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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
für ein Kraftfahrzeug, bei dem ein Sollwert einer Leerlaufdrehzahl
der Brennkraftmaschine vorgegeben wird und die Leerlaufdrehzahl
in Abhängigkeit von dem Sollwert geregelt wird. Die Erfindung
betrifft außerdem eine Steuer- oder Regeleinrichtung für
eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug.
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Aus
der
DE 38 32 727 A1 ist
eine Einrichtung zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine
in Abhängigkeit der Batteriespannung bekannt. Diese Einrichtung
weist einen Sollwertbildner zur Ermittlung eines Sollwerts der Leerlaufdrehzahl auf.
Des Weiteren weist die Einrichtung einen Regler zur Regelung der
Leerlaufdrehzahl auf. Beim Betrieb der Einrichtung ermittelt der
Sollwertbildner in Abhängigkeit von mehreren Zustandsgrößen
der Brennkraftmaschine oder eines Kraftfahrzeugs den Sollwert für
die Leerlaufdrehzahl. Der Sollwert für die Leerlaufdrehzahl
wird dem Regler zugeleitet, welcher dann in Abhängigkeit
von dem Sollwert die Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine regelt.
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Für
jede der Zustandsgrößen der Brennkraftmaschine,
die den Sollwert der Brennkraftmaschine beeinflussen soll, muss
im Sollwertbildner ein geeignetes Rechenelement beispielsweise in
Form einer Kennlinie vorgesehen werden, welches einen momentanen
Wert der Zustandsgröße auf einen Sollwert der
Leerlaufdrehzahl abbildet. Die den einzelnen Zustandsgrößen
entsprechenden Sollwerte werden dann zu einem einzigen Sollwert
verknüpft, der dann dem Regler zugeführt wird.
Insgesamt ergeben sich relativ aufwändige Rechenoperationen
zum Ermitteln des Sollwerts der Leerlaufdrehzahl, und insbesondere
wegen der hohen Anzahl an Kennlinien ergibt sich ein hoher Aufwand
bei der Realisierung des Sollwertbildners.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
für ein Kraftfahrzeug anzugeben, bei dem die Brennkraftmaschine
in einem Leerlauf sicher und sparsam betrieben werden kann und das
dennoch einfach zu realisieren ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 und eine Steuer- oder Regeleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
9 gelöst.
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Erfindungsgemäß wurde
erkannt, dass die Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine auf eine
im Vergleich zum Stand der Technik einfachere Weise vorgegeben werden
kann, wenn anstelle vieler Zustandsgrößen, die
vor allem von einer Last der Brennkraftmaschine abhängen,
Zustandsgrößen der Brennkraftmaschine selbst,
nämlich das Maximalmoment und das Momentanmoment der Brennkraftmaschine,
berücksichtigt werden. Es brauchen also lediglich diese
beiden Parameter ermittelt und zum Vorgeben des Sollwerts der Leerlaufdrehzahl
weiterverarbeitet werden. Spezielle Zustandsgrößen,
wie beispielsweise ein Luftdruck der Luft in der Umgebung der Brennkraftmaschine
oder eine Umgebungstemperatur brauchen nicht berücksichtigt
zu werden, wodurch die Realisierung des Verfahrens vereinfacht wird.
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Bei
dem Maximalmoment der Brennkraftmaschine handelt es sich um dasjenige
innere Drehmoment der Brennkraftmaschine, welches die Brennkraftmaschine
bei einer bestimmten Drehzahl erzeugen kann. Das Maximalmoment ist
bei üblicherweise in Kraftfahrzeugen verwendeten Brennkraftmaschinen
zumindest im Bereich der Leerlaufdrehzahl näherungsweise
proportional zur Drehzahl. Je höher die Drehzahl ist, je
höher ist auch das Maximalmoment. Das Momentanmoment der
Brennkraftmaschine entspricht einem zu einem betrachteten Zeitpunkt beim
Betrieb der Brennkraftmaschine vorhandenes innere Drehmoment der
Brennkraftmaschine. Benötigen Verbraucher wie beispielsweise
eine Klimaanlage des Kraftfahrzeugs ein Momentanmoment, das größer
ist als das Maximalmoment, dann wird die Brennkraftmaschine gebremst,
und ihre Drehzahl sinkt. Sie kann zum Stillstand kommen, wenn das Maximalmoment
für eine hinreichend lange Zeit nicht zur Beibehaltung
der Drehzahl der Brennkraftmaschine ausreicht ("Abwürgen").
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Bei
Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird nun erreicht, dass das Momentanmoment der Brennkraftmaschine
stets deutlich geringer ist als das Maximalmoment. Hierdurch wird
sichergestellt, dass selbst beim Auftreten einer Lastspitze sich
das Momentanmoment nicht so stark an das Maximalmoment annähert,
dass die Brennkraftmaschine unruhig läuft oder gar zum
Stillstand kommt. Weiterhin wird beim erfindungsgemäßen
Verfahren der Sollwert der Leerlaufdrehzahl nur dann angehoben,
wenn es erforderlich ist, während bekannte Verfahren den
Sollwert auch dann sicherheitshalber anheben, wenn es eigentlich
bei Betrachtung des Maximalmoment und des Momentanmoments der Brennkraftmaschine
nicht nötig wäre. Beim erfindungsgemäßen
Verfahren wird die Brennkraftmaschine somit mit im Mittel geringeren
Leerlaufdrehzahlen und somit sparsamer betrieben. Insgesamt ergibt
sich somit ein einfach zu realisierendes Verfahren, mit dem ein
zuverlässiger und sparsamer Betrieb der Brennkraftmaschine
im Leerlauf gewährleistet ist.
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Es
ist besonders bevorzugt, dass der Sollwert der Leerlaufdrehzahl
in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen dem Maximalmoment
und dem Momentanmoment vorgegeben wird. Denn die Differenz stellt
quasi einen "Abstand" zwischen dem Momentanmoment und dem Maximalmoment
dar. Wenn diese Differenz relativ gering ist, besteht die Gefahr, dass
die Brennkraftmaschine unruhig läuft oder zum Stillstand
kommt. Bei geringer Differenz zwischen dem Maximalmoment und dem
Momentanmoment kann der Sollwert der Leerlaufdrehzahl erhöht
werden, so dass sich auch ein Istwert der Leerlaufzahl und damit
auch das Maximalmoment erhöht. Folglich erhöht
sich auch die Differenz, und die Gefahr, dass die Brennkraftmaschine
unruhig läuft oder zum Stillstand kommt, verringert sich.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen
werden, dass, wenn die Differenz zwischen dem Maximalmoment und
dem Momentanmoment kleiner ist als ein Schwellwert, als Sollwert
der Leerlaufdrehzahl ein angehobener Wert ermittelt wird, der einer
Leerlaufdrehzahl entspricht, die größer als eine
minimale Leerlaufdrehzahl, vorzugsweise größer
als eine Nennleerlaufdrehzahl ist. Hierdurch wird erreicht, dass,
wenn die Differenz zwischen dem Maximalmoment und dem Momentanmoment
hinreichend groß ist, die Brennkraftmaschine mit der minimalen
Leerlaufdrehzahl beziehungsweise der Nenn-Leerlaufdrehzahl betrieben
wird, und dass erst wenn die Differenz den Schwellwert unterschreitet,
der Sollwert der Leerlaufdrehzahl angehoben wird. Der Schwellwert
entspricht einem vorgegebenen "Sicherheitsabstand" zwischen dem
Maximalmoment und dem Momentanmoment. Sinkt die Differenz zwischen
Maximalmoment und Momentanmoment auf einen Wert ab, der geringer
ist als dieser Sicherheitsabstand, besteht die Gefahr, dass die Brennkraftmaschine
unruhig läuft oder zum Stillstand kommt. Durch das Vorgeben
des angehobenen Wert als Sollwert der Leerlaufdrehzahl vergrößert
sich die Differenz zwischen Maximalmoment und Momentanmoment auf
einen Wert, der größer ist als der Schwellwert,
sobald ein Istwert der Drehzahl der Brennkraftmaschine gestiegen
ist. Somit kann die Brennkraftmaschine bei einer kleinen Last mit
einer geringen Leerlaufdrehzahl und somit leise und sparsam betrieben
werden, und bei einer Erhöhung der Last durch das Anheben
des Sollwerts der Leerlaufdrehzahl kann ein zuverlässiger
Betrieb der Brennkraftmaschine erreicht werden.
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Alternativ
dazu kann auch vorgesehen werden, dass der Sollwert der Leerlaufdrehzahl
angehoben wird, so lange die Differenz zwischen dem Maximalmoment
und dem Momentanmoment kleiner als ein Schwellwert ist. Es wird
also nicht zwischen dem Sollwert und dem angehobenen Sollwert hin
und her gewechselt, sondern der Sollwert wird so lange erhöht,
bis die Differenz zwischen dem Maximalmoment und dem Momentanmoment
wieder hinreichend groß ist. Hierbei kann der Sollwert
entweder schrittweise oder kontinuierlich im Zeitablauf angehoben
werden. Im Falle eines schrittweisen Anhebens ergeben sich somit
mehrere Stufen für den Sollwert der Leerlaufdrehzahl.
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Um
ein zeitlich verzögertes Eingreifen des Verfahrens in den
Sollwert zu erreichen, kann vorgesehen werden, dass aus der Differenz
zwischen dem Maximalmoment und dem Momentanmoment eine erste Zwischengröße
gebildet wird, eine zweite Zwischengröße gebildet
wird, indem die erste Zwischengröße gewichtet über
die Zeit integriert wird, und der Sollwert in Abhängigkeit
von einer gewichteten Summe der ersten Zwischengröße
und der zweite Zwischengröße ermittelt wird. Das
heißt, der Sollwert wird in Abhängigkeit von einer
Ausgangsgröße eines Proportional-Integral-Reglers
(PI-Regler) gebildet, wobei eine Eingangsgröße
des PI-Reglers der ersten Zwischengröße entspricht.
Eine Parametrisierung des PI-Reglers hängt von den genauen
Eigenschaften der Brennkraftmaschine beziehungsweise des Kraftfahrzeugs
ab. Der PI-Regler kann erforderlichenfalls so parametrisiert werden,
dass er lediglich als Proportionalregler (P-Regler) oder Integralregler (I-Regler)
arbeitet. Dies wird durch eine entsprechende Wahl von Gewichtungsfaktoren
bei dem Bilden der besagten gewichteten Summe erzielt.
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Hierbei
ist bevorzugt, dass die erste Zwischengröße in
Abhängigkeit von dem Schwellwert gebildet wird. Es wird
also nicht nur die Differenz zwischen dem Maximalmoment und dem
Momentanmoment, sondern auch der Schwellwert beim Bilden der ersten
Zwischengröße, die dem PI-Regler zugeführt wird,
berücksichtigt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden,
dass das Verfahren in den Sollwert nicht eingreift, das heißt
den Sollwert nicht erhöht, so lange die Differenz kleiner
ist als der Schwellwert. Es wird erreicht, dass solange die Differenz
kleiner ist als der Schwellwert, die minimale Leerlaufdrehzahl beziehungsweise
die Nennleerlaufdrehzahl als Sollwert der Leerlaufdrehzahl vorgegeben
wird. Vorzugsweise wird die erste Zwischengröße
derart gebildet, dass der Sollwert der Leerlaufdrehzahl immer größer oder
gleich der minimalen Leerlaufdrehzahl beziehungsweise der Nennleerlaufdrehzahl
ist. Ein Absenken des Sollwertes der Leerlaufdrehzahl unter die
minimale Leerlaufdrehzahl kann jedoch auch auf andere Weise vermieden
werden.
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Es
ist bevorzugt, dass mindestens eine Zustandsgröße
der Brennkraftmaschine erfasst wird und das Maximalmoment der Brennkraftmaschine und/oder
das Momentanmoment der Brennkraftmaschine aus der mindestens einen
Zustandsgröße ermittelt wird. Als Zustandsgrößen
können alle üblicherweise beim Betreiben der Brennkraftmaschine erfassten
Größen wie beispielsweise der Istwert der Drehzahl
der Brennkraftmaschine, ein Luftmassenstrom durch ein Ansaugrohr
der Brennkraftmaschine und/oder ein Druck im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine
berücksichtigt werden
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Vorzugsweise
wird das Maximalmoment und/oder das Momentanmoment unter Verwendung mindestens
eines Kennfeldes ermittelt. Dadurch können das Maximalmoment
und das Momentanmoment vergleichsweise genau ermittelt werden, da spezielle
Eigenschaften der Brennkraftmaschine typischerweise beim Ermitteln
des Kennfeldes berücksichtigt werden.
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Als
weitere Lösung der Aufgabe wird eine Steuer- oder Regeleinrichtung
für eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug
mit den Merkmalen des Anspruchs 9 vorgeschlagen. Unter Verwendung
einer solchen programmierbaren Steuer- oder Regeleinrichtung wird
das erfindungsgemäße Verfahren auf besonders einfache
Weise realisiert. Hierbei ergeben sich für die Steuer-
oder Regeleinrichtung die Vorteile des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung, in welcher exemplarische Ausführungsformen
anhand der Zeichnung näher erläutert werden.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
Steuer- oder Regeleinrichtung einer Brennkraftmaschine in schematischer
Darstellung;
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2 ein
Regelelement der Steuer- oder Regeleinrichtung gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform;
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3 eine
grafische Darstellung eines Maximalmoments einer Brennkraftmaschine
in Abhängigkeit von einer Drehzahl;
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4 ein
Regelelement der Steuer- oder Regeleinrichtung gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform.
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1 zeigt
eine Steuer- oder Regeleinrichtung 11, die an eine Brennkraftmaschine 13 angeschlossen
ist. Die Brennkraftmaschine 13 umfasst einen Drehzahlsensor 15 zur
Erzeugung eines Drehzahlsensorsignals, welches einen Istwert n einer Drehzahl
der Brennkraftmaschine 13 charakterisiert. Die Brennkraftmaschine 13 weist
außerdem weitere Sensoren 16 auf, mit denen weitere
Zustandsgrößen Y der Brennkraftmaschine 13,
wie beispielsweise ein Luftmassenstrom in einem Saugrohr der Brennkraftmaschine 13 oder
ein Druck in einem Saugrohr der Brennkraftmaschine 13 erfasst
werden können. Die Sensoren 15, 16 der
Brennkraftmaschine 13 sind mit der Steuer- oder Regeinrichtung 11 verbunden.
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Die
Steuer- oder Regeleinrichtung 11 weist ein erstes Kennfeldelement 17 zum
Ermitteln eines Maximalmoments Mmax der
Brennkraftmaschine 13 in Abhängigkeit von dem
Istwert n der Drehzahl der Brennkraftmaschine 13 und den
Zustandsgrößen Y der Brennkraftmaschine 13 auf.
Ferner weist die Steuer- oder Regeleinrichtung 11 ein zweites
Kennfeldelement 19 zur Ermittlung eines Momentanmoments
M der Brennkraftmaschine 13 in Abhängigkeit von
der Drehzahl n und den Zustandsgrößen Y der Brennkraftmaschine 13 auf.
Das erste Kennfeldelement 17 und das zweite Kennfeldelement 19 sind
mit einem Subtrahierer 21 zum Bilden einer Differenz d zwischen
dem Maximalmoment Mmax und dem Momentanmoment
M verbunden.
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Eine
nicht gezeigte Ausführungsform weist die beiden Kennfeldelemente 17, 19 nicht
auf. Werte des Maximalmoments Mmax und des
Momentanmoments M werden dort einer in der Steuer- oder Regeleinrichtung
ohnehin vorhandenen momentenbasierten Regelanordnung, die zum Regeln
und/oder Steuern der Brennkraftmaschine 13 dient, entnommen.
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Der
Subtrahierer 21 ist mit einem Eingang 23 eines
Regelelements 25 der Steuer- oder Regeleinrichtung 11 verbunden.
Ein Ausgang 26 des Regelelements 25 zum Ausgeben
eines Sollwerts s der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine 13 ist
mit einem Leerlaufregler 27 der Steuer- oder Regeleinrichtung 11 verbunden.
Außerdem ist der Leerlaufregler 27 mit dem Drehzahlsensor 15 der
Brennkraftmaschine 13 verbunden. Ein Ausgang (ohne Bezugszeichen)
des Leerlaufreglers 27 ist mit einem Aktor 28 zum
Einstellen eines Öffnungsgrads einer Drosselvorrichtung
(nicht gezeigt) im Saugrohr der Brennkraftmaschine 13 verbunden.
Am Ausgang des Leerlaufreglers 27 liegt ein Stellsignal
x zur Beeinflussung der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine 13 an.
Der Leerlaufregler 27 ist in einer nicht gezeigten Ausführungsform
außer mit dem Aktor 28 zum Einstellen des Öffnungsgrads
der Drosselvorrichtung auch mit weiteren Aktoren 28 der
Brennkraftmaschine 13 verbunden, mit denen weitere Stellvorrichtungen
der Brennkraftmaschine 13 betätigt werden können.
Es kann auch vorgesehen werden, dass der Leerlaufregler 27 lediglich
mit den weiteren Aktoren und nicht mit dem Aktor 28 zum
Einstellen des Öffnungsgrads der Drosselvorrichtung verbunden
ist.
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2 zeigt
den Aufbau des Regelelements 25 gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform im Detail. Ein als 2-Punkt-Regler
ausgeführtes Verknüpfungselement 29 des
Regelelements 25 ist eingangsseitig mit dem Differenzsignal
d, das heißt mit dem Eingang 23 des Regelelements 25,
und mit einem konstanten, vorgegebenen Schwellwert dth verbunden.
Ausgangsseitig ist das Verknüpfungselement 29 derart
mit einem Auswahlelement 31 des Regelelements 25 verbunden,
dass ein vom Verknüpfungselement 29 erzeugtes
Binärsignal b dem Auswahlelement 31 zugeleitet
wird. Das Auswahlelement 31 umfasst einen ersten Eingang,
an dem eine erste vorgegebene, konstante Größe
s1 anliegt ist und einen zweiten Eingang,
an dem eine zweite vorgegebene, konstante Größe
s2 anliegt. Ein Ausgang des Auswahlelements 31 ist
mit dem Ausgang 26 des Regelelements 25 verbunden.
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Im
Folgenden wird anhand der 3 ein von der
Steuer- oder Regeleinrichtung 11 ausgeführtes Verfahren
zum Betreiben der Brennkraftmaschine 13 näher
erläutert. In 3 ist das Maximalmoment Mmax in Abhängigkeit von dem Istwert
n der Drehzahl der Brennkraftmaschine 13 in einem Schaubild
durch eine Gerade dargestellt. Man erkennt, dass in einer Umgebung
einer Nennleerlaufdrehzahl n0 das Maximalmoment
Mmax zumindest annähernd proportional zum
Istwert n der Drehzahl ist. Jeder Punkt im Schaubild entspricht
einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 13 mit einem
bestimmten Istwert n der Drehzahl und einem bestimmten Momentanmoment
M. Betriebspunkte oberhalb der Geraden des Maximalmoments Mmax können nicht realisiert werden,
weil das Momentanmoment M das Maximalmoment Mmax nicht überschreiten
kann.
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Benötigen
Verbraucher (zum Bespiel eine Klimaanlage oder eine Servolenkung)
der Brennkraftmaschine 13 bei einem bestimmten Istwert
n der Drehzahl der Brennkraftmaschine 13 ein Momentanmoment
M, das größer ist als das Maximalmoment Mmax, dann wird die Brennkraftmaschine 13 gebremst,
sodass der Istwert n ihrer Drehzahl sinkt. Wird diese durch die
Verbraucher verursachte Last hinreichend lange aufrechterhalten,
so kann die Brennkraftmaschine 13 zum Stillstand kommen,
das heißt "abgewürgt" werden. Die Gefahr des Abwürgens
oder eines unruhigen Laufs der Brennkraftmaschine 13 rührt
auch daher, dass sich das Maximalmoment Mmax mit
abnehmenden Istwert n der Drehzahl verringert. Ist das benötigte
Momentanmoment M konstant, so übersteigt es das aufgrund
des sinkenden Istwerts n der Drehzahl immer weiter abnehmende Maximalmoment
Mmax immer mehr, sobald es einmal größer
als das Maximalmoment geworden ist.
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Das
gezeigte Verfahren zum Betreiben der Brennkraftmaschine 13 vermeidet,
dass die kritischen Betriebspunkte an der Geraden des Maximalmoments
Mmax beim Betrieb der Brennkraftmaschine auftreten.
Zu diesem Zweck wird durch den Schwellwert dth ein
Sicherheitsabstand definiert. Sobald die Brennkraftmaschine 13 einen
Betriebpunkt zwischen der Geraden des Maximalmoments Mmax und
einer um den Betrag des Schwellwerts nach unten verschobenen Geraden 32 annimmt,
wird der Sollwert s der Leerlaufdrehzahl angehoben, um die Brennkraftmaschine
wieder in einen Betriebpunkt unterhalb der nach unten verschobenen
Geraden 32 zu bringen.
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Läuft
die Brennkraftmaschine 13 beispielsweise mit der Nennleerlaufdrehzahl
n0 und mit einer relativ geringen Last,
dann stellt sich ein mit P1 bezeichneter
erster Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine 13 ein. Der
Drehzahlsensor 15 erzeugt das Drehzahlsensorsignal, das
den Istwert n der Drehzahl der Brennkraftmaschine 13 charakterisiert.
Der Istwert n der Drehzahl entspricht im ersten Arbeitspunkt P1 der Nennleerlaufdrehzahl n0,
das heißt n = n0. Dem ersten Kennfeldelement 17 und
dem zweiten Kennfeldelement 19 werden der Istwert n der
Drehzahl und die weiteren Zustandsgrößen Y zugeleitet.
Anhand dieser Größen n, Y ermittelt das erste
Kennfeldelement 17 das maximale Momentanmoment Mmax, und das zweite Kennfeldelement 19 ermittelt
unter Verwendung der Zustandsgrößen n, Y das Momentanmoment
M. Der Subtrahierer 21 bildet die Differenz d zwischen
dem Maximalmoment Mmax und dem Momentanmoment
M. Diese Differenz d wird dem Eingang 23 des Regelelements 25 zugeführt.
Aus 3 ist ersichtlich, dass im ersten Arbeitspunkt
P1 die Differenz d einen ersten Wert d1 annimmt. Dieser Wert d1 ist
größer als der Schwellwert dth.
Deshalb nimmt das Binärsignal b einen ersten Zustand L
ein, bei welchem das Auswahlelement 31 die erste fest vorgegebene
Größe s1 auswählt,
so dass die Größe s am Ausgang 26 des
Regelelements 25 den Wert s = s1 annimmt.
In der gezeigten Ausführungsform entspricht die erste fest
vorgegebene Größe s1 der Nennleerlaufdrehzahl
n0 der Brennkraftmaschine 13. Folglich
wird dem Leerlaufregler 27 als Sollwert s der Leerlaufdrehzahl
die Nennleerlaufdrehzahl n0 vorgegeben.
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Der
Leerlaufregler 27 führt ein geeignetes Regelverfahren
zur Regelung der Leerlaufdrehzahl n der Brennkraftmaschine 13 aus.
Dazu wird der Istwert n mit dem Sollwert s der Leerlaufdrehzahl
verglichen und bei einem Unterschied die Stellgröße
x derart verändert, dass sich der Istwert n der Drehzahl
an den Sollwert s angleicht. In der gezeigten Ausführungsform,
in der die Stellgröße x dem Aktor 28 zugeführt
wird, wird durch das Verändern der Stellgröße
x der Öffnungsgrad der Drosselvorrichtung der Brennkraftmaschine
beeinflusst. Der Drehzahlregler 27 hält also den
Istwert n der Drehzahl der Brennkraftmaschine 13 konstant
und gleicht dabei Lastschwankungen an der Brennkraftmaschine 13 aus.
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Nimmt
die Last der Brennkraftmaschine zu, dann erhöht sich das
Moment M der Brennkraftmaschine, wobei der Drehzahlregler 27 den
Istwert n der Drehzahl der Brennkraftmaschine 13 im Wesentlichen
konstant hält. Wird hierbei das Moment M so weit erhöht,
dass die Differenz d zwischen dem Maximalmoment Mmax und
dem Momentanmoment M einen Wert annimmt, der kleiner ist als der
Schwellwert dth (also d < dth), wie
es in einem zweiten Arbeitspunkt P2 der
Fall ist, dann ändert das Verknüpfungselement 29 des
Regelelements 25 den Zustand des Binärsignals
b, das heißt, das Binärsignal b wechselt auf einen
zweiten Zustand H. Dies hat zur Folge, dass das Auswahlelement 31 anstelle
der ersten fest vorgegeben s1 die zweite
fest vorgegebene Größe s2 als
Sollwert s auswählt. Dies hat wiederum zur Folge, dass am
Ausgang 26 des Regelelements 25 die zweite fest
vorgegebene Größe s2 ausgegeben
wird. Die zweite fest vorgegebene Größe s2 entspricht dem Sollwert s = s2 einer
angehobenen Leerlaufdrehzahl, das heißt s2 > s1 =
n0. Folglich sorgt der Leerlaufregler 27 dafür,
dass sich der Istwert n der Drehzahl der Brennkraftmaschine 13 erhöht.
Dadurch wird ein dritter Arbeitspunkt P3 erreicht.
Aufgrund des höheren Maximalmoments im dritten Arbeitspunkt
P3 ist dort die Differenz d zwischen dem
Maximalmoment Mmax und dem Momentanmoment
M trotz des erhöhten Momentanmoments M größer
als im zweiten Arbeitspunkt P2. Ein Wert
d3 der Differenz d ist dort insbesondere
größer als der Schwellwert dth (also
d3 > dth).
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Im
Verknüpfungselement 29 kann eine Hysterese vorgesehen
sein, die verhindert, dass der Istwert n der Drehzahl der Brennkraftmaschine 11 zwischen
Werten, die den beiden fest vorgegeben Größe s1, s2 entsprechen,
hin- und herschwingt. In dem in der 3 gezeigtem
Beispiel wird ein Hin- und Herschwingen zwischen dem zweiten Arbeitspunkt P2 und dem dritten Arbeitspunkt P3 verhindert.
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Erst,
wenn beispielsweise aufgrund eines Rückgangs der Last das
Moment M der Brennkraftmaschine 13 deutlich abnimmt, wechselt
das Verknüpfungselement 29 den Zustand des Binärsignals b
erneut, sodass es den ersten Zustand L annimmt. Dies hat zur Folge,
dass, wenn ein vierter Arbeitspunkt P4 erreicht
ist, an dem der Istwert n der Drehzahl der Brennkraftmaschine 13 einen
vierten Wert d4 ≥ dth annimmt,
dem Drehzahlregler 27 wieder die Nennleerlaufdrehzahl n0 = s1vorgegeben
wird und dadurch wieder der erste Arbeitspunkt P1 erreicht wird
und die Brennkraftmaschine mit der Nennleerlaufdrehzahl n0 läuft.
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Anstelle
des in 2 gezeigten Regelelements 25 kann auch
ein auf andere Weise aufgebautes Regelelement 25 verwendet
werden. Beispielsweise kann die Abbildung der Differenz d auf den Sollwert
s mit Hilfe einer beliebigen Berechnungsvorschrift, die beispielsweise
durch eine mathematische Gleichung spezifiziert werden kann, realisiert
werden. Weiterhin kann zum Ermitteln des Sollwerts s in Abhängigkeit
von der Differenz d zwischen dem Maximalmoment Mmax und
dem Momentanmoment M ein weiteres Kennfeldelement vorgesehen werden.
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Je
nach Ausgestaltung der Brennkraftmaschine 13 und einzelner
Teile der Steuer- oder Regeleinrichtung 11, kann es sinnvoll
oder erforderlich sein, dass der Sollwert s zeitverzögert
in Abhängigkeit von der Differenz d vorgegeben wird. Hierzu kann
beispielsweise der Sollwert s schrittweise oder kontinuierlich angehoben
werden, solange die Differenz d kleiner ist als der Schwellwert
dth.
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Ein
zeitverzögertes Vorgeben des Sollwerts s kann auch mit
dem in der 4 gezeigten Regelelement 25 gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform realisiert werden.
Dieses Regelelement 25 umfasst ein Rechenelement 33 zum
Berechnen einer ersten Zwischengröße z1 aus der Differenz d zwischen dem Maximalmoment
Mmax und dem Momentanmoment M und dem Schwellwert
dth. Das Regelelement 25 weist
einen Proportional-Integral-Regler 35 (PI-Regler) mit einem
Integrator 37 und einem Addierer 39 auf. Das Rechenelement 33 ist
mit einem Eingang des PI-Reglers 35 des Regelelements 25 verbunden.
Ein Ausgang des PI-Reglers 35 ist mit einem Addierer 41 des
Regelelements 25 verbunden, der außerdem mit der
ersten fest vorgegebenen Größe s1 verbunden
ist. Ausgangsseitig ist der Addierer 41 des Regelelements 25 mit
dem Ausgang 26 des Regelelements 25 verbunden.
Der Wert der ersten fest vorgegebenen Größe s1 entspricht auch bei diesem Regelelement 25 der
Nennleerlaufdrehzahl n0 der Brennkraftmaschine 11.
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Beim
Betrieb dieses Regelelements 25 erzeugt das Rechenelement 33 die
erste Zwischengröße z1 derart,
dass sie einen positiven Wert aufweist, wenn die Differenz d zwischen
dem Maximalmoment Mmax und dem Momentanmoment
M kleiner ist als der Schwellwert dth. Der
Integrator 37 des PI-Reglers 35 bildet durch Integrieren
der ersten Zwischengröße z1 über
die Zeit eine zweite Zwischengröße z2,
und der Addierer 39 des PI-Reglers 35 bildet eine
dritte Zwischengröße z3,
indem er die erste Zwischengröße z1 mit
einem ersten Gewichtungsfaktor q1 und die
zweite Zwischengröße z2 mit
einem zweiten Gewichtungsfaktor q2 gewichtet
addiert. Die dritte Zwischengröße z3 wird
dem Addierer 41 des Regelelements 25 zugeführt,
welcher zu der dritten Zwischengröße z3 die erste fest vorgegebene Größe
s1 addiert. Durch diese Addition wird der
Sollwert s der Leerlaufdrehzahl gegenüber der Nennleerlaufdrehzahl
n0 = s1 immer dann
erhöht, wenn die Differenz zwischen dem Maximalmoment Mmax und dem Momentanmoment M geringer ist
als der Schwellwert dth. Dadurch dass der PI-Regler 35 die
erste Zwischengröße z1 integriert, ergibt
sich eine zeitverzögerte Änderung des Sollwerts
s, was wiederum zu einer kontinuierlichen Veränderung der
Leerlaufdrehzahl n der Brennkraftmaschine führt. Um ein
Absenken des Sollwerts s der Leerlaufdrehzahl unter die minimale
Leerlaufdrehzahl s1, die wie in den gezeigten
Ausführungsformen der Nennleerlaufzehzahl n0 entsprechen
kann, zu vermeiden, kann das Rechenelement 33 derart ausgeführt
sein, dass die erste Zwischengröße z1 immer Null
oder positiv ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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