EP0353217B1 - Einrichtung zum Steuern und Regeln der Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges - Google Patents

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EP0353217B1
EP0353217B1 EP89890172A EP89890172A EP0353217B1 EP 0353217 B1 EP0353217 B1 EP 0353217B1 EP 89890172 A EP89890172 A EP 89890172A EP 89890172 A EP89890172 A EP 89890172A EP 0353217 B1 EP0353217 B1 EP 0353217B1
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EP
European Patent Office
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cylinder
store
speed
supplied
unit
Prior art date
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Application number
EP89890172A
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English (en)
French (fr)
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EP0353217A1 (de
Inventor
Christian Dipl.-Ing. Augesky
Michael Dipl.-Ing. Heiss
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Automotive Diesel GmbH
Original Assignee
Automotive Diesel GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Automotive Diesel GmbH filed Critical Automotive Diesel GmbH
Priority to AT89890172T priority Critical patent/ATE78898T1/de
Publication of EP0353217A1 publication Critical patent/EP0353217A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0353217B1 publication Critical patent/EP0353217B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1497—With detection of the mechanical response of the engine
    • F02D41/1498—With detection of the mechanical response of the engine measuring engine roughness
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/2406—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using essentially read only memories
    • F02D41/2425—Particular ways of programming the data
    • F02D41/2429—Methods of calibrating or learning
    • F02D41/2451—Methods of calibrating or learning characterised by what is learned or calibrated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/10—Parameters related to the engine output, e.g. engine torque or engine speed
    • F02D2200/1015—Engines misfires

Definitions

  • the invention relates to a device for controlling and regulating the internal combustion engine of a vehicle, in particular a diesel engine, with a basic controller, the signals from sensors and sensors for detecting operating variables of the engine or vehicle, such as, for example, the speed, the accelerator pedal position and the engine temperature etc.
  • an output signal of the basic controller is used to adjust the amount of fuel and / or air supplied to the engine, with a speed computer to which signals from a speed sensor are supplied and which is set up to calculate a cylinder-specific speed n i of each cylinder, and with an average value calculator for determining an average speed signal n , with a comparator unit for the output of positive or negative change values for each cylinder, if the cylinder-specific speeds n i below or above the average speed n lie, with a correction value memory with z> 1 cylinder memories for the cylinder-specific correction values, the cylinder memories, synchronized by a synchronization unit, the change values can be supplied, and with a summing device, which can be supplied with the output signal of the basic controller and the correction values of the correction value memory.
  • a device of the type mentioned at the outset is from the publication "The Nippondenso Electronic Control System for the Diesel Engine", F. Murayama and Y. Tanaka, in SAE paper 880489 on the International Congress and Exposition, Detroit, Michigan, Feb. 29 - March 4, 1988.
  • the deviation between the maximum and minimum speed is determined for each cylinder and the arithmetic mean of these deviations is calculated. The deviations are then compared to this mean. If the cylinder-specific deviation is smaller than the mean value, a cylinder-specific correction value is increased, if the deviation is larger than the mean value, this correction value is decreased and if the deviation corresponds to the mean value, the correction value remains unchanged.
  • These correction values determined in idle mode are added during operation to the value determined by the basic controller for the adjustment of the injection quantity actuator in order to compensate for cylinder-specific deviations in the combustion, but obviously the primary aim is quiet idling of the engine.
  • a single cylinder control is also known from EP-A-140 065, the main aim of which is to avoid low-frequency vibrations of the "vehicle / engine" system is.
  • the output of the mean value generator is fed to the controllers as a reference signal.
  • the object of the invention is to enable effective and stable single-cylinder control not only in idle mode but as far as possible over the entire speed range of the engine.
  • each cylinder is assigned its own actuator for the fuel quantity, the output signal of each cylinder memory together with the output signal of the basic controller being fed to a control unit for the associated actuator, each cylinder memory k > 1 has memory areas dependent on the operating point, a memory area selection unit is provided which contains the average speed signal n , and / or other operating variables, such as average actuator travel, engine temperature etc., are supplied as selection criteria and the storage area selection unit as a function of these selection criteria according to a predetermined selection characteristic via an assignment unit controlled by the input and output of each cylinder memory to a selected storage area or selected storage areas assigns.
  • the division according to the invention into memory areas dependent on the operating point takes into account the speed-dependent behavior of the engine or the individual cylinders and the corresponding individual cylinder correction that is required as a function of speed.
  • FIG. 1 shows, based on a possible block diagram, the device according to the invention, applied to a 6-cylinder diesel engine
  • FIG. 2 shows a similar block diagram, but goes into more detail
  • FIG. 2a shows the block diagram of a modified cylinder memory
  • FIG. 3 shows a possible one Structogram for single cylinder control in a device according to the invention.
  • a 6-cylinder diesel engine 1 is shown schematically with six pump nozzles 2-i, the flow control elements are adjustable electromechanically by means of associated servo drives 3-i.
  • Such pump nozzles and the drives of their volume control elements are, for example, the subject of DE application 38 11 844 of the applicant, in which reference is also made to DE-A-2845 139 and AT-PS 372 502 in relation to the prior art.
  • the invention relates not only to those injection elements in which, for example, a control rod is adjusted, i.e. is shifted or a quantity actuator is rotated, but in general on each controlled injection unit, e.g. also on solenoid valves.
  • a speed sensor 5 which scans pins, not shown here, inserted on the flywheel 4 and accordingly delivers pulses during engine rotation which correspond to specific angular positions of the flywheel 4.
  • speed sensors are also known and are disclosed, for example, in DE-A-31 22 533 (FIG. 3 and associated description).
  • two speed sensors can also be used, wherein the alternator of the vehicle can be used as a speed sensor, as described in DE-A-35 01 435 by the applicant.
  • Further sensors 6 are also provided, which provide signals with information about various operating states of the engine 1 or of the vehicle, e.g. Temperature and pressure sensors.
  • a needle stroke sensor 7-i is generally provided in each pump nozzle 2-i, which provides information about the position of the valve needle of an injection valve, e.g. in DE-A-37 26 712 of the applicant.
  • an electronic controller for the regulation or control of the motor 1, an electronic controller, here called basic controller 8, is known, used.
  • a controller contains computing units which calculate an output signal RW from supplied operating variable signals, which, via the servo drives 3-i, determines the current position of the quantity control element of each pump nozzle 2-i and thus the amount of fuel to be injected.
  • the operating variable signals of the sensors 6 and 7-i are thus fed to the basic controller 8 and at least one output signal of a speed computer 9, which is an average speed or a corresponding signal n determined.
  • the calculation of speed signals or average speeds is also known, reference being made to the applicant's DE application 38 08 819 and the literature cited therein.
  • the speed calculator 9 is shown in the general part of the basic controller 8 and only here, for the sake of clarity, separately from it.
  • the output signal of an accelerator pedal position sensor 10 is fed to the basic controller.
  • a basic controller 8 as used here, generally has a PID control characteristic, as can be seen, for example, from DE-A-27 35 596. It forms, in principle, via which the servo drives 3-i, the motor 1 and the speed sensor 5 form a closed control loop, the actual variable being the average speed n and the target variable in the basic controller 8 is calculated as a function of the supplied operating variable signals, of which of course the signal indicating the accelerator pedal position is an essential signal.
  • the middle speed signal becomes a comparator unit 11 n and also a cylinder-specific speed signal n i determined in the speed computer 9.
  • This signal n i is determined by measuring the time period T i via the combustion strokes of the individual cylinders, specifically by counting the time in a time counter 12 and generating reciprocal values in a reciprocal value generator 13.
  • the time counter 12, the reciprocal value generator 13 and an average value generator 14 are here shown as blocks of the speed calculator 9 (Fig. 2).
  • the time is counted between pulses from the speed sensor 5, which correspond to pins on the flywheel 4 and successive top dead centers of the cylinders (in the chronological order of ignition).
  • the pulses do not have to correspond exactly to the top dead center, they can each be generated a small angle of rotation before or after the top dead center, but should occur essentially in the vicinity of the top dead center, since in this case the most reliable information about the speed fluctuations is obtained.
  • the comparator unit 11 in this exemplary embodiment contains a subtractor 15 to which the middle or cylinder-specific speed signal n or n i are fed, and a signal generator 16 connected downstream of the subtractor, which outputs a change value +1 if n i ⁇ n , and a change value -1 if n i > n . If the cylinder-specific speed n i does not differ from the mean speed, or not significantly n deviates, no change value is output. However, the comparator unit 11 can generally output a change value ⁇ Q i , the size of which also depends on the measure of the deviation between n i and n can depend, as indicated in Fig. 1 at the output of the comparator unit 11 with ⁇ Q i .
  • the change values ⁇ Q i form the starting point for the single-cylinder control, because according to these change values the respective cylinders should receive more or less fuel so that uneven running is compensated for.
  • a synchronization unit 20 is provided for the necessary synchronization, to which the signal from the speed sensor 5 on the one hand and the signal from at least one of the needle stroke sensors 7-i are supplied on the one hand, so that an absolute, i.e. cylinder-related synchronization is possible.
  • an absolute i.e. cylinder-related synchronization is possible.
  • another signal can also be used, e.g. is derived from moving engine parts and enables absolute synchronization. If the invention is applied to a gasoline engine, it could e.g. are signals derived from the electrical ignition.
  • the synchronizing unit 20 controls the memory control unit 17 by means of a synchronizing signal s in such a way that the change values ⁇ Q i always reach the assigned cylinder memory 19-i.
  • a controlled switch 21 This is illustrated in FIG. 2 by a controlled switch 21. 2 also shows a controlled switch 22 which is located between the comparator unit 11 and the memory control unit 17 and is shown here as a multiplier.
  • the switch 22 is controlled by a status signal st of the synchronization unit 20. This status signal has the value "0" as long as no synchronization has taken place, which is possible, for example, when starting the engine, and the value "1" if synchronization is present.
  • the change values .DELTA.Q i are thus only passed on with existing synchronization.
  • the memory area selection unit 18, for example, as shown in FIG. 2, consists of z-controlled switches 23-i, 24-i at the input and at the output of each cylinder memory 19-i, each switch having a k position.
  • all z switches 23-i, 24-i are controlled by a speed range discriminator 25, which is the mean speed signal n is fed and connects via the switches 23-i, 24-i to the speed range corresponding to this speed range memory area 19-ij with the input and output of each cylinder memory 19-i.
  • the range is thus selected exclusively according to the selection criterion "average engine speed", but other operating variable signals can also be supplied to the function of the memory area selection unit 18, such as a signal r according to FIG.
  • Each cylinder memory 19-i thus represents a three-dimensional correction field for each cylinder.
  • the cylinder memories 19-i and their memory areas 19-ij are each designed as summing or integrating memories, so that the stored correction value ⁇ RW ij increases or decreases depending on the sign (and size) of the corresponding supplied change value ⁇ Q i .
  • the correction values ⁇ RW i may be multiplied in a respective multiplier 27-i with a dynamic adjustment factor K EZR before their supply to a respective summer 26-i, in which they are added to the respective output signal RW of the base regulator 8. This may be advisable due to the digital development of the correction values for numerical reasons.
  • the summers 26-i are drawn with an additional subtracting input, to each of which a feedback signal m from an actuator feedback 28-i is supplied.
  • the servo drives 3-i namely have an analog servo controller 29-i which acts on the actuator 30-i mechanically connected to the feedback 28. This provides a closed servo circuit for the actuator of each pump nozzle 2-i. With regard to further details of such servo circuits, reference can be made to the applicant's DE-A-37 40 443.
  • FIG. 2a A modification of the cylinder memories 19-i is shown in FIG. 2a, in which an interpolation and arithmetic unit 31 is assigned to each memory area 19-ij.
  • This unit takes on the one hand the function of the switches 23-i, 24-i of FIG. 2 and on the other hand enables an interpolation between speed bases n j .
  • the drift compensator 32 has k summers 33-j (FIG. 2), each summator being supplied with the z correction values of the memory areas 19-ij with the same index j.
  • the arithmetic mean value ⁇ RW ij / z is formed in each divider 34-j.
  • a subtractor 35-ij 35-ij is connected upstream of each input of each memory area 19-ij, on the one hand the change value ⁇ Q ij determined by the comparator unit 11 and assigned by the selection unit 18 and on the other hand the mean value of the correction values coming from the corresponding divider 34-j is fed.
  • the drift compensator 32 is also supplied with an activation signal as (FIG. 1) of the synchronizing unit 20, which occurs in rotation-synchronous fashion, for example every 10 or 20 revolutions, and the actual calculation or output of the arithmetic mean value to the subtracting elements 35-ij causes controlled switches (Not shown) or the like. can be provided.
  • the activation signal as can also occur at fixed time intervals, for example every second, in which case it is generated in a clock. It is in no way necessary to carry out the drift compensation with every combustion stroke, so that computing time can be saved for other calculations if the drift compensation is only carried out at intervals at which it is likely to be required.
  • FIG. 2 A possible embodiment of the memory areas 19-ij is shown in FIG. 2 for the first cylinder memory 19-1.
  • Each memory area 19-1k acts as a digital integrator or totalizer with limitation.
  • a limiting unit 36-1j At the input of a limiting unit 36-1j is a summing element 37-1j, on the one hand the output signal of the corresponding subtracting element 35-1j of the drift compensator 32 and on the other hand the output signal of a reset element 38-1j located in the feedback branch of the integrator 19-1j (symbol z ⁇ 1: see Isermann, "Digital Control Systems", Springerverlag, Berlin / Heidelberg 1977). Such memories belong to the prior art.
  • Each memory area with limiter unit 36-1j can be set up to emit an indicator signal which occurs if the stored correction value ⁇ RW-ij reaches an upper or lower limit. This is indicated in Fig. 2 for the first cylinder memory 19-1 for a memory area 19-1j with the signal d-1j. All indicator signals d-ij can be supplied with an OR operation and used to trigger an error display or an alarm signal.
  • the drawing shows block diagrams with individual function blocks, but in practice, all or most of the function blocks are implemented in software in a microcomputer or a microcomputer system.
  • a possible program sequence for this purpose is illustrated in the structure diagram according to FIG. 3, which does not require any further explanation in view of the above explanations.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Steuern und Regeln der Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges, insbesondere eines Dieselmotors, mit einem Basisregler, dem Signale von Gebern und Sensoren zur Erfassung von Betriebsgrößen des Motors bzw. Fahrzeuges, wie z.B. der Drehzahl, der Gaspedalstellung, der Motortemperatur etc. zugeführt sind und ein Ausgangssignal des Basisreglers zur Einstellung der dem Motor zugeführten Kraftstoff- und/oder Luftmenge herangezogen ist, mit einem Drehzahlrechner, dem Signale eines Drehzahlsensors zugeführt sind und der zur Berechnung einer zylinderspezifischen Drehzahl ni, jedes Zylinders eingerichtet ist, sowie mit einem Mittelwertrechner zur Ermittlung eines mittleren Drehzahlsignals n, mit einer Vergleichereinheit zur Ausgabe positiver oder negativer Änderungswerte für jeden Zylinder, falls die zylinderspezifischen Drehzahlen ni unter oder oberhalb der mittleren Drehzahl n liegen, mit einem Korrekturwertspeicher mit z > 1 Zylinderspeichern für die zylinderspezifischen Korrekturwerte, wobei den Zylinderspeichern, synchronisiert von einer Synchronisiereinheit, die Änderungswerte zuführbar sind, sowie mit einer Summiereinrichtung, der das Ausgangssignal des Basisreglers sowie die Korrekturwerte des Korrekturwertspeichers zuführbar sind.
  • Bei Mehrzylinderdieselmotoren kommt es auf Grund von Fertigungstoleranzen und unterschiedlicher Abnützung zu einer unterschiedlichen Leistungsabgabe der einzelnen Zylinder, auch dann, wenn das Mengenstellglied, i.a. die Regelstange der Einspritzpumpe unverändert bleibt. Sinngemäß gleiches gilt für Ottomotoren. Eine solche Streuung in der Leistung der einzelnen Zylinder bewirkt nicht nur eine Laufunruhe und hiedurch eine stärkere Belastung der Lager etc., sondern erhöht auch die Menge schädlicher Abgaskomponenten bzw. erschwert die Einstellung vorgegebener Maximalwerte derartiger Komponenten. Man versucht daher durch individuelle Korrektur der den einzelnen Zylindern zugeführten Kraftstoffmenge die genannten Unregelmäßigkeiten auszugleichen, wobei als Ausgangsgröße meist die periodischen Drehzahlschwankungen herangezogen werden, die einen Rückschluß auf zu große oder zu geringe Leistungsabgabe einzelner Zylinder ermöglichen.
  • Eine Einrichtung der eingangs genannten Art ist aus der Veröffentlichung "The Nippondenso Electronic Control System for the Diesel Engine", F. Murayama und Y. Tanaka, im SAE-Paper 880489 zum International Congress and Exposition, Detroit, Michigan, 29. Feb. - 4. März 1988, bekannt geworden. Hiebei wird für jeden Zylinder die Abweichung zwischen Maximal- und Minimaldrehzahl ermittelt und der arithmethische Mittelwert dieser Abweichungen berechnet. Sodann werden die Abweichungen je mit diesem Mittelwert verglichen. Ist die zylinderspezifische Abweichung kleiner als der Mittelwert, wird ein zylinderspezifischer Korrekturwert erhöht, ist die Abweichung größer als der Mittelwert, so wird dieser Korrekturwert erniedrigt und entspricht die Abweichung dem Mittelwert, bleibt der Korrekturwert unverändert. Diese im Leerlaufbetrieb ermittelten Korrekturwerte werden während des Betriebes zu dem von dem Basisregler ermittelten Wert für die Verstellung des Einspritzmengenstellgliedes addiert, um eine Kompensation von zylinderspezifischen Abweichungen der Verbrennung zu erreichen, wobei aber offensichtlich in erster Linie ein ruhiger Leerlauf des Motors angestrebt wird.
  • Ähnliche Einrichtungen zur Einzelzylinderregelung eines Dieselmotors im Leerlauf sind in den DE-OS 3 609 245 und 3 644 639 beschrieben, wobei als Bezugswert für die Drehzahlabweichung immer die Drehzahl des vorhergehenden Zylinders herangezogen wird. Da Instabilitäten der Einzelzylinderregelung sehr leicht auftreten können, wird diese Regelung oberhalb der Leerlaufdrehzahl oder bei Änderungen der Fahrpedalstellung etc. sofort abgeschaltet und die Regelung erfolgt über den Basisregler in herkömmlicher Weise.
  • Auch aus der EP-A-140 065 geht eine Einzelzylinderregelung als bekannt hervor, deren Ziel vor allem die Vermeidung von niederfrequenten Schüttelschwingungen des Systems "Fahrzeug/Motor" ist. Die bekannte Regelung weist eine der Zylinderanzahl (hier z = 4) entsprechende Zahl von Drehzahlspeichern auf, deren Ausgänge einerseits sämtliche einem Mittelwertbildner und andererseits je einem von vier Reglern zugeführt ist. Als Bezugssignal ist den Reglern das Ausgangssignal des Mittelwertbildners zugeführt. Eine Synchronisiereinrichtung legt die Ausgänge der vier Regler synchronisiert an den Eingang einer Kraftstoffzumeßeinrichtung, der außerdem das Fahrpedalsignal und der Ausgang einer Leerlaufregelung zugeführt sind. Einzelne, jedem Zylinder zugeordnete Stellglieder werden in dem Dokument nicht geoffenbart. Es ist jedoch anzumerken, daß eine Driftkompensation vorgesehen ist, die bewirken soll, daß die Summe der z = 4 Stellwerte gleich Null ist, d.h., daß die Regelung das Einspritzsystem nur dynamisch beeinflussen kann.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, nicht nur im Leerlaufbetrieb sondern möglichst über den gesamten Drehzahlbereich des Motors eine effektive und stabile Einzelzylinderregelung zu ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird mit einer Einrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei welcher erfindungsgemäß jedem Zylinder ein eigenes Stellglied für die Kraftstoffmenge zugeordnet ist, wobei das Ausgangssignal jedes Zylinderspeichers zusammen mit dem Ausgangssignal des Basisreglers je einer Ansteuereinheit für das zugeordnete Stellglied zugeführt ist, jeder Zylinderspeicher k > 1 arbeitspunktabhängige Speicherbereiche aufweist, eine Speicherbereichauswahleinheit vorgesehen ist, der das mittlere Drehzahlsignal n, und/oder andere Betriebsgrößen, wie mittlerer Stellgliedweg, Motortemperatur etc., als Auswahlkriterien zugeführt sind und die Speicherbereichauswahleinheit in Abhängigkeit von diesen Auswahlkriterien nach einer vorgegebenen Auswahlcharakteristik über eine von ihr angesteuerte Zuordnungseinheit Ein- und Ausgang jedes Zylinderspeichers einem ausgewählten Speicherbereich bzw. ausgewählten Speicherbereichen zuordnet.
  • Die erfindungsgemäße Aufteilung in arbeitspunktabhängige Speicherbereiche berücksichtigt das drehzahlabhängige Verhalten des Motors bzw. der einzelnen Zylinder und die demgemäß drehzahlabhängig erforderliche Einzelzylinderkorrektur.
  • Weitere wichtige Merkmale sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Die Erfindung samt ihren weiteren Vorteilen ist im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigen Fig. 1 an Hand eines möglichen Blockschaltbildes die erfindungsgemäße Einrichtung, angewandt auf einen 6-Zylinder Dieselmotor, Fig. 2 ein ähnliches Blockschaltbild, jedoch mehr ins Detail gehend, Fig. 2a das Blockschaltbild eines modifizierten Zylinderspeichers und Fig. 3 ein mögliches Struktogramm zur Einzelzylinderregelung in einer Einrichtung nach der Erfindung.
  • In Fig. 1 ist schematisch ein 6-Zylinder Dieselmotor 1 mit sechs Pumpedüsen 2-i dargestellt, deren Mengenstellglieder elektromechanisch mittels zugehöriger Servoantriebe 3-i verstellbar sind. Solche Pumpedüsen und die Antriebe ihrer Mengenstellglieder sind beispielsweise Gegenstand der DE-Anmeldung 38 11 844 der Anmelderin, in welcher zum Stand der Technik auch auf die DE-A-2845 139 und die AT-PS 372 502 verwiesen wird.
  • Zu dem verwendeten Begriff "Stellglied" sei bemerkt, daß sich die Erfindung nicht nur auf jene Einspritzelemente bezieht, bei denen beispielsweise eine Regelstange verstellt, d.h. verschoben oder ein Mengenstellglied verdreht wird, sondern ganz allgemein auf jede gesteuerte Einspritzeinheit, wie z.B. auch auf Magnetventile.
  • Beispielsweise in Nähe des Schwungrades 4 des Motors 1 ist ein Drehzahlsensor 5 vorgesehen, der an dem Schwungrad 4 eingesetzte, hier nicht gezeigte Stifte abtastet und dementsprechend während der Motordrehung Impulse liefert, die bestimmten Winkelstellungen des Schwungrades 4 entsprechen. Derartige Drehzahlsensoren sind gleichfalls bekannt und beispielsweise in der DE-A-31 22 533 (Fig. 3 und dazugehörige Beschreibung) geoffenbart. Es können aus Sicherheitsgründen auch zwei Drehzahlsensoren verwendet werden, wobei als ein Drehzahlsensor die Lichtmaschine des Fahrzeuges herangezogen werden kann, wie in der DE-A-35 01 435 der Anmelderin beschrieben. Es sind noch weitere Sensoren 6 vorgesehen, die Signale mit Informationen über diverse Betriebszustände des Motors 1 bzw. des Fahrzeuges liefern, z.B. Temperatur- und Drucksensoren. Auch ist im allgemeinen in jeder Pumpedüse 2-i ein Nadelhubsensor 7-i vorgesehen, der eine Information über die Lage der Ventilnadel eines Einspritzventils liefert, wie z.B. in der DE-A-37 26 712 der Anmelderin beschrieben.
  • Für die Regelung bzw. Steuerung des Motors 1 wird in bekannter Weise ein elektronischer Regler, hier Basisregler 8 genannt, herangezogen. Ein solcher Regler enthält Recheneinheiten, die aus zugeführten Betriebsgrößensignalen ein Ausgangssignal RW errechnen, welches über die Servoantriebe 3-i die augenblickliche Lage des Mengenstellgliedes jeder Pumpedüse 2-i und damit die einzuspritzende Kraftstoffmenge bestimmt. Dem Basisregler 8 sind somit die Betriebsgrößensignale der Sensoren 6 und 7-i zugeführt und zumindest ein Ausgangssignal eines Drehzahlrechners 9, der eine mittlere Drehzahl bzw. ein entsprechendes Signal n ermittelt. Die Berechnung von Drehzahlsignalen bzw. mittleren Drehzahlen ist gleichfalls bekannt, wobei auf die DE-Anmeldung 38 08 819 der Anmelderin und die dort zitierte Literatur verwiesen wird. Der Drehzahlrechner 9 ist im allgemeinen Teil des Basisreglers 8 und nur hier, der Übersichtlichkeit halber, von diesem getrennt dargestellt. Schließlich ist dem Basisregler noch das Ausgangssignal eines Fahrpedalstellungsgebers 10 zugeführt.
  • Ein Basisregler 8, wie hier verwendet, weist im allgemeinen eine PID-Regelcharakteristik auf, wie dies z.B. aus der DE-A-27 35 596 hervorgeht. Er bildet, vom Prinzip her, über den die Servoantriebe 3-i, den Motor 1 und den Drehzahlsensor 5 eine geschlossene Regelschleife, wobei die Ist-Größe die mittlere Drehzahl n ist und die Sollgröße im Basisregler 8 in Abhängigkeit der zugeführten Betriebsgrößensignale, von welchen selbstverständlich das die Fahrpedalstellung anzeigende ein wesentliches Signal ist, errechnet wird.
  • Zusätzlich zu der Regelung durch den Basisregler erfolgt eine Einzelzylinderregelung, die im folgenden näher erläutert wird. Einer Vergleichereinheit 11 wird das mittlere Drehzahlsignal n sowie ein gleichfalls in dem Drehzahlrechner 9 ermitteltes, zylinderspezifisches Drehzahlsignal ni zugeführt. Dieses Signal ni wird durch Messung der Zeitdauer Ti über die Verbrennungshübe der einzelnen Zylinder ermittelt, und zwar durch Zeitzählung in einem Zeitzähler 12 und Kehrwertbildung in einem Kehrwertbildner 13. Der Zeitzähler 12, der Kehrwertbildner 13 und ein Mittelwertbildner 14 sind hier als Blöcke des Drehzahlrechners 9 dargestellt (Fig. 2). Die Zeitzählung erfolgt dabei zwischen Impulsen des Drehzahlsensors 5, die Stiften an dem Schwungrad 4 und aufeinanderfolgenden oberen Totpunkten der Zylinder (in der zeitlichen Reihenfolge des Zündens) entsprechen. Die Impulse müssen nicht genau dem oberen Totpunkt entsprechen, sie können jeder auch einen kleinen Drehwinkel vor oder nach dem oberen Totpunkt erzeugt werden, sollten jedoch im wesentlichen in Nähe des oberen Totpunktes auftreten, da man in diesem Fall die zuverlässigste Information über die Drehzahlschwankungen erhält.
  • Wie aus Fig. 2 hervorgeht, enthält die Vergleichereinheit 11 bei diesem Ausführungsbeispiel ein Subtrahierglied 15 dem das mittlere bzw. das zylinderspezifische Drehzahlsignal n bzw. ni zugeführt sind, sowie einen dem Subtrahierglied nachgeschalteter Signumgenerator 16, der einen Änderungswert +1 ausgibt, falls ni < n, und einen Änderungswert -1, falls ni > n. Soferne die zylinderspezifische Drehzahl ni nicht oder nicht wesentliche von der mittleren Drehzahl n abweicht, wird kein Änderungswert ausgegeben. Die Vergleichereinheit 11 kann aber ganz allgemein einen Änderungswert Δ Qi ausgeben, dessen Größe auch von dem Maß der Abweichung zwischen ni und n abhängen kann, wie in Fig. 1 am Ausgang der Vergleichereinheit 11 mit Δ Qi angegeben.
  • Die Änderungswerte Δ Qi bilden den Ausgangspunkt für die Einzelzylinderregelung, denn diesen Änderungswerten entsprechend sollen die jeweiligen Zylinder mehr oder weniger Kraftstoff erhalten, damit eine Laufunruhe ausgeglichen wird. Die Änderungswerte Δ Qi werden über eine Speicheransteuereinheit 17 und eine Speicherbereichauswahleinheit 18 einem Korrekturwertspeicher 19 zugeführt, der z, hier z=6, Zylinderspeicher 19-i mit je k Speicherbereichen 19-ij aufweist. Dies geht aus Fig. 2 hervor, wo für den Zylinderspeicher 19-1 die Aufteilung in drei Speicherbereiche 19-1j gezeigt ist.
  • Für die erforderliche Synchronisierung ist eine Synchronisiereinheit 20 vorgesehen, der einerseits das Signal des Drehzahlsensors 5 und andererseits das Signal zumindest einer der Nadelhubsensoren 7-i zugeführt sind, sodaß eine absolute, d.h. zylinderbezogene Synchronisierung möglich ist. Anstelle des Signals eines Nadelhubsensors kann ebensogut ein anderes Signal verwendet werden, das z.B. von sich bewegenden Motorteilen abgeleitet ist und die Absolutsynchronisierung ermöglicht. Im Falle der Anwendung der Erfindung auf einen Ottomotor könnte es sich z.B. um von der eleketrischen Zündung abgeleitete Signale handeln.
  • Die Synchronisierteinheit 20 steuert die Speicheransteuereinheit 17 mittels eines Synchronisiersignales s so, daß die Änderungswerte Δ Qi immer in den zugeordneten Zylinderspeicher 19-i gelangen. In Fig. 2 ist dies durch einen gesteuerten Schalter 21 veranschaulicht. Aus Fig. 2 geht weiters ein gesteuerter Schalter 22 hervor, der zwischen der Vergleichereinheit 11 und der Speicheransteuereinheit 17 liegt und hier als Multiplikator dargestellt ist. Der Schalter 22 ist von einem Statussignal st der Synchronisiereinheit 20 gesteuert. Diese Statussignal weist den Wert "0" auf, solange keine Synchronisation erfolgt ist, was z.B. bei Starten das Motors möglich ist, und den Wert "1", wenn Synchronisation vorliegt. Somit erfolgt eine Weitergabe der Änderungswerte Δ Qi nur bei bestehender Synchronisation.
  • Die Speicherbereichsauswahleinheit 18 besteht beispielsweise, wie Fig. 2 zeigt, aus je z gesteuerten Schaltern 23-i, 24-i am Eingang bzw. am Ausgang jedes Zylinderspeichers 19-i, wobei jeder Schalter k Stellung aufweist. Sämtliche z Schalter 23-i, 24-i werden im Beispiel nach Fig. 2 von einem Drehzahlbereichdiskriminator 25 gesteuert, welchem das mittlere Drehzahlsignal n zugeführt ist und der über die Schalter 23-i, 24-i dem Drehzahlbereich entsprechend einen diesem Drehzahlbereich zugeordneten Speicherbereich 19-ij mit dem Ein- und Ausgang jedes Zylinderspeichers 19-i verbindet. Bei dem Beispiel nach Fig. 2 erfolgt somit die Bereichsauswahl ausschließlich nach dem Auswahlkriterium "mittlere Motordrehzahl", doch es können der Funktion der Speicherbereichsauswahleinheit 18 auch andere Betriebsgrößensignale zugeführt werden, wie gemäß Fig. 1 ein Signal r, dessen Größe für den mittleren Verstellweg der Mengenstellglieder der Pumpedüsen 2-i charakteristisch ist. Damit stellt jeder Zylinderspeicher 19-i ein dreidimensionales Korrekturfeld für jeden Zylinder dar.
  • Die Zylinderspeicher 19-i bzw. deren Speicherbereiche 19-ij sind je als summierende oder integrierende Speicher ausgebildet, sodaß sich der abgespeicherte Korrekturwert Δ RWij je nach Vorzeichen (und Größe) des entsprechenden, zugeführten Änderungswertes Δ Qi erhöht oder erniedrigt. Gewünschtenfalls können die Korrekturwerte Δ RWi vor ihrer Zuführung an je einen Summierer 26-i, in dem sie zu dem jeweiligen Ausgangssignal RW des Basisreglers 8 addiert werden, in je einem Multiplikator 27-i mit einem Dynamikanpassungsfaktor KEZR multipliziert werden. Dies ist unter Umständen wegen der digitalen Erarbeitung der Korrekturwerte aus numerischen Gründen zweckmäßig.
  • In Fig. 2 sind die Summierer 26-i mit einem zusätzlichen Subtrahiereingang gezeichnet, dem je ein Rückmeldersignal m eines Stellgliedrückmelders 28-i zugeführt ist. Die Servoantriebe 3-i weisen nämlich einen analogen Servoregler 29-i auf, der auf das mit dem Rückmelder 28 mechanisch verbundene Stellglied 30-i wirkt. Hiedurch ist für das Stellglied jeder Pumpedüse 2-i ein geschlossener Servokreis gegeben. Hinsichtlich näherer Details derartiger Servokreise kann auf die DE-A-37 40 443 der Anmelderin verwiesen werden.
  • In Fig. 2a ist eine Modifikation der Zylinderspeicher 19-i gezeigt, bei welcher jeden Speicherbereich 19-ij eine Interpolations- und Recheneinheit 31 zugeordnet ist. Diese Einheit übernimmt einerseits die Funktion der Schalter 23-i, 24-i der Fig. 2 und ermöglicht andererseits eine Interpolation zwischen Drehzahlstützpunkten nj. Dies bedeutet, daß die Speicherbereiche 19-ij diskreten Drehzahlwerten zugeordnet sind und dank der Einheit 31 die Ausgabe interpolierter Zwischenwerte möglich ist.
  • Aus Fig. 1 und 2 geht weiters ein Driftkompensator 32 hervor, der ein "Davonlaufen" der Korrekturwerte verhindert. Während z.B. längerer Beschleunigungsphasen liegt der Mittelwert der Drehzahl naturgemäß unter den zylinderspezifischen Drehzahlwerten und die Einzelzylinderregelung würde in diesem Fall bei allen Zylindern eine unerwünschte Korrektur zu geringeren Kraftstoffmengen hin versuchen. Die Regelung würde instabil werden, zumindest aber wären rasch alle Einzelspeicher bzw. Speicherbereiche an einem Begrenzungswert angelangt, der ein weiteres Regeln erschwert. Der Driftkompensator 32 weist k Summierer 33-j auf (Fig. 2), wobei jedem Summierer die je z Korrekturwerte der Speicherbereiche 19-ij mit gleichem Index j zugeführt sind. In je einem Dividierer 34-j wird der arithmetische Mittelwert Δ RWij/z gebildet. Jedem Eingang jedes Speicherbereiches 19-ij ist ein Subtrahierglied 35-ij 35-ij vorgeschaltet, dem einerseits der von der Vergleichereinheit 11 ermittelte und durch die Auswahleinheit 18 zugeordnete Änderungswert Δ Qij und andererseits der von dem entsprechenden Dividierer 34-j stammende Mittelwert der Korrekturwerte zugeführt ist.
  • Dem Driftkompensator 32 ist noch ein Aktivierungssignal as (Fig. 1) der Synchronisiereinheit 20 zugeführt, das umdrehungssynchron auftritt, beispielsweise alle 10 oder 20 Umdrehungen, und die tatsächliche Berechnung bzw. Ausgabe des arithmetischen Mittelwertes an die Subtrahierglieder 35-ij bewirkt, wozu gesteuerte Schalter (nicht gezeigt) od.dgl. vorgesehen sein können. Alternativ kann das Aktivierungssignal as auch in festen Zeitabständen, z.B. jede Sekunde auftreten, wobei es in diesem Fall in einer Uhr erzeugt wird. Es ist nämlich keineswegs erforderlich die Driftkompensation bei jedem Verbrennungshub vorzunehmen, sodaß man Rechenzeit für andere Berechnungen einsparen kann, wenn die Driftkompensation bloß in Zeitabständen vorgenommen wird, zu welchen sie wahrscheinlich erforderlich ist.
  • Eine mögliche Ausführung der Speicherbereiche 19-ij ist in Fig. 2 für den ersten Zylinderspeicher 19-1 dargestellt. Jeder Speicherbereich 19-1k wirkt als digitaler Integrator bzw. Summierer mit Begrenzung. Am Eingang einer Begrenzungseinheit 36-1j liegt ein Summierglied 37-1j, dem einerseits das Ausgangssignal des entsprechenden Subtrahiergliedes 35-1j des Driftkompensators 32 und andererseits das Ausgangssignal eines im Rückkopplungszweig des Integrators 19-1j liegenden Rücksetzelementes 38-1j (Symbol z⁻¹: vgl. Isermann, "Digitale Regelsysteme", Springerverlag, Berlin/Heidelberg 1977) zugeführt ist. Solche Speicher gehören dem Stand der Technik an.
  • Jeder Speicherbereich mit Begrenzereinheit 36-1j kann zur Abgabe eines Indikatorsignales eingerichtet sein, das auftritt, falls der abgespeicherte Korrekturwert Δ RW-ij eine obere oder untere Begrenzung erreicht. Dies ist in Fig. 2 für den ersten Zylinderspeicher 19-1 für einen Speicherbereich 19-1j mit dem Signal d-1j angedeutet. Alle Indikatorsignale d-ij können einer ODER-Verknüpfung zugeführt und zur Auslösung einer Fehleranzeige oder eines Alarmsignales herangezogen werden.
  • In der Zeichnung sind Blockschaltbilder mit einzelnen Funktionsblöcken dargestellt, doch sind in der praktischen Ausführung alle oder die meisten der Funktionsblöcke softwaremäßig in einem Mikrorechner oder einem Mikrorechnersystem realisiert. Ein möglicher Programmablauf hiezu ist in dem Struktogramm nach Fig. 3 veranschaulicht, das in Hinblick auf die vorgehenden Ausführungen keiner näheren Erläuterung bedarf.

Claims (15)

1. Einrichtung zum Steuern und Regeln der Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges, insbesondere eines Dieselmotors, mit einem Basisregler (8), dem Signale von Gebern und Sensoren zur Erfassung von Betriebsgrößen des Motors bzw. Fahrzeuges, wie z.B. der Drehzahl, der Gaspedalstellung, der Motortemperatur etc. zugeführt sind, und ein Ausgangssignal des Basisreglers zur Einstellung der dem Motor zugeführten Kraftstoff- und/oder Luftmenge herangezogen ist, mit einem Drehzahlrechner (9), dem Signale eines Drehzahlsensors (5) zugeführt sind und der zur Berechnung einer zylinderspezifischen Drehzahl (ni) jedes Zylinders sowie zur Ermittlung eines mittleren Drehzahlsignals (n) eingerichtet ist, mit einer Vergleichereinheit (11) zur Ausgabe positiver oder negativer Änderungswerte (Δ Qi) für jeden Zylinder, falls die zylinderspezifischen Drehzahlen (ni) unter oder oberhalb der mittleren Drehzahl (n) liegen, mit einem Korrekturwertspeicher (19) mit z > 1 Zylinderspeichern (19-i), für die zylinderspezifischen Korrekturwerte, wobei den Zylinderspeichern (19-i), synchronisiert von einer Synchronisiereinheit (20), die Änderungswerte (Δ Qi) zuführbar sind, sowie mit einer Summiereinrichtung, der das Ausgangssignal des Basisreglers (8) sowie die Korrekturwerte des Korrekturwertspeichers (19) zuführbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Zylinder ein eigenes Stellglied (30-i) für die Kraftstoffmenge zugordnet ist, wobei das Ausgangssignal jedes Zylinderspeichers (19-i) zusammen mit dem Ausgangssignal des Basisreglers (8) je einer Ansteuereinheit (3-i) für das zugordnete Stellglied (30-i) zugeführt ist, jeder Zylinderspeicher (19-i) k > 1 arbeitspunktabhängige Speicherbereiche (19-ij) aufweist, eine Speicherbereichauswahleinheit (18) vorgesehen ist, der das mittlere Drehzahlsignal (n) und/oder andere Betriebsgrößen, wie mittlerer Stellgliedweg, Motortemperatur etc., als Auswahlkriterien zugeführt sind und die Speicherbereichauswahleinheit (18) in Abhängigkeit von diesen Auswahlkriterien nach einer vorgegebenen Auswahlcharakteristik über eine von ihr angesteuerte Zuordnungseinheit (23-i, 24-i; 31) Ein- und Ausgang jedes Zylinderspeichers (19-i) einem ausgewählten Speicherbereich bzw. ausgewählten Speicherbereichen zuordnet.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherbereichauswahleinheit (18) das mittlere Drehzahlsignal (n) zugeführt ist, die Auswahl nach k Drehzahlbereichen erfolgt und jeder Zylinderspeicher (19-i) k Speicherbereiche (19-ij) aufweist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Driftkompensator (32) vorgesehen ist, dem die in dem Korrekturwertspeicher (19) abgelegten z.k Korrekturwerte der je k Speicherbereiche (19-ij) aller z Zylinderspeicher (19-i) zugeführt sind und der zur Bildung von k Mittelwerten der je z Korrekturwerte der ersten bis k-ten Speicherbereiche (19-ij) eingerichtet ist und jedem Eingang jedes Speicherbereiches (19-ij) der z Zylinderspeicher (19-i) ein Subtrahierglied (35-ij) vorgeschlatet ist, dem einerseits der in der Vergleichereinheit (11) ermittelte Korrekturwert und andererseits der im Driftkompensator (32) gebildete, zugehörige Mittelwert zugeführt ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelwertbildung im Driftkompensator (32) in aufeinanderfolgenden festen Zeitabständen oder drehzahlsynchron erfolgt.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Driftkompensator (32) Aktivierungssignale (as) der Synchronisiereinheit (20) zugeführt sind.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Driftkompensator (32) zur Bildung des arithmetischen Mittelwertes der Korrekturwerte eingerichtet ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Korrekturwertspeicher (19) eine von der Synchronisiereinheit (20) synchronisierte Speicheransteuereinheit (17) zur zylinderspezifischen Zuordnung der jeweiligen Korrekturwerte an die Zylinderspeicher (19-i) vorgeschaltet ist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Speicherbereich (19-ij) der Zylinderspeicher (19-i) des Korrekturwertspeichers (19) als summierender bzw. integrierender Speicher ausgebildet ist.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise jeder Speicherbereich (19-ij) der Zylinderspeicher (19-i) des Korrekturwertspeichers (19) einen Begrenzer (36-ij) enthält.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Begrenzer (36-ij) zur Abgabe eines Indikatorsignales (d-ij) bei Erreichen des festgelegten Grenzwertes eingerichtet ist.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine, den Speicherbereichen (19-ij) jedes Zylinderspeichers (19-i) zugeordnete Interpolations- und Recheneinheit (31) vorgesehen ist.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronisiereinheit (20) Ausgangssignale eines Drehzahlgebers (5) und mindestens eines Nadelhubsensors (7-i) zugeführt sind.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisiereinheit (20) zur Abgabe eines Synchronisier-Statussignales (st) eingerichtet ist, welches die Änderung der Korrekturwerte nur ermöglicht, falls der Synchronisierstatus erreicht ist.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der z Zylinderspeicher (19-i) ein Multiplikator (27-i) zur Multiplikation mit einem konstanten Dynamikanpassungsfaktor (KEZR) nachgeordnet ist.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlrechner (9) zur Ermittlung der zylinderspezifischen Drehzahl (ni) durch Messung der Dauer (Ti) des jeweiligen Verbrennungshubes eingerichtet ist, die im Bereich des oberen Totpunktes eines Zylinders beginnt und im Bereich des oberen Totpunktes des nächstzündenden Zylinders endet.
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