehzahl einserseits durch eine Leerlauffüllungsregelung und andererseits durch ein Schubabschneideschaltung für die jeweils maßgebenden Betriebsbereiche geführt ist, mit Mitteln, die dadurch ein unerwünschtes Schubabschneiden bei durch die Leerlauffülungsregelung bewußt bewirkter überhöhter Motordrehzahl verhindern, daß der Istwert des von der Leerlauffüllungsregelung erzeugten Stelleransteuerungssignals mit einem Schwellwert verglichen und bei Überschreiten des Schwellwerts die Schubabschaltefunktion gesperrt wird. Durch den Einsatz eines PID-Reglers in der Leerlauffüllungsregelung ergibt sich hierdurch ferner ein dynamisches Verhalten der Wiedereinsetzdrehzahl der Schubabschaltefunktion.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] 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.

[0002] Einrichtungen zur Drehzahlregelung bei Brennkraftmaschinen sind bekannt; so ist es beispielsweise üblich, eine Leerlauffüllungsregelung (LFR) vorzusehen, die auf einen Luftbypass parallel zur Drosselklappe der Brennkraftmaschine arbeiten kann - üblicherweise ein Zweiwicklungs-Drehsteller. Unter Beachtung der momentanen Istdrehzahl der Brennkraftmaschine, einer Solldrehzahl und sonstiger peripherer Angaben ist eine solche Leerlauffüllungsregelung, ausgeführt in analoger oder digitaler Technik, in der Lage, einen einwandfreien Leerlauf der Brennkraftmaschine aufrechtzuerhalten, was beispielsweise, im Rangier- oder Schubbetrieb und beim Übergang von diesem in den Leerlauf, wichtig ist.

[0003] Andererseits ist es bei Brennkraftmaschinen bekannt, die Kraftstoffzufuhr im Betrieb dann zu unterbrechen, wenn bei höheren und hohen Drehzahlen die Drosselklappe geschlossen ist, die Brennkraftmaschine sich also im sogenannten Schubbetrieb befindet. Ein solcher Schubbetrieb liegt auch dann vor, wenn eine Brennkraftmaschine eine höhere Drehzahl aufweist als dies der Stellung der Drosselklappe beim Ottomotor oder der eingespritzten Kraftstoffmenge etwa bei einem Dieselmotor entspricht. Befindet sich die Brennkraftmaschine im Schubbetrieb, dann ist eine Arbeitsleistung nicht erwünscht und daher wird üblicherweise über die jeweilige Kraftstoffzufuhreinrichtung (Vergaser, Einspritzsysteme o.ä.) die der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge reduziert oder ganz auf Null gestellt (Schubabschneiden SAS).

[0004] Es ist allerdings nicht ausgeschlossen, daß gerade dann, wenn beide, notwendigerweise voneinander unabhängig wirkende Systeme bei einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden, Probleme entstehen können, beispielsweise dadurch, daß durch entsprechende Ansteuerung vom Regler der Leerlauffüllungregelung der LFR-Steller weit geöffnet ist aufgrund zu berücksichtigender betriebsbedingter Umstände (beispielsweise Start oder evtl. überhöhter Warmlauf) und dabei die tatsächliche Motordrehzahl kurzzeitig die für die Schubabschneideschaltung vorgegebene Abschneidedrehzahl überschreitet. In diesem Fall fühlen sich beide Systeme zuständig; die Schubabschneidefunktion setzt ein, so daß es beispielsweise und unter bestimmten extremen Bedingungen zum sog. Sägen (unkontrolliertes Schwingverhalten) kommen kann. Unter ganz extremen Umständen und bei kalter Maschine kann der Motor sogar wieder ausgehen.

[0005] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer mit Schubabschaltung und Leerlauffüllungsregelung ausgerüsteten Brennkraftmaschine ein gegebenenfalls zu Störungen führendes unerwünschtes Zusammenwirken beider Systeme zu verhindern.

Vorteile der Erfindung

[0006] Diese Aufgabe lösen das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung jeweils mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs bzw. des ersten Vorrichtungsanspruchs, wodurch sich der Vorteil ergibt, daß das Schubabschneiden immer dann verboten wird., wenn die Steller- öffnung der Leerlauffüllungsregelung Ursache für die Drehzahlüberhöhung ist, welche das Schubabschneiden verursacht. Es wird daher unter allen Umständen verhindert, daß durch die gleichzeitig wirkenden Funktionen der Leerlauffüllungsregelung und des Schubabschneidens ein Sägen im Drehzahlverlauf der Brennkraftmaschine verursacht wird; die Erfindung wirkt auch ausgleichend und behebt Störungen einwandfrei dort, wo bisher besonders kritische Zustände auftreten konnten, also direkt nach dem Startvorgang oder nach einem Auskuppeln, wenn hierbei das Fahrzeug unter die Leerlaufdrehzahl abgebremst worden ist.

[0007] Um allen Anforderungen an einen einwandfreien Leerlauf einer Brennkraftmaschine gerecht zu werden und um insbesondere sicher Rettungsfunktionen einsetzen zu können, wenn die Brennkraftmaschine auszugehen droht, verfügt die Leerlauffüllungsregelung über einen Regler mit PID-Regelverhalten, wobei ein solcher Regler in analoger Technik oder auch, was gegenwärtig bevorzugt wird, auf der Basi-s digital arbeitender Systeme realisiert werden kann. Durch dieses stets vorhandene PID-Verhalten der Leerlauffüllungsregelung ergibt sich ein weiterer Vorteil vorliegender Erfindung, der darin liegt, daß die Wiedereinsetzdrehzahl des Schubabschneidens dynamisch wird. Betrachtet man den Sachverhalt von der Seite des Schubabschneidens aus, bedeutet dies, daß bei schnell fallender Drehzahl bei einer höheren Wiedereinsetzdrehzahl Kraftstoff wieder zugeführt, bei der Einspritzanlage also wieder eingespritzt wird,als bei langsam fallender Drehzahl. Der Grund hierfür liegt darin, daß durch den Vorhalt des D-Anteils im PID-Verhalten des Leerlauffüllungsreglers die Größe des berechneten Stelleransteuerungssignals _T umso größer ist,. je schneller die Motordrehzahl abfällt. Da aufgrund der erfindungsgemäßen Konzeption dieses berechnete _T mit einer vorgegebenen _T-Schwelle verglichen wird und Schubabschneiden dann verboten wird, wenn das berechnete _T größer als die Schwelle ist, ergibt sich als Folge hiervon, daß bei schnell abfallender Motordrehzahl das berechnete _T sehr viel eher (D-Anteil) den Schwellenwert übersteigt und daher auch die Schubabschneidefunktion eher gesperrt wird. Die Erfindung greift daher in ihrer Grundkonzeption bis in die Funktion der Schubabschneideschaltung ein und gestaltet hierdurch das Schubabschneiden dynamisch, ohne daß es zusätzlicher Schaltungselemente und -komponenten bedarf.

Zeichnung

[0008] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt anhand eines Blockschaltbildes lediglich zur Veranschaulichung und stark schematisiert Grundaufbau einer Leerlauffüllungsregelung und eines Schubabschaltesystems sowie das durch die Erfindung realisierte Zusammenwirken dieser beiden Systeme.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

[0009] In der Zeichnung ist die Erfindung anhand diskreter Schaltungsblöcke eines Blockschaltbildes dargestellt, welches Leerlauffüllungsregelung und Schubabschneideschaltung insoweit auch durch diskrete Bauelemente oder Baugruppen realisiert angibt. Es versteht sich aber und liegt innerhalb des erfindungsgemäßen Rahmens, ist sogar ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung, das gesamte System insbesondere auch mit Hilfe von Mitteln zu realisieren, die auf digitaler Basis entsprechende Steuersignale erzeugen und einem entsprechenden Zusammenwirken unterworfen sind. Hierzu gehören insbesondere die programmgesteuerte Ausbildung von Mikroprozessoren mit entsprechenden Ausgangssystemen, Stellgliedern und einer Sensor-Eingangsbeschaltung, Mikrorechner, aber auch Systeme auf analoger Basis .'

[0010] Die im folgenden angegebene Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels ist daher insbesondere bezüglich des funktionellen Ablaufs zu werten und bedient sich des Hinweises auf die einzelnen Schaltungsblöcke lediglich aus Gründen eines besseren Verständnisses.

[0011] Der Bereich der Leerlauffüllungsregelung ist in der Zeichnung um eine logische Steuerschaltung, einen Mikrocomputer, einen Mikroprozessor o. dgl. gruppiert, der mit 10 bezeichnet ist und an seinem Ausgangsanschluß 10a das Stelleransteuerungssignal_'abgibt, welches mit _T bezeichnet ist.

[0012] Beim speziellen Anwendungsfall und bei Ausbildung der zentralen Rechenheit 10 des Leerlauffüllungsreglers als Mikrocomputer verfügt dieser peripher noch über die folgenden Baugruppen: einen Eingangsblock 11, über den ihm zu verarbeitende Signale wie beispielsweise den Istwert der momentanen Drehzahl n_ist' ein Drehzahlsollwert n_soll und eine Temperaturangabe über die Außentemperatur zugeführt wird. Es sind zwei weitere Eingangsblöcke 12 und 13 vorgesehen, die, bei einem Mikrocomputer als Regler, sofort als Analog-Digitalumsetzer ausgebildet sind und Betriebszustandsangaben über die jeweilige Motortemperatur und die Batteriespannung zuführen. Ein externer Speicher 14 versorgt den zentralen Rechner 10 mit gespeicherten, für die Erstellung des Stelleransteuersignals zusätzlichen Angaben. Der Mikrocomputer 10 ist seinem Aufbau bzw.seiner Auslegung nach ein PID-Regler und erstellt aus den Eingangsparametern ein erforderliches Grundtastverhältnis für das Stelleransteuersignal unter Einschluß entsprechender Korrekturgrößen und Abfrage des externen Datenspeichers 14. Das Stelleransteuerungssignal gelangt über eine Endstufe 15 und einen Zwischenschaltungsblock 16, der der Abschaltung aus Sicherheitsgründen.dient - hierzu gehören dann noch die Schaltungselemente 1.7 und 18, die insgesamt eine fail-safe-Sicherheitsschaltung bilden, auf die aber hier nicht weiter eingegangen zu werden braucht, zum Stellglied 19.

[0013] Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Stellglied als Zweiwicklungsdrehsteller 19a ausgebildet, der zur Leerlauffüllungsregelung einen als Luftbypass parallel zur _Dros- selklappe geschalteten Schieber 19b ansteuert, dessen gewünschter Durchlaßquerschnitt sich aus dem Tastverhältnis der dem Zweiwicklungsdrehsteller zugeführten Impulsfolge als Stelleransteuerungssignal ergibt.

[0014] Das Kraftstoffzumeßsystem für die Brennkraftmaschine ist hier lediglich stellvertretend für alle möglichen Formen als Vorstufe 20 (Steuermultivibratorstufe) für die Erzeugung -sogenannter tp-Vorimpulse dargestellt, welcher Vorstufe von einem Eingangsblock 21 eine Luftmassen- oder Luftmengenangabe zugeführt wird, zusätzlich zum Drehzahlsignal n der Brennkraftmaschine. Die Vorstufe oder Steuermultivibratorstufe 20 arbeitet über eine zwischengeschaltete Verknüpfungsstufe 22 auf eine weitere Stufe der Kraftstoffeinspritzanlage, die als Multiplizierstufe bezeichnet werden kann; allerdings gelangt auf die Verknüpfungsstufe 22 auch das Ausgangssignal der durch den Block 30 dargestellten Schubabschaltestufe, so daß die Vorimpulse t_p dann unterdrückt werden, wenn die Schubabschaltestufe 30 den Betriebszustand Schub der Brennkraftmaschine erkennt. Entsprechende Eingangssignale (Temperatursignal&rM, Drehzahlsignal n und ein Leerlaufsignal LL (Drosselklappenstellungssignal)) werden von der Schubabschaltestufe ausgewertet. Die Erfindung setzt jetzt an dieser Stelle ein und erfaßt zunächst die Größe oder Amplitude des vom PID-Regler der Leerlauffüllungsregelung erzeugten Stelleransteuerungssignals _T. Bei analoger Erzeugung dieses Signals kann dies sofort dem einen Eingang eines Vergleichers oder Komparators 40 zugeführt werden; ist das Stelleransteuerungssignal _T in seinem Tastverhältnis moduliert, dann kann ein einfacher Integrierblock 41 zwischengeschaltet werden, um eine analoge Größe zu gewinnen, wenn man darauf abstellt, daß die Erfindung auf analoger Basis arbeitet. Sinnvoll ist es allerdings bei ohnehin digital verarbeitenden Systemen, auch die die Erfindung darstellenden und in ihrer Funktion realisierenden Komponenten in Form digitaler Bausteine auszubilden oder unmittelbar in das Gesamtsystem der Leerlauffüllungsregelung und Schubabschaltung zu integrieren, indem entsprechende Anweisungen an die jeweiligen Rechner, Programmspeicher u. dgl. gegeben werden. Bevorzugt gilt dies für solche Einspritz-Steuergeräte, bei denen die Leerlauffüllungsregelung gleichzeitig als sog. integrierte LFR vorgesehen ist.

[0015] Das Stelleransteuerungssignal _T wird mit einer geeigneten _T-Schwelle verglichen, die von einem Block 42 erzeugt bzw. vorgegeben wird. Es hat sich als sinnvoll herausgestellt und ist daher eine bevorzugte Ausführungsform vorliegender Erfindung, die _T-Schwelle als Funktion der Motortemperatur auszubilden und so zu wählen, daß die sich mit dem jeweiligen _T ergebende Motordrehzahl auf jeden Fall kleiner ist als die Abschneidedrehzahl der Schubabschaltefunktion.

[0016] Stellt daher der Vergleicher 40 fest, daß das effektive Stelleransteuerungssignal _T größer als die vorgegebene _T-Schwelle ist, dann ergibt sich an diesem Vergleicher gleichzeitig auch die Information, daß diese hierdurch bewirkte erhöhte Motordrehzahl effektiv auf eine sinnvolle Reaktion der Leerlauffüllungsregelung zurückzuführen ist, und der Vergleicher erzeugt dann an seinem Ausgang 40a ein Sperrsignal, welches einem Eingang 30a der Schubabschaltestufe 30 zugeführt wird und deren Funktion unter diesen Umständen (Stelleransteuerungssignal _T größer als die vorgegebene _T-Schwelle) sperrt, d.h. das Einsetzen der Schubabschaltefunktion insgesamt verbietet.

[0017] Die Erfindung ist daher in der Lage, die Funktionen der Leerlauffüllungsregelung von der Schubabschaltung sauber zu trennen, gegenseitige Einflüsse zu unterbinden und einen einwandfreien Ablauf in der Steuerung der Momentandrehzahl ohne Schwingungen im gleichmäßigen übergang sicherzustellen.

[0018] Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Ansprüche

1. Verfahren zur Drehzahlregelung bei einer Brennkraftmaschine, wobei einerseits durch eine Leerlaufdrehzahlregelung (Leerlauffüllungsregelung LFR) eine untere Mindestdrehzahl aufrechterhalten und andererseits die Kraftstoffzufuhr bei. Drehzahlen oberhalb der Leerlaufdrehzahl und im Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs unterbrochen wird (Schubabschneiden SAS), dadurch gekennzeichnet, daß das Stelleransteuersignal (f) der Leerlaufdrehzahlregelung verglichen wird mit einem vorgegebenen _T-Schwellwert und bei überschreiten des Schwellwertes die Schubabschneidefunktion (SÄS) gesperrt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der _T-Schwellwert selbst eine Funktion der Motortemperatur ist und so gewählt wird, daß die sich aus dem jeweiligen _T-Schwellwert ergebende Motordrehzahl stets kleiner als die Abschneidedrehzahl der Schubabschneidefunktion ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch den D-Anteil des insgesamt PID-Verhalten aufweisenden Leerlauffüllungsreglers die Wiedereinsetzdrehzahl der Schubabschneidefunktion dadurch dynamisch eingestellt wird, daß bei schnell fallender Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine die Kraftstoffzufuhr bei höherer Wiedereinsetzdrehzahl wieder aufgenommen wird, da das vom PID-Regler der Leerlauffüllungsregelung errechnete Stelleransteuersignal 7 den Grenzwert der τ-Schwelle früher erreichet.

4. Vorrichtung zur Drehzahlregelung bei einer Brennkraftmaschine, mit einer Leerlaufdrehzahlregelung (Leerlauffüllungsregelung LFR) zur Aufrechterhaltung einer unteren Mindestdrehzahl und einer Schubabschneidestufe zur Sperrung der Kraftstoffzufuhr dann, wenn sich die Drehzahl oberhalb der Leerlaufdrehzahl und die Brennkraftmaschine gleichzeitig im Schubbetrieb befindet., dadurch gekennzeichnet, daß ein vorgegebener _T-Schwellwert des Stelleransteuerungssignals gebildet wird zum Vergleich mit dem momentanen Istwert des von der Leerlauffüllungsregelung (LFR) erzeugten Stelleransteuerungssignals (τ) und bei überschreiten des _T-Schwellwerts ein Sperrsignal der Schubabschneideschaltung (30) der-Brennkraftmaschine zugeführt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Vergleicher (40) und einen den _T-Schwellwert des Stelleransteuerungssignals erzeugenden Schaltungsblocks (42) und einer jeweils dann durch ein Sperrsignal aktivierten Verbindungsleitung vom Vergleicher (40) zur Schubabschaltestufe (30), wenn das Stelleransteuerungssignal den _T-Schwellwert überschreitet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler der Leerlauffüllungsregelung ein PID-Regler ist mit einem derart bemessenen D-Anteil, daß bei schnellem Drehzahlabfall die Wiedereinsetzdrehzahl des Schubabschneidens durch die Schubabsehneideschaltung

(30) dynamisch auf eine höhere Wiedereinsetzdrehzahl angehoben wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der _T-Schwellwert eine Funktion der Brennkraftmaschinentemperatur (ϑ_M) ist.

Zeichnung