ARRANGEMENT FOR CONTROLLING A COMBUSTION ENGINE

Abstract: 1. Arrangement for controlling a combustion engine by means of a digital computing device (25), consisting of a first controller (12) influencing the fuel quantity with a second controller (14), which also influences the fuel quantity and which is supplied as actual value with a quantity which corresponds to the fuel quantity supplied to the combustion engine, and subsequently an output stage (16) and a fuel metering device (17) loaded by the latter, in which arrangement, in the case of a fault of the computing device, a load signal is switched to the output stage (16) via a combining point (24) and a differentiating analog coupling circuit, which acts as feedback to the controlled system, continuously carries the quantity corresponding to the supplied fuel quantity to the combining point (24).

Description: Regelanordnung für eine Brennkraftmaschine Stand der Technik 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 Rechengerat zur Ansteuerung der Endstufe wenigstens in Abhangigkeit von der der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffmenge. 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 Dieselbrennkraftmaschine 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 elek tromagnetischen 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 Uberschwingen, auf den entsprechenden gewünschten Wert gewahrleisten. 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 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. Dies wird dadurch erreicht, dass eine Koppelschaltung unabhängig vom Rechengerät, jedoch abhängig von der der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffmenge ebenfalls die Endstufe ansteuert. 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. 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 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. 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. 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. Ein erster Regelkreis des dargestellten Ausführungsbei- spiels 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. 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. 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 je weils die Verbindung zwischen dem digital arbeitenden Mikroprozessor 25 und den analogen peripheren Einrichtungen her. 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. 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 beschrieMenen 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. 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. 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-Regel- kreis gebildet, der aus dem Fussfahrgeber 10, der geschlossenen Schalteinrichtung 26, der Verknüpfung 24, 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. Insgesamt wird also mit Hilfe der erfindungsgemäMen Einführung einer Koppelschaltung nicht nur eine stabilere Regelung der Brennkraftmascchine erreicht, sondern gleichzeitig auch die Möglichkeit eines einfachen, aber wirkungsvollen Notfahrkonzepts realisiert.

Claims: Ansprüche 1. Regelanordnung für eine Brennkraftmaschine mit einer Endstufe zur Beeinflussung einer Kraftstoffzumesseinrichtung, die die der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstofimenge bestimmt, sowie mit einem Rechengerät zur Ansteuerung der Endstufe wenigstens in Abhängigkeit von der der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffmenge, dadurch gekennzeichnet, dass eine Koppelschaltung unabhangig vom Rechengerat, 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 Kraftstoff zumesseinrichtung 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.

Inventors: HASSLER, ALBIN, RUDOLPH, RAINER, WIETELMANN, JUERGEN, Wietelmann, Jürgen
Applicants: ROBERT BOSCH GMBH
Application year: 1986
Main classification: F02D41
IPC codes: F02D41, F02D35