DE102004044652B4 - Verfahren zur Regelung einer Brennkraftmaschine im Leerlauf - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Regelung einer Brennkraftmaschine (10) im Leerlauf, mit folgenden Schritten:
– Messung der Ist-Leerlaufdrehzahl (N),
– Vergleich der Ist-Leerlaufdrehzahl (N) mit einer Soll-Leerlaufdrehzahl,
– Bestimmung eines Korrekturdrehmomentes (Mkorr) abhängig von einem Ist-Leerlaufdrehzahlgradienten, wenn die Ist-Leerlaufdrehzahl (N) von der Soll-Leerlaufdrehzahl mindestens um einen vorbestimmten Wert abweicht,
– Addition des Korrekturdrehmomentes (Mkorr) zu der aktuellen Motormomentanforderung der Brennkraftmaschine (10).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Brennkraftmaschine im Leerlauf.
  • Bei der Regelung der Brennkraftmaschine im Leerlauf ist eine möglichst schnelle Reaktion auf eine Abweichung der Drehzahl vom gewünschten Sollwert entscheidend für die Leerlaufqualität. Dies gilt insbesondere für den Fall, dass eine unbekannte Last aufgeschaltet wird, und für das Anfahren.
  • Für die Regelung wird nicht nur die gemessene Drehzahl, sondern auch der daraus berechnete Drehzahlgradient verwendet. Das Problem bei der Verwendung des Drehzahlgradienten zur Regelung ist aber, dass der Drehzahlgradient – selbst bei stationären Bedingungen – nie wirklich konstant ist. Die Ursache dafür sind Meßfehler durch mechanische und elektrische Toleranzen bei der Meßwerterfassung und Gleichlaufschwankungen der Brennkraftmaschine. Daher wird bisher zur Regelung nur der gefilterte Drehzahlgradient verwendet, bei dem kurzzeitige Schwankungen herausgefiltert werden.
  • Aus DE 195 34 844 A1 ist ein Verfahren zur Regelung einer Brennkraftmaschine im Leerlauf bekannt. Bei dem Verfahren erfolgt eine Messung der Ist-Leerlaufdrehzahl, die mit einer Soll-Leerlaufdrehzahl verglichen wird. Ferner wird ein Korrekturfaktor abhängig von einem Gradienten der Ist-Leerlaufdrehzahl bestimmt. Der Korrekturfaktor wird zu einer Stellgröße hinzu addiert. Die Korrektur der Stellgröße erfolgt hierbei, wenn der Betrag des Gradienten einen vorbestimmten Wert überschreitet.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Regelung einer Brennkraftmaschine im Leerlauf zu liefern, welches eine höhere Laufruhe der Brennkraftmaschine bieten soll.
  • Erfindungsgemäß wird dazu ein Verfahren vorgeschlagen, welches folgende Schritte aufweist:
    • – Messung der Ist-Leerlaufdrehzahl,
    • – Vergleich der Ist-Leerlaufdrehzahl mit einer Soll-Leerlaufdrehzahl,
    • – Bestimmung eines Korrekturdrehmomentes abhängig von einem Drehzahlgradienten, wenn die Abweichung der Ist- Leerlaufdrehzahl von der Soll-Leerlaufdrehzahl mindestens einen vorbestimmten Wert übersteigt,
    • – Addition des Korrekturdrehmomentes zu der aktuellen Motormomentanforderung der Brennkraftmaschine.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, direkt den Ist-Leerlaufdrehzahlgradienten zur Regelung der Leerlaufdrehzahl zu verwenden. Hierdurch kann auf Schwankungen schneller reagiert werden. Dies wird dadurch ermöglicht, dass zunächst eine Soll-Leerlaufdrehzahl vorgegeben wird, mit welcher die Ist-Leerlaufdrehzahl dann verglichen wird. Bei Abweichung beider Werte voneinander um mindestens einen bestimmten Wert wird direkt ein Signal zur Änderung der Motormomentanforderung gebildet, so dass entsprechend schnell auf Schwankungen der Ist-Leerlaufdrehzahl reagiert werden kann. Das Signal zur Änderung der Motormomentanforderung ist abhängig von dem Drehzahlgradienten vorzugsweise im Zeitpunkt der Abweichung. Das erfindungsgemäße Verfahren berücksichtigt also den Drehzahlgradienten, wenn die Ist-Leerlaufdrehzahl außerhalb eines Toleranzfensters zu dem Sollwert für die Drehzahl liegt.
  • Zu der Soll-Leerlaufdrehzahl ist ein Toleranzfenster gebildet, innerhalb welchem ein Korrektureingriff verneint wird, wobei die Größe des Toleranzfensters abhängig von der Leerlaufsolldrehzahl und/oder der Kühlwassertemperatur und/oder dem Motortyp sein kann. Damit können externe Einflüsse auf die Laufruhe der Brennkraftmaschine berücksichtigt werden, sodass schließlich ein schnelles Ansprechen des Reglers erreicht wird.
  • Der Zusammenhang zwischen dem Korrekturdrehmoment und dem Ist-Leerlaufdrehzahlgradienten kann in einem Kennfeld abgelegt sein, sodass in Kenntnis des Ist-Leerlaufdrehzahlgradienten das Korrekturdrehmoment sehr einfach aus dem Kennfeld entnommen werden kann.
  • Alternativ kann das Korrekturdrehmoment auch durch Multiplikation des negativen Ist-Leerlaufdrehzahlgradienten mit dem Trägheitsmoment der Brennkraftmaschine und einem Korrekturfaktor bestimmt werden.
  • Ferner wird vorgeschlagen, dass das Korrekturdrehmoment nur addiert wird, wenn der Ist-Wert der Drehzahl einen vorbestimmten unteren Wert unterschreitet. Das heißt, die Leerlaufdrehzahl wird nur bei sinkenden Drehzahlen nachgeregelt, um ein Abwürgen der Brennkraftmaschine zu verhindern. Bei einem Überschreiten einer maximalen Leerlaufdrehzahl erfolgt kein Eingriff, da ansonsten die Gefahr von Luftmassenschwingungen entstehen würde und in positiver Weise eine Luftreserve aufgebaut wird.
    •
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Brennkraftmaschine mit Auswerteeinheit und Drosselklappenregelung.
  • In der Figur ist schematisch eine Brennkraftmaschine 10, eine Auswerteeinheit 20 sowie eine Drosselklappe 30 zu erkennen. Die Brennkraftmaschine 10 ist über die Signalleitungen 41, 42 und 43 mit der Auswerteeinheit 20 verbunden, welche wiederum über die Signalleitung 44 mit der Drosselklappe verbunden ist. Statt der Signalleitungen 41, 42, 43 und 44 kann auch ein Bussystem verwendet werden, in dem die Datenpakete mittels individueller Codierung kenntlich gemacht werden und somit sequentiell verschickt und mittels einer speziellen Decodierung wieder ausgelesen werden können. In der Brennkraftmaschine 10 wird zunächst die Segmentzeit T_SEG mit Hilfe des Kurbelwellensignals bestimmt. Die Segmentzeit ist die Zeit zwischen zwei Zündvorgängen der Brennkraftmaschine, d.h. bei einem Viertaktmotor mit vier Zylindern würde diese Zeit der Zeit entsprechen, die die Kurbelwelle für eine halbe Umdrehung braucht. Aus dieser Segmentzeit ergibt sich die Ist-Drehzahl in bekannter Weise.
  • Die Ist-Drehzahl wird nun in regelmäßigen Abständen bestimmt, wobei die Schrittweite der Segmentzeit entsprechen kann. Damit ergibt sich der ungefilterte Ist-Leerlaufdrehzahlgradient N_GRD = (N(n) – N(n – 1))/T_SEG.
  • Dieser Ist-Leerlaufdrehzahlgradient N_GRD wird in der Auswerteeinheit 20 aus der Segmentzeit T_SEG bestimmt. Das Toleranzfenster und die Solldrehzahl kann dabei abhängig von der Leerlaufsolldrehzahl und/oder der Kühlmitteltemperatur und/oder der Alterung des Motors und/oder dem Motortyp und/oder dessen Toleranzen sein. Damit wird eine normale Laufunuhe der Brennkraftmaschine akzeptiert, sodass ein unnötiger Eingriff in die Leerlaufdrehzahl vermieden und ein stabiles Regelverhalten gegeben ist. Zur Bestimmung des Toleranzfensters werden der Auswerteeinheit 20 die Signale über die Kühlmitteltemperatur T_Motor sowie sonstige Kenndaten Z des Motors übermittelt. Stellt nun die Auswerteeinheit 20 eine Abweichung der Ist-Leerlaufdrehzahl von der Soll-Leerlaufdrehzahl um einen vorbestimmten Wert fest, dann wird ein Korrekturdrehmoment Mkorr aus einem Kennfeld ausgelesen, oder über eine Gleichung berechnet, welche z.B. Mkorr = K × θ × (–N_GRD)lauten kann. Darin bezeichnet θ das Trägheitsmoment der Brennkraftmaschine und K eine Konstante, welche individuell für jede Brennkraftmaschine gewählt werden kann. In Kenntnis des Korrekturdrehmomentes Mkorr wird dieses zu der Motormomentanforderung der Brennkraftmaschine hinzu addiert und ein entsprechendes Signal über die Signalleitung 44 an die Drosselklappe 30 weitergegeben. Über die Drosselklappe 30 kann dann der Luftmassenstrom entsprechend verändert werden, sodass das Drehmoment der Brennkraftmaschine erhöht wird und damit die Leerlaufdrehzahl ebenfalls steigt. Es ist jedoch auch denkbar, andere Mittel zur Erhöhung des Luftmassenstroms zu verwenden, wie z.B. eine Bypass-Regelung, Kompressoren, Turbolader etc.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Regelung einer Brennkraftmaschine (10) im Leerlauf, mit folgenden Schritten: – Messung der Ist-Leerlaufdrehzahl (N), – Vergleich der Ist-Leerlaufdrehzahl (N) mit einer Soll-Leerlaufdrehzahl, – Bestimmung eines Korrekturdrehmomentes (Mkorr) abhängig von einem Ist-Leerlaufdrehzahlgradienten, wenn die Ist-Leerlaufdrehzahl (N) von der Soll-Leerlaufdrehzahl mindestens um einen vorbestimmten Wert abweicht, – Addition des Korrekturdrehmomentes (Mkorr) zu der aktuellen Motormomentanforderung der Brennkraftmaschine (10).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Leerlaufdrehzahl ein Toleranzfenster zugeordnet ist und das Toleranzfenster abhängig von der Leerlaufsolldrehzahl und/oder der Kühlmitteltemperatur (T_Motor) und/oder dem Motortyp definiert ist.
  3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusammenhang zwischen dem Korrekturdrehmoment (Mkorr) und dem Ist-Leerlaufdrehzahlgradienten (N_GRD) in einem Kennfeld abgelegt ist, welches in einer Auswerteeinheit (20) gespeichert ist, der Ist-Leerlaufdrehzahlgradient (N_GRD) der Auswerteeinheit (20) zugeführt und das Korrekturdrehmoment (Mkorr) aus dem Kennfeld entnommen wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrekturdrehmoment (Mkorr) nach folgender Gleichung bestimmt wird: Mkorr = K·θ·(–N_GRD], wobei mit K eine Konstante und mit θ das Trägheitsmoment der Brennkraftmaschine bezeichnet ist.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrekturdrehmoment (Mkorr) addiert wird, wenn der Ist-Leerlaufdrehzahlwert einen vorbestimmten unteren Wert unterschreitet.
  6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Motormoment durch eine Erhöhung des Luftmassenstroms erhöht wird.
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