DE2510526C2 - Method for regulating the operating behavior of an internal combustion engine - Google Patents
Method for regulating the operating behavior of an internal combustion engineInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs. Die Erfindung ist ein Zusatz zum nicht vorveröffentlichten Patent 24 17 187, in welchem ein Verfahren zur Regelung des Betriebsvcrhaltens einer Brennkraftmaschine beschrieben ist, bei dem ein von den Schwankungen des Brennraumdrucks in aufeinanderfolgenden Arbeitstakten der Brennkraftmaschine abhängiges Laufunruhesignal gewonnen und dessen Abweichung von einem Sollwert zur Verstellung der Verhältnisanteile des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs und/oder der rückgeführen Abgasmenge ausgenutzt wird.The invention is based on a method according to Genre of the main claim. The invention is an addition to the unpublished patent 24 17 187, in which describes a method for regulating the operating behavior of an internal combustion engine an uneven running signal that is dependent on the fluctuations in the combustion chamber pressure in successive work cycles of the internal combustion engine and obtained whose deviation from a setpoint value is used to adjust the proportions of the fuel-air mixture supplied to the internal combustion engine and / or the recirculated exhaust gas quantity.
Dabei ist das Laufunruhesignal als Differenzgröße gebildet und wird dadurch gewonnen, daß eine erste Meßgröße, die dem sich ändernden Brennraumdruck in einem vorgegebenen N'eß-Zeitintervall entspricht, zur Bildung einer den mittleren Brennraumdruck angebenden Größe integriert und mit einer in wenigstens einem nachfolgenden Mcßzeitintervall auftretenden Größe, die in gleicher Weise gebildet ist. verglichen wird.The unsteady running signal is formed as a difference variable and is obtained by a first Measured variable which corresponds to the changing combustion chamber pressure in a predetermined N'eß time interval for Formation of a variable indicating the mean combustion chamber pressure integrated and with one in at least one subsequent measurement time interval occurring size, which is formed in the same way. is compared.
Dabei ist die Dauer der Meß-Zeitintervallc der variablen Dauer der Takte des Arbeitsprozesses der Brennkraftmaschine entsprechend festgelegt.The duration of the measurement time intervals is determined accordingly to the variable duration of the cycles of the working process of the internal combustion engine.
Bevorzugt wird dabei der Brennraummitteldruck während eines Arbeitsspiels eines Kolbens der Brennkraftmaschine als WinkclgeschwindigkeitsschwankungThe mean pressure of the combustion chamber during a working cycle of a piston of the internal combustion engine is preferably used as the angular velocity fluctuation der Kurbelwellen-Umdrehungsgeschwindigkeit in einem entsprechenden Drehwinkilbereich erfaßtthe crankshaft rotational speed is detected in a corresponding rotational angle range
Aus der US-PS 37 89816 ist es bekannt, die Geschwindigkeit der Kurbeiwellenumdrehung kontinuier-From US-PS 37 89 816 it is known, the speed of the crankshaft rotation continuously lieh in Form einer drehzahlproportionalen Frequenz zu erfassen, welche nach Passieren von statischen Filtern zur Unterdrückung unerwünschter Frequenzanteile so differenziert wird, daß ein Maß für Geschwindigkeitsänderungen gewonnen wird, welches dann durch Gleich-borrowed to capture in the form of a speed-proportional frequency, which after passing through static filters to suppress undesired frequency components is differentiated in such a way that a measure for speed changes is obtained, which is then richten des differenzierten Signals als Absolutwert der Geschwindigkeitsänderung vorliegt. Bestimmte niedrige Frequenzen müssen gesondert herausgefiltert und verarbeitet werden und dienen bei Überschreiten eines Schwellwertes der Abschaltung der Regelung, die dannalign the differentiated signal is present as an absolute value of the speed change. Certain low frequencies need to be filtered out and separately are processed and are used to switch off the control when a threshold value is exceeded, which then
is vcn vornherein nicht mehr genau genug arbeiten kann.is from the outset no longer able to work precisely enough.
Problematisch ist bsi dieser bekannten Lösung ferner, daß das gewonnene Laufunruhesignal eine Vielzahl weiterer Anteile aufweist, die auf nicht kontrollierbare Parameter der Brennkraftmaschine zurückzuführen sind,Another problem with this known solution is that the unsteady running signal obtained has a large number of other components that can be attributed to uncontrollable parameters of the internal combustion engine, so daß der Einsatz eines solchen Laufunruhesignals zu Regelzwecken bei einer Brennkraftmaschine zu erheblichen Ungenauigkeiten führen kann.so that the use of such an uneven running signal for control purposes in an internal combustion engine can lead to considerable inaccuracies.
Bekannt ist ferner aus der US-PS 38 00 599 ein Laufunruhesignal durch direkte Erfassung der Rüttel- oderIt is also known from US-PS 38 00 599 an unsteady running signal by direct detection of the vibration or
2r> Schüttelbewegungen des Motors zu gewinnen als lineare Funktion relativer Positionsverlagerungen von Motorlagersnitteln. und als Regelsignal für das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine auszunutzen. Auch bei diesem Verfahren ergeben sich mindestens die gleichen2 r > to gain shaking movements of the motor as a linear function of relative position shifts of motor bearing means. and to be used as a control signal for the operating behavior of the internal combustion engine. With this method, too, at least the same results Nachteile wie soeben schon erläutert mit dem zusätzlichen Nachteil, daß hier schon die Ungenauigkeit. die sich durch die Signalgewinnung selbst ergibt, eine Auswertung eines solchen Laufunruhesignals zu Regelzwecken erheblich problematisch werden läßt.Disadvantages as just explained with the additional disadvantage that here the inaccuracy. the As a result of the signal generation itself, an evaluation of such an uneven running signal for control purposes can become considerably problematic.
Infolge verschärfter Abgasbestimmungen und aufgrund der allgemeinen Treibstoffknappheit wird nach Lösungen gesucht, bei denen Brennkraftmaschinen in einem Betriebsbereich betrieben werden können, in dem die schädlichen Anteile des Abgases auf ein MiniAs a result of stricter emissions regulations and due to the general shortage of fuel, the Looking for solutions in which internal combustion engines can be operated in an operating range in which the harmful components of the exhaust gas on a mini mum reduziert werden können und/oder in dem der verbrauchte Kraftstoff ein Minimum ist. Betreibt man die Brennkraftmaschine in einem Betriebsbereich mit möglichst magerem Kraftstoff-Luft-Gemisch, also an der sogenannten Magerlaufgrenze, dann kann man mitmum can be reduced and / or in which the fuel consumed is a minimum. If the internal combustion engine is operated in an operating range As lean a fuel-air mixture as possible, i.e. at the so-called lean running limit, then you can with einem relativ schadstoffarmen Abgas und geringem Kraftstoffverbrauch rechnen; schwierig ist jedoch die Bestimmung der gewünschten Magerlaufgrenze, da man zwar aus den in diesem Bereich schon stark schwankenden Druckverläufen in den Zylindern derexpect a relatively low-emission exhaust gas and low fuel consumption; but that is difficult Determination of the desired lean running limit, as one is already strong in this area fluctuating pressure curves in the cylinders of the Brennkraftmaschine eine Aussage gewinnen kann, die sich jedoch im praktischen Anwendungsfall nur schwer realisieren läßt. Im Stammpatent wird daher so vorgegangen, daß die Rennraummitteldruckschwankungen indirekt dadurch erfaßt werden, daß auf resultierendeInternal combustion engine can gain a statement that however, can only be implemented with difficulty in practical application. The parent patent therefore proceeds in such a way that the racing area mean pressure fluctuations can be detected indirectly by the fact that on resulting Drehmomentschwankungen zurückgehende Änderungen der Kurbelwellenwinkelgeschwindigkeit oder Beschleunigungsänderungen der Kurbelwelle erfaßt werden, beispielsweise indem Laufzeitänderungen zwischen zwei bestimmten Winkelstellungen der Kurbelwelle er-Changes in the crankshaft angular velocity or changes in acceleration of the crankshaft are detected, for example by running time changes between two specific angular positions of the crankshaft
bo mittelt werden. Die Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle lassen sich als Istwert durch eine geeignete, ebenfalls im Stammpatent beschriebene Schaltung erfassen und mit einem Sollwert vergleichen, der in Abhängigkeit zur Drehzahl und bells'; spielsweise zum Saugrohrdruck veränderbar ist und eine in dem jeweiligen Betriebsbereich noch zulässige Liiufunruhe vorgibt. Durch einen Istwert-Sollwert-Vergleich ergibt sich ein Ausgangssignal, das einem inte-bo averages. The fluctuations in the angular speed of the crankshaft can be used as an actual value using a suitable circuit, also described in the parent patent, and with a setpoint compare that as a function of speed and bells'; For example, the intake manifold pressure can be changed and one that is still permissible in the respective operating range Liiufunrest pretends. A comparison of the actual value and the setpoint results in an output signal that
grierenden Stellglied zugeführt wird, an dessen Ausgang dann ein Signal auftritt, welches zur Regelung der Verhältnisanteile des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches und/oder de· Menge des der Brennkraftmaschine rückgeführten Abgases herangezogen werden kann.grating actuator is supplied, at the output of which a signal then occurs which is used to control the Proportional proportions of the fuel-air mixture supplied to the internal combustion engine and / or the amount of the internal combustion engine recirculated exhaust gas can be used.
Eine weitere, bei einer Brennkraftmaschine den jeweiligen Betriebsbedingungen anzupassende und zu verändernde Variable stellt der Zündwinkel λ dar. Es ist bekannt, dra Zündwinkel einer Brennkraftmaschine durch Unterdruckverstellung vom Saugrohr aus zu beeinflussen, so daß man eine gewünschte Vorzündung erzielen kann; eine Zündwinkelverstellung durch Fliehkraftregelung in Abhängigkeit zur Drehzahl der Brennkraftmaschine ist ebenfalls bekanntAnother variable to be adapted and changed in an internal combustion engine to the respective operating conditions is the ignition angle λ . It is known to influence the ignition angle of an internal combustion engine by adjusting the vacuum from the intake manifold, so that a desired pre-ignition can be achieved; an ignition angle adjustment by means of centrifugal control depending on the speed of the internal combustion engine is also known
Weiterhin ist eine Einstellung des Zündzeitpunktes aus der DE-AS 11 25 230 bekannt, bei welcher eine Maschinenvariable, beispielsweise neben dem Zündzeitpunkt auch das Kraftstoff-/Luftverhältnis, die Kompressionshöhe oder dergleichen durch eine oszillierende Verstellvorrichtung ständig, jedoch mit Bezug auf die Drehgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine relativ langsam hin- und herverstellt wird und sich daraus ergebende positive und negative Drehzahländerungen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine jeweils zur Verstellung des Schwingungsmittelpunktcs der beeinflußten Maschinenvariablen benutzt werden. Allerdings werden auch hier durch die nicht drehzahlbezogene Verstellung Störgrößen nicht hinreichend eliminiert.Furthermore, an adjustment of the ignition timing is known from DE-AS 11 25 230, in which a machine variable, For example, in addition to the ignition point, the fuel / air ratio, the compression level or the like by an oscillating adjusting device constantly, but with reference to the Rotational speed of the internal combustion engine is relatively slowly back and forth and resulting therefrom positive and negative speed changes of the crankshaft of the internal combustion engine each for adjustment of the center of oscillation of the affected machine variables. However In this case, too, the non-speed-related adjustment does not adequately eliminate disturbance variables.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Zündwinkel einer Brennkraftmaschine so zu regeln, daß sich eine einwandfreie Anpassung des Zündwinkels an unterschiedliche Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine ergibt.The invention is based on the object of regulating the ignition angle of an internal combustion engine so that a perfect adaptation of the ignition angle to different operating conditions of the internal combustion engine results.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Entsprechend der Erfindung wird daher auch der Zündwinkel zusätzlich zur Änderung des Kraftstoff-Luft-Gemisches und/oder der Abgasrückführmengc oder bei einer Konstanthaltung dieser Variablen ausschließlich verändert, so daß anstelle des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses bzw. der Luftzahl A im Bereich « 1 oder der Abgasrückführrate AR bei fest vorgegebenen Werten für A und AR der Zündwinkel α mit Hilfe des Laufruhensignals des Stammpatents geregelt wird. Dabei kann die Luftzahl entweder:According to the invention, the ignition angle is therefore only changed in addition to changing the fuel-air mixture and / or the exhaust gas recirculation quantity or if these variables are kept constant, so that instead of the fuel-air ratio or the air ratio A in the range «1 or the exhaust gas recirculation rate AR with fixed predetermined values for A and AR the ignition angle α is regulated with the help of the smooth running signal of the parent patent. The air ratio can either be:
1. wie üblich gesteuert oder1. Controlled as usual or
2. mithilfe einer A = !-Regelung konstant gehalten werden, wobei die Luftzahl A durch eine Abgassonde, insbesondere eine Sauerstoffsonde, bestimmt und in dieser Weise eingeregelt wird; die Ljftzahl A läßt sich schließlich auch noch durch2. kept constant with the aid of an A = ! Control, the air ratio A being determined by an exhaust gas probe, in particular an oxygen probe, and regulated in this way; the number A can finally also be passed through
3. eine Extremwertregelung bestimmen, wobei beispielsweise die Luftzahl so eingestellt wird, daß sich maximales Drehmoment ergibt. Diese Einstellung kann durch sehr schnelle, nämlich drehzahlsynchrone Variation der Luftzahl A um einen vorgegebenen Schwingungsmittelpunkt erzielt werden.3. Determine an extreme value control, for example the air ratio is set so that the maximum torque is obtained. This setting can be achieved by a very rapid, namely speed-synchronous, variation of the air ratio A around a specified center of oscillation.
Zeichnungdrawing
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung, die die Laufruhe einer Brennkraftmaschine als Punktion des tr> Zündwinkels bei verschiedenen Drehzahlen und Saugrohrdrücken darstellt, genauer erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the drawing, which shows the smoothness of an internal combustion engine as a puncture of the t r > ignition angle at different speeds and intake manifold pressures.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments
Das Stammpatent stellt als Funktion der Laufruhe oder, genauer gesagt, der Laufunri'hc einer Brennkraftmaschine ein durch Integrierung gewonnenes Stellsignal zur Verfügung, welches geeignet ist, auf Maschinenvariable der Brennkraftmaschine in der Weise einzuwirken, daß die Laufruhe entweder auf einen maximalen Wert oder doch auf einen solchen Wert geregeltThe parent patent represents a function of the smoothness or, more precisely, the running unri'hc of an internal combustion engine a control signal obtained through integration is available, which is suitable for machine variables the internal combustion engine to act in such a way that the smoothness either to a maximum Value or at least regulated to such a value
ίο wird, der durch einen Sollwert vorgegeben werden kann. Das bedeutet mit anderen Worten, daß ein, normalerweise von der Drehzahl abhängiger Sollwert für eine in diesen jeweiligen Betriebsbereichen noch zulässige Laufunruhc vorgegeben wird und im vorliegenden Fall rler Zündwinkel der Brennkraftmaschine so geändert wird, daß sich dieser Laufunruhe-Sollwert erreichen läßt.ίο which can be specified by a setpoint can. In other words, this means that a nominal value for a running irregularity that is still permissible in these respective operating ranges is specified and in this case If the ignition angle of the internal combustion engine is changed in such a way that this uneven running target value is reached leaves.
Die Verstellung des Zündwinkels kann dabei beispielsweise mithilfe eines Stellmotors vorgenommen werden, dem das Stcllsignal, welches in diesem Fall nicht integriert sein muß, zugeführt wird und der dem Zündverteiler so zugeordnet sein kann, daß sich eine mechanische Verstellung des Zündwinkels etwa im Bereich von 0—50 oder 60" vor oberem Totpunkt der Brennkraftmaschine erzielen läßt. Andererseits kann das im Stammpatent ermittelte Laufunruhe-Signal auch elektronische Zündanlagen in entsprechender Weise beaufschlagen und den Zündwinkcl verstellen.The ignition angle can be adjusted, for example, with the aid of a servomotor to which the control signal, which in this case is not must be integrated, is supplied and can be assigned to the distributor so that a mechanical Adjustment of the ignition angle approximately in the range of 0-50 or 60 "before top dead center of the internal combustion engine can achieve. On the other hand, the uneven running signal determined in the parent patent can also be electronic Activate ignition systems in the appropriate manner and adjust the ignition angle.
Die beigefügte Zeichnung stellt ein Diagramm dar, in welchem Werte für die Laufruhe, nämlich hier die Drehzahländerung pro Umdrehung ("Zj") über dem Zündwinkcl λ aufgetragen sind. Mit Tist die Umlaufzeit für eine Kurbelwellenumdrehung und mit ^Tdie StreuungThe attached drawing shows a diagram in which values for the smoothness, namely here the speed change per revolution ("Zj") are plotted against the ignition angle λ. T is the cycle time for one crankshaft revolution and ^ T is the scatter
J5 von Γ bei aufeinanderfolgenden Umläufen bezeichnet. Das Diagramm der F i g. 1 weist mehrere Kurvenverläufe für verschiedene Saugrohrdruck-Drehzahlkombinationen auf. Dem Diagramm läßt sich entnehmen, daß die Drehzahländerung pro Umdrehung als Maß für die Laufruhc einer Brennkraftmaschine mit abnehmendem Winkel der Vorzündung größer wird. Dabei zeigt sich bei vergleichsweise großen Zündwinkeln ein Minimalwert für die Laufunruhe (optimale Laufruhe). Auf diesen Wert braucht jedoch nicht notwendigerweise eingeregelt zu werden, denn es kann aus anderen Gründen zweckmäßig sein, einen vorgegebenen Laufruhewert als Sollwert anzustreben.J5 denoted by Γ on successive revolutions. The diagram of FIG. 1 has several curves for different intake manifold pressure-speed combinations on. The diagram shows that the speed change per revolution as a measure of the Running rest of an internal combustion engine becomes greater with a decreasing angle of the pre-ignition. It shows with comparatively large ignition angles, a minimum value for the uneven running (optimal running smoothness). On this However, value does not necessarily need to be adjusted because it can be for other reasons It may be expedient to aim for a specified smooth running value as the setpoint.
Durch eine Zündverstellung in Richtung spät lassen sich beispielsweise die Emissionen der Schadstoffe HC und NO, vermindern. Die Erfindung ist daher insbesondere zur Erzielung geringer HC- und NOv-Emissionen geeignet, da sie die Realisierung später Zündungen bei befriedigender Laufruhe erlauben. Die mechanische Laufruhc, die sich in dem im Stammpatent ermitteltenBy adjusting the ignition in the late direction, for example, emissions of the pollutants HC and NO can be reduced. The invention is therefore particularly suitable for achieving low HC and NO v emissions, since they allow the implementation of later ignitions with satisfactory running smoothness. The mechanical running smoothness, which is determined in the parent patent
51) Laufruhensignal ausdrückt, ist eine Aussage über die Güte der Umsetzung im Brennraum; man erzielt auf diese Weise eine Anpassung des Zündwinkels an unterschiedliche thermische Zustände des Motors, an dem Motor zugeführte Kraftstoffe und dergleichen.5 1 ) expresses the quiet running signal, is a statement about the quality of the implementation in the combustion chamber; in this way, an adaptation of the ignition angle to different thermal conditions of the engine, fuels supplied to the engine and the like is achieved.
Hierzu I Blatt ZeichnungenFor this purpose I sheet drawings
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