DE2941977C2

DE2941977C2 -

Info

Publication number: DE2941977C2
Application number: DE2941977A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl.-Ing. Le Chesnay Fr Burkel; Cornelius Dipl.-Ing. Paris Fr Peter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-10-17
Filing date: 1979-10-17
Publication date: 1988-08-18
Also published as: JPS5660832A; FR2467986A1; US4489690A; FR2467986B1; DE2941977A1; JPH025902B2

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum Optimieren von Be triebskenngrößen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Bei einer bekannten Einrichtung nach der DE-OS 25 07 055 wird die Kraftstoffzumessung je nach Lastzustand auf maximale Leistung oder minimalen Kraftstoffverbrauch optimiert. Die Optimierung macht sich dabei die Gegebenheiten des Kennfeldes, zeitbezogener Kraftstoffverbrauch aufgetragen über der zeitbezogenen angesaugten Luftmenge mit konstanter Drehzahl als Parameter, zunutze. Bei konstanter Luftmenge und einer Variation der Kraftstoffmenge durch das Testsignal eines Testsignalgenerators läßt sich die Leistung optimieren, während durch eine Variation der Luftmenge, z. B. mittels eines Bypasses und konstanter Kraftstoffmenge, der Betriebspunkt des minimalen spezifischen Kraftstoffverbrauchs bestimmt werden kann.

Das Testsignal des Testsignalgenerators bewirkt dabei beispielsweise eine oszillierende Veränderung oder Modulation einer Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine.

Wesentlich ist somit bei der bekannten Optimierungseinrichtung, daß je nach zu optimierender Größe entweder die Kraftstoffmenge oder die Luftmenge variiert werden muß. Dies bedeutet einen erheblichen Aufwand, der insbesondere bei einer Mengenanfertigung von Optimie rungssystemen nicht tragbar erscheint.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Optimierungssystem für maximale Leistung und minimalen spezifischen Kraftstoffverbrauch für eine Brennkraftmaschine vorzuschlagen, das mit möglichst wenig Stellgliedern auskommt und das damit kostengünstig und auch bei langem Betrieb zuverlässig ist.

Vorteile der Erfindung

Hauptvorteil der vorgeschlagenen Einrichtung zum Optimieren von Be triebskenngrößen einer Brennkraftmaschine ist, daß gegenüber dem bekannten Optimierungssystem für die gleichen zu optimierenden Größen weniger Stellglieder zum Bilden eines Testsignales erforderlich sind und die ganze Anlage dadurch kostengünstiger und zuverlässiger wird.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden beschrieben und näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 Kurvenläufe des Moments, der Einspritzzeit, des spezifischen Kraftstoffverbrauchs sowie des Wirkungsgrades aufgetragen über der Luftzahl Lambda,

Fig. 2 ein Schaubild zur Erläuterung des Prinzips der an sich bekannten Optimierung,

Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zum Optimieren von Leistung und spezifischem Kraftstoffverbrauch und

Fig. 4 ein zweites Aus führungsbeispiel der Optimierungseinrichtung, wobei bei einer Brenn kraftmaschine zusätzlich der Zündzeitpunkt optimiert wird.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt qualitativ die für einen bestimmten Betriebspunkt einer Brennkraftmaschine wesentlichen Abhängigkeiten. Dabei bedeuten Lambda = Luftzahl, ti = Einspritzzeit im Falle eines Einspritzsystems als Kraftstoffzumeßsystem, M = Drehmoment der Brennkraftmaschine, η = Motorwirkungsgrad, be = spezifischer Kraftstoffverbrauch bei den konstant gehaltenen Parametern: L = angesaugte Luftmenge pro Zeiteinheit, n = Drehzahl und α z = Zündwinkel. Aus den Kurven gehen die allgemein bekannten Zusammenhänge hervor, daß nämlich das maximale Drehmoment bei Lambda <1 und minimaler spezifischer Kraft stoffverbrauch bei Lambda <1 auftritt. Am einfachsten erscheinen zur Bestimmung des Momentenmaximums und des Verbrauchsminimums die Messungen der jeweiligen Größen zu sein, wobei allerdings die Messung des Verbrauchs relativ aufwendig ist.

Bei elektronisch gesteuerten Einspritzsystemen kann der spezifische Kraftstoffverbrauch jedoch ebenfalls aus der Momentenmessung ermittelt werden. Der spezifische Kraftstoffverbrauch eines Zylinders bezogen auf einen Arbeitszyklus (= zwei Umdrehungen beim 4-Takt-Motor) ergibt sich zu:
Spezifischer Kraftstoffverbrauch = Kraftstoffmenge geteilt durch (Leistung × Zeit)

Aus einer ähnlichen Betrachtung erhält man für den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine die Beziehung:

Dies bedeutet, daß das Wirkungsgradmaximum und das Kraftstoffver brauchsminimum beim gleichen Lambda-Wert auftreten, und der Grundgedanke der Erfindung ist nun, ausgehend von dem einzigen Wert der Momentenänderung sowohl das Leistungsmaximum, als auch das Ver brauchsminimum zu bestimmen. Darüber hinaus soll aufgrund der Maxi mum-Bestimmung des Wirkungsgrades auf eine unmittelbare Berechnung des Verbrauchsminimums verzichtet werden, damit die Optimierung aus schließlich mit einer Maximalwertbestimmung erfolgt.

Wenn auch die Ausführungsbeispiele ein Kraftstoffeinspritzsystem betreffen, so beschränkt sich doch die Erfindung nicht auf eine Op timalwertregelung bei solchen Einspritzsystemen. Wesentlich ist nur die genaue Erfassung des zugemessenen Kraftstoffs im Hinblick auf den Berechnungsvorgang.

Bei einer Optimalwertregelung muß die Regelanordnung erkennen können, ob der jeweilige Betriebspunkt im aufsteigenden oder abfallenden Ast der jeweiligen Kennlinie liegt. Dies ist möglich über eine Tastverhältnis-Erkennung bei einem getakteten Ansteuersignal bzw. einem getakteten Testsignal. Der Erklärung dieser Erkennung dient Fig. 2.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus den Kurvenverläufen von Fig. 1, wobei nur die Einspritzzeit ti und der spezifische Kraftstoffverbrauch be über Lambda-Werten aufgetragen ist. Mit 10 und 11 sind "Testsignale" bei unterschiedlichen Lambda-Werten bezeichnet, die eine über der Zeit wechselnde Gemischzusammensetzung darstellen. Dabei ist je ein Testsignal zu beiden Seiten des Verbrauchsminimums eingetragen und die Spiegelung dieser Testsignale an der Kennlinie für den spezifischen Kraftstoffverbrauch be zeigt unterschiedliche Tastverhältnisse. Somit kann über das Erfassen der Phasenlage des an der Kennlinie gespiegelten Testsignals bezüglich derjenigen des Testsignals bestimmt werden, ob die zugemessene Kraftstoffmenge bezüglich des minimalen Verbrauchswertes zu hoch oder zu tief liegt.

Fig. 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für ein extremwertgeregeltes Einspritzsystem im Blockschaltbild. Mit 15 ist als einfacher Block die Brennkraftmaschine dargestellt, die als elektrische Ein gangssignale ein Zündsignal über einen Eingang 16 und ein Einspritz signal über einen Eingang 17 erhält. Dabei ist der Eingang 16 direkt mit einem Zündungssteuergerät 18 verbunden. Ausgangsseitig kann der Brennkraftmaschine 15 an einem Ausgang 19 ein Momentensignal abge nommen werden.

Dem Eingang 17 ist ein Summenpunkt 20 vorgeschaltet, der ein Ein spritzsteuersignal von einem Steuergenerator 21, sowie ein Testsignal von einem Testsignalgenerator 23 zugeführt erhält. Ein Regler 22 steht ausgangsseitig mit dem Steuergenerator und eingangsseitig mit dem Schleifer eines Potentiometers 24 in Verbindung, dessen beide Eingangsanschlüsse mit je einer Steuerstufe 25 und 25 a zur Bestimmung eines Korrelationswertes des Moments bzw. des Wirkungsgrades verknüpft sind. Die Stellung des Schleifers des Po tentiometers 24 richtet sich dabei nach dem Ausgangssignal einer Lastzustandserkennungsstufe 26. Während Eingänge der beiden Stufen 25 a und 26 unmittelbar mit dem Momentenausgang 19 der Brennkraft maschine 15 gekoppelt sind, ist der Steuerstufe 25 zur Bestimmung des Wirkungsgrads eine Dividierstufe 27 vorgeschaltet, die wiederum ein Momentensignal sowie ein Einspritzzeitsignal vom Summenpunkt 20 erhält. Weitere Eingangssignale der beiden Steuerstufen 25 und 25 a kommen vom Testsignalgenerator 23.

Nach dem in Fig. 3 dargestellten Blockschaltbild erhält die Brenn kraftmaschine 15 ein Einspritzsignal aus dem Steuergenerator 21 sowie ein Testsignal vom Testsignalgenerator 23. Je nach Lastzustand der Brennkraftmaschine bekommt der Regler 22 als Eingangssignal einen Wert aus einer der Steuerstufen 25 a und 25, um entweder das Leistungsmaximum oder das Verbrauchsminimum zu bestimmen. Dabei wird das Verbrauchsminimum über das Wirkungsgradmaximum bestimmt.

Die beiden Steuerstufen 25 und 25 erzeugen Signale der Formeln:

mit:

Φ _i, Φ _i-1= KorrelationswertΔ ti= Änderung der EinspritzzeitΔ M= Änderung des MotordrehmomentsNK= "Korrelationslänge".

Wird NK groß gewählt, so ist die Korrektur des Korrelationswertes Φ _i bei jeder neuen Messung klein und man erhält eine gute, aber dynamisch langsame Meßwertfilterung. Wählt man NK dagegen klein, so ist die Meßwertfilterung dynamisch schnell, aber weniger gut. So kann die Meßwertfilterung durch Verändern von NK dem jeweiligen Betriebszustand des Motors leicht angepaßt werden.

Dabei gibt das Vorzeichen des Signals die Richtung der Regelabweichung (ti Momentan - ti Optimal) an und dessen Betrag die Größe dieser Regelabweichung. Ist der Korrelationswert Φ = Null, dann ist ti Momentan = ti Optimal. Der integralwirkende Regler 22 verstellt die Einspritzdauer ti, bis der jeweils optimale Wert erreicht ist.

Hauptvorteil der Potentiometeranordnung 24 ist die weiche Umschaltung zwischen den beiden Optimalwertregelungen auf maximale Leistung oder minimalen spezifischen Kraftstoffverbrauch bzw. maximalen Wirkungsgrad.

Die Art der Messung des Drehmoments hängt von vielerlei Faktoren ab. Z. B. läßt es sich unmittelbar über einen Momentengeber bestimmen oder jedoch über die Brennraum druckmessung und Ermittlung der indizierten Arbeit. Auch das Drehverhalten der Kurbelwelle kann Aufschlüsse über das abgegebene Moment liefern.

Die gleichzeitige Regelung des optimalen Zündwinkels α z und des Kraftstoffzumeßsignals, in diesem Fall die Ein spritzdauer ti, sind prinzipiell möglich. Da das System nur eine Ausgangsgröße besitzt, nämlich das Drehmoment M, ist eine Unterscheidung bei gleichzeitiger Modulation des Zündwinkels und der Kraftstoffzumessung an der einen Aus gangsgröße nicht möglich.

Ein Ausweg aus diesem Dilemma stellt die Zuordnung der beiden Testsignale auf verschiedene Zylinder dar, wobei dann jedoch die zylinderweise Erkennung des Drehmoments erforderlich ist. Ein Blockschaltbild eines derart umfassenden Optimierungssystems zeigt Fig. 4.

In Fig. 4 umfaßt das Optimierungssystem für die Betriebs kenngrößen des Zündzeitpunktes und der Kraftstoffzumessung zwei vollständig getrennte Optimierungskreise, wobei diesen einzelnen Kreisen unterschiedliche Zylinder der Brennkraft maschine zugeordnet sind. So werden z. B. die Zylinder 1 und 3 für die Extremwertregelung des Zündzeitpunktes benutzt und die Zylinder 2 und 4 für die Extremwertregelung des Zumeßsignals. Dabei entspricht der für die Einspritz zeitoptimierung zuständige Teil des Gegenstandes von Fig. 4 weitgehend der Anordnung von Fig. 3, wobei jedoch das gegebene Moment nur der Zylinder 2 und 4 betrachtet wird. Darüber hinaus erhalten auch in entsprechender Weise nur die beiden Zylinder 2 und 4 mit Testsignalen versehene Einspritzwerte, während die beiden anderen Zylinder 1 und 3 vom Testsignalgenerator 23 nicht beeinflußte Einspritzwerte erhalten.

Das Optimierungssystem für den Zündzeitpunkt umfaßt die Zündungssteuerstufe 30, deren Ausgangssignal einmal un mittelbar auf die den Zylindern 2 und 4 zugeordneten Zündkerzen schaltbar ist und einmal mittelbar über einen Summenpunkt 31 auf die Zündkerzen der Zylinder 1 und 3. Als zweites Signal erhält der Summenpunkt 31 das Ausgangs signal des Testsignalgenerators 32 für die Zündung. Ein Eingang 33 der Zündsteuerstufe 30 ist über einen Zündungs regler 34 mit der Steuerstufe 35 gekoppelt, in der ein Korrelationswert bezüglich des Zündsignals gebildet wird. Eingangssignale dieser Steuerstufe 35 sind einmal ein Signal des Testsignalgenerators 32 sowie ein Momentensignal von den Zylindern 1 und 3.

Wie sich gezeigt hat, arbeiten die vorstehend beschriebenen Optimierungssysteme in äußerst einfacher Weise, sofern die jeweilige Momentenbestimmung korrekt arbeitet. Hauptgrund für die Einfachheit des Optimierungssystems auf maximale Leistung bzw. minimalen Kraftstoffverbrauch ist der Vorteil, aufgrund der Bestimmung des minimalen Kraftstoffverbrauchs über den maximalen Wirkungsgrad auf unterschiedliche Geber verzichten zu können und nur mit gleichartigen Kurvenverläufen zu arbeiten, wodurch eine Umschaltung des Regelsinnes vermieden wird.

Claims

1. Einrichtung zum Optimieren von Betriebskenngrößen einer Brenn kraftmaschine, nämlich des abgegebenen Moments und des spezifischen Kraftstoffverbrauchs, mit einem Testsignalgenerator zur Variation von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, einem Sensor zur mittelbaren oder unmittelbaren Erfassung der zu optimierenden, auf die Testsignale des Testsignalgenerators reagierenden Betriebskenngröße, sowie mit einer von dem Sensor beeinflußten Nachstelleinrichtung für Steuerungsgrößen der Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Testsignale des Testsignalgenerators die zugemessene Kraftstoffmenge variiert wird, daß der Lastzustand der Brennkraftmaschine erfaßt wird, und daß ausgehend von einem unmittelbar oder mittelbar erzeugten Momentsignal, je nach Lastzustand der Brennkraftmaschine (λ <1 oder λ <1), das Leistungsmaximum und der minimale spezifische Kraftstoffverbrauch bestimmt wird.

2.Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der minimale Kraftstoffverbrauch über das Wirkungsgradmaximum ermittelt wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bestimmung des Wirkungsgrads eine Division des Moments durch das Kraftstoffzumeßsignal dient.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Reglersignale über Korrelationswerte (Φ i) nach der Formel bestimmt werden, mit:Φ _i, Φ _i-1= KorrelationswertΔ ti= Änderung der EinspritzzeitΔ M= Änderung des MotordrehmomentsNK= "Korrelationslänge".

5. Einrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Optimierung des Drehmoments (M) durch gleichzeitige Regelung der Einspritzdauer und des Zündwinkels unterschiedliche Zylinder der Brennkraftmaschine mit entsprechenden Testsignalwerten beaufschlagt werden und die Reaktion zylinderweise erfaßt wird.