DE3142409C2

DE3142409C2 -

Info

Publication number: DE3142409C2
Application number: DE3142409A
Authority: DE
Inventors: Manfred 4044 Kaarst De Henning; Wolfgang 5276 Wiehl De Misch
Original assignee: Pierburg GmbH; Robert Bosch GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 1981-10-26
Filing date: 1981-10-26
Publication date: 1992-07-30
Also published as: DE3278575D1; US4474154A; EP0077996A3; DE3142409A1; JPS5877135A; EP0077996B1; EP0077996A2

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Regelung der Drehzahl einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Patentanspruchs 1 bzw. 25.

Ein derartiges Verfahren bzw. eine solche Vorrichtung ist aus der GB-A 20 72 383 bekannt. Diese beschreibt eine Regelung der Leerlaufdrehzahl mit einer Drosselklappe im Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine, wobei im Leerlaufzustand bei geschlossenem Leerlaufschalter eine Regelung der Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit von Soll- und Istwert vorgenommen wird, außerhalb des Leerlaufzustandes je nach Drehzahl der Brennkraftmaschine das Stellglied in eine von zwei vorbestimmten Stellungen gesteuert wird und bei Wiedereintritt in den Leerlaufzustand ein verzögertes Zurückfallen des Stellgliedes in die vorbestimmte Leerlaufposition stattfindet.

Beim Wiedereintritt in den Leerlaufzustand kann insbesondere bei schnellem Drehzahlabfall durch diese Maßnahme kein befriedigendes Übergangsverhalten erreicht werden.

Zur Verbesserung des Übergangsverhaltens wird daher unter anderem im folgenden die Maßnahme angegeben, außerhalb des Leerlaufzustandes eine drehzahlabhängige Steuerung des Stellgliedes bei gleichzeitiger Nachführung des Drehzahlsollwertes in bezug auf den Drehzahlistwert vorzunehmen.

Weitere Vorrichtungen zur Leerlaufdrehzahlregelung bei Brennkraftmaschinen sind beispielsweise aus der DE-OS 20 49 669 und der DE-OS 25 46 076 bekannt.

Beim Gegenstand der an erster Stelle genannten Druckschrift beaufschlagt eine drehzahlempfindliche elektrische Schaltung ein elektromagnetisch betätigbares Stellglied, mit welchem sich in der Leerlaufstellung der Drosselklappe die Ansaugluftmenge verändern läßt. Hierzu wirkt das elektromagnetisch betätigbare Stellglied querschnittssteuernd auf einen zur Drosselklappe parallelen Umgehungskanal ein.

Bei dieser bekannten Vorrichtung könnte die ausschließliche Steuerung der Ansaugluftmenge problematisch sein, da es auf diese Weise voraussichtlich nicht gelingt, umfassend sämtlichen Einflußgrößen Rechnung zu tragen; insbesondere ist es nicht möglich, aktiv die Position der Drosselklappe zu beeinflussen und so eine wirksame Veränderung des Füllungseingriffs vorzunehmen.

Die aus der DE-OS 25 46 076 bekannte Anordnung zur Leerlaufdrehzahlregelung wirkt auf eine im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine angeordnete Drosselklappe ein. Es sind ein Sollwertgeber und ein Istwertgeber für die Drehzahl vorgesehen, deren Ausgangsspannungen den beiden Eingängen eines Differenzverstärkers zugeführt sind. Ein die Regelabweichung kennzeichnendes Ausgangssignal beaufschlagt ein als Hubmagnet ausgebildetes Stellglied. Das Stellglied steht dauernd mit der Drosselklappe in Verbindung und verstellt diese entsprechend der Regelabweichung. Auch diese Schaltung ist nicht in der Lage, Randbedingungen in die Regelung einzuführen und äußeren Einflußgrößen Rechnung zu tragen und so unter allen Umständen dafür zu sorgen, daß die Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine sicher innerhalb eines vorgegebenen Bereiches verbleibt, auch wenn schnell wirksam werdende Übergangsbedingungen aufgefangen werden müssen. Insbesondere sind die bekannten Schaltungen nicht geeignet, gleichzeitig zur Beeinflussung des Schubbetriebes, nämlich zur kraftstoffsparenden Schubabschneidung, eingesetzt zu werden.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung haben demgegenüber den Vorteil, daß beliebige äußere Randbedingungen, ergänzend eingeführt, störende Einflüsse auffangen und eine präzise Positionierung der Leerlaufdrehzahl, insbesondere auch unter Vermeidung von Langzeiteinflüssen wie Temperatur und Luftdruck, realisiert werden kann.

Besonders vorteilhaft ist, daß sich durch die Erfindung einwandfrei die beim Betrieb einer Brennkraftmaschine ständig auftretenden Übergänge zwischen den verschiedenen Betriebszuständen harmonisch auffangen und glätten lassen, beispielsweise von Schub in Teillast, von Teillast in Leerlauf, von Leerlauf in Schub usw.

Die Erfindung arbeitet bezüglich der Einstellung der Leerlaufdrehzahl im voll geregelten Betrieb; bei Überschreiten der Leerlaufdrehzahl bzw. der Drehzahl im leerlaufnahen Bereich kann auf Steuerung und teilweise Nachführung des Stellgliedes die Drosselklappe umgeschaltet werden.

Die erfindungsgemäße Regelung und Steuerung reagiert schnell und zuverlässig auf sämtliche möglicherweise auftretenden Störgrößen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich. Besonders vorteilhaft ist hier, daß die technische Realisierung der erfindungsgemäßen Gesamtkonzeption durch Schaltungen und Systeme erfolgen kann, die auf analoger und/oder digitaler Basis arbeiten, wobei zur Übernahme bestimmter Teilfunktionen auch Rechner bzw. die bekannten Mikroprozessoren eingesetzt werden können.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die

Fig. 1a und 1b das Regelverhalten des Hauptreglers für den Leerlauf bzw. den leerlaufnahen Bereich mit P-Anteil und I-Anteil, jeweils über der Drehzahlabweichung, bezogen auf einen Leerlaufdrehzahl-Sollwert,

Fig. 2 in Form eines Diagramms das Übergangsverhalten von Schub auf Leerlauf, wobei der Weg des Stellgliedes über der Zeit aufgetragen ist,

Fig. 3 in Form eines Diagramms das Übergangsverhalten von Schub auf Teillast, wobei der Stellgliedweg wiederum über der Zeit aufgetragen ist,

Fig. 4 das Übergangsverhalten von Teillast in Leerlauf in Form eines Diagramms und

Fig. 5 den Eingriff der Regelung bezüglich der Stellgliedansteuerung entsprechend einer Pulslängenmodulation in Form eines Diagramms; die

Fig. 6a bis 6d zeigen in Form von Diagrammen über der Zeit die Erfassung der Istposition des Stellgliedes über Schwellen und die sich hierdurch ergebende, einer Pulslängenmodulation ähnliche Ansteuerung, beispielsweise von Ventilen, im Stellglied durch die elektronische Steuerschaltung, während die

Fig. 7 und 8 in Form von Blockschaltbilddarstellungen Realisierungsmöglichkeiten für die elektronische Steuerschaltung in im wesentlichen digitaler Darstellung zeigen.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Zum besseren Verständnis vorliegender Erfindung wird im folgenden zunächst die verfahrensmäßige Grundkonzeption bezüglich des Regelablaufs und des Steuerungsverhaltens anhand der Diagramme in den Fig. 1 bis 6 im einzelnen erläutert, wobei die in Fig. 7 dargestellte zentrale elektronische Steuerschaltung 1 im wesentlichen bezüglich ihrer Hauptfunktionen erläutert und berücksichtigt wird, jeweils in Verbindung mit den ihr zuarbeitenden peripheren Sensoren und Schaltungen, die hauptsächlich der Gewinnung von Istwertsignalen dienen.

Wie in Fig. 7 gezeigt, arbeitet die zentrale elektronische Steuerschaltung 1 ausgangsseitig über eine Endstufe 1a auf ein Stellglied 2, welches bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bevorzugt als elektropneumatisches Stellglied ausgebildet ist und über ein evakuierendes Ventil 2a und ein belüftendes Ventil 2b verfügt. Die Ansteuerung der Ventile 2a, 2b erfolgt über zugeordnete Relais 3a, 3b elektrisch, und zwar, wie weiter unten noch erläutert wird, nach einem einer Pulslängenmodulation ähnlichen Verfahren über an die jeweiligen Relais angeschlossenen Endstufentransistoren 4a, 4b. Das Stellglied 2 betätigt mit seinen Ventilen 2a, 2b einen Stößel 10, der an der nicht dargestellten Hauptdrossel anliegt, so daß bei Ansteuerung des evakuierenden Ventils der Stößel 10 eingefahren und damit die Hauptdrossel stärker geschlossen wird, während bei Ansteuerung des belüftenden Ventils der Stößel 10 stärker angestellt und entsprechend die Hauptdrossel stärker geöffnet wird. Die Hauptdrossel bzw. ein mit ihr verbundenes mechanisches Teil, beispielsweise ein Drosselklappenhebel, kann aber jederzeit durch Betätigen des Fahrpedals vom Stößel 10 abgehoben werden und liegt daher auch im Leerlaufbetrieb am Stößel 10 lediglich unter z. B. Federdruck an.

Die erfindungsgemäße Regelungs-Gesamtkonzeption unterscheidet vier Funktionsberiche, die von Drehzahlschwellen abhängig sind sowie von einem Kennsignal, welches aus der Anlage der Hauptdrossel am Stößel 10 abgeleitet ist. Entsprechend dem jeweils erfaßten Funktionsbereich wird das elektropneumatische Stellglied 2 von der zentralen elektronischen Regel- und Steuerschaltung unterschiedlich angesteuert. Die vier Funktionsbereiche lassen sich wie folgt charakterisieren:

1. Anlassen der Brennkraftmaschine
Erkennungsmerkmal: Die Brennkraftmaschinendrehzahl ist kleiner als eine bestimmte Anlaßdrehzahl (nn_Anl).
2. Leerlauf der Brennkraftmaschine
Erkennungsmerkmal: Die Drehzahl liegt zwischen der Anlaßdrehzahl und einer Schubdrehzahl (n_Anl<n<n_Schub), und die Hauptdrossel liegt am Stößel 10 an.
3. Die Brennkraftmaschine befindet sich im Teillastbereich
Erkennungsmerkmal: Die Drehzahl befindet sich zwischen der Anlaßdrehzahl und der Schubdrehzahl (n_Anl<n<n_Schub), und die Hauptdrossel liegt nicht am Stößel 10 (oder an einem mechanischen Anschlag) an.
4. Schubbetrieb der Brennkraftmaschine
Erkennungsmerkmal: Die effektive Istdrehzahl der Brennkraftmaschine ist größer oder gleich der Schubdrehzahl (nn_Schub).

Zur Gewinnung und Zuleitung eines Drehzahlsignals an die zentrale Steuerschaltung 1 wird am zweckmäßigsten die Zeit zwischen zwei Zündimpulsen 5, die der Klemme 6 der Schaltung der Fig. 7 zugeführt werden, gemessen und das so gewonnene Zeitintervall (Periodendauer) zur Drehzahlerfassung verwendet. Es versteht sich, daß statt der Zündimpulse auch andere Signale verwendet werden können, die synchron zur Motordrehzahl auftreten können, beispielsweise Totpunktgeber od. dgl.

Zur Periodendauermessung kann die zentrale Steuerschaltung 1 über einen Taktgeber oder Oszillator verfügen, was zunächst nicht gesondert dargestellt ist; handelt es sich bei der zentralen Steuerschaltung mindestens in Teilbereichen um eine sogenannte Mikrocomputerschaltung - vorzugsweise einen 4-bit-Mikrocomputer, der weder über einen Timer noch über eine Interrupt- Möglichkeit verfügt -, dann ist der Schaltungsablauf des Reglers (nämlich das Reglerprogramm in diesem Fall) in einer Schleife organisiert. Diese Programmschleife hat eine konstante Laufzeit T_Schleife und bildet die Zeitbasis des Reglerprogramms. Zur Erkennung eines Zündimpulses wird von diesem jedenfalls stets zunächst ein Kippglied 7 gesetzt, welches als Zwischenspeicher arbeitet und beispielsweise ein Monoflop oder auch ein bistabiles Glied, also ein Flipflop, sein kann. Der Zeitablauf zwischen zwei Zündimpulsen als Maß für die Periodendauer der Drehzahl wird vom mit einer konstanten Schwingungsdauer arbeitenden Oszillator oder Taktgeber der zentralen Steuerschaltung 1 so gemessen, daß mit den Schwingungen des mit wesentlich höherer Frequenz des Taktgebers, bezogen auf die höchste, durch das Auftreten von Zündimpulsen charakterisierte Drehzahlfrequenz, ein Zähler beaufschlagt wird, dessen aktueller Zählerstand jeweils dann in einen Speicher geladen und der Zähler zurückgesetzt wird, wenn ein Zündimpuls auftritt. Das Auftreten eines Zündimpulses läßt sich jeweils dadurch feststellen, daß das Kippglied 7 in seinen anderen Zustand umgeschaltet worden ist. Das Kippglied 7 als Zwischenspeicher wird dann, wenn es ein bistabiles Glied ist, entweder von dem nächsten Taktimpuls rückgesetzt - wodurch gleichzeitig die Übernahme des aktuellen Zählerstandes in den Speicher vorgenommen wird - oder das Rücksetzen erfolgt selbsttätig, wenn das Kippglied ein Monoflop ist. Der Speicherinhalt ist dann ein Maß für die Periodendauer und damit für die Drehzahl der Brennkraftmaschine, wobei die Auflösung durch die Frequenz des Taktgebers oder Oszillators in der Steuerschaltung bestimmt ist. Wird für die Ableitung der Taktfrequenz die Programmschleifenfrequenz eines in diesem Fall verwendeten Mikrocomputers benutzt, dann wird der Zwischenspeicher 7 als Monoflop oder als Flipflop einmal pro Schleifendurchlauf abgefragt und dann entweder vom Programm zurückgesetzt (bei zwei stabilen Zuständen des Zwischenspeichers) oder selbsttätig zurückgesetzt (bei einem Monoflop). Wird ein Monoflop verwendet, dann kann das Programm nach Auftreten eines Zündimpulses in einer kurzen Warteschleife das Rücksetzen des Monoflops abwarten, wodurch man eine jitterfreie Drehzahlerfassung erreicht. Hierbei gilt dann T_Monoflop<T_Schleife. Auch in diesem Fall wird bei jedem Schleifendurchlauf der Zähler erhöht, so daß sich dann bei Auftreten des nächsten Zündimpulses ein der Periodendauer der Drehzahl entsprechender aktueller Zählerstand in diesem befindet und in den Speicher geladen werden kann. Im Speicher befindet sich dann auf jeden Fall immer ein aktuelles Drehzahlsignal, welches von der Steuerschaltung 1 entsprechend ausgewertet werden kann und zur Verfügung steht.

Die Erfassung der Position der Hauptdrossel (Anlage) am Stößel 10 oder an einem mechanischen Anschlag entsprechend Drosselklappe geschlossen oder Drosselklappe geöffnet, um zwischen den weiter vorn erwähnten Funktionsbereichen zu unterscheiden, geschieht mit Hilfe eines in Fig. 7 mit 8 bezeichneten Drosselklappenschalters. Der Drosselklappenschalter 8 kann so ausgebildet sein, daß sich bei am Stellglied bzw. am Stößel 10 anliegender Hauptdrossel beispielsweise ein Signal log 1 und bei nicht anliegender Hauptdrossel ein Signal log 0 ergibt. Es ist möglich, diese beiden Signalzustände unmittelbar durch die Steuerschaltung 1 auszuwerten; zur Entprellung dieses Gebersignals, bei dem es sich ja um einen Schalter handelt, kann mit Vorteil aber auch so verfahren werden, daß bei Signal log 1 vom Geber oder Schalter 8 ein Zähler über den Taktgeber oder Oszillator der Steuerschaltung 1 bzw. mittels der Schleifenfrequenz des Mikroprozessors jeweils erhöht und bei Signal log 0 erniedrigt wird. Dieser Zähler kann jeweils zwischen einem Maximal- und einem Minimalwert herauf- bzw. hinuntergezählt werden. Bei Erreichen der Zählergrenzen wird jeweils ein Zwischenspeicher gesetzt bzw. rückgesetzt. So kann der Zwischenspeicher beispielsweise bei Erreichen des Maximalwertes auf das Signal log 1 und bei Erreichen des Minimalwertes auf das Signal log 0 gesetzt werden. Man erkennt, daß dieser Zwischenspeicher am zweckmäßigsten ein bistabiles Glied ist, dessen Ausgangssignale anzeigen, ob die Hauptdrossel anliegt oder nicht.

Durch Auswertung der beiden der Steuerschaltung 1 auf diese Weise zugeführten Informationen über Drehzahl und "Anlage Hauptdrossel" ergibt sich dann der folgende, die weiter vorn charakterisierenden Funktionsbereiche darstellende Arbeitsablauf. Der Steuerschaltung wird eine Solleerlaufdrehzahl vorgegeben, die beispielsweise ebenfalls ein Zählerinhalt sein kann oder im Falle einer analogen Ausbildung etwa eine konstante Spannung, die mit dem Inhalt des weiter vorn schon erwähnten Speichers verglichen wird oder mit einer analogen Spannung, die aus dem Speicherinhalt auf bekannte Weise abgeleitet ist. Die zentrale Steuerschaltung 1 ist so ausgelegt, daß sie mindestens einen Regelverstärker aufweist, der so ausgebildet ist, daß er PI-Regelverhalten aufweist. Dieses PI-Regelverhalten gilt für den Funktionsbereich Leerlauf und für die sich hieraus ergebende, spezielle Ansteuerstruktur des Stößels 10 über Endstufe 1a und Stellglied 2. Das PI-Regelverhalten kann mit stetigen Proportionalanteilen und stetigen Integrator-Laufgeschwindigkeiten arbeiten, wobei vorzugsweise bei analoger Ausbildung der Steuerschaltung 1 aber eine gewisse Asymmetrie im PI-Regelverhalten vorgesehen ist, damit beispielsweise bei Unterschreiten der Solldrehzahl m Leerlauf schneller und/oder stärker, gegebenenfalls mit einem ergänzenden D-Anteil, reagiert werden kann, um die Brennkraftmaschine sozusagen vor dem Ausgehen zu retten.

Ist die Steuerschaltung 1 mit digitalen Anteilen aufgebaut oder in Form eines Mikrocomputers realisiert, dann kann zur Vereinfachung der Programmstruktur nicht mit stetigen Proportionalanteilen und Integrator-Laufgeschwindigkeiten gearbeitet werden, sondern der Drehzahlbereich wird entsprechend den Diagrammdarstellungen der Fig. 1a und 1b in mehrere Bereiche, auch und vorzugsweise unterschiedlich große Bereiche um die Solleerlaufdrehzahl aufgeteilt, wobei diese Bereiche dann jeweils konstante P-Anteile und konstante I-Laufgeschwindigkeiten enthalten. Es ergeben sich dann abgetreppte Plattformkurven für gegebene Regelabweichungen sowohl für den p- als auch den I-Anteil.

Man erkennt aus den Darstellungen der Fig. 1a und 1b, daß - abgesehen von einem jeweils beidseitig symmetrisch um die Solleerlaufdrehzahl angeordneten Nullbereich (Totzonenbereich) bezüglich des P-Anteils und des I-Anteils des Regelverstärkers bei Abweichungen von dieser Solleerlaufdrehzahl nach oben und unten mit unterschiedlich großen P-Anteilen oder I-Laufgeschwindigkeiten gearbeitet werden kann, so daß sich insgesamt ein nichtlineares Regelverhalten mit je nach Wunsch stärkeren Eingriffsmöglichkeiten und Reaktionen dann ergibt, wenn bestimmte Drehzahlbereiche um die Solleerlaufdrehzahl von der Istdrehzahl erreicht werden.

Der P-Anteil und der Integratorstand werden addiert und zur Stellgliedansteuerung verwendet. Bei digitalem Aufbau der Steuerschaltung kann die PI-Summe aus P- und I-Anteil in einem Ausgabespeicher und in einem Zwischenspeicher abgelegt werden. Als mögliche Variante bietet sich hier die Ladung des Zwischenspeichers auch mit einem über eine bestimmte Zeit gemittelten Wert im Ausgabespeicher an. Solange also der Funktionsbereich Leerlauf vorherrscht, arbeitet die Schaltung entsprechend der Gesamtkonzeption vollkommen im geregelten Betrieb, wobei, worauf weiter unten noch eingegangen wird, auch die durch das Stellglied 2 bewirkte Stößelposition 10 erfaßt und mit dem Sollwert verglichen wird, der sich als PI-Summe am Ausgang des Regelverstärkers ergibt.

Bei Vorliegen des Funktionsbereiches Teillast, also bei betätigter und nicht mehr anliegender Hauptdrossel, wird zunächst durch diesen Übergang des Hauptdrossel-Kennsignals von log 1 auf log 0 der Integrator angehalten; die weitere Auswertung des P-Anteils entfällt durch ein geeignetes Sperrsignal. Die sich im Zwischenspeicher befindende PI-Summe, die dem letzten Wert im Leerlaufbereich entspricht, wird weiterhin zur Stellgliedansteuerung benutzt, so daß dieses in der letzten Stellung vor Betätigen der Hauptdrossel (zunächst) verharrt.

Ergeben sich beim Betrieb Schubphasen, dann ist die Steuerschaltung 1 so ausgebildet, daß für Drehzahlen nn_Schub das Stellglied zurückgefahren wird. Daher ist dann bei nicht betätigter Hauptdrossel über das Gaspedal eine Schubabschneidung möglich bei entsprechender Ausbildung des beliebig gestalteten Gemischbildners (beispielsweise Vergaser).

Ergibt sich der Funktionsbereich Anlassen der Brennkraftmaschine, dann wird das in diesem Fall vorliegende Drehzahlsignal von nn_Anl so ausgewertet, daß zur eindeutigen Lagebestimmung das Stellglied ganz ausgefahren wird. In vorteilhafter Ausgestaltung wird eine Temperaturerfassung ergänzend durchgeführt zum Setzen der Anfangswerte für den Integratorstand und die PI-Summe im Ausgabespeicher und Zwischenspeicher.

Bei Übergängen zwischen den Funktionsbereichen ergeben sich dann die folgenden Sonderfunktionen, auf die anhand der Fig. 2 bis 4 zunächst eingegangen wird. Die jeweiligen Übergänge lassen sich von der zentralen Steuerschaltung 1 problemlos durch die Änderungen der ihr zugeführten Sensorsignale bezüglich Drehzahl und Kennsignal bezüglich Anlage Hauptdrossel erfassen und durchführen.

Ergibt sich ein Übergang Schub in Leerlauf, dann wird für eine bestimmte Zeit t_vs (t_vs kann beispielsweise 2 Sekunden sein) die PI-Summe im Zwischenspeicher zur Stellgliedansteuerung ausgegeben (vergleiche hier den Verlauf des den Weg des Stellgliedes über der Zeit angebenden Diagramms der Fig. 2). Das Stellglied nimmt also die letzte Position im Leerlaufbereich vor Übergang in einen anderen Bereich ein. Dabei besteht die Möglichkeit und kann vorzugsweise auch angewendet werden, zusätzlich zum Ausgabewert zur Stellgliedansteuerung aus dem Zwischenspeicher für eine kurze Zeit t_a (z. B. t_a=0,2 s) eine Konstante zu addieren. Man bewirkt hierdurch eine kurzzeitige Füllungserhöhung nach Schubabschneidung zur Vermeidung von Drehzahleinbrüchen. Nach Ablaufen von t_vs (und t_a) wird die Regelung wieder freigegeben.

Ergibt sich ein Übergang von Schub in Teillast, dann kann entsprechend dem Diagramm der Fig. 3 die Funktion wie beim Übergang Schub in Leerlauf ablaufen; nach dem Übergangszeitraum t_us wird die Regelung jedoch nicht freigegeben, sondern das Stellglied verharrt in der letzten Position des Leerlaufbereiches entsprechend der im Zwischenspeicher gespeicherten PI-Summe. Der in Fig. 3 eingezeichnete Übergangszeitraum t_us ist daher lediglich zum besseren Verständnis angegeben und für diese Übergangsfunktion ohne Bedeutung.

Ergibt sich entsprechend der Darstellung der Fig. 4 ein Übergang von Teillast in Leerlauf, dann steuert die zentrale Steuerschaltung 1 das Stellglied so an, daß für einen vorgegebenen Zeitraum t_vt (beispielsweise ebenfalls 2 s) das Stellglied in der Position im Teillastbereich noch verharrt, die den letzten Wert vor Verlassen des Leerlaufbereiches dargestellt hat, also wiederum der PI-Summe im Zwischenspeicher entspricht. Danach wird die Regelung freigegeben.

Bei Übergang von Leerlauf in Schub könnten zwei unterschiedliche Bedingungen erkannt werden, nämlich:

a) Die Hauptdrossel liegt nicht an. In diesem Fall wird Schubbereich erkannt, d. h., das Stellglied fährt zurück auf eine Ausgangs-Nullposition.
b) Liegt die Hauptdrossel an, dann wird weiterhin auf Leerlaufbereich erkannt; mit anderen Worten, die Steuerschaltung regelt die Position des Stößels weiter. Hierdurch läßt sich ein Fehlverhalten der Regelung verhindern, wenn die PI-Summe im Zwischenspeicher einen zu großen Wert enthält (bei Übergang Schub in Leerlauf würde das Stellglied zu weit anstellen).

Weiter vorn ist schon darauf hingewiesen worden, daß die Ansteuerung der Ventile des elektropneumatischen Stellgliedes elektrisch erfolgt, wobei ein unstetiges Verhalten erzielt wird. Zunächst sei darauf hingewiesen, daß, was weiter unten noch ausführlich erläutert wird, die zentrale Steuerschaltung auch ein Positionssignal oder Lagesignal bezüglich der Stößelstellung und damit, was für den Bereich Regelung gilt, auch der Position der Drosselklappe zugeführt erhält. Dieses Lagesignal ist ein Istwertsignal und wird von einem geeigneten Komparator oder Vergleicher der Steuerschaltung mit dem Sollwert verglichen, der sich als PI-Summe im Zwischenspeicher ergibt.

Die Darstellung der Fig. 5 zeigt in Form eines Diagramms, wie die Steuerschaltung das Stellglied 2 mit einem der Pulslängenmodulation angenäherten Verfahren ansteuert, um die gewünschte Positionierung oder Lage des Stößels 10 zu erreichen.

Im Bereich 0, der sich beispielsweise symmetrisch um den jeweiligen Lagesollwert S_Soll erstreckt, erfolgt keine Ansteuerung des Stellgliedes und beide Ventile sind geschlossen. Mit anderen Worten, der Stößel behält seine bisherige Istwertlage bei, so daß sich hier ein gewisser symmetrischer Totzonenbereich ergibt.

Im in Fig. 5 mit II gekennzeichneten Bereich, also bei zu großem Istwert des Stellgliedes, wird das evakuierende Ventil 2a mit einem Tastverhältnis a₂ angesteuert, welches mit zunehmender Entfernung vom Sollwert von a_{2 1}=0 bis a_{2 2} =100% quasi stetig ansteigt. Entsprechendes gilt für den Bereich I, bei welchem der Istwert der jeweiligen Lageposition des Stellgliedes zu gering ist und daher eine pulslängenmodulierte Ansteuerung des belüftenden Ventils 2b erfolgt.

Die Stellungserfassung der Stößellage erfolgt entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung vorliegender Erfindung entweder durch einfache Rückführung eines abgegriffenen Potentiometerpotentials, welches seinerseits von der Stößelposition verstellt wird. Bei digitaler Ausbildung der Steuerschaltung kann die Stellungserfassung mit Hilfe eines Digital-Analog-Wandlers vorgenommen werden, der in Fig. 7 mit 9 bezeichnet ist. Der Digital-Analog-Wandler fragt die auch hier verwendbare Potentiometerspannung (entsprechend Stellgliedposition) über Schwellen ab. Das Potentiometer, welches seine Verstellung vom Stellglied bzw. dem Stößel erfährt, ist in Fig. 7 mit 15 bezeichnet.

Die Darstellung der Fig. 6 zeigt in Diagrammform genauer, was gemeint ist. Einmal pro Taktzeitraum oder bei Verwendung eines Mikrocomputers einmal pro Programmschleifendurchlauf wird über zwei Schwellen, nämlich eine obere Schwelle A und eine untere Schwelle B, abgefragt, ob sich die Potentiometerspannung oberhalb, innerhalb oder unterhalb der Schwellen befindet; entsprechend werden dann die beiden Ventile 2a, 2b des Stellgliedes angesteuert. Die beiden Schwellen werden, wie die Fig. 6 zeigt, mit einer Sägezahn- oder Dreiecksform überlagert, d. h., sie verlaufen sägezahnförmig, so daß sich unmittelbar durch Vergleich mit dem Istwert am Potentiometer ein gepulster Ausgangs-Differenzwert ergibt, der für jeweils unterschiedliche Istwertpositionen - und gegebenenfalls entsprechende Abweichung vom Sollwert - zu gepulsten Ansteuersignalen mit unterschiedlicher Impulsdauer führt.

Die Darstellung der Fig. 6a zeigt bei C den Lagesollwert entsprechend der PI-Summe etwa im Zwischenspeicher. Die beiden vom Digital-Analog-Wandler herrührenden Schwellenverläufe sind sinnvollerweise symmetrisch um diesen Sollwert C nach oben und unten angeordnet, so daß sich dann, wenn der Lage-Istwert mit dem Sollwert C identisch ist, keine Überschneidungen des hier zunächst als horizontal verlaufend angenommenen Istwertes mit den Sägezahnimpulsen der Schwellen A und B ergeben.

In der Darstellung der Fig. 6a sind nun drei verschiedene Istwertverläufe angenommen, nämlich ein oberer Istwertverlauf D, ein unterer Istwertverlauf E und ein schräg ansteigender Istwertverlauf F, der sich hierdurch allmählich dem gewünschten Sollwert C annähert. Für den Fall einer Übereinstimmung von Sollwert C mit Istwert sind beide Ventile 2a und 2b des Stellgliedes 2 geschlossen. Es erfolgt keine Beeinflussung oder Änderung der Stößelposition.

Ist der Istwert dauernd zu hoch, wie sich dies dem langgestrichelten Verlauf der Kurve D im Diagramm der Fig. 6 entnehmen läßt (sämtliche Verläufe sind über der Zeit t dargestellt), dann führt dies zu Überschneidungen mit dem Sägezahnverlauf der oberen Schwelle A und entsprechend zu in Fig. 6b dargestellten Ansteuerimpulsen für das evakuierende Ventil. Diese Ansteuerimpulse weisen bei diesem Ausführungsbeispiel eine konstante Dauer jeweils auf, was jedoch nicht immer vorausgesetzt werden kann.

Die Diagrammdarstellungen der Fig. 6b bis 6d zeigen jeweils übereinander zwei mögliche Kurvenverläufe über der Zeit auf, wobei das obere Diagramm stets für die Ansteuerung des evakuierenden Ventils und der untere Verlauf jeweils für die Ansteuerung des belüftenden Ventils gilt.

Muß von einem Istwertverlauf entsprechend Kurve D in Fig. 6a ausgegangen werden, dann läßt sich der zugeordneten Darstellung der Fig. 6b entnehmen, daß das belüftende Ventil überhaupt nicht angesteuert wird, d. h., stets geschlossen bleibt, während dem evakuierenden Ventil entsprechend dem oberen Kurvenverlauf die Ansteuerimpulse zugeführt werden, bei deren Vorhandensein das evakuierende Ventil jeweils in seine Offenstellung überführt wird. Man erkennt, daß durch Ansteuerung des evakuierenden Ventils eine Zurücknahme (Einfahren) der Stößellage erfolgt, so daß der Istwertverlauf entsprechend Kurve D in Fig. 6a nach unten abzufallen beginnt (dies ist in den dargestellten Kurven nicht gerzeigt). Man erkennt aber auch, daß ein allmähliches Verlagern des Istwert-Kurvenverlaufes D nach unten die Dauer der Ansteuerimpulse verkürzt, so daß die Überdeckungszeiträume mit der Sägezahnschwelle A kürzer werden.

Nimmt man einen Istwert-Kurvenverlauf entsprechend E (kurzgestrichelter Verlauf) an, dann ist der Istwert zu niedrig, und der Stößel 10 muß stärker ausgefahren werden. Da der Istwert E von der vorgegebenen Sollwertlage noch stärker abweicht als der vorher angenommene Istwert D, sind in diesem Fall auch die sich aus der Überdeckung mit der unteren Sägezahnschwelle B ergebenden Zeiträume größer, und entsprechend dem Verlauf der Fig. 6c ergeben sich auch längere Ansteuerimpulse für das belüftende Ventil, während das evakuierende Ventil nicht angesteuert wird und daher geschlossen bleibt.

Die Fig. 6d ist dem allmählich ansteigenden Istwertverlauf der strichpunktierten Kurve F in Fig. 6a zugeordnet; man erkennt, daß sich der Istwert F allmählich dem gewünschten Sollwert C annähert, und daher werden in diesem Fall auch die Ansteuerimpulse für das belüftende Ventil immer geringer.

Zur Temperaturerfassung kann der weiter vorn schon erwähnte Digital-Analog-Wandler 9 gleichfalls ausgenutzt werden, wobei auch hier ein Zähler mit jedem Taktimpuls des der Steuerschaltung 1 eigenen Oszillators oder Taktgebers bzw. mit jedem Programmschleifendurchlauf bei einem Mikrocomputer erhöht wird; dieser Zählerstand wird auf den Digital-Analog- Wandler gegeben; wegen der Doppelausnutzung versteht es sich, daß dies zur Lageerfassung des Stößels und zur Temperaturerfassung zeitlich versetzt, beispielsweise in einem Multiplexverfahren, erfolgt. Es ist ein Komparator 11 vorgesehen (siehe Fig. 7), dessen einem Eingang ein analoges Temperatursignal von einem geeigneten Widerstandsnetzwerk zugeführt wird. Dieses Widerstandsnetzwerk enthält mindestens einen NTC- odr PTC-Widerstand zur Temperaturerfassung, der sich in einem wärmeleitenden Kontakt mit geeigneten Teilen der Brennkraftmaschine, etwa dem Kühlwasser, befindet. Da dem Komparator 11 an seinem anderen Eingang ständig eine zählerproportionale Spannung, also eine ansteigende Spannung vom Digital-Analog-Wandler zugeführt wird, wird der Komparator 11 dann ein Signal abgeben, wenn die zählerproportionale Spannung der zentralen Steuerschaltung 1 die temperaturabhängige Spannung überschreitet. In diesem Moment entspricht der letzte Zählerstand dem am Komparator anliegenden Temperaturwert, so daß er ein Maß für den Temperaturbereich ist, in welchem die Brennkraftmaschine arbeitet. Dieser Zählerstand wird gespeichert, was aufgrund des Komparatorausgangssignals als Übernahmesignal in einen Speicher ohne weiteres möglich ist, und zur Temperaturauswertung herangezogen. Gleichzeitig kann der Zähler wieder rückgesetzt werden, um so auch Temperaturänderungen erfassen zu können.

Bezüglich der Schubpositionierung des Stößels 10 sind zwei Varianten möglich. Entsprechend dem weiter vorn Gesagten, wird bei Schubdrehzahlen das Stellglied zurückgefahren. Dies kann so geschehen, daß

a) das evakuierende Ventil 2a ständig geöffnet wird, was jedoch dazu führt, daß sich infolge des hohen Unterdrucks im Stellglied beim Anstellen einer Ansprechverzögerung des Stellgliedes bei Verlassen des Schubbereiches ergibt, da das vorhandene Vakuum erst verringert werden muß, bevor eine Wegauslenkung überhaupt möglich ist. Es könnte sich daher eine zweite Variante dahingehend anbieten, daß
b) das Stellglied lediglich in eine zurückgeführte Position gesteuert wird, die vor einem mechanischen Anschlag liegt und bei welcher daher das evakuierende Ventil nur so lange geöffnet ist, bis diese rückgenommene Position erreicht ist. Anschließend ist das evakuierende Ventil wieder geschlossen, so daß sich die Umsteuerung in den Regelbereich dann mit kürzesten Erholzeiten durchführen läßt. Der sich hierdurch ergebende Verlust an Stellweg ist geringfügig.

Zu dem Funktionsablauf Teillast bzw. zur Übergangsfunktion von Teillast in Leerlauf kann in vorteilhafter Ausgestaltung noch folgende Variante realisiert werden. Das Stellglied wird der Hauptdrossel bis zur Anlage durch Setzen des Integrators nachgefahren, d. h., daß bei dieser Variante der Integrator bei Betätigen der Hauptdrossel im Teillastbereich nicht angehalten wird. Ergibt sich dann der Übergang von Teillast in den Leerlauf, dann wird das Stellglied geregelt zurückgestellt bis zum Erreichen der Leerlaufdrehzahl. Man erzielt hierdurch den Vorteil, daß Drehzahleinbrüche beim Übergang von Teillast in den Leerlauf vermieden werden, wenn vorher im Teillastbereich das Lastdrehmoment des Motors erhöht wurde, beispielsweise durch Einschalten von Verbrauchern, einer Klimaanlage u. dgl.; diese Lösung ist auch für Kraftfahrzeuge mit Automatikgetriebe vorteilhaft.

Eine weitere mögliche Variante zum Übergangsverhalten von Schub in Leerlauf ergibt sich entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung vorliegender Erfindung dadurch, daß der Integrator über einen D-Anteil gesetzt und anschließend die Regelung freigegeben wird. Den D-Anteil gewinnt man durch Differenzieren des Drehzahlsignals, wobei sich ein großer D-Anteil dann ergibt, wenn die Drehzahl-Sinkgeschwindigkeit ebenfalls groß ist. Hierdurch erzielt man eine durch Drehzahl-Sinkgeschwindigkeit proportionale Anstellung des Stellgliedes über den Integrator. Der Vorteil liegt darin, daß man über die bei großen Lastdrehmomenten größere Drehzahl-Sinkgeschwindigkeit ein stärkeres Anstellen des Stellgliedes und damit ein besseres Abfangen der Drehzahl erreicht. Auch dies ist für Kraftfahrzeuge mit Automatikgetriebe vorteilhaft, da das Lastmoment des Drehmomentwandlers stark von der Vorgeschichte abhängt.

Im Teillastbereich wird das Stellglied drehzahlgesteuert geführt, wobei auch der Drehzahl- Sollwert beeinflußt und der Istdrehzahl nachgeführt wird. Bei Übergang in den Bereich Leerlauf wird dann der nachgeführte Drehzahl-Sollwert nach einer vorgegebenen Zeitfunktion bis zum eigentlichen Sollwert verringert mit der Folge, daß die Drehzahl über diese Zeitfunktion geregelt heruntergeführt wird.

In Fig. 8 ist schließlich noch ein mögliches Ausführungsbeispiel aus einer Vielzahl von denkbaren Formen für die Realisierung der zentralen Steuerschaltung 1 dargestellt; bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine überwiegend digitale Arbeitsweise vorausgesetzt; wobei die schon in Fig. 7 gezeigten Schaltungskomponenten die gleichen Bezugszeichen aufweisen. In Fig. 8 ist der Taktgenerator mit 20 bezeichnet; zur Drehzahlerfassung wird ein Zähler 21 mit den Zählimpulsen des Taktgenerators 20 beaufschlagt und jeweils dann über das Kippglied 7 bei Eintreffen eines Zündimpulses rückgesetzt; gleichzeitig ergeht vom Kippglied 7 über die Verbindungsleitung 22 ein Übernahmeimpuls an ein dem Zähler 21 nachgeschaltetes Übernahmegatter 23, so daß sich im Übernahmegatter oder Zwischenspeicher 23 jeweils ein Zählerstand befindet, der der Periodendauer der Istdrehzahl entspricht. Es ist nun möglich, den Zählerstand im Zwischenspeicher 23 entweder mittels eines Digital-Analog-Wandlers in eine Spannung umzuwandeln und diese Spannung dann durch Vergleich und Differenzbildung mit einer Konstanten oder gegebenenfalls auch durch andere Randbedingungen noch beeinflußten und insoweit geführten Sollwertspannung zu vergleichen und die sich hierdurch ergebende Drehzahl-Regelabweichung mit Hilfe eines Regelverstärkers mit P- und I-Anteilen entsprechend dem in den Fig. 1a, 1b schon gezeigten und weiter vorn erläuterten Regelverhalten weiterzuverarbeiten zur Gewinnung eines Lage-Sollwerts bezüglich des Stellgliedes.

Arbeitet man hier digital weiter, dann ist der Zählerstand im Zwischenzähler 23 mit einem Sollzählerstand in einem in Fig. 8 nicht gesondert dargestellten Register zu vergleichen, in welches der Sollwert der Drehzahl eingegeben wird. Dieser Vergleich kann durch Auszählen jeweils des Zwischenspeichers 23 und des Registers oder eines diesem jeweils nachgeschalteten Übernahmezählers mit hohem Takt erfolgen, so daß sich eine Zählerdifferenz ergibt, die dann jeweils getrennt bezüglich des P-Anteils und des I-Anteils weiterverarbeitet wird durch Zuführung zu entsprechenden digitalen Schaltungskomponenten, die die Funktionsweise aufweisen, wie in Fig. 1a und 1b dargestellt. In der Darstellung der Fig. 8 ist der die Differenzbildung mit einer Solldrehzahl durchführende Block allgemein mit 24 bezeichnet; die beiden nachgeschalteten Blöcke 25 und 26 sind jeweils für die Bearbeitung der Drehzahldifferenz verantwortlich. Die sich an den Ausgängen des P-Blocks 25 und des I-Blocks 26 ergebenden Binärwörter werden parallel einem Zwischenspeicher 27 und dem Ausgabespeicher 28 zugeführt, deren Zählerstand in Addition des P-Anteils und des I-Anteils dann der PI-Summe der Sollage des Stellgliedes entspricht.

Zur Bildung der Schwellen A und B, mit denen der am Potentiometer 15 erfaßte Lage-Istwert des Stößels 10 gewonnen und dem einen Eingang eines nachgeschalteten Komparators 12 zugeführt wird, kann so verfahren werden, daß mit hohem Takt ein erster Zähler 29 und ein zweiter Zähler 30 jeweils für die Bildung der oberen Schwelle bzw. der unteren Schwelle angesteuert werden. Unterschiedlich bei den beiden Zählern 29 und 30 sind jedoch jeweils die Anfangsbedingungen, die ausgehend von der PI-Summe für die Sollage im Ausgabespeicher 28 über unterschiedliche vorgeschaltete Setzregister 31 und 32 mit Anfangswerten jeweils gesetzt werden, die symmetrisch zur PI-Summe der Sollage liegen. Jeweils bei Erreichen eines vorgegebenen Zählerstands der Zähler 29 und 30 werden diese rückgesetzt, wozu beliebige Mittel vorgesehen sein können, auf die nicht weiter eingegangen zu werden braucht. Es ergeben sich daher an den Ausgängen der Zähler schnell ändernde Zählerstände, die über eine nachgeschaltete Umschalteinrichtung 33 dem einen, weiter vorn schon erwähnten Digital-Analog- Wandler 9 zugeführt werden, oder, falls gewünscht, auch separaten Analog-Digital-Wandlern. Der Umschalter 33 kann eine gemultiplexte Ansteuerung durchführen. Das Ausgangssignal des Digital-Analog-Wandlers sind dann die sägezahnartig verlaufenden Schwellspannungen A und B, mit denen der am Potentiometer 15 effektiv abfallende Istwert der Stellgliedlage am Komparator 12 verglichen wird. Man erkennt, daß am Ausgang des Komparators unmittelbar die in den Fig. 6b bis 6d dargestellten Impulsfolgen abfallen, wobei es sich versteht, daß dieser Ausgang durch eine synchron zur Umschalteinrichtung 33 arbeitende Umschalteinrichtung selektiv jeweils auf die ausgangsseitig angeordneten Endstufen 4a, 4b gegeben werden, damit die nachgeschalteten Ventile entsprechend Vorzeichen richtig angesteuert werden können.

In gleicher Weise läßt sich mit Hilfe eines weiteren Zählers 34 die Gewinnung des Temperatursignals durchführen; das Ausgangssignal des Komparators 11 wird dann rückgeführt und triggert einen Übernahmespeicher, der in Fig. 8 nicht dargestellt ist und den aktuellen Zählerstand des Temperaturzählers 24 übernimmt. Man gewinnt so weiterhin ein Temperatursignal, welches beispielsweise dazu benutzt werden kann, entsprechende Sollwertveränderungen zu bewirken. So läßt sich über dieses Temperatursignal, welches beim Ausführungsbeispiel der Fig. 8 als binäres Wort vorliegt, etwa der in einem Register gesetzte Drehzahl-Sollwert entsprechend einer gewünschten Funktion verändern, so daß bei kalter Maschine mit einem höheren Drehzahl-Sollwert gearbeitet werden kann.

In Fig. 8 ist schließlich noch ein weiterer Zähler 35 dargestellt zur Gewinnung des Anlagesignals der Hauptdrossel; diesem Zähler werden an seinen Eingängen 35a, 35b jeweils Aufwärts- und Abwärtszählsignale zugeführt entsprechend der Position des Drosselklappenschalters, also entweder log 0 oder log 1. Sobald der Zähler 35, wie weiter vorn schon erläutert, einen Maximal- oder einen Minimalwert erreicht hat, wird hierdurch ein nachgeschalteter Zwischenspeicher 36 gesetzt oder rückgesetzt. Dieser Zwischenspeicher kann ein bistabiles Glied sein und sein Ausgang zeigt dann die jeweilige Position der Drosselklappe, Anlage am Stellglied oder nicht, an. Das Ausgangssignal des Zwischenspeichers gelangt über eine Verbindungsleitung 37 zunächst auf den Regelverstärker mit P-Anteil und I-Anteil. Ist die Hauptdrossel beispielsweise betätigt, dann wird, wie weiter vorn schon erwähnt, durch dieses Ausgangssignal der Integrator angehalten und der Proportional- Regelverstärker für die Drehzahldifferenz blockiert. Mit der in Fig. 8 gezeigten Schaltung lassen sich die weiter vorn schon erwähnten Funktionsabläufe ohne weiteres durchführen; hierzu dient hauptsächlich das Ausgangssignal des Zwischenspeichers 36 für das Signal "Anlage Drossel". Bezüglich der Verarbeitung des effektiven Istwert-Drehzahlsignals im Zwischenspeicher 23 sind noch weitere Vergleichsspeicher vorgesehen, die in Fig. 8 nicht dargestellt sind und dazu dienen, daß die weiter vorn erwähnten Funktionen bezüglich der Funktionsbereiche und der Übergangsfunktion erfüllt werden. So kann vom Ausgang eines ersten Vergleichsspeichers dann, wenn die Istdrehzahl im Speicher 23 der Anlaßdrehzahl entspricht, unmittelbar das belüftende Ventil 2b im Stellglied 2 angesteuert werden, wodurch der Stößel 10 ganz ausgefahren wird. Ergeben sich Schubphasen, dann dient ein weiterer Vergleichsspeicher, in welchen die Grenzdrehzahl für den Schubbetrieb gesetzt ist, dazu, auch hier wieder unter Umgehung des Regelbetriebs, das Stellglied zurückzufahren, nämlich beispielsweise durch unmittelbare Ansteuerung des evakuierenden Ventils 2a. Es läßt sich unschwer erkennen, daß sich auf diese Weise sämtliche Arbeitsbereiche und Übergangsfunktionen realisieren lassen. Lediglich als Beispiel sei noch auf die Übergangsfunktion vom Schub in den Leerlauf eingegangen. Ergibt sich ein Anlagesignal der Hauptdrosselklappe durch entsprechende Umschaltung des Zwischenspeichers 36, dann veranlaßt dessen Ausgangssignal eine Umschaltung der Eingänge der Zähler 29 und 30 bzw. deren Setzregister 31 und 32 auf den Zwischenspeicher 27, um die dort gespeicherte PI-Summe für die Stellgliedansteuerung zu übernehmen. Gleichzeitig kann ein Zähler angeworfen werden, der bis zum Erreichen seines Maximalwerts die Verzögerungszeit t_vs bestimmt und dann die Rückschaltung auf den Ausgabespeicher 28 bewirkt, gleichzeitig mit der Freigabe der Regelung. Um gegebenenfalls die kurzzeitige Füllungserhöhung zu bewirken (Vermeidung von Drehzahleinbrüchen) können in den Setzregistern 31 und 32 für einen Übergangszeitraum unterschiedliche, erhöhte Anfangswerte eingegeben werden. Da es sich hier um für einen Fachmann geläufige Maßnahme handelt, braucht hierauf nicht weiter eingegangen zu werden.

Es wird noch darauf hingewiesen, daß in den Fig. 2, 3 und 4 mit S der Weg des Stellglieds bezeichnet ist, während am Punkt G des Kurvenverlaufs in den Fig. 2 und 4 jeweils Freigabe der Regelung erfolgt. In Fig. 2 ist weiterhin mit H der letzte Wert im Leerlauf bezeichnet; zum Zeitpunkt t₀ ergibt sich der Übergang von Schub in Leerlauf. Desgleichen erfolgt beim Diagramm der Fig. 4 zum Zeitpunkt t₁ der Übergang vom Teillastbereich in den Leerlauf über die dort noch vorgesehene weitere Zeitverzögerung t_VT.

Claims

1. Verfahren zur Regelung der Drehzahl einer Brennkraftmaschine mit Drosselklappe im Ansaugkanal im Leerlauf und/oder im leerlaufnahen Bereich, wobei ein die Drehzahl repräsentierendes Istwertsignal und ein Drehzahlsollwertsignal zur Bildung einer Drehzahlabweichung ausgewertet werden und ein auf die Drosselklappe einwirkendes Stellglied entsprechend angesteuert wird und wobei außerhalb des Leerlaufbereichs das Stellglied drehzahlgesteuert geführt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß im Leerlaufzustand die Drehzahlabweichung des Istwertsignals vom Leerlauf-Drehzahlsollwertsignal einem Regler mit Proportional- und Integral-Anteil zugeführt wird, der abhängig von der Drehzahlabweichung einen Lagesollwert bildet, dieser Lagesollwert nach Vergleich mit einem Lageistwert des Stellglieds zu dessen Ansteuerung verwendet wird, und
diese Regelung im Leerlaufzustand zwischen einer unteren und einer oberen Drehzahlschwelle bei vorhandenem Drosselklappen-Anlagesignal vorgenommen wird,
daß außerhalb des Leerlaufzustandes eine Steuerung des Stellglieds vorgenommen wird bei gleichzeitiger Nachführung des Drehzahlsollwerts in bezug auf den Drehzahlistwert,
und daß beim Übergang in den Leerlaufzustand der nachgeführte Drehzahlsollwert nach einer vorgegebenen Zeitfunktion auf den Leerlauf- Drehzahlsollwert zurückgeführt und danach die Regelung im Leerlaufzustand aufgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter Berücksichtigung eines Totzonenbereichs um den Leerlauf-Drehzahlsollwert, innerhalb welchem von dem Proportional- und Integral-Anteil des Reglers keine Ausgangssignale erzeugt werden, jeweils Proportionalanteile und Integratorlaufgeschwindigkeiten gebildet werden, die nur jeweils für bestimmte Drehzahlteilbereiche um den Leerlauf- Drehzahlsollwert konstant sind derart, daß sich bezüglich der Proportional- und der Integral-Anteile von dem Leerlauf-Drehzahlsollwert ausgehend treppenartig abgestufte, jeweils konstante Proportional- Anteile und Integral-Anteile für das Proportional-Integral- Gesamtregelverhalten ergeben.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelverstärkung zusätzlich zur Gewinnung von unstetigen Proportional- und Integralanteilen asymmetrisch ausgebildet ist, bezogen auf nach unten oder oben mögliche Abweichungen von der Leerlauf-Solldrehzahl.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Leerlaufzustandes bei den Betriebsarten Anlassen, Teillast sowie Schub die Regelung abgeschaltet und die Lage des mit der Drosselklappe in körperlichem Kontakt stehenden Teils durch ledigliche Steuerung des Stellgliedes bestimmt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Regelung im Leerlauf herrührende, dem Lagesollwert des Stellgliedes entsprechende Proportional-Integral- Summe in einem Zwischenspeicher kontinuierlich gespeichert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein in dem Zwischenspeicher über eine bestimmte Zeit gemittelter Wert der Proportional- Integral-Summe bezüglich des Lagesollwerts des Stellgliedes in einen Ausgabespeicher übernommen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Betätigung der Drosselklappe (über das Gaspedal) kein Drosselklappen-Anlagesignal erfaßt wird und für den nunmehr vorliegenden Funktionsbereich Teillast der Integrator angehalten und zur weiteren Stellgliedansteuerung die letzte im Zwischenspeicher vorhandene Proportional-Integral-Summe als Lagesollwert übernommen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erkennen von Schubphasen (n<n_Schub) das Stellglied auf einen Anschlag zurückgefahren wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erkennen des Betriebszustandes Anlassen das Stellglied vollständig ausgefahren sowie die Brennkraftmaschinentemperatur erfaßt und zum Setzen von Anfangswerten bezüglich des Integratorstands sowie der Proportional- Integral-Summe für den Lagesollwert im Ausgabespeicher und Zwischenspeicher verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung des Drehzahl-Istwertsignals die Zeit zwischen zwei synchron zur Motorumdrehung auftretenden Impulsen (Zündimpulse; Totpunktgeberimpulse) dadurch gemessen wird, daß ein Zähler mit Zählimpulsen beaufschlagt wird, wobei der aktuelle Zählerstand jeweils bei Auftreten eines zur Motorumdrehung synchronen Impulses in einen Speicher übernommen wird bei gleichzeitiger Rücksetzung des Zählers.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei Organisierung der Regelung in einer Programmschleife einer zentralen Steuereinrichtung die Programmschleife mit konstanter Laufzeit verwendet und zur Abfrage eines von synchron mit der Motorumdrehung auftretenden Impulsen getriggerten Zwischenspeichers benutzt wird, wobei ein Zähler bei jedem Schleifendurchlauf erhöht wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entprellung eines Drosselklappenschalters zur Erfassung des Drosselklappen-Anlagesignals ein Zähler je nach dem Anlagesignal aufwärts- oder abwärtsgezählt wird, wobei bei Erreichen jeweils des Maximal- bzw. des Minimalwerts ein Zwischenspeicher gesetzt bzw. rückgesetzt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß beim Übergang vom Betriebszustand Schub in Leerlauf für eine vorgegebene Zeit (t_vs) die im Zwischenspeicher befindliche Proportional-Integral-Summe für den Lagesollwert zur Stellgliedansteuerung ausgegeben wird, derart, daß das Stellglied die letzte Position im Leerlaufbereich annimmt vor Freigabe der Regelung nach Zeitablauf.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgabewert der Stellgliedsteuerung für einen kurzen Zeitraum (t_a) ein konstanter Wert addiert wird, derart, daß sich eine kurzzeitige Füllungserhöhung zur Vermeidung von Drehzahleinbrüchen ergibt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß beim Übergang von Schub auf Teillast das Stellglied bei aufrechterhaltener Blockierung der Regelung nach Ablauf einer Übergangszeit (t_us) in der letzten Leerlaufbereichsposition aufrechterhalten bleibt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß beim Übergang von Teillast in den Leerlauf der Brennkraftmaschine das Stellglied für einen vorgegebenen Zeitraum (t_vt) in der letzten Teillastposition entsprechend dem letzten Lagesollwert vor Verlassen des Leerlaufbereichs aufrechterhalten wird, bevor die Regelung nach Zeitablauf freigegeben wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß beim Übergang von Leerlauf auf Schub bei nicht anliegender Drosselklappe auf Schubbereich und bei anliegender Drosselklappe weiterhin auf Leerlaufbereich erkannt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das elektropneumatisch mit einem belüftenden und einem evakuierenden Ventil ausgebildete Stellglied für jedes Ventil getaktet nach Art einer Pulslängenmodulation elektrisch angesteuert wird, wobei das Taktverhältnis der Ansteuerimpulse mit zunehmender Entfernung des Lageistwertes des Stellglieds vom durch die Proportional- Integral-Summe gebildeten Lagesollwert quasi stetig ansteigt.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß nach oben und unten gegen den der Proportional-Integral-Summe entsprechenden Lagesollwert versetzt einer allgemeinen Sägezahn- oder Dreiecksform folgende Schwellen-Vergleichsspannungen erzeugt und dem einen Eingang eines Komparators zugeführt werden, dessem anderen Eingang die mittels eines Weg/Spannungswandlers (Potentiometer) gewonnene Istwertspannung des Lageistwerts des Stellglieds zugeführt wird derart, daß sich am Ausgang des Komparators aus der Überlagerung der Sägezahnschwellen mit dem Lageistwert Ansteuerimpulse für die Stellgliedventile ergeben.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zur Temperaturerfassung ein Zähler mit Zählimpulsen oder bei jedem Programmschleifendurchlauf erhöht und der jeweils aktuelle Zählerstand nach Digital-Analog-Wandlung einem Vergleicher zugeführt wird, dessen anderem Eingang eine der Brennkraftmaschinentemperatur proportionale Spannung zugeführt ist derart, daß sich am Vergleicher ein Ausgangssignal dann ergibt, wenn die zählerproportionale Spannung gleich der temperaturabhängigen Spannung ist, so daß im Moment des Vergleicher-Ausgangssignals der Zählerstand als Maß für die Temperatur ausgewertet werden kann.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß im Betriebszustand Schubbereich der Brennkraftmaschine das evakuierende Ventil zur Bewirkung eines vollständigen Zurückfahrens des Stellglieds durch ständige Ansteuerung geöffnet bleibt.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß im Schubbereich das Stellglied in einer vor dem mechanischen Anschlag liegenden Position durch unterbrochene Ansteuerung des evakuierenden Ventils gehalten wird, derart, daß sich für die Stellglied-Normalfunktion kurze Erholzeiten ergeben.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei Teillast das Stellglied der Drosselklappe bis zur Anlage durch Setzen des Integrators nachgefahren wird, derart, daß beim Übergang Teillast in den Leerlauf eine geregelte Rückstellung des Stellglieds bis zum Erreichen der Leerlaufdrehzahl vorgenommen wird.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß beim Übergang von Schub in den Leerlaufbetrieb der Integrator über einen Differential-Anteil gesetzt und die Regelung anschließend freigegeben wird, derart, daß sich eine zur Drehzahl- Sinkgeschwindigkeit proportionale Anstellung des Stellglieds über den Integrator ergibt.

25. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 24 zur Regelung der Drehzahl einer Brennkraftmaschine mit Drosselklappe im Ansaugkanal im Leerlauf und/oder im leerlaufnahen Drehzahlbereich, mit einem Regler mit Proportional- und Integral- Anteil zur Erfassung der Drehzahlabweichung zwischen einem die Drehzahl repräsentierenden Istwertsignal und einem Drehzahlsollwertsignal und zur Ansteuerung eines mit der Drosselklappe in Wirkverbindung stehenden Stellglieds, mit einer zentralen elektrischen Steuerschaltung, deren Eingänge wenigstens ein Motordrehzahlsignal, ein Drosselklappen-Anlagesignal von einem Drosselklappenschalter, und ein Lageistwertsignal von einem Weg/Spannungs-Wandler bezüglich der Stellgliedposition zugeführt sind und an deren Ausgang das Stellglied angeschlossen ist, welches einen an der Drosselklappe anliegenden Stößel bewegt, wobei ferner Mittel vorgesehen sind, die das Stellglied außerhalb des Leerlaufzustandes drehzahlgesteuert führen,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Regler im Leerlaufzustand zwischen einer unteren und oberen Drehzahlschwelle bei vorhandenem Drosselklappen-Anlagesignal entsprechend der Drehzahlabweichung einen Lagesollwert bildet und diesen Sollwert nach Vergleich mit dem Lageistwert des Stellglieds (2) zu dessen Ansteuerung verwendet,
die Mittel zur Steuerung des Stellglieds (2) außerhalb des Leerlaufzustandes bei gleichzeitiger Nachführung des Drehzahlsollwerts in bezug auf den Drehzahlistwert wirksam sind,
und Mittel vorgesehen sind, die beim Übergang in den Leerlaufzustand den nachgeführten Drehzahlsollwert nach einer vorgegebenen Zeitfunktion auf den Leerlauf-Drehzahlsollwert zurückführen, wonach der Regler im Leerlaufzustand wieder wirksam wird.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß dem Proportional-Integral-Regler, der einen Proportional-Integral-Summen- Lagesollwert bildet, eine geregelte Ansteuerschaltung für das Stellglied (2) nachgeschaltet ist, die den ihr zugeführten Proportional- Integral-Summen-Lagesollwert mit dem Lageistwert des Stellglieds (2) vergleicht.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umwandlung des digital gebildeten Proportional-Integral-Summen-Lagesollwerts ein Digital-Analog-Wandler (9) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal einem Komparator (12) zugeführt ist, dessen anderer Eingang mit dem Weg/Spannungswandler (Potentiometer 10) für den Lageistwert verbunden ist, derart, daß die Ausgangsimpulse des Komparators (12) unmittelbar der Ansteuerung des Stellglieds (2) dienen.

28. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (2) elektropneumatisch ausgebildet ist mit einem evakuierenden Ventil (2a) zum Einfahren des an der Drosselklappe anliegenden Stößels (10) und eimem belüftenden Ventil (2b) zum Anstellen des Stößels (10).