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    • 专利摘要:

    公开号:WO1987005074A1
    申请号:PCT/DE1986/000408
    申请日:1986-09-19
    公开日:1987-08-27
    发明作者:Thomas KÜTTNER；Wolf Wessel
    申请人:Robert Bosch Gmbh；
    IPC主号:F02D41-00
    专利说明:
    [0001] Einrichtung zur Regelung der Laufruhe einer Brennkraftmaschine
    [0002] Stand der Technik
    [0003] Es ist eine Einrichtung zur Regelung der Laufruhe einer Brennkraftmaschine bekannt, mit deren Hilfe das Schwingen eines Kraftfahrzeugs im unteren Drehzahlbereich, insbesondere im Leerlauf, behoben wird. Dieses Schwingen des Kraftfahrzeugs wird oftmals als "Schütteln" bezeichnet und ist eine Folge von Fertigungstoleranzen, die in der Serienherstellung der Einspritzausrüstung auftreten.
    [0004] Die in die einzelnen Zylinder einzuspritzenden Kraftstoffmengen sollen durch eine Laufruheregelung, bei der jedem Zylinder eine eigene Regelung zugeordnet wird, so korrigiert werden, daß jeder Zylinder möglichst das gleiche Drehmoment abgibt, so daß dadurch ein ruhigerer Motorlauf entsteht. Bei dieser Laufruheregelung wird die Ist- und Sollwertbildung zum gleichen Zeitpunkt durchgeführt , was bei Großsignal-Drehzahlschwankungen den Nachteil ergibt, daß das Maß für die Abweichung des Istwerts bezüglich des Mittelwerts verfälscht wird, weil das Sollwertsignal eine Verzögerung bzw. eine Phasenverschiebung erfährt. Dieser Nachteil führt zu einer Verschlechterung des dynamischen Verhaltens des Einspritzsystems.
    [0005] Vorteile des Erfindung
    [0006] Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Regelung der Laufruhe einer Brennkraftmaschine hat demgegenüber den Vorteil, daß bei Großsignal-Drehzahlschwankungen die Phasenverschiebung, die zwischen Ist- und Sollwert auftritt, kompensiert wird, so daß eine wesentliche Verbesserung des dynamischen Verhaltens des Einspritzsystems erzielt wird. Die Kompensation der Phasenverschiebung zwischen Sollwert und Istwert wird dadurch erreicht, daß der Sollwert um z-1 Segmente eines bekannten Segment-rades, das z Segmente aufweist, wenn es an der Kurbelwelle angebracht ist, gegenüber dem Istwert verzögert wird. Die bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß eine vereinfachte Mittelwertbildung des Sollwerts mit Hilfe eines Filters erfolgt, der die Frequenz des "Schüttelns" herausfiltert, so daß 2*z Speicherzellen eines Mikroprozessors, der die Laufruheregelung und noch weitere Steuer- und/oder Regeleinrichtungen für die Kraftstoffzumeßeinrichtung steuert, weniger benötigt werden. Die Festlegung der Grenzfrequenz des Filters erfolgt nach 2 Gesichtspunkten: Einerseits muß das gemittelte Drehzahlsignal bei Großsignal-Drehzahlschwankungen der Momentandrehzahl gut folgen können, andererseits muß eine bestmögliche Dämpfung der Nockenwellen-Qrehzanlscbwingungen gewährleistet sein.
    [0007] Ein weiterer Vorteil bietet sich bei der Verwendung von 2*z Proportional-Integral-Reglern statt z Proportional-Integral-Reglern, da dadurch auf eine Synchronisationseinrichtung der Laufruheregelung verzichtet werden kann. Sind nur z Proportional-Integral-Regler in das Einspritzsystem eingebaut, so ist keine Synchronisation notwendig.
    [0008] Bei einer Erhöhung der Drehzahl wird der Leerlaufregler-Integral-Zuwachs negativ und alle Leerlaufregler-Integratoren werden kleiner bis sie Regelweg = 0 erreichen. 0er Integrator wird für die Regelweg-Sollwert-Ausgabe auf 0 begrenzt, intern wird aber der Integrator so lange reduziert, bis alle Integratoren Regelweg = 0 erreicht haben. Durch diese Maßnahmen wird gewährleistet, daß bei höheren Drehzahlen die Kraftstoffmenge nicht verfälscht wird und die Integratoreneinstellungen beibehalten werden, damit beim nächsten Leerlaufbetrieb die richtigen Integratorstellungen schon eingestellt sind. Um die Stellzeit für die Laufruhe-Stellgrößen bei Kraftstoffmengenstellwerken mit bestimmter Einstellzeit zu verkürzen, wird eine Formung der Stellgröße durchgeführt. Diese Stellgrößenformung bringt besonders bei hoher Zylinderzahl z, erhöhter Leerlaufdrehzahl und begrenzter Stellwerksstellzeit Vorteile. Die Formung erfolgt derart, daß dem Stellwerk kurzzeitig eine zu große bzw. zu kleine Stellgröße vorgetäuscht und damit die Stellgeschwindigkeit erhöht wird.
    [0009] Zeichnung
    [0010] Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    [0011] Figur 1 die gleitenden Mittelwerte über 2 und 8 Segmente,
    [0012] Figur 2 den gleitenden Mittelwert über 2 Segmente und den gleitenden Mittelwert über 8 Segmente um 3 Segmente verzögert,
    [0013] Figur 3 eine erste Möglichkeit des Prinzips der Laufruheregelung mit 4 Proportional-Integral-Reglern ohne Synchronisation,
    [0014] Figur 4 das Prinzip der Laufruheregelung mit 8 Proportional-Integral-Reglern,
    [0015] Figur 5 eine zweite Möglichkeit des Prinzips der Laufruheregelung mit 4 Proportional-Integral-Reglern ohne Synchronisation,
    [0016] Figur 6 das Prinzip der Laufruheregelung mit 4 Proportional-Integral-Reglern mit Synchronisation,
    [0017] Figur 7 ein vereinfachtes Blockschaltbild mit Einbindüng der Laufruheregelung in das Einspritzsystem,
    [0018] Figur 8 den Verlauf der Laufruheregelung-Integratoren im Leerlauf und außerhalb des Leerlaufs,
    [0019] Figur 9 eine erste Alternative zur Soll- und Istwertbildung,
    [0020] Figur 10 eine zweite Alternative zur Soll- und Istwertbildung und
    [0021] Figur 11 das Prinzip der Stellgrößenformung zur Verkürzung der Stellzeit.
    [0022] In Figur 1 sind die gleitenden Mittelwerte über 2 und 8 Segmente aufgezeichnet. Die Zylinderzahl beträgt z = 4. Der Sollwert wird dadurch erstellt, daß der Mittelwert über die zurückliegenden 2* z = 8 Segmentzeiten gebildet wird. Der Istvert ergibt sich als Mittelwert der beiden zurückliegenden Segmentzeiten, was einen Arbeitshub eines Zylinders entspricht. Weiterhin zeigt Figur 1, daß bei Großsignal-Drehzahlschwankungen eine größere Verzögerung bzw. Phasenverschiebung des Sollwert gegenüber dem Istwert auftritt.
    [0023] Figur 2 zeigt den gleitenden Mittelwert über 2 Segmente und den gleitenden Mittelwert über 8 Segmente, der um 3 Segmente verzögert ist. Diese Maßnahme ermöglicht, wie aus Figur 2 zu entnehmen ist, daß die Regelung der Laufruhe auch bei Großsignal-Orehzahlschwankungen das richtige Maß für die Abweichung des Istwerts b ezüg lich des Mittelwerts erkennt.
    [0024] Figur 3 wiest eine erste Möglichkeit des Prinzips der Laufruheregelung LRR mit Proportional-Integral-Reglern (PI-Regler) ohne Synchronisation aus. Hierzu sind folgende Größen über der Zeitachse t aufgetragen. Momentandrehzahl, Segmentimpulse, Einspritzung, Zeit, Timerwert-Normierung TN über 1 Segment, Stellgröße und Segmentzähler. In diesem Zeitdiagramm sind Berechnungszeitpunkte von Soll- und Istwert angegeben. Im Zeitpunkt der Sollwert- und Stellgrößenberechnung für den Regler liegt der berechnete Istwert bereits 3 Segmente zurück.
    [0025] Figur 4 veranschaulicht das Prinzip der Laufruheregelung LRR mit 8 Proporional-Integral-Reglern (PI-Regler), wobei dieselben Größen wie in Figur 3 über der Zeitachse t aufgetragen sind. Oieses Zeitdiagramm zeigt, daß nach jedem Segmentimpuls die Stellgröße eines Reglers berechnet und 2 Segmente später ausgegeben wird. Die Istwertbildung im Regler 1 erfolgt über die Segmente 1a und 1b , für Regler 2 über die Segmente 1b und 2a, usw. Dabei wirken sich die Stellgrößen der Regler 2, 4, 6, 8 nicht auf eine Einspritzung aus. Ferner verdeutlicht dieses Zeitdiagramm, daß die Einspritzung die Segmentzeit 2a beeinflußt, und daß Regler 1 und Regler 2 die Drehzahlabweichung ausregeln mit dem Unterschied, daß die Stellgröße 1 eine Auswirkung auf die Einspritzung hat und Stellgröße 2 nicht, wobei Regler 1 und Regler 2 über die Segmentzeiten gekoppelt sind. Es korrigieren also immer z Regler die Kraftstoffmenge so, daß die Drehzahlabweichungen gleich 0 werden, so daß eine Synchronisation nicht notwendig ist.
    [0026] In Figur 5 ist eine zweite Möglichkeit des Prinzips der Laufruheregelung LRR mit 4 Proportional-Integral-Reglern (PI-Regler) ohne Synchronisation gebildet. Die Figur 5 ist mit Figur 3 zu vergleichen. Diese zweite Möglichkeit läßt ebenfalls wie die erste Möglichkeit in Figur 3 eine stabile Laufruheregelung LRR zu. Die Figur 5 zeigt, daß die Reaktion auf die Einspritzung im Zylinder 1 (ZI) im zweiten und dritten Segment danach erfaßt wird, in Figur 3 bereits im ersten und zweiten Segment. Die Zeitpunkte für die Reglerberechnung und die Stellgröße verschieben sich bei der zweiten Möglichkeit jeweils um ein Segment gegenüber der ersten Möglichkeit. Da es diese beiden Einstellmöglichkeiten gibt, ist keine Synchronisation notwendig, und es bleibt dem Zufall überlassen, welche Einstellung sich vom Start weg einstellt.
    [0027] Die Figur 6 zeigt das Prinzip der Laufruheregelung LRR mit 4 Proportional-Integral-Reglern (PI-Regler) mit Synchronisation, wobei die Reaktion auf die Einspritzung im Zylinder 1 (ZI) im zweiten und dritten Segment danach erfaßt wird. Bei Zylinderzahlen z ≥ 6 werden die Bereiche schlechter Dynamik gleich oder größer als ein Segment, so daß hier auf eine Synchronisation nicht verzichtet werden kann. Eine Synchronisation für Zylinderzahlen z < 6 ist auch notwendig, wenn das Stellwerk der Kraftstoffzumeßeinrichtung nicht schnell genug ist, während eines Segments den Endwert zu erreichen und wenn eine größere Einstellmöglichkeit der Segmentimpulslage gewünscht wird.
    [0028] Die Figur 7 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild mit Einbindung der Laufruheregelung LRR in das Einspritzsystem. Der Leerlaufregler ist in einen Proportional-Anteil, LL-P-Anteil, und einen Integral-Anteil, LL-I-Anteil, und eine Integralzuwachsberechnung, I-Zuwachs, aufgeteilt. Der Integralzuwachs wird zu den Stellgrößen und Integratoren der Leerlaufruheregelung LRR addiert. Es wird der Mittelwert MW der Laufruhe-Integratαren gebildet. Dieser Mittelwert MW wird einer Umrechnungsstelle U zugeführt, die über den Timerwert die Kraftstoffmenge bestimmt, die dem Zylinder zugeführt wird. Diese Umrechnungsstelle U wird mit einer Additionsstelle 1 verbunden. Der Leerlauf-Regler-Proportional-Anteil wird ebenso mit dieser Additionsstelle 1 verknüpft. Der Additionsstelle 1 wird bei Betätigung des Fahrpedals FP über die Änderung des Fahrverhaltens des Kraftfahrzeugs KFZ ein drittes Signal zugeführt. Oie Fahrgeschwindigkeitsregelung FGR und die Additionsstelle 1 sind an einen Maximalwertbegrenzer MAX angeschlossen, der zusammen mit einer Vollast/Rauch-Begrenzung VL/R Signale an einen Minimalbegrenzer MIN abgibt. Dieser Minimalbegrenzer MIN führt über eine Kraftstofftemperaturkorrektur KTK, einem Pumpenkennfeld (Pumpen-KF) und einer Timerwert-Normierung TN Signale einer Subtraktionsstelle 2 zu. Das Ausgangssignal des gebildeten Mittelwerts MW der Laufruhe-Integratoren wird ebenfalls der Subtraktionsstelle 2 zugeleitet. Das Ausgangssignal der Subtraktionsstelle 2 wird einer Additionsstelle 3 zugeführt, die ein weiteres Signal durch die Laufruheregelung LRR über eine Stellgrößenumschaltung SGU erhält. Das Ausgangssignal der Additionsstelle 3 wird der Regelweg-Sollwert-Ausgabe des Einspritzsystems zugeführt. Der Minimalbegrenzer MIN ist mit der Laufruheregelung LRR gekoppelt, in der Form, daß außerhalb des Leerlauf-Betriebs die Integratoreinstellung unter der Nulllinie gespeichert werden.
    [0029] Figur 8 zeigt den Verlauf der Laufruheregelung LRR- Integratoren 1 bis 4 im Leerlauf LL und außerhalb des
    [0030] Leerlaufs LL. Wenn die Laufruheregelung LRR arbeitet und der Motor ruhig läuft, stellen sich die Integratoren ein wie im Zeitpunkt t0. Tritt der Fahrer das Fahrpedal FP, dann erhöht sich die Drehzahl und der Zuwachs des Leerlauf-Regler-Integrals wird negativ und alle LRR-Interatoren werden kleiner bis sie Regel-weg RW - 0 erreichen. Im Zeitpunkt t1 hat der Integrator 2 den Regelweg RW = 0 erreicht. Für die Regelweg (RW)-Sollwert-Ausgabe wird der Integrator auf 0 begrenzt, intern wird der Integrator so lange reduziert, bis alle Integratoren = 0 sind, so daß bei höheren Drehzahlen die Kraftstoffmenge nicht verfälscht wird. Die Integratorein¬stellungen werden beibehalten, und somit sind beim nächsten Leerlauf-Betrieb die richtigen Integrator¬stellungen schon eingestellt. Die Kennlinie a zeigt den Mittelwert MW der Integratoren der Laufruheregelung im Leerlauf und außerhalb des Leerlaufs.
    [0031] In Figur 9 und 10 sind zwei Möglichkeiten der Soll- und
    [0032] Istwertbildung dargestellt, die den Vorteil haben, daß weniger Speicherzellen notwendig sind. Als Istwert wird nur eine Segmentzeit verwendet. Es wird das Segment verwendet, in dem sich die Reaktion der entsprechenden Einspritzung am besten auswirkt. Der Sollwert wird über z Segmente gebildet. Es werden abhängig vom Istwert die langen (Fig. 9) oder kurzen (Fig. 10) Segmente zur Sollwertbildung verwendet. Statt der Verarb eitung der Seg ment z e it en ka nn au ch d er entsprechende Drehzahlwert zur Soll- und Istwertbildung verwendet werden. In Figur 11 ist eine Möglichkeit zur Verkürzung der Stellzeit bei Kraftstoffmengen-Stellwerken mit einer bestimmten Stellzeit (z.B. Magnet-Stellwerke) gezeigt. Kurz nach dem Ausgabezeitpunkt für die nächste Stellgröße wird nicht der neue Endwert (z.B. Sl) ausgegeben, sondern eine Vorsteuergröße VS1, die wie folgt gebildet wird:
    [0033] VS1 = Faktor * (neue Stellgröße S1 - vorherige Stellgröße S4)
    [0034] Der Faktor muß größer als 1 (z.B. = 2) gewählt werden. Die Vorsteuerstellgröße VS1 steht für die Zeit dt an. Der Faktor und die Zeit dt müssen auf die Stellgeschwindigkeit abgestimmt sein.
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche
    1. Einrichtung zur Regelung der Laufruhe einer Brennkraftmaschine, bei der jedem Zylinder der Brennkraftmaschine eine Regelung zugeordnet wird, und jede Regelung aus einem ihr zugeordneten Istwert und einem Mittelwert einen Stellwert für den ihr zugeordneten Zylinder bildet, dadurch gekennzeichnet, daß bei Großsignal-Drehzahlschwankungen eine zeitliche Verzögerung bzw. eine Phasenverschiebung, die zwischen dem Istwert und einem Sollwert auftritt, kompensiert wird, und bei einer Zylinderzahl z eine entsprechende Anzahl z Proportional-Integral-Regler (PI-Regler) eingebaut sind, die automatisch eine Synchronisation vornehmen.
    2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert gleich dem Mittelwert der Zeit über 2*z Segmente eines bekannten, an der Kurbelwelle angebrachten Segmentrades ist, das z Segmente aufweist.
    3. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwert gleich der Zeit über zwei Segmente des bekannten Segmentrades ist.
    4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß der Istwert über das nächste und zweitnächste Seg ment nach einer Einspritzung oder über das zweit- oder drittnächste Segment gebildet wird.
    5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Soll- und der Istwert als Drehzahl oder als Zeit verarbeitet werden.
    6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwert auch über 1 Seg- ment und der Sollwert über z Segmente gebildet werden kann, wobei zwischen den z Segmenten für die Sollwertbildung immer 1 Segment liegt, das nicht verwendet wird
    7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert gegenüber dem
    Istwert um z-1 Segmente des bekannten Segmentrades verzögert ist.
    8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadruch gekennzeichnet, daß zur Mittelwertbildung des
    Sollwerts ein Filter verwendet wird.
    9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter eine Grenzfrequenz besitzt, die so festgelegt ist, daß bei Großsignaldrehzahlschwankungen ein gemitteltes Drehzahlsignal dem Momentandrehzahlsignal folgen kann und eine Dämpfung von Nockenwellen-Drehzahlschwingungen gewährleistet ist.
    10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von 2z PI-Reglern nach jedem Segmentimpuls , bei Verwendung von z PI-Reglern nach jedem zweiten Segmentimpuls eine Stellgroße berechnet wird.
    11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge-kennzeichnet, daß die Stellgröße zwischengespeichert wird und bei Verwendung von 2z Reglern um z-2 Segmente, bei Verwendung von z Reglern ohne Synchroni- sation um z-3 Segmente und bei Verwendung von z Reglern mit Synchronisation um z-4 Segmente verzögert wird.
    12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Stellwerks, das die Kraftstoffwunschmenge erst nach einer bestimmten Zeit einstellen kann, eine Stellgrößenformung vorgenommen wird, mit dem Ziel, daß die Kraftstαffmenge schneller eingestellt wird.
    13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgrößenformung aus der Differenz von aufeinanderfolgenden Stellgrößen multipliziert mit einem Faktor größer als 1 gebildet wird und während der Zeit dt nach einem Stellgrößenausgabezeitpunkt wirksam ist.
    14. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Zylinderzahl z die gleich oder größer als 6 ist, durch eine Anordnung von 2*z Proportional-Integral-Reglern (PI-Regler) automatisch eine Synchronisation erfolgt.
    15. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Einbindung der Laufruheregelung (LRR) in das Einspritzsystem im Leerlauf (LL) ein Integral-Zuwachs (I-Zuwachs) des Leerlaufreglers (LL-Regler) auf alle Integratoren der Laufruheregelung (LRR) aufaddiert wird und somit alle Integratoren der Laufruheregelung (LRR) gemeinsa verändert.
    16. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Bedienung des Fahrpedals (FP) der Integral-Zuwachs (I-Zuwachs) negativ werden kann und alle Integratoren der Laufruheregelung (LRR) kleiner werden, bis sie Regelweg (RW) = 0 erreichen.
    17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Integrator zu dem Zeitpunkt, ab dem er den Regelweg (RW) = 0 erreicht, für die Regelweg-Sollwert-Ausgabe auf 0 begrenzt wird.
    18. Einrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator, der Regelweg (RW) = 0 erreicht hat, intern so lange reduziert wird, bis alle Integratoren den Regelweg (RW) = 0 erreicht haben.
    19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß bei höheren Drehzahlen die Integratoren ihre Einstellungen beibehalten, so daß beim nächsten Leerlauf (LL)-Betrieb die richtigen Integratorstellungen vorliegen.
    20. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittelwert der Laufruneintegratoren gebildet wird.
    21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelwert der Laufruheintegration zum Leerlauf-Proportional-Anteil addiert wird.
    22. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelwert der Laufruheintegration von einem aus dem Pumpen-Kennfeld (KF) abgeleiteten Wert subtrahiert wird.
    23. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Stellgrößen der Laufruheregelung (LRR) auf die Kraftstoffmenge aufgeschaltet werden .
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