Stand der Technik
[0001] Der Gegenstand der Erfindung betrifft eine Regelanordnung für eine Brennkraftmaschine
mit einer Endstufe zur Beeinflussung einer Kraftstoffzumeßeinrichtung, die die der
Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge bestimmt, sowie mit einem Rechengerät
zur Ansteuerung der Endstufe wenigstens in Abhängigkeit von der der Brennkraftmaschine
zugeführten Kraftstoffmenge.
[0002] Es ist bekannt, eine Brennkraftmaschine dadurch zu regeln, daß z.B. mit Hilfe entsprechender
Geber die der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge gemessen wird, daß mit
Hilfe von anderen Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine die für den Betriebszustand
derselben optimale Kraftstoffmenge bestimmt und in Abhängigkeit von diesen Ist- und
Sollwerten dann die Brennkraftmaschine beeinflußt wird. Schaltungstechnisch kann dies
z.B. bei einer Diesel-brennkraftmaschine mit Hilfe eines Regelweggebers, eines elektronischen
Rechengeräts, sowie einer Endstufe realisiert werden, wobei dann die Beeinflussung
der Brennkraftmaschine auf verschiedene Weisen, z.B. mit einem elektromagnetischen
Stellwerk durchgeführt werden kann. Der beschriebene Regelkreis muß dabei so ausgeführt
sein, daß er ein stabiles Regelverhalten auch unter extremen Betriebsbedingungen aufweist,
gleichzeitig muß er jedoch ein schnelles und genaues Einregeln, insbesondere ein Einregeln
ohne Überschwingen, auf den entsprechenden gewünschten Wert gewährleisten. Aufgrund
der begrenzten Speicherkapazität und auch der endlichen Rechenzeit ist es nicht möglich,
sämtliche der genannten Anforderungen mit Hilfe eines Rechners optimal zu erfüllen.
Verringert man z.B. die Frequenz, mit der der Rechner den Istwertgeber abtastet, so
hat dies eine destabilisierende Wirkung auf den gesamten Regelkreis zur Folge. Erhöht
man hingegen die Abtastfrequenz, so verringert sich die Rechenzeit zwischen den einzelnen
Abtastungen und damit auch die Möglichkeit, eine genaue Regelung durchzuführen. Ein
weiterer Nachteil der Verwendung eines Rechners zur Regelung einer Brennkraftmaschine
besteht darin, daß mit dem Ausfall der Versorgungsspannung des Rechners auch keine
Regelung der Brennkraftmaschine mehr stattfindet und damit die Brennkraftmaschine
gegebenenfalls sogar unkontrollierbar wird. Dieser zuletzt genannte Fall kann zumindest
teilweise mit Hilfe mechanischer Notfahreinrichtungen vermieden werden. Ein weiterer
sinnvoller Betrieb der Brennkraftmaschine nach dem,Ausfall des Rechners ist damit
jedoch zumeist nicht möglich.
Vorteile der Erfindung
[0003] Gegenüber dem beschriebenen Stand der Technik hat die Erfindung den Vorteil, daß
bei optimalen Notfahreigenschaften gleichzeitig eine genaue und schnelle Regelung
einer Brennkraftmaschine möglich ist.
[0004] Dies wird dadurch erreicht, daß eine Koppelschaltung unabhängig vom Rechengerät,
jedoch abhängig von der der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffmenge ebenfalls
die Endstufe ansteuert.
[0005] Besonders vorteilhaft ist es dabei, die Koppelschaltung als eine differenzierende
Gegenkopplung des eigentlichen Regelkreises auszuführen. Ein weiterer Vorteil der
Erfindung besteht darin, für den Notfahrbetrieb das eigentliche Eingangssignal des
Regelkreises direkt mit dem Ausgangssignal der Koppelschaltung zu verknüpfen.
[0006] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich
aus den Unteransprüchen, sowie aus der Zeichnung mit zugehöriger Beschreibung. Die
Zeichnung zeigt in ihrer einzigen Figur ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiels, das in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert ist.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
[0007] Das beschriebene Ausführungsbeispiel betrifft die Regelung einer Diesel-Brennkraftmaschine.
Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf selbstzündende Brennkraftmaschinen,
sondern ist in analoger Weise auch auf andere Brennkraftmaschinentypen anwendbar.
[0008] Im Blockschaltbild der einzigen Figur der Zeichnung bilden ein Fußfahrgeber 10 (FFG),
ein Analog/Digital-Wandler 11 (ADC), eine Verknüpfung 22, ein erster Regelalgorithmus
12 (RA1), eine Begrenzung 13, eine Verknüpfung 20, ein zweiter Regelalgorithmus 14
(RA2), ein Digital/ Analog-Wandler 15 (DAC), eine Verknüpfung 24, eine Endstufe 16
(ES), eine Einspritzpumpe 17 (EP) und eine Brennkraftmaschine 18 (BKM) eine Serienschaltung.
Bei dem Ausgangssignal der Brennkraftmaschine 18 handelt es sich um die Drehzahl N
der Brennkraftmaschine, wobei dieses Signal über einen Analog/Digital-Wandler 21 (ADC)
mit einem negativen Vorzeichen der Verknüpfung 22 zugeführt ist. Demgegenüber handelt
es sich bei dem Eingangssignal der Brennkraftmaschine 18 um den Regelweg RW der Einspritzpumpe
17, wobei dieses Signal einerseits über einen weiteren Analog/Digital-Wandler 19 (ADC)
mit einem negativen Vorzeichen versehen an die Verknüpfung 20 angeschlossen ist, andererseits
über eine Koppelschaltung 23 (KS) ebenfalls mit einem negativen Vorzeichen versehen
mit der Verknüpfung 24 verbunden ist. Schließlich ist das Ausgangssignal des Fußfahrgebers
10 über eine Schalteinrichtung 26 ebenfalls mit der Verknüpfung 24 gekoppelt. Die
Schalteinrichtung 26 befindet sich dabei normalerweise in ihrem geöffneten Zustand
und wird nur unter bestimmten Betriebsbedingungen geschlossen. Dieses Schließen wird
dabei von dem mit dem Kennzeichen 25 bezifferten Mikroprozessor hervorgerufen, wobei
der Mikroprozessor 25 wenigstens die mit den Kennzifferen 11, 22, 12, 13, 20, 14,
15, 19 und 21 bezeichneten Funktionen bzw. Einrichtungen durchführt bzw. aufweist.
[0009] Die einzelnen Blöcke des beschriebenen Blockschaltbilds können dabei noch von weiteren,
nicht dargestellten Betriebsparametern beeinflußt werden, so z.B. insbesondere die
Begrenzung 13 durch den Ladeluftdruck PL und die Ladelufttemperatur TL eines gegebenenfalls
vorhandenen Turboladers oder durch die Kraftstofftemperatur TK oder die Motortemperatur
TM usw. Schließlich kann auch die Drehzahl N der Brennkraftmaschine auf die Begrenzung
13 einwirken, wie dies strichliert dargestellt ist.
[0010] Ein erster Regelkreis des dargestellten Ausführungsbeispiels besteht aus dem zweiten
Regelalgorithmus 14, dem Digital/Analog-Wandler 15, der Verknüpfung 24, der Endstufe
16, der Einspritzpumpe 17, dem Analog/Digital-Wandler 19 und der Verknüpfung 20. Geregelt
wird in diesem Regelkreis der Regelweg der Einspritzpumpe 17, wobei das negative Eingangssignal
der Verknüpfung 20 den Ist-Regelweg darstellt, das positive Eingangssignal hingegen
den Soll-Regelweg.
[0011] Ein zweiter Regelkreis, der dem ersten Regelkreis überlagert ist, besteht aus dem
Fußfahrgeber 10, dem Analog/ Digital-Wandler 11, der Verknüpfung 22, dem ersten Regelalgorithmus
12, der Begrenzung 13, dem ersten Regelkreis und dem Analog/Digital-Wandler 21. In
diesem zweiten Regelkreis wird die Drehzahl N der Brennkraftmaschine 18 geregelt.
Dabei handelt es sich bei dem negativen Eingangssignal der Verknüpfung 22 um die Ist-Drehzahl,
bei dem positiven.Eingangssignal hingegen um eine Soll-Drehzahl der Brennkraftmaschine.
[0012] Die beiden Regelalgorithmen 12 und 14 haben die Aufgabe, in Abhängigkeit von ihrem
Differenz-Eingangssignal Ausgangssignale zu bilden, die ein optimales Verhalten der
Brennkraftmaschine gewährleisten. Die Aufgabe der Begrenzung 13 besteht darin, das
Sollsignal für den Regelweg an die mechanischen Eigenschaften der Einspritzpumpe 17
anzupassen. Die Analog/Digital- bzw. Digital/Analog-Wandler 11, 15, 19 und 21 stellen
jeweils die Verbindung zwischen dem digital arbeitenden Mikroprozessor 25 und den
analogen peripheren Einrichtungen her.
[0013] Der Vorteil einer derartigen, mit Hilfe eines Rechners realisierten Regelung einer
Brennkraftmaschine besteht insbesondere darin, daß hohe Regelgenauigkeiten erreicht
werden können, was optimale Betriebseigenschaften der gesamten Einrichtung zur Folge
hat. Ebenfalls ist es möglich, mit Hilfe des Rechners Langzeitdriften z.B. der Einspritzpumpe
oder der Brennkraftmaschine zu erkennen und zu kompensieren. Der Nachteil besteht
jedoch, wie eingangs schon erwähnt wurde, in einer Destabilisierung des gesamten Regelkreises.
[0014] Mit Hilfe der Koppelschaltung 23 ist es nun erfindungsgemäß möglich, den Nachteil
der Destabilisierung weitgehend zu beheben. Dies wird dadurch erreicht, daß die Koppelschaltung
23 im Hinblick auf den beschriebenen ersten Regelkreis als Gegenkopplung der aus Endstufe
16 und Einspritzpumpe 17 bestehenden Regelstrecke wirkt. Dabei ist die Koppelschaltung
23 vollkommen unabhängig vom Mikroprozessor 25 und normalerweise in analoger Schaltungstechnik
aufgebaut. Besonders vorteilhaft ist es, die Koppelschaltung 23 als Differenzierglied
zu realisieren. Dadurch entsteht insgesamt ein erster Regelkreis bezüglich des Regelwegs
RW der Einspritzpumpe, in dem ein Parameter durch eine differenzierende Gegenkopplung
zusätzlich zum Regelalgorithmus frei bestimmt werden kann. Des weiteren ist der erste
Regelkreis von einem zweiten Regelkreis bezüglich der Drehzahl N der Brennkraftmaschine
überlagert ist.
[0015] Mit Hilfe dieser zuletzt beschriebenen Konfiguration ist es möglich, eine Brennkraftmaschinen-Regelung
nicht nur schnell und genau, sondern gleichzeitig stabil zu gestalten. Die Anforderungen
an ein stabiles Regelverhalten der gesamten Regelung, die, wie eingangs erwähnt wurde,
mit Hilfe eines einzigen Rechners nicht erreicht werden können, sind also durch die
erfindungsgemäße Einführung einer Koppelschaltung, insbesondere eines gegengekoppelten
Differenzierglieds zu erfüllen.
[0016] Gleichzeitig ist mit Hilfe der erfindungsgemäßen Hinzufügung der Koppelschaltung
23 in besonders vorteilhafter Weise ein Notfahrbetrieb der gesamten Brennkraftmaschine
möglich. Fällt z.B. durch'irgendwelche Gründe die Spannungsversorgung des Mikroprozessors
25 aus, so geht die Schalteinrichtung 26 erfindungsgemäß in ihren geschlossenen Schaltzustand
über. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, daß als Schalteinrichtung 26 ein Relais
verwendet wird, das nur bei vorhandener Versorgungsspannung für den Mikroprozessor
25 sich in seinem aktiven, also angezogenen geöffneten Zustand befindet, und das deshalb
bei Spannungsausfall automatisch schließt. Durch diesen Vorgang wird das Ausgangssignal
des Fußfahrgebers 10 direkt auf die Verknüpfung 24 geschaltet und ersetzt damit das
aufgrund des Spannungsausfalls fehlende Ausgangssignal des Digital/Analog-Wandlers
15. Bei Spannungsausfall des Mikroprozessors 25 wird also durch das Schließen der
Schalteinrichtung 26 ein Einfach-Regelkreis gebildet, der aus dem Fußfahrgeber 10,
der geschlossenen Schalteinrichtung 26, der Verknüpfung 2h, der Endstufe 16, der Einspritzpumpe
17 und der Koppelschaltung 23 besteht. Bei geeigneter Dimensionierung insbesondere
der Koppelschaltung 23 ist es dann mit Hilfe dieses Einfach-Regelkreises möglich,
eine zumindest vorübergehend zufriedenstellende Arbeitsweise der Brennkraftmaschine
zu gewährleisten.
[0017] Insgesamt wird also mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einführung einer Koppelschaltung
nicht nur eine stabilere Regelung der Brennkraftmascchine erreicht, sondern gleichzeitig
auch die Möglichkeit eines einfachen, aber wirkungsvollen Notfahrkonzepts realisiert.
1. Regelanordnung für eine Brennkraftmaschine mit einer Endstufe zur Beeinflussung
einer Kraftstoffzumeßeinrichtung, die die der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge
bestimmt, sowie mit einem Rechengerät zur Ansteuerung der Endstufe wenigstens in Abhängigkeit
von der der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffmenge, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Koppelschaltung unabhängig vom Rechengerät, jedoch abhängig von der der Brennkraftmaschine
zugeführten Kraftstoffmenge
die Endstufe ansteuert.
2. Regelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelschaltung
als Gegenkopplung zu der Serienschaltung aus Endstufe und Kraftstoffzumeßeinrichtung
wirkt.
3. Regelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelschaltung
differenzierendes Verhalten aufweist.
4. Regelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge mit Hilfe eines Regelweggebers gemessen
wird.
5. Regelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge mit Hilfe eines Nadelhubgebers gemessen
wird.
6. Regelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das
Rechengerät von einem Signal bezüglich der Drehzahl der Brennkraftmaschine angesteuert
wird.
7. Regelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das
Rechengerät von einem Lastsignal angesteuert ist.
8. Regelanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Lastsignal mit
Hilfe eines Fußfahrgebers erzeugt wird.
9. Regelanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Lastsignal über
eine Schalteinrichtung die Endstufe ansteuert.
10. Regelanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung
in ihren geschlossenem Schaltzustand übergeht, wenn das Rechengerät z.B. aufgrund
eines Ausfalls der Spannungsversorgung des Rechengeräts, die Endstufe nicht mehr ansteuert.