DE10137587A1 - Motordrehzahl-/Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung für fremdgezündete Motoren mit Direkteinspritzung - Google Patents

Motordrehzahl-/Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung für fremdgezündete Motoren mit Direkteinspritzung

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Abstract

System und Verfahren für die Motordrehzahlregelung eines fremdgezündeten Motors mit Direkteinspritzung umfassen den Betrieb des Motors mit Schichtladung und die Regelung der Drehzahl aufgrund von Motorsollwerten für optimale Leistung unter Verwendung des Kraftstoffs als primärem Drehmomentaktuator und des Luftdurchsatzes als sekundärem Drehmomentaktuator, um den Zündzeitpunkt nach Möglichkeit auf der kleinsten Vorzündung für optimales Drehmoment oder in deren Nähe zu halten. Wenn die aktuellen Betriebsbedingungen und/oder Systemzwänge die Anwendung von Motorsollwerten, die der optimalen Leistung entsprechen, verhindern, wird die Drehzahlregelung zur primären Zielsetzung. Systeme und Verfahren gemäß der Erfindung verbessern den Kompromiß hinsichtlich der anzustrebenden Sollwerte für Drehzahlregelung und optimale Leistung.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Systeme und Ver­ fahren für die Motordrehzahl- und/oder Fahrzeuggeschwindig­ keitsregelung von Motoren mit Direkteinspritzung und Fremd­ zündung.
Mit Systemen und Verfahren für die Motordrehzahl-/Fahrzeug­ geschwindigkeitsregelung wird versucht, eine relativ konstan­ te Motordrehzahl/Fahrzeuggeschwindigkeit zu erreichen, die einer für einen Fahrer oder ein System erwünschten Drehzahl bzw. Geschwindigkeit, zum Beispiel einer mittels der Ge­ schwindigkeitsregelung ausgewählten Fahrzeuggeschwindigkeit oder einer für den Leerlauf ausgewählten Motordrehzahl ent­ spricht. Herkömmliche Motordrehzahl-/Fahrzeuggeschwindig­ keitsregelungen sind auf einen bestimmten Motorbetriebsbe­ reich begrenzt und bedienen sich unterschiedlicher Strategien (Algorithmen oder "Steuergeräte") für die Leerlaufdrehzahlre­ gelung und Geschwindigkeitsregelung, d. h. die Standardmetho­ dik der Leerlaufdrehzahlregelung kann nicht auf die Geschwin­ digkeitsregelung erweitert werden.
Luftdurchsatzabhängige Leerlaufdrehzahlregelstrategien arbei­ ten mit einem Luftdurchsatz-Aktuator wie einem Leerlaufluft- Umleitventil und/oder einer elektronisch gesteuerten Drossel­ klappe als primärem Aktuator zur Regelung der Motordrehzahl auf eine Leerlauf-Solldrehzahl, die entsprechend den aktuel­ len Betriebsbedingungen gewählt wurde. Drehmomentabhängige Leerlaufdrehzahlregelstrategien arbeiten typischerweise mit Zündzeitpunktverstellung als schnelle Primärstellgröße für hohes Drehmoment zur Regelung der Motordrehzahl durch Verän­ derung des Motorbremsmoments. Für die Drehzahlregelung wird typischerweise die Verstellung des Zündzeitpunkts vorgezogen, weil das abgegebene Motordrehmoment und die daraus resultie­ rende Motordrehzahl sehr schnell auf die Zündzeitpunktver­ stellung reagieren. Außerdem hat der Zündzeitpunkt großen Einfluß auf das abgegebene Drehmoment, d. h. der Zündzeitpunkt kann, wenn gewünscht, dazu benutzt werden, das abgegebene Drehmoment schnell zu verändern. Jede Abweichung des Zünd­ zeitpunktes von dem Zündzeitpunkt, der bei einer bestimmten Luft- und Kraftstoffmenge (kleinste Vorzündung für optimales Drehmoment (MBT)) ein maximales Drehmoment ergibt, kann je­ doch zu einer Beeinträchtigung der Kraftstoffökonomie führen.
Drehzahlregelungsstrategien für Benzinmotoren, ob diese nun mit dem Zündzeitpunkt, Luft oder Kraftstoff arbeiten, erfor­ dern die Berücksichtigung der Auswirkungen auf die Emissionen und die dafür vorgesehenen Abgasreinigungsanlagen. Bei her­ kömmlichen Motoren, die mit Dreiwegekatalysatoren arbeiten, muß das Kraftstoff-/Luft-Verhältnis auf einen Wert in Nähe des stöchiometrischen Verhältnisses eingestellt werden, um eine vorzeitige Minderung des Katalysator- Umwandlungswirkungsgrads zu verhindern. Ebenso läßt sich eine ordnungsgemäße Abgasreinigung leichter durch Aufrechterhal­ tung geeigneter Katalysatorbetriebstemperaturen erreichen.
Bei einem fremdgezündeten Motor mit Direkteinspritzung (DISI- Motor) und magerer Verbrennung (einschließlich Schichtlademo­ toren mit Direkteinspritzung oder DISC-Motoren) ist das Kraftstoff-/Luft-Verhältnis nicht auf einen schmalen Bereich in Nähe des stöchiometrischen Werts begrenzt. Diese Motoren können mit Schichtladung oder homogener Ladung und verbesser­ ter Kraftstoffökonomie arbeiten, die in erster Linie auf geringere Pumpverluste während des Schichtladebetriebs, ins­ besondere bei niedrigen Motordrehzahlen und Lasten, wie sie im Leerlauf vorkommen, zurückzuführen ist. Während beim Be­ trieb mit homogener Ladung ähnliche Regelstrategien wie beim herkömmlichen Motor mit Einlaßkanaleinspritzung zur Anwendung kommen können, ist der Schichtladebetrieb komplexer und bie­ tet neue Möglichkeiten zur Verbesserung der Drehzahlregelung im Leerlauf und bei der Geschwindigkeitsregelung.
Ein Gegenstand der Erfindung sind Systeme und Verfahren für die Motordrehzahl-/Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung beim Schichtladebetrieb von DISI-Motoren, insbesondere DISC- Motoren mit magerer Verbrennung.
Bei der Lösung der obigen und weiterer Aufgaben und zur Er­ reichung der Vorteile und Merkmale der Erfindung umfaßt eine Ausführungsform ein System und ein Verfahren zur Regelung der Motordrehzahl/Fahrzeuggeschwindigkeit zur Anwendung auf einen fremdgezündeten Motor mit Innenverbrennung und Direkt­ einspritzung. Das System/Verfahren bestimmt aufgrund einer Differenz zwischen einer Istdrehzahl und einer Solldrehzahl einen Drehzahlfehler, es bestimmt aufgrund des Drehzahlfeh­ lers eine Motor-Solldrehzahl, es bestimmt die für das Motor- Solldrehmoment benötigte Kraftstoffmenge, es berechnet auf­ grund des benötigten Kraftstoffs und aktuellen Luftdurchsat­ zes ein Kraftstoff-/Luft-Verhältnis und es regelt wenigstens eine Kraftstoff-Einspritzdüse in der Weise, daß die benötigte Kraftstoffmenge zugeführt wird, wenn das Kraftstoff-/Luft- Verhältnis innerhalb eines für die jeweiligen Motorbetriebs­ bedingungen annehmbaren Kraftstoff-/Luft-Verhältnis-Bereichs liegt.
Die erfindungsgemäßen Verfahren und Systeme für die Motor­ drehzahl-/Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung können nicht nur für gedrosselte oder ungedrosselte DISI-Motoren, sondern u. a. auch für DISI-Motoren mit variabler Ventilsteuerung oder variabler Nockensteuerung einschließlich Magermixmotoren Anwendung finden.
Die Erfindung bietet gegenüber Regelstrategien nach dem be­ kannten Stand der Technik eine Reihe von Vorteilen. So wird gemäß der Erfindung zum Beispiel als schneller Primäraktuator für Drehmoment Kraftstoff anstelle des Zündzeitpunktes be­ nutzt, da so der Motorbetrieb nicht auf einen schmalen stö­ chiometrischen Bereich begrenzt ist. Der Zündzeitpunkt kann dann zur Verbesserung der Kraftstoffökonomie im wesentlichen bei der geringsten Vorzündung für optimales Drehmoment gehal­ ten werden. Die Erfindung ermöglicht eine Motordrehzahl-/­ Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung unter gleichzeitiger Beibe­ haltung von Motorbetriebspunkten zur Reduzierung von Lei­ stungseinbußen aufgrund von Kompromissen bei der Regelung, um beide Ziele zu erreichen. Wenn die Kraftstoff-/Luft- Verhältnis-Grenzwerte eine Drehmomentregelung über den Kraft­ stoff unmöglich machen, bewirkt die Erfindung nur eine Dreh­ zahlregelung und benutzt zur Erfüllung dieser Aufgabe als Drehmomentaktuator die Luftdurchsatzregelung. Die Luftdurch­ satzregelung kann durch eine elektronisch gesteuerte Drossel­ klappe oder durch Anwendung einer variablen Ventilsteuerung oder einer variablen Nockensteuerung bewirkt werden. Die Erfindung bedient sich einer Steuergerätekonstruktion mit zwei Freiheitsgraden, um auf Fehler, die auf plötzlich auf den Motor einwirkende Lastmomente zurückzuführen sind, anders reagieren zu können als auf Drehzahl-Sollwert- Befehlsänderungen. Die Erfindung betrifft Systeme und Verfah­ ren zur Drehzahlregelung, die über den gesamten Betriebsbe­ reich des Motors einwandfrei funktionieren, so daß sie sowohl für die Leerlaufdrehzahlregelung als auch die Geschwindig­ keitsregelung eingesetzt werden können.
Weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Er­ findung gehen aus der nachstehenden Beschreibung hervor, in der mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele erläu­ tert werden. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm, welches ein Motorsteuerungssystem für einen erfindungsgemäßen DISI-Motor darstellt.
Fig. 2 ein Diagramm, welches den Betrieb eines Drehzahlbe­ fehl-Formfilters in einem System und/oder einem Verfahren für die Motordrehzahl-/Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung in einem erfindungsgemäßen DISI-Motor darstellt.
Fig. 3 ein Diagramm, welches den Betrieb eines Kraftstoffre­ gelsystems und/oder ein Verfahren zur Anwendung im Rahmen einer Motordrehzahl-/Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung in einem erfindungsgemäßen DISI-Motor darstellt.
Fig. 4 ein Diagramm, welches den Betrieb eines Luftdurch­ satzregelsystems und/oder ein Verfahren zur Anwendung im Rahmen einer Motordrehzahl-/Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung in einem erfindungsgemäßen DISI-Motor darstellt.
Fig. 5 ein Diagramm, welches den Zylinderluftdurchsatz als Funktion des Krümmerdrucks für ein Motormodell darstellt, das zum Analysieren der Erfindung verwendet wird.
Fig. 6 ein Diagramm, welches das Reibungsmoment als Funktion des Krümmerdrucks für ein Motormodell darstellt, das zum Analysieren der Erfindung verwendet wird.
Fig. 7 ein Diagramm, welches eine Drehzahlregelungsarchitek­ tur mit der Drosselklappe als Primäraktuator bei einem System mit saturiertem Kraftstoff und/oder ein Verfahren für die Drehzahlregelung bei einem erfindungsgemäßen DISI-Motor dar­ stellt.
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehzahlreglers.
Fig. 9 ein Diagramm, welches eine Steuergerätkonstruktion mit zwei Freiheitsgraden für eine Ausführungsform eines er­ findungsgemäßen Drehzahlreglers darstellt und
Fig. 10 ein Blockdiagramm einer Innen-/Außenkreis- Drehzahlreglerarchitektur mit AGR für eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehzahlreglers darstellt.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm, welches ein Motorsteuerungs­ system für einen erfindungsgemäßen DISI-Motor darstellt. Ein System 10 ist vorzugsweise ein Innenverbrennungsmotor, der eine Mehrzahl von Zylindern, zum Beispiel einen Zylinder 12, mit den entsprechenden Verbrennungsräumen 14 aufweist. Wie ein Fachmann auf diesem Gebiet erkennen wird, umfaßt das System 10 verschiedene Sensoren oder Aktuatoren für die Mo­ torsteuerung. Für jeden Zylinder 12 können ein oder mehrere Sensoren oder Aktuatoren oder es kann für den gesamten Motor ein einzelner Sensor oder ein einzelner Aktuator vorgesehen werden. So kann beispielsweise jeder Zylinder 12 vier Aktua­ toren enthalten, die die Einlaßventile 16 und Auslaßventile 18 betätigen, während nur ein einziger Kühlmitteltemperatur­ sensor 20 vorgesehen ist.
Bei einer Ausführungsform umfaßt die Erfindung eine mecha­ nisch variable Nockensteuerungsvorrichtung an sich bekannter Bauart, die dazu dient, die Steuerung der Einlaßventile 16 und/oder Auslaßventile 18 zwecks Luftdurchsatzregelung zu verändern. Bei einer alternativen Ausführungsform werden die Einlaßventile 16 und/oder die Auslaßventile 18 durch variable Ventilsteuerungs-Aktuatoren wie elektromechanische Aktuatoren zwecks Luftdurchsatzregelung gesteuert.
Das System 10 weist vorzugsweise ein Steuergerät 22 mit einem mit verschiedenen computerlesbaren Speichermedien kommunizie­ renden Mikroprozessor 24 auf. Zu den computerlesbaren Spei­ chermedien gehören vorzugsweise ein Festwertspeicher (ROM) 26, ein Direktzugriffspeicher (RAM) 28 und ein Haltespeicher (KAM) 30. Die computerlesbaren Speichermedien können mit einer beliebigen an sich bekannten Speichervorrichtung wie PROMs, EPROMs, EEPROMs, einem Flash-Speicher oder einer ande­ ren elektrischen, magnetischen, optischen oder kombinierten Speichervorrichtung implementiert werden, die zur Speicherung von Daten geeignet ist, von denen einige ablauffähige Befehle darstellen, die der Mikroprozessor 24 für die Steuerung des Motors verwendet. Der Mikroprozessor kommuniziert mit den verschiedenen Sensoren und Aktuatoren über eine Eingabe-/­ Ausgabe (E/A)-Schnittstelle 32. Wie ein Fachmann auf diesem Gebiet verstehen wird, handelt es sich bei dem Steuergerät 22 um eine Hardware-Vorrichtung, die ein oder mehrere "Steuerge­ räte" (wie zum Beispiel in den Fig. 7-10 dargestellt) implementiert und dabei Software verwendet, um verschiedene Motor-/Fahrzeug-Betriebsparameter wie Motordrehzahl oder Fahrzeuggeschwindigkeit zu steuern. Natürlich könnte im Rah­ men der Erfindung mehr als ein physisches Steuergerät, wie zum Beispiel das Steuergerät 22, verwendet werden, um ent­ sprechend dem jeweiligen Anwendungszweck eine Motor-/Fahr­ zeugsteuerung zu ermöglichen.
Beim Betrieb strömt Luft durch den Einlaß 34 und kann von dort aus über einen allgemein mit dem Bezugsindex 36 bezeich­ neten Ansaugkrümmer einer Mehrzahl von Zylindern zugeführt werden. Das System 10 weist vorzugsweise einen Luftmassensen­ sor 38 auf, der dem Steuergerät 22 ein entsprechendes Signal (MAF) zuführt, welches die Luftmasse anzeigt. Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung wird eine Drosselklappe 40 dazu benutzt, die den Einlaß 34 durchströmende Luftmenge im Verlauf bestimmter Betriebsarten zu modulieren. Die Drossel­ klappe 40 wird aufgrund eines vom Steuergerät 22 erzeugten entsprechenden Drosselklappenstellungssignals durch einen geeigneten Aktuator 42 vorzugsweise elektronisch gesteuert. Ein Drosselklappenstellungssensor 44 liefert ein Rückfüh­ rungssignal (TP), welches dem Steuergerät 22 die tatsächliche Stellung der Drosselklappe 40 anzeigt, um die Regelung der Drosselklappe 40 in geschlossenem Regelkreis zu implementie­ ren.
Wie ein Fachmann auf diesem Gebiet erkennen wird, kann die Erfindung auch in ungedrosselten oder drosselklappenlosen DISI-Motoren zur Anwendung kommen, bei denen der Luftdurch­ satz mittels geeigneter Ventilsteuerung geregelt werden kann. Unabhängig davon, ob der Motor nun eine wirkliche Drossel­ klappe, wie zum Beispiel die Drosselklappe 40, enthält oder nicht, kann der Motor in verschiedenen ungedrosselten Be­ triebsarten benutzt werden. Dabei werden Pumpverluste redu­ ziert und der Motorwirkungsgrad wird erhöht, was zu verbes­ serter Kraftstoffökonomie führen kann. Zu den drosselklappen­ losen Motoren können solche mit variabler Ventilsteuerung (VVS) gehören, bei denen die Einlaß- und Auslaßventile mit­ tels elektromagnetischer Aktuatoren statt einer an sich be­ kannten Nockenanordnung gesteuert werden. Ebenso können Moto­ ren mit variablen Nockensteuerungsvorrichtungen in Vollgas­ stellung betrieben werden, um die Pumpverluste bei Luftdurch­ satzregelung mit Veränderung der Nockensteuerung zu reduzie­ ren. Die Erfindung ist auch auf DISI-Motor-Konfigurationen mit herkömmlichen Ventilsteuerungsvorrichtungen anwendbar, die ebenfalls in verschiedenen Betriebsarten in Vollgasstel­ lung betrieben werden können, zum Beispiel mit magerer Verbrennung oder Schichtladung.
Wie in Fig. 1 dargestellt, liefert ein Sensor für absoluten Druck im Ansaugkrümmer 46 ein Signal (MAP), welches den Krümmerdruck zum Steuergerät 22 meldet. Durch den Ansaugkrüm­ mer 36 strömende Luft gelangt mittels entsprechender Regelung eines oder mehrerer Einlaßventile 16 in den Verbrennungsraum 14. Wie oben beschrieben, können die Einlaßventile 16 und die Auslaßventile 18 für die Anwendung mit variabler Ventilsteue­ rung bzw. variabler Nockensteuerung direkt oder indirekt durch das Steuergerät 22 gesteuert werden. Alternativ können Einlaßventile 16 und Auslaßventile 18 mittels einer herkömm­ lichen Nockenwellenanordnung gesteuert werden. Eine Kraft­ stoff-Einspritzdüse 48 spritzt aufgrund eines Signals (FPW), welches durch das Steuergerät 22 erzeugt und durch den Trei­ ber 50 verarbeitet wird, eine für die jeweilige Betriebsart geeignete Kraftstoffmenge in einem oder mehreren Einspritz­ vorgängen ein.
Wie in Fig. 1 dargestellt, spritzt die Kraftstoff- Einspritzdüse 48 eine geeignete Kraftstoffmenge in einem oder mehreren Einspritzvorgängen direkt in den Verbrennungsraum 14 ein. Die Steuerung der Kraftstoffeinspritzvorgänge basiert im allgemeinen auf der Stellung des Kolbens 52 im Zylinder 12. Informationen über die Stellung werden von einem geeigneten Sensor 54 erfaßt, der ein Stellungssignal (PIP) liefert, welches die Rotationsstellung der Kurbelwelle 56 anzeigt.
Gemäß der Erfindung erfolgt die Drehzahlregelung mit Hilfe von Kraftstoff als schnelle Primärstellgröße, wenn es die jeweiligen Betriebsbedingungen zulassen. Der Soll-Kraftstoff­ durchfluß wird so modifiziert, daß beim Schichtladebetrieb eine Drehzahlregelung mit Hilfe geeigneter, durch das Steuer­ gerät 22 erzeugter Signale bewirkt wird, damit die Kraft­ stoff-Einspritzdüsen 48 in einem oder mehreren Einspritzvor­ gängen eine geeignete Kraftstoffmenge direkt in jeden Verbrennungsraum 14 einspritzen.
Der Luftdurchsatz wird vorzugsweise als Sekundär-Drehmoment- Stellgröße verwendet. Bei drosselklappenlosen Anwendungen wird der Luftdurchsatz mittels durch das Steuergerät 22 er­ zeugter Signale gesteuert, um die Einlaßventile 16 für varia­ ble Ventilsteuerung oder variable Nockensteuerung zu regeln, wie dies mit Bezug auf die Fig. 2 bis 9 näher beschrieben wird. Bei gedrosselten Anwendungen kann der Luftdurchsatz mittels der Drosselklappe in Kombination mit der Ventilsteue­ rung für Einlaß- und/oder Auslaßventile geregelt werden.
Zu dem entsprechenden Zeitpunkt des Verbrennungstakts erzeugt das Steuergerät 22 ein Zündsignal (SA), welches durch die Zündanlage 58 verarbeitet wird, um die Zündkerze 60 zu steu­ ern und die Verbrennung im Verbrennungsraum 14 einzuleiten. Der Zündzeitpunkt wird nach Möglichkeit vorzugsweise im we­ sentlichen bei der kleinsten Vorzündung für optimales Drehmo­ ment (MBT), d. h. der Zündverstellung, die bei einer bestimm­ ten Luft- und Kraftstoffmenge das maximale Drehmoment er­ zeugt, gehalten, da diese Bedingungen im allgemeinen eine bessere Kraftstoffökonomie bewirken. Gemäß der Erfindung wird die Zünd- oder Zündzeitpunktverstellung im wesentlichen nicht verändert, um die Drehzahlregelung zu bewirken.
Das Steuergerät 22 (oder eine an sich bekannte Nockenwellen­ anordnung) steuert ein oder mehrere Auslaßventile 18 in der Weise, daß das verbrannte Kraftstoff-/Luft-Gemisch durch einen Abgaskrümmer ausgestoßen wird. Eine Lambdasonde 62 liefert ein Signal (EGO), welches den Sauerstoffgehalt der Abgase zum Steuergerät 22 anzeigt. Dieses Signal kann dazu verwendet werden, das Kraftstoff-/Luft-Verhältnis zu verstel­ len oder die Betriebsart eines oder mehrerer Zylinder zu regeln. Das Abgas passiert, bevor es ins Freie ausgestoßen wird, den Abgaskrümmer sowie einen ersten Katalysator 64 und einen zweiten Katalysator 66.
Bekanntlich können fremdgezündete Motoren mit Direkteinsprit­ zung, wie in Fig. 1 dargestellt, im allgemeinen in wenig­ stens zwei Betriebsarten benutzt werden. Um eine stabile Verbrennung aufrechtzuerhalten, sollte das Kraftstoff-/Luft- Verhältnis innerhalb eines ersten Bereichs für Schichtladebe­ trieb und eines zweiten Bereichs für Betrieb mit homogener Ladung geregelt werden. Die speziellen Kraftstoff-/Luft- Bereiche können entsprechend der jeweiligen Anwendung variie­ ren. So kann beispielsweise eine stabile Verbrennung im Schichtladebetrieb Kraftstoff-/Luft-Verhältnisse zwischen etwa 25 : 1 und etwa 40 : 1 erfordern, während eine stabile Verbrennung im Betrieb mit homogener Ladung Kraftstoff-/Luft- Verhältnisse zwischen etwa 12 : 1 und 20 : 1 erfordern kann. Je nach Motorkonfiguration können auch einige andere Betriebsar­ ten mit entsprechenden Kraftstoff-/Luft-Verhältnissen Anwen­ dung finden. Die dargestellten Ausführungsformen der Erfin­ dung basieren auf einem Motormodell, für welches die Lücke im Kraftstoff-/Luft-Verhältnis zwischen homogenem Magerbetrieb und Schichtladebetrieb durch Interpolation ausgefüllt wurde.
Die Figuren enthalten Diagramme, welche die Betriebsart der Systeme und Verfahren zur Drehzahlregelung eines DISI-Motors veranschaulichen. Die Diagramme stellen im allgemeinen die Steuerungslogik einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems oder Verfahrens dar. Wie ein Fachmann auf diesem Gebiet erkennen wird, können die Diagramme eine oder mehrere aus einer Anzahl bekannter Verarbeitungsstrategien wie ereig­ nisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multi-Tasking, Multi- Threading und dergleichen, darstellen. Verschiedene abgebil­ dete Schritte oder Funktionen können damit in der dargestell­ ten Reihenfolge parallel ausgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso muß zur Erreichung der Zwecke, Merkmale und Vorteile der Erfindung die Verarbeitungsreihen­ folge nicht unbedingt eingehalten werden, sondern wird hier nur zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung angege­ ben. Wiewohl dies nicht ausdrücklich dargestellt ist, wird ein Fachmann auf diesem Gebiet erkennen, daß je nach der im Einzelfall angewandten Verarbeitungsstrategie ein(e) oder mehrere der dargestellten Schritte oder Funktionen wiederholt ausgeführt werden können.
Die in den Figuren dargestellte Steuerungslogik und die dar­ gestellten Steuergeräte werden vornehmlich in Software imple­ mentiert, welche durch ein mikroprozessorgesteuertes Mo­ torsteuergerät ausgeführt wird. Natürlich kann die Steue­ rungslogik je nach Einzelanwendung in Software, Hardware oder einer Kombination aus Software und Hardware implementiert werden. Bei Implementierung in Software liegt die Steuerungs­ logik vorzugsweise auf einem computerlesbaren Speichermedium mit gespeicherten Daten vor, die von einem Computer zur Mo­ torsteuerung ausgeführte Befehle darstellen. Das computerles­ bare Speichermedium oder die Speichermedien können eines aus einer Anzahl bekannter physikalischer Geräte sein, die mit elektrischen, magnetischen und/oder optischen Vorrichtungen arbeiten, um ablauffähige Befehle und damit verbundene Eich­ daten, Betriebsvariablen und dergleichen zeitweilig oder permanent zu speichern.
Mit Bezug auf Fig. 2 wird ein Blockdiagramm dargestellt, welches einen Drehzahlbefehl-Formfilter zum Einsatz im Rahmen eines Systems oder Verfahrens zur Regelung der Drehzahl in einem fremdgezündeten Innenverbrennungsmotor mit Direktein­ spritzung zeigt. Die Blöcke 80-88 bestimmen eine Solldrehzahl aufgrund einer gewünschten Drehzahl nach einer Ausführungs­ form der Erfindung. Wie oben beschrieben, kann es sich bei der Drehzahl/Geschwindigkeit zum Beispiel um die für die Leerlaufdrehzahlregelung verwendete Motordrehzahl oder um die zum Beispiel für die Geschwindigkeitsregelung verwendete Fahrzeuggeschwindigkeit handeln. Je nach Einzelanwendung kann die Solldrehzahl/-geschwindigkeit aufgrund der Fahrereingaben und/oder der aktuellen Motorbetriebsbedingungen und/oder der aktuellen Fahrzeugbetriebsbedingungen bestimmt werden. Bei Anwendungen für die Geschwindigkeitsregelung zum Beispiel kann die Sollgeschwindigkeit Ndes die für die Geschwindig­ keitsregelung eingestellte Geschwindigkeit sein. Bei der Leerlaufdrehzahlregelung kann die Solldrehzahl zum Beispiel aufgrund der Kühlmitteltemperatur des Motors bestimmt werden.
Block 80 berechnet eine Zwischen-Betriebs-Kenngröße N* auf­ grund der Solldrehzahl/-geschwindigkeit Ndes und der vorbe­ stimmten planmäßigen Drehzahl Nsched. Wie in Block 80 darge­ stellt, steht N* für die Differenz zwischen der Solldrehzahl und der vorbestimmten planmäßigen Drehzahl. Diese Differenz wird mit einer in Block 82 dargestellten Verstärkung multi­ pliziert. Der den Block 84 umfassende Pfad ist im wesentli­ chen ein Tiefpaßfilter.
Die Differenz wird auch einem zweiten, den Block 84 umfassen­ den Pfad zugeführt, welcher ein nichtlineares Element auf die Differenz anwendet. Bei dieser Ausführungsform stellt der Block 84 ein nichtlineares Element dar, welches bei Annähe­ rung der planmäßigen Drehzahl/Geschwindigkeit an die Soll­ drehzahl/-geschwindigkeit klein wird. Ein Beispiel eines solchen nichtlinearen Elements wird dargestellt durch:
Der Block 86 aus Fig. 2 kombiniert die Resultate der beiden in den Blöcken 82 und 84 dargestellten Pfade vorzugsweise mit Hilfe einer Summierungsoperation. Das Resultat wird dann durch den Block 88 integriert, um die planmäßige Drehzahl/­ Geschwindigkeit Nsched zu erreichen, die anschließend durch das Steuergerät in der oben beschriebenen Weise benutzt wird.
Wie ein Fachmann auf diesem Gebiet erkennen wird, ist der in Fig. 2 dargestellte Drehzahl/Geschwindigkeitsbefehl- Formfilter nur wirksam, wenn sich die Solldrehzahl/-geschwin­ digkeit ändert. Anders ausgedrückt, nähert sich die durch den Drehzahl/Geschwindigkeitsbefehl-Formfilter ausgegebene plan­ mäßige Drehzahl/Geschwindigkeit bei stationärem Betrieb der dem Formfilter zugeführten Solldrehzahl/-geschwindigkeit an.
Das Diagramm in Fig. 3 stellt den Betrieb eines Kraftstoff­ regelsystems und/oder -verfahrens zur Anwendung in einer Motor-/Fahrzeug-Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitsregelung für einen DISI-Motor gemäß der Erfindung dar. Der Block 100 stellt die Bestimmung eines Drehzahl-/Geschwindigkeitsfehlers aufgrund einer Differenz zwischen einer Istdrehzahl/-ge­ schwindigkeit und einer planmäßigen Drehzahl/Geschwindigkeit Nsched dar. Das Solldrehmoment wird dann mit Hilfe eines ge­ eignetes Steuergeräts, zum Beispiel eines im Block 102 darge­ stellten Proportional-Integral-Differential (PID)-Reglers, bestimmt. Bei dieser Ausführungsform bestimmt der Block 102 das Solldrehmoment nach Abzug des entsprechenden Reibungsmo­ ments, wie in Block 104 dargestellt, zur Erzielung eines indizierten Solldrehmoments. Das indizierte Solldrehmoment wird dann, wie in Block 106 dargestellt, in der Drosselklap­ pensteuerung zur Verfügung gestellt.
Das Solldrehmoment kann, wie in Block 108 dargestellt, auf entsprechende Ober- und Untergrenzen begrenzt sein. Die zur Erzeugung des indizierten Solldrehmoments benötigte Kraft­ stoffmenge wird dann in der Weise bestimmt, wie es in Block 110 dargestellt ist. Die für die aktuelle Motorbetriebsart oder die aktuellen Bedingungen zulässigen Mindest- und Höchstkraftstoffmengen werden aufgrund entsprechender Kraft­ stoff-/Luft-Verhältnisse, wie in Block 112 dargestellt, be­ stimmt. Der Block 114 bestimmt dann, ob die zur Erreichung des Motor-Solldrehmoments benötigte Kraftstoffmenge innerhalb der durch den Block 112 berechneten Ober- und Untergrenzen liegt. Wenn die benötigte Kraftstoffmenge das aktuell verfüg­ bare Maximum, wie in Block 116 bestimmt, überschreitet, wird der Kraftstoff durch den Block 118 auf das verfügbare Maximum begrenzt. In ähnlicher Weise wird die benötigte Kraftstoff­ menge, wenn sie unter dem zulässigen Mindestwert liegt, auf die in Block 120 dargestellte Mindestmenge begrenzt. Die berechnete Kraftstoffmenge wird dann zwecks Zuführung der richtigen Kraftstoffmenge zu einer oder mehreren Kraftstoff- Einspritzdüsen der Einspritzregelung und zwecks eventuell erforderlicher Korrektur des Ansaugfehlers der Luftdurchsatz­ regelung zur Verfügung gestellt.
Fig. 4 veranschaulicht die Funktionsweise eines Luftdurch­ satzregelsystems und/oder -verfahrens für den Einsatz in einer Motordrehzahl-/Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung für eine erfindungsgemäße DISI-Motor-Anwendung. Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform wird die Luftdurchsatzrege­ lung durch eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe be­ wirkt. Diese Ausführungsform umfaßt zwei Pfade, die allgemein durch die Bezugsindizes 142 und 144 bezeichnet sind. Der Pfad 142 steuert die Drosselklappenstellung zur Erreichung eines Sollwerts aufgrund der aktuellen Motorbetriebsbedingungen, wobei die Drehmomentregelung nur über den Kraftstoff bewirkt wird. Der Pfad 144 steuert die Drosselklappenstellung, um eine Drehmomentregelung zu bewirken und das Solldrehmoment zuzuführen, wenn der Kraftstoffbefehl infolge von Zwängen beim Kraftstoff-/Luft-Verhältnis begrenzt ist.
Zu den dem Pfad 142 zugeführten Eingaben gehört die erforder­ liche Kraftstoffmenge 122, die wie beschrieben bestimmt und mit Bezug auf Fig. 3 dargestellt ist, außer einem spezifi­ schen Kraftstoff-/Luft-Verhältnis-Sollwert 140, der vom Mo­ torsteuergerät zugeführt wird. Der Soll-Luftdurchsatz wird aufgrund des Kraftstoff-/Luft-Verhältnisses und der berechne­ ten Kraftstoffmenge, wie in Block 146 dargestellt, berechnet. Dann wird aufgrund des aktuellen Luftdurchsatzes und des Soll-Luftdurchsatzes, wie in Block 148 dargestellt, ein Luft­ durchsatzfehler bestimmt. Anschließend wird mittels eines geeigneten Steuergeräts, wie in Block 150 dargestellt, ein Luftdurchsatzbefehl berechnet. So kann beispielsweise ein Proportional-Integral (PI)-Regler verwendet werden, um auf­ grund des Fehlers im Luftdurchsatz einen entsprechenden Luft­ durchsatzbefehl zu liefern.
Der Pfad 144 erzeugt einen erforderlichen indizierten Drehmo­ mentbefehl für die Luftdurchsatzstellgröße aufgrund des er­ forderlichen indizierten Drehmomentbefehls für den Kraft­ stoffaktuator im Block 152. Als Beispiel kann der Block 152 zur Erzeugung des luftdurchsatzabhängigen Drehmomentbefehls einen Bleifilter auf den kraftstoffabhängigen Drehmomentbe­ fehl anwenden, um Krümmerfüllwirkungen und Förderverzögerung zwischen einem Drosselklappenaktuator und der in bestimmte Zylinder eingeleiteten Luft zu berücksichtigen. Der Block 154 bestimmt den erforderlichen Luftdurchsatz aufgrund des ent­ sprechenden Drehmoments und des Kraftstoff-/Luft- Verhältnisses (AFR). Der durch den Block 154 berechnete Luft­ durchsatz wird von dem der aktuellen Stellung des Luftdurch­ satzaktuators entsprechenden Luftdurchsatz subtrahiert, um ein Fehlersignal zu erzeugen und eine ausreichende Steue­ rungswirkung zu erzielen. Ein geeigneter Regler kann zum Beispiel ein Proportionalregler sein. Die Logik von Block 156 bringt den Pfad 144 auf Null, wenn der erforderliche Kraft­ stoff nicht saturiert ist, d. h. zwischen den in Block 112 aus Fig. 3 bestimmten Unter- und Obergrenzen liegt.
Die aus den Pfaden 142 und 144 resultierenden Berechnungen sind im Block 158 kombiniert. Ein approximativ umgekehrtes Drosselklappenmodell wird verwendet, um den Luftdurchsatzbe­ fehl in einen Luftdurchsatz-Aktuatorstellungs-Befehl, d. h. bei dieser Ausführungsform einen Soll-Drosselklappenwinkel, wie in Block 160 dargestellt, umzuwandeln. Der Drosselklap­ penwinkelbefehl 162 wird dann zur Steuerung der elektronisch gesteuerten Drosselklappe verwendet.
Da die Ansaugluft in den Ansaugkrümmer im allgemeinen durch eine primäre Drosselklappe und bei Magerbetrieb auch durch ein Abgasrückführungssystem (AGR) eintritt, kann der Drossel­ klappenwinkelbefehl entsprechend dem AGR-Durchsatz verstellt werden. Aufgrund der erforderlichen Luftdurchsatzveränderung kann nach der Erfindung zum Beispiel bestimmt werden, welcher Teil der Luftfüllung von der primären Drosselklappe aus ge­ steuert werden soll und welcher Teil aus der AGR bezogen werden soll (unter der Voraussetzung, daß das Abgas eine magere Stöchiometrie aufweist). Eine Art, dies zu bewerkstel­ ligen, besteht darin, das AGR-Ventil so einzustellen, daß im Ansaugkrümmer zum Beispiel aufgrund der aktuellen Emissions­ anforderungen eine bestimmte Fraktion von verbranntem Gas erreicht wird. Der Massendurchsatz der vom AGR-System kommen­ den Luft wird dann berechnet und von der erforderlichen Luft­ durchsatzveränderung abgezogen. Anschließend wird der Dros­ selklappenstellungsbefehl so eingestellt, daß die Differenz zugeführt wird, und kann durch einen geeigneten Verstärkungs­ faktor so modifiziert werden, daß die Ansaugkrümmerdynamik berücksichtigt wird.
Eine detaillierte Analyse der Erfindung wurde mit Hilfe eines 1,8 l-DISI-Motormodells durchgeführt, bei dem die Betriebsar­ ten mit homogener Ladung und Schichtladung so interpoliert wurden, daß die Lücke in den Kraftstoff-/Luft-Verhältnissen beseitigt wird. Das Ansaugkrümmer- und Luftfüllungsmodell wird dargestellt durch:
worin RTim/V gleich 10,698 ist, Wth und Wegr die Massendurch­ sätze durch das Drosselklappengehäuse bzw. AGR-Ventil dar­ stellen und Wcyl dem Mittelwert des Durchsatzes in die Zylin­ der über ein Ansaugereignis entspricht, welches dargestellt wird durch:
Wcyl = α(N) + β(N)Pi
worin N die Motordrehzahl und Pi den Einlaßkrümmerdruck be­ zeichnen. Die bei dieser Untersuchung verwendeten Funktionen sind in Fig. 5 dargestellt.
Der verbrannte Gasanteil des Ansaugkrümmers ist mit Fi be­ zeichnet und wird als die Masse des verbrannten Abgases im Ansaugkrümmer, mbg, dividiert durch die Gesamtmasse im An­ saugkrümmer mi, definiert. Wenn Fe für den verbrannten Gasan­ teil des in den Ansaugkrümmer eintretenden Abgases steht, dann:
worin:
Der Luftmassendurchsatz durch das Drosselklappengehäuse kann dargestellt werden durch eine Standardöffnungs-Durchflußglei­ chung wie:
worin Ath den effektiven Drosselklappen-Durchflußquerschnitt bezeichnet. Der Abgas-Massendurchsatz durch das AGR-Ventil kann auch dargestellt werden durch eine Standardöffnungs- Durchflußgleichung:
worin Aegr den effektiven AGR-Durchflußquerschnitt bezeichnet.
Das Kraftstoff-/Luft-Modell für diese Ausführungsform wird nunmehr im einzelnen beschrieben. Angenommen, rc bezeichnet das Kraftstoff-/Luft-Verhältnis in einem Zylinder, definiert als das Verhältnis der im Zylinder für die Verbrennung zur Verfügung stehenden Gesamtluftmenge und der eingespritzten Kraftstoffmenge, wobei die Gesamtluftmenge die durch das Drosselklappengehäuse zugemessene Luft und die durch den Auspuffumgewälzte Luft bezeichnet, so kann das Zylinder- Kraftstoff-/Luft-Verhältnis berechnet werden nach:
worin Wf den durchschnittlichen Kraftstoffdurchfluß in den Zylinder über ein Motorereignis bezeichnet. Die Größe (1-Fi)Wyl bezeichnet die in die Zylinder eintretende Luftmenge, während FiWcyl die Menge des in die Zylinder eintretenden inerten Abgases bezeichnet. Da die Größe rc das zugeführte Abgas unberücksichtigt läßt, entspricht sie nicht dem Kraft­ stoff-/Luft-Verhältnis, welches von einem entsprechenden Sensor im Auspuffgemessen würde. Dieser Wert ergibt sich aus:
worin S das stöchiometrische Kraftstoff-/Luft-Verhältnis bezeichnet. Dies gilt, wenn das zurückgeführte Abgas nicht fett ist, was gewöhnlich der Fall ist. Der verbrannte Gasan­ teil des Abgases kann errechnet werden als:
was ebenfalls nur dann gilt, wenn das zurückgeführte Abgas nicht fett ist.
Das Motorbremsmoment Tb ist das an der Kurbelwelle verfügbare Nettodrehmoment und kann modelliert werden als eine Summe von drei Terme:
Tb = Ti + Tmf + Tp
worin Ti das indizierte Drehmoment (das dem Kolben durch den Verbrennungsprozeß zugeführte Gesamtdrehmoment), Tmf das zur Überwindung des auf die sich bewegenden Teile des Motors zurückzuführenden Widerstands erforderliche mechanische Rei­ bungsmoment und Tp das für die Pumparbeit beim Einlaß- und Auslaßhub bezeichnen. Die beiden Verlustterme Tmf und Tp kön­ nen auf übliche Weise dargestellt werden und somit eignet sich die Definition:
Tf = Tmf + Tp
die dargestellt werden kann als:
Tf = b0(N) + b1(N)Pi
Das bei dieser Ausführungsform verwendete Reibungsmomentmo­ dell ist in Fig. 6 dargestellt.
Das indizierte Drehmoment mit kleinster Vorzündung wurde nur für optimales Drehmoment modelliert. Daher könnte es in sehr einfacher Form ausgedrückt werden:
Ti = a0(N)Wcyl + a1(N)Wf
Die Koeffizienten a0 und a1 können mit Hilfe an sich bekann­ ter Motorkennfeldtechniken bestimmt werden. Für diese Ausfüh­ rungsform liegt a0 = 0,27 und a1 zwischen 46 bei 3000 min-1 und 260 bei 600 min-1.
Wie Fachleute auf dem Gebiet der Motortechnik wissen, hängt die Erzeugung des indizierten Drehmoments von der richtigen Abfolge von Zylinderfüllung und Zündung ab. Keine dieser "Zündverstellungsinformationen" ist im obigen Modell darge­ stellt. Daher müssen diese Informationen zum korrekten Be­ triebsablauf eines Viertaktmotors, wie sie in zahlreichen Texten über Motortypen beschrieben ist, hinzugefügt werden.
Der zur Messung des Kraftstoff-/Abluft-Verhältnisses, re, verwendete Sensor wird ebenfalls eine zugehörige Dynamik aufweisen. Es wird davon ausgegangen, daß der Sensor sich linear zu einer Zeitkonstante 300 ms verhält. Im einzelnen kann die Sensordynamik dargestellt werden durch die Transfer­ funktion:
Das Gesamtmodell kann in kompakter Form zusammengefaßt wer­ den. Wenn die Zeitverzüge (d = 60/N) für Schichtladebetrieb und der Zündzeitpunkt auf kleinste Vorzündung für optimales Dreh­ moment eingestellt sind, kann das Motordrehzahl-/-geschwin­ digkeitsmodell ausgedrückt werden als:
worin Je, die Motorträgheit, beispielsweise 1/25 (Nm sec2/rad) beträgt.
Wenn das Bremsmoment direkt gesteuert werden kann, läuft das Drehzahl-/Geschwindigkeitsregelungsproblem auf die Auslegung eines Steuergeräts für das System hinaus, die dargestellt wird durch:
Die Größe Tf del wird gering sein, solange die Bandbreite des Systems mit geschlossenem Regelkreis weniger als 2/d beträgt, was einen Grenzwert von ca. 20 rad/sec ergibt. Wird der Term Tf del sowie die Saturierung vernachlässigt und angenommen, daß das Lastmoment unbekannt, jedoch konstant ist, so führt dies zu einem einfachen linearen Problem. Zur Erreichung eines stationären Fehlers von Null für konstante Motordrehzahl-/ -geschwindigkeitsbefehle ist ein PID-Regler geeignet. Die Anwendung von Bodeschen Konstruktionstechniken ergibt im Steuergerät:
wobei Kp = 0,28, KI = 0,17 und KD = 0,0094. Die gemischte Notation f(s)(Ndes - N)(t) wird zur Vereinfachung der Ausdrüc­ ke verwendet. Dieses Steuergerät kann dargestellt werden als
Zur Berechnung des Bodeschen Diagramms wurde der Zeitverzug durch eine Padé-Annäherung erster Ordnung approximiert. Das Steuergerät kommt für jeden Drehzahl-/Geschwindigkeits- Drehmomentpunkt des Motorbetriebs in Frage. Die Bandbreite bei geschlossenem Regelkreis wird durch den Zeitverzug d vorgegeben.
Da das Drehmoment bei den meisten Anwendungen nicht direkt regelbar ist, wird das Steuersignal zunächst mit dem indi­ zierten Drehmoment mittels:
Tl fuel(t) = C0(s)(Ndes - N)(t) - Tf(t)
und dann mit dem festgelegten Kraftstoffdurchfluß mittels:
Wf(t) = Ti fuel(t) - Tl(t) - a0(N(t))(1 - Fi(t))Wcyl(t))/a1(N(t))
in Beziehung gesetzt.
Das Steuergerät kann solange Anwendung finden, wie das Kraft­ stoff-/Luft-Verhältnis innerhalb zulässiger Grenzen, zum Beispiel zwischen dem stöchiometrischen Zustand und 40 : 1, bleibt. Dies wird zunächst einmal als gegeben angenommen und es wird jetzt beschrieben, wie der Luftdurchsatz zu regeln ist, der in diesem Beispiel mittels der Drosselklappe modu­ liert wird. Der Fall, in dem der Kraftstoffregler zu einem außerhalb der zulässigen Grenzwerte liegenden Kraftstoff-/­ Luft-Verhältnis führt, wird weiter unten besprochen.
Die Drehzahl-/Geschwindigkeitsregelung muß abschließend in die Gesamtmotorsteuerstruktur integriert werden. Insbesondere muß die Drehzahl-/Geschwindigkeitsregelung in dem Regler integriert werden, der die optimale Einstellungen für Zünd­ zeitpunkt, Abgasrückführung und Kraftstoff-/Luft-Verhältnis bei optimaler Kraftstoffökonomie und Emissionen unter festge­ legten Drehzahl-/Geschwindigkeits- und Lastmomentbedingungen bestimmt. Da zur Regelung der Motordrehzahl die Kraftstoff­ menge verwendet wird, muß der Luftdurchsatz als Meßgröße für das Kraftstoff-/Luft-Verhältnis verwendet werden. Zur Rege­ lung des Kraftstoff-/Luft-Verhältnisses bei einem vorgegebe­ nen Wert kann ein PI-Regler für Einzeleingabe/Einzelausgabe (SISO) verwendet werden. Die Konstruktion dieses Reglers wird stark vereinfacht, wenn zunächst die Drosselklappe mittels Rückführung linearisiert wird. Dies läuft auf die Konstrukti­ on eines Vorkompensators für die Drosselklappe hinaus, der die Nicht-Linearitäten im oben beschriebenen Modell mathema­ tisch umkehrt.
Daher hat der Regler jetzt die Möglichkeit, einen bestimmten Luftmassendurchsatz direkt statt indirekt über den Drossel­ klappenwinkel zu steuern. Modellierungsfehler sollten reich­ lich innerhalb der Verstärkungs-Sicherheitsabstände der hier beschriebenen Regler liegen. Um die Eichung zu vereinfachen, ist es wünschenswert, daß der Regler für das Drosselklappen­ zu Kraftstoff-/Luft-Verhältnis von dem Kraftstoff-Drehzahl-/­ Geschwindigkeitsregler möglichst unabhängig ist (soweit die Drehzahl-/Geschwindigkeitsstörungen mit Hilfe von Kraftstoff­ durchflußverstellungen alleine bewältigt werden können). Damit diese beiden Regler unabhängig sind, werden die Band­ breiten der jeweiligen geschlossenen Regelkreise vorzugsweise in einem Abstand von einer Dekade o. ä. gehalten. Je nach Anwendungsfall kann die relativ lange Verzögerung bei der Messung von re zusätzliche Zwänge mit sich bringen. So kann zum Beispiel die Bandbreite des Regelkreises Drosselklappe zu Kraftstoff-/Luft-Verhältnisses auf weniger als einen Radian­ ten pro Sekunde begrenzt sein.
Für die Auslegung des Reglers für das Drosselklappe zu Kraft­ stoff-/Luft-Verhältnis gibt es mehrere Möglichkeiten. Die nachstehenden vier (4) Verfahren stellen repräsentative Aus­ legungsmöglichkeiten dar.
Verfahren 1
Aufgrund des gemessenen Kraftstoff-/Luft-Verhältnisses kann eine Luftmassenschätzung erstellt werden durch:
Wg air(t) = re(t)Wf(t - d6)
worin d6 etwa sechs Motorereignissen oder drei Motorumdrehun­ gen entspricht. Davon ausgehend, wird der Fehler in dem Soll- Kraftstoff-/Luft-Verhältnis, rdes e - re gebildet uüd in einen Fehler im Soll-Luftmassendurchsatz durch Multiplikation mit Wf(t - d6) umgewandelt. Dann besteht die Aufgabe im wesentli­ chen darin, einen Sollwertregler zu konstruieren für das System
Die klassischen Auslegungsregeln führen zu dem PI-Regler:
wobei K1 p = 2/3 und K1 I = 1. Wenn gewünscht, könnte vor der Multiplikation mit re zur Erstellung der Luftmassenschätzung ein Tiefpaßfilter auf das Kraftstoffsignal angewandt werden.
Verfahren 2
Es könnte ein Optimalwertterm von Kraftstoff zu Drosselklappe hinzugefügt werden. Der Zweck bestünde darin, das Kraftstoff- /Luft-Verhältnis in etwa konstant zu halten, selbst wenn die Kraftstoffmenge schwankt.
Verfahren 3
Der Drosselklappenregler kann so ausgelegt werden, daß er aufgrund der Kraftstoff-/Luftmessung ohne Nachmultiplikation des Kraftstoffwerts arbeiten kann.
Verfahren 4
Aufgrund des berechneten (oder geschätzten) Kraftstoff-/Luft- Verhältnisses wird eine Regelung im wesentlich mit offenem Regelkreis durchgeführt. Dies vermeidet die Abhängigkeit von einem gemessenen Kraftstoff-/Luft-Verhältnis, welches insbe­ sondere bei hohen Kraftstoff-/Luft-Verhältnissen, wie sie beim Schichtladebetrieb vorkommen, ungenau sein kann.
Als Reaktion auf ein ausreichend großes zusätzliches Lastmo­ ment wird der oben beschriebene Regler einen Kraftstoffwert ansteuern, der zu einem Kraftstoff-/Luft-Verhältnis führt, welches eine untere Sollgrenze, zum Beispiel stöchiometrische Bedingungen, überschreitet. Als Reaktion auf die Beseitigung einer ausreichend großen Belastung wird der Regler außerdem einen Kraftstoffwert ansteuern, welcher zu einem Kraftstoff-/­ Luft-Verhältnis führt, welches über einem zulässigen Grenz­ wert, zum Beispiel der Magergrenze, liegt. In jedem Fall wird der Kraftstoffdurchfluß als Aktuator wirksam saturiert. Wenn die Drehzahl-/Geschwindigkeitsregelung höhere Priorität hat als die Sollwertoptimierung, wie es bei der Leerlaufdrehzahl- oder Geschwindigkeitsregelung der Fall ist, muß eine Neuzu­ ordnung der Drosselklappe für Drehzahl-/Geschwindigkeitsrege­ lung stattfinden.
Angenommen [R1, R2] sei der zulässige Bereich der Kraftstoff- /Luft-Verhältnisse und Wf sei entsprechend den Kraftstoff-/­ Luft-Verhältnis-Grenzwerten saturiert, dann gilt:
Dann wird das Drehmoment vom Luftdurchsatz bestimmt. Auf dieser Basis kann das indizierte Drehmoment bestimmt werden durch:
Ti = a0(N) + a1(N)/Rj)(1 - Fi)Wcyl
und kann nach Wcyl aufgelöst werden, um den Soll- Luftmassendurchsatz des Ansaugkrümmers als Funktion des indi­ zierten Soll-Drehmoments zu erhalten.
Fig. 7 zeigt eine Reglerarchitektur zur Regelung der Dreh­ zahl/Geschwindigkeit über die Drosselklappe bei saturiertem Kraftstoff aufgrund von Kraftstoff-/Luft-Verhältnis-Zwängen. Die Struktur des Reglers ist in den Regelsystem- Auslegungsgrundlagen gut verankert: Das nicht-lineare Rege­ lungsauslegungsverfahren mittels Rekursionen führt nachweis­ lich zu einem Regler in der in Fig. 7 dargestellten Form, und diese Struktur legt auch stark den Gedanken an eine In­ nen-/Außenschleifenkonstruktion aufgrund der klassischen Regelung nahe. Noch wichtiger ist die Leichtigkeit, mit der diese Struktur eine Integration der drosselklappenabhängigen Drehzahl-/Geschwindigkeitsregelung in den kraftstoffabhängi­ gen Drehzahl-/Geschwindigkeitsregler, wie oben beschrieben, zuläßt.
Lineare, zeitlich unveränderliche Kompensatoren C1(s) und C2(s) wurden aufgrund von klassischen Frequenzbereichsausle­ gungsregeln ausgelegt und werden dargestellt als:
Der C1(s)-Kompensator wird in den Kraftstoff-PID-Regler in Kaskade mit einem Anfangsterm in Faktoren zerlegt. Die DC- Verstärkung des Anfangsterms wurde absichtlich auf 1,0 einge­ stellt und die Gesamt-Schleifenverstärkung mit C2(s) einge­ stellt. Zweck des Anfangsterms ist es, den auf die Krümmer­ fülldynamik zurückzuführenden Phasenverzug zu kompensieren. Durch diese Darstellung wird es ganz natürlich, den Ausgang des kraftstoffabhängigen Drehzahl-/Geschwindigkeitsreglers zu nehmen und den Anfangsterm passieren zu lassen, um das ange­ steuerte indizierte Drehmoment für den drosselklappenabhängi­ gen Drehzahl-/Geschwindigkeitsregler zu errechnen. Daraus folgt, daß nur ein Integrator vorhanden ist, der mittels einer Anti-Windup-Logik geschützt werden muß.
Der drosselklappenabhängige Drehzahl-/Geschwindigkeitsregler ist vorzugsweise nur dann aktiv, wenn der kraftstoffabhängige Drehzahl-/Geschwindigkeitsregler zu einer Saturierung des Kraftstoffaktuators führt. Dies läßt sich einfach auf folgen­ de Weise erreichen. Definiert wird
die das aktuelle (geschätzte) Kraftstoff-/Luft-Verhältnis im Zylinder bezeichnet. Definiert wird
Dann geht
asymptotisch gegen Null, wenn das geschätzte Kraftstoff- /Luft-Verhältnis im Zylinder innerhalb der von R1 und R2 gelieferten zulässigen Grenzwerte liegt, und implementiert im übrigen den drosselklappenabhängigen Regler. Solange die DC- Verstärkung von C1(s)/C0(s) eins entspricht; ist
unter stationären Bedingungen. Konstruktiv weist C1(s)/C0(s) eine DC-Verstärkung von eins auf.
Vor einer Integration der oben beschriebenen Kompensatoren in einen funktionsbereiten Drehzahl-/Geschwindigkeitsregler sollten einige weitere Punkte geklärt werden. Jeder Punkt ist eine direkte oder indirekte Folge der Saturierung. So kann der Motor zum Beispiel das indizierte Drehmoment nur in be­ grenztem Umfang erzeugen, während die Kompensatoren implizit davon ausgehen, daß das indizierte Drehmoment weder nach oben noch nach unten begrenzt ist. Wenn der Motor sein maximales oder minimales Drehmoment erzeugt, muß der Integrator von einer Anti-Windup-Logik umgeben werden.
Der Gesamt-Drehzahl-/Geschwindigkeitsregler muß wenigstens zwei Betriebsarten handhaben können. Bei der ersten Betriebs­ art sind sowohl Kraftstoff als auch Drosselklappe nicht satu­ riert und infolgedessen können vom Regler Ziele sowohl im Hinblick auf die Drehzahl/Geschwindigkeit als auch den opti­ malen Sollwert angestrebt werden. Bei dieser Betriebsart ist es nach wie vor möglich, daß der geplante Sollwert nicht erreicht werden kann, weil der Krümmerdruck sein Maximum erreicht; rund um den Integrator ist daher eine Anti-Windup- Logik erforderlich. Bei der zweiten Betriebsart ist der Kraftstoff saturiert und es kann nur das Ziel Dreh­ zahl/Geschwindigkeit angestrebt werden. Der Übergang zwischen diesen beiden Betriebsarten muß geklärt werden, u. a. auch die Frage, wann der Integrator zu aktivieren und zu deaktivieren ist.
Da das indizierte Drehmoment nicht-negativ ist, kann die Beseitigung einer großen Lastzu einer signifikanten "Zunahme" (flare) der Drehzahl/Geschwindigkeit, gefolgt von einem Un­ terschwingen der Drehzahl/Geschwindigkeit führen, sofern in den Regler "Dämpferfunktion" eingebaut ist.
Die Modifikationen am Basis-Regler sind in Fig. 8 darge­ stellt. Wieder wird jedes einzelne Element behandelt, begin­ nend mit der Integrator-Anti-Windup-Logik, die allgemein durch den Bezugsindex 200 bezeichnet ist.
Das indizierte Drehmoment ist auf seinem Maximalwert, wenn das Kraftstoff-/Luft-Verhältnis auf seinem Minimalwert und der Krümmerdruck bei seinem Maximalwert liegt; symmetrisch erreicht das indizierte Drehmoment seinen Minimalwert, wenn das Kraftstoff-/Luft-Verhältnis den Maximalwert und der Krümmerdruck den Minimalwert zeigt. Der Integrator 202 im Drehzahl-/Geschwindigkeitsregler wird somit zur Vermeidung eines "Windup" immer dann abgeschaltet, wenn
worin e: = Ndes - N. Für das hier beschriebene Modell wurden verschiedene Parameter ausgewählt als R1 = 14,64, R2 = 40, Pi min = 30 und Pi max = 90. Die Logik bei 0 wurde nicht imple­ mentiert. Der Integrator 202 wird auch abgeschaltet, wenn der angesteuerte Kraftstoffdurchfluß unter einem Mindestwert liegt und e < 0, was im Verlauf von Schubabschaltungen (tip­ outs) geschieht. Dies kann als Sonderfall behandelt werden, in dem das Kraftstoff-/Luft-Verhältnis zu mager wird.
Das angesteuerte indizierte Drehmoment ist auf Werte zwischen Ti min und Ti max begrenzt. Wird zugelassen, daß das angesteu­ erte indizierte Drehmoment signifikant negative Werte an­ nimmt, kann die Drosselklappe bei Schubabschaltungen (tip­ outs) schnell geschlossen werden. Der Wert Ti max wurde so gewählt, daß er in etwa der maximalen indizierten Drehmoment­ grenze des untersuchten Motors entspricht.
Die endgültige Modifikation begrenzt den Kraftstoffdurchfluß in der Weise, daß das geschätzte Kraftstoff-/Luft-Verhältnis im Zylinder innerhalb der zulässigen Grenzwerte, [R1, R2], liegt.
Wenn der Kraftstoff nicht saturiert ist, wird die Drossel­ klappe benutzt, um den angesteuerten Kraftstoff-/Luft- Verhältnis-Sollwert zu erreichen. Es ist jedoch möglich, daß dieser Sollwert nicht erreichbar ist. Wenn die Belastung beispielsweise 45 Nm beträgt, kann das Kraftstoff-/Luft- Verhältnis, selbst wenn der Krümmerdruck bei 100 kPa liegt, nicht magerer als 29 : 1 gemacht werden. Daher ist eine Anti- Windup-Logik auch für den Integrator im Regler (52) erforder­ lich. Hier wurde der Integrator immer dann abgeschaltet, wenn
Wenn der Drehzahl-/Geschwindigkeitsfehler Ndes - N größer als Null ist, besteht keine Notwendigkeit, die Drosselklappe zum Kraftstoff-/Luft-Verhältnis-Regler zu deaktivieren. Der Grund dafür ist, daß entweder der Drehmomentregler die Kraftstoff­ menge erhöht, wodurch sich das Kraftstoff-/Luft-Verhältnis vermindert, und somit den Regler für Drosselklappe zu Kraft­ stoff-/Luft-Verhältnis zum Öffnen der Drosselklappe veran­ laßt, was wiederum zur Erzeugung von mehr Drehmoment hilf­ reich ist, oder daß der Kraftstoff bei einem niedrigen Kraft­ stoff-/Luft-Verhältnis saturiert ist und der Drehmomentregler die Drosselklappe selbst öffnet. Wenn der Drehzahl-/Geschwin­ digkeitsfehler negativ ist und nur in einer geringen Größen­ ordnung, zum Beispiel -50 min-1, liegt, besteht wiederum keine Notwendigkeit zur Deaktivierung des Reglers für Dros­ selklappe zu Kraftstoff-/Luft-Verhältnis, da sich diese Si­ tuation auch schon durch Kraftstoffeinstellungen bewältigen läßt.
Wenn der Drehzahl-/Geschwindigkeitsfehler negativ ist und eine hohe Größenordnung aufweist, muß der Kraftstoff abge­ schaltet und die Drosselklappe für die Motorbremsung verwen­ det werden. In diesem Fall sollte der Regler für Drosselklap­ pe zu Kraftstoff-/Luft-Verhältnis deaktiviert werden. Dies kann mit einem Dämpfermodus bewerkstelligt werden. Ein Dämp­ fermodus, wie er üblicherweise bei der Leerlaufdrehzahlrege­ lung von an sich bekannten Motoren verwendet wird, kann auch zur Handhabung von Drehzahl-/Geschwindigkeitsausweitungen aufgrund der plötzlichen Freisetzung großer Belastungen und zur Abwicklung des Übergangs von einer hohen Drehzahl zum Leerlauf eingesetzt werden.
Zur Anpassung des Leerlaufdrehzahlreglers gemäß diesem Bei­ spiel für eine Geschwindigkeitsregelanwendung, können zwei Modifikationen durchgeführt werden. Zunächst kann das Motor­ drehzahlmodell durch ein Fahrzeuggeschwindigkeitsmodell er­ setzt werden oder Motordrehzahl und -belastung können mit der Fahrzeuggeschwindigkeit und -belastung über ein Antriebs­ strangmodell in Beziehung gesetzt werden. Zweitens kann der Regler so modifiziert werden, daß es möglich ist, Drehzahl-/­ Geschwindigkeitsfehler infolge von veränderten Drehzahl/Ge­ schwindigkeits-Sollwert-Befehlen anders behandelt werden können als Drehzahl-/Geschwindigkeitsfehler infolge von Bela­ stungsstörungen.
Fig. 9 zeigt eine Modifikation des Drehzahl-/Geschwindig­ keitsreglers gemäß den Fig. 7 und 8. Diese Konfiguration wird gewöhnlich als Konstruktion mit zwei Freiheitsgraden bezeichnet, da sie es ermöglicht, die Rückführungsreaktion auf Sollwertbefehle anders auszubilden als die Reaktion auf Belastungsstörungen. Der Befehlsformfilter ermöglicht eine anfänglich sehr schnelle Reaktion auf eine angesteuerte Erhö­ hung im Drehzahl-/Geschwindigkeits-Sollwert bei langsamerer Reaktion im letzten Teil der Drehzahl-/Geschwindigkeitserhö­ hung. Der schnelle Teil der Reaktion bezieht sich auf die "Fahrbahrkeit", während der langsamere Teil ein Überschwingen verhindern soll. Für angesteuerte Verringerungen des Dreh­ zahl-/Geschwindigkeits-Sollwerts sollte die Verzögerungsge­ schwindigkeit auf einen kleinen negativen Wert begrenzt wer­ den, weil das mittels Motorbremsung zu erzeugbare Drehmoment begrenzt ist.
Diese Überlegungen können mit dem folgenden nicht-linearen Formfilter realisiert werden:
Der kubische Term erlaubt eine anfänglich schnelle Reaktion bis zum Punkt, ab dem die langsamere, exponentielle Reaktion des durch bestimmten linearen Term dominiert wird. c1 und c2 sind Konstanten, die die "Zeitkonstanten" der Reaktion bestimmen, während Decelmax die maximale Verzögerungsgeschwin­ digkeit einstellt. Ein charakteristischer Wert für die Kon­ stanten c1 und c2 ist 0,6, wobei = 500 min-1 und Decelmax = -600 min-1/s.
Fig. 10 ist ein Blockdiagramm einer Innen-/Außenschleifen- Drehzahl-/Geschwindigkeitsreglerarchitektur mit AGR für eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehzahl-/Geschwin­ digkeitsreglers. Die oben beschriebene drosselklappenabhängi­ ge Drehzahl-/Geschwindigkeitsregelung setzt voraus, daß der gesamte Luftbedarf durch die Drosselklappe gedeckt wird. Die AGR in einem System mit magerer Verbrennung besteht jedoch aus verbranntem Gas und Luft. Ein Teil der für die Drehmo­ menterzeugung benötigten Luft wird deshalb über das AGR- Ventil zugeführt. Um dies bei der Reglerstruktur zu berück­ sichtigen, wird eine geschätzte, durch AGR eingeleitete Luft­ menge von dem in Fig. 10 dargestellten Luftbedarf subtra­ hiert. Diese Schätzung kann mittels eines beliebigen Verfah­ rens unter denjenigen Verfahren bestimmt werden, die einem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt sind.
Daher bezieht sich die Erfindung auf Systeme und Verfahren zur Drehzahl-/Geschwindigkeitsregelung in einem fremdgezünde­ ten Motor mit Direkteinspritzung, welche die Kompromisse zwischen der Beibehaltung einer Solldrehzahl/-geschwindigkeit und Motorsollwerten für optimale Leistung bei gleichzeitiger Anwendung des Schichtladebetriebs verbessern. Die Erfindung nutzt den Kraftstoffmenge als primäre schnelle Meßgröße mit dem Luftdurchsatz als sekundäre Meßgröße, so daß der Zünd­ zeitpunkt auf der kleinsten Vorzündung für optimales Drehmo­ ment oder in deren Nähe gehalten werden kann. Die Regelungs­ strategien funktionieren über den gesamten Motorbetriebsbe­ reich und können für die Leerlaufdrehzahlregelung wie auch für die Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung angewandt werden, wenn der Betrieb im Geschwindigkeitsregelmodus erfolgt.
Wiewohl die beste Art einer Anwendung der Erfindung im ein­ zelnen beschrieben wurde, werden Fachleute auf dem erfin­ dungsgemäßen Gebiet verschiedene alternative Auslegungen und Ausführungsformen zur praktischen Anwendung der in den nach­ folgenden Ansprüchen definierten Erfindung erkennen.

Claims (21)

1. Verfahren zur Regelung der Drehzahl in einem fremdgezünde­ ten Motor mit Direkteinspritzung, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Schritte umfaßt:
Bestimmung eines Drehzahlfehlers aufgrund einer Differenz zwischen einer Istdrehzahl und einer Solldrehzahl,
Bestimmung eines Motor-Solldrehmoments aufgrund des Drehzahl­ fehlers,
Bestimmung des Kraftstoffbedarfs zur Erzeugung des Motor- Solldrehmoments,
Berechnung eines Kraftstoff-/Luft-Verhältnisses aufgrund des Kraftstoffbedarfs und des aktuellen Luftdurchsatzes und
alleiniger Einsatz von Kraftstoff zur Erreichung des Motor- Solldrehmoments, wenn das Kraftstoff-/Luft-Verhältnis inner­ halb eines annehmbaren Kraftstoff-/Luft-Verhältnis-Bereichs für aktuelle Motorbetriebsbedingungen liegt, indem wenigstens eine Kraftstoff-Einspritzdüse so geregelt wird, daß sie den erforderlichen Kraftstoff zuführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bestimmung eines Drehzahlfehlers die Bestimmung einer Differenz zwischen einer Motor-Istdrehzahl und einer Motor-Solldrehzahl umfaßt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung einer planmäßigen Motordrehzahl die Bestimmung einer Motorleerlaufdrehzahl umfaßt.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung einer planmäßigen Motordrehzahl die Bestimmung einer planmäßigen Motordrehzahl aufgrund einer Fahrzeug- Sollgeschwindigkeit umfaßt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bestimmung eines Drehzahlfehlers die Bestimmung einer Differenz zwischen einer Fahrzeug-Istgeschwindigkeit und einer planmäßigen Fahrzeuggeschwindigkeit umfaßt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bestimmung eines Drehzahlfehlers die Bestimmung einer planmäßigen Drehzahl durch:
Anwendung eines nicht-linearen Elements auf eine Differenz zwischen einer Solldrehzahl und einer zuvor berechneten plan­ mäßigen Drehzahl, wobei die nicht-lineare Funktion bei Annä­ herung der planmäßigen Drehzahl an die Solldrehzahl abnimmt,
Anwendung eines linearen Terms auf die Differenz und
Kombination der Resultate aus der Anwendung der nicht­ linearen Funktion und des linearen Terms und die Integration zur Bestimmung eines neuen Werts für die planmäßige Drehzahl umfaßt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bestimmung eines Motor-Solldrehmoments umfaßt:
Bestimmung eines angesteuerten Motorbremsmoments mittels eines den Drehzahlfehler reduzierenden Reglers und
Einstellung des angesteuerten Motorbremsmoments für Reibungs­ verluste zur Bestimmung eines angesteuerten indizierten Dreh­ moments.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bestimmung eines Motor-Solldrehmoments die Be­ stimmung eines Motorbremsmoments mittels eines Phasenverzugs­ reglers umfaßt.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bestimmung eines Motor-Solldrehmoments die Be­ stimmung eines Motorbremsmoments mittels eines Proportional- Integral-Reglers umfaßt.
10. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeich­ net, daß es die Begrenzung des Motor-Solldrehmoments auf einen vorbestimmten Motordrehmomentbereich umfaßt.
11. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeich­ net, daß es umfaßt:
die Regelung des Ansaugluftstroms und der AGR in der Weise, daß das Kraftstoff-/Luft-Verhältnis und die Fraktionen des verbrannten Gases auf optimierte Sollwerte eingestellt wer­ den.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des Ansaugluftstroms die Einstellung des Dros­ selklappenwinkels einer elektronisch gesteuerten Drosselklap­ pe und/oder die Regelung eines Leerlaufumleitventils umfaßt.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoff-/Luft-Verhältnis außerhalb eines annehmbaren Kraftstoff-/Luft-Verhältnis-Bereichs für aktuelle Motorbe­ triebsbedingungen liegt und das Verfahren weiterhin umfaßt:
die Regelung des Luftdurchsatzes zur Erreichung des Motor- Solldrehmoments und zur Reduzierung des Drehzahlfehlers.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Luftdurchsatzregelung umfaßt:
Berechnung eines Kraftstoffgrenzwerts aufgrund einer Ober- oder Untergrenze des annehmbaren Kraftstoff-/Luft-Verhältnis- Bereichs entsprechend den aktuellen Motorbetriebsbedingungen,
Modifikation des Motor-Solldrehmoments zur Kompensation von Ansaugkrümmer-Füllwirkungen,
Bestimmung des erforderlichen Luftdurchsatzes zur Erreichung des modifizierten Motor-Solldrehmoments unter Verwendung des Kraftstoffgrenzwerts und
Regelung von wenigstens einem Luftdurchsatzaktuator zwecks Zuführung des benötigten Luftdurchsatzes.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Regelung von wenigstens einem Luftdurchsatz­ aktuator die Regelung eines AGR-Ventils umfaßt.
16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Regelung von wenigstens einem Luftdurchsatz­ aktuator die Regelung einer elektronisch gesteuerten Drossel­ klappe umfaßt.
17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Regelung von wenigstens einem Luftdurchsatz­ aktuator die Regelung der Motor-Einlaß- oder Auslaßven­ tilsteuerung umfaßt.
18. Computerlesbares Speichermedium mit darin gespeicherten Daten zur Darstellung von Computer-ablauffähigen Befehlen zwecks Regelung eines Innenverbrennungsmotors mit Direktein­ spritzung zur Regelung der Fahrzeuggeschwindigkeit oder Mo­ tordrehzahl, dadurch gekennzeichnet, daß das computerlesbare Speichermedium umfaßt:
Befehle zur Bestimmung eines Drehzahlfehlers aufgrund einer Differenz zwischen einer Istdrehzahl und einer planmäßigen Drehzahl,
Befehle zur Bestimmung eines Motor-Solldrehmoments aufgrund des Drehzahlfehlers,
Befehle zur Bestimmung des Kraftstoffbedarfs für die Zufüh­ rung des Motor-Solldrehmoments, Befehle zur Berechnung eines Kraftstoff-/Luft-Verhältnisses aufgrund des Kraftstoffbedarfs und des aktuellen Luftdurch­ satzes,
Befehle für die ausschließliche Anwendung von Kraftstoff zur Erreichung des Motor-Solldrehmoments, wenn das Kraftstoff-/­ Luft-Verhältnis bei aktuellen Motorbetriebsbedingungen inner­ halb eines annehmbaren Kraftstoff-/Luft-Verhältnis-Bereichs liegt, durch Regelung von wenigstens einer Kraftstoff- Einspritzdüse zwecks Zuführung der benötigten Kraftstoffmen­ ge,
Befehle zur Berechnung eines Kraftstoffgrenzwerts aufgrund einer Ober- oder Untergrenze des annehmbaren Kraftstoff-/­ Luft-Verhältnis-Bereichs entsprechend den aktuellen Motorbe­ triebsbedingungen,
Befehle zur Modifikation des Motor-Solldrehmoments zur Kom­ pensation von Einlaßkrümmer-Füllwirkungen,
Befehle zur Bestimmung des erforderlichen Luftdurchsatzes zur Erreichung des modifizierten Motor-Solldrehmoments unter Anwendung des Kraftstoffgrenzwerts und
Befehle zur Regelung von wenigstens einem Luftdurchsatzaktua­ tor zur Erreichung des modifizierten Motor-Solldrehmoments, wenn das auf dem Motor-Solldrehmoment basierende Kraftstoff-/­ Luft-Verhältnis außerhalb des annehmbaren Kraftstoff-/Luft- Verhältnis-Bereichs für die aktuellen Motorbetriebsbedingun­ gen liegt.
19. Computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Befehle zur Bestimmung eines Dreh­ zahlfehlers Befehle zur Bestimmung eines auf einer Differenz zwischen einer Motor-Istdrehzahl und einer planmäßigen Motor­ drehzahl basierenden Drehzahlfehlers umfassen.
20. Computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Befehle zur Bestimmung eines Ge­ schwindigkeitsfehlers Befehle zur Bestimmung eines auf einer Differenz zwischen einer Fahrzeug-Istgeschwindigkeit und einer planmäßigen Fahrzeuggeschwindigkeit basierenden Ge­ schwindigkeitsfehlers umfassen.
21. System zur Regelung der Drehzahl in einem fremdgezündeten Innenverbrennungsmotor mit Direkteinspritzung, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das System umfaßt:
einen Drehzahlsensor zur Anzeige der Istdrehzahl,
wenigstens einen Kraftstoffaktuator zur Versorgung eines oder mehrerer Zylinder des Innenverbrennungsmotors mit einer Kraftstoffmenge als Reaktion auf ein Kraftstoffzuführsignal,
wenigstens einen Luftdurchsatzaktuator für die Dosierung des Luftdurchsatzes in einen oder mehrere Zylinder des Innen­ verbrennungsmotors als Reaktion auf ein entsprechendes Steu­ ersignal und
einen Regler, der mit dem Drehzahlsensor, dem wenigstens einen Kraftstoffaktuator und dem wenigstens einen Luftdurch­ satzaktuator in Verbindung steht, wobei der Regler einen Drehzahlfehler aufgrund einer Differenz zwischen der Istdreh­ zahl und der planmäßigen Drehzahl bestimmt, ein Motor- Solldrehmoment aufgrund des Drehzahlfehlers bestimmt, den für die Erzeugung des Motor-Solldrehmoments erforderliche Kraft­ stoffmenge bestimmt, ein Kraftstoff-/Luft-Verhältnis aufgrund des Kraftstoffbedarfs und des aktuellen Luftdurchsatzes ent­ sprechend der aktuellen Stellung des wenigstens einen Luft­ durchsatzaktuators berechnet und zur Erreichung des Motor- Solldrehmoments ausschließlich Kraftstoff verwendet, wenn das Kraftstoff-/Luft-Verhältnis innerhalb eines annehmbaren Kraftstoff-/Luft-Verhältnis-Bereichs für aktuelle Motorbe­ triebsbedingungen liegt, indem der wenigstens eine Kraft­ stoffaktuator so geregelt wird, daß er einem oder mehreren Zylindern die erforderliche Kraftstoffmenge zuführt, und den Luftdurchsatz zur Erreichung des Motor-Solldrehmoments ver­ wendet, wenn das Kraftstoff-/Luft-Verhältnis außerhalb des annehmbaren Kraftstoff-/Luft-Verhältnis-Bereichs für die aktuellen Motorbetriebsbedingungen liegt.
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