DE3739805C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln der Drehzahl einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Vorrichtung zum Regeln der Drehzahl einer Brennkraftmaschine ist aus der DE-OS 32 38 189 bekannt. Diese bekannte Vorrichtung umfaßt eine Drehzahleinstell­ vorrichtung zur Lieferung eines Sollwertes für eine Soll-Ansaugluftrate der Brennkraftmaschine entsprechend der Abweichung einer Ist-Drehzahl der Maschine von einer Soll-Drehzahl der Maschine, ferner einen Ansaugluftrate­ sensor, der in einem Ansaugweg der Maschine liegt, um ein elektrisches Ausgangssignal entsprechend einem Ist-Wert für die Ansaugluftrate der Maschine zu liefern. Mit Hilfe einer Ansauglufteinstellvorrichtung wird ein Einstell­ signal entsprechend einem Wert erzeugt, der durch Inte­ grieren des Unterschiedes zwischen dem Ist-Wert für die Ansaugluftrate und dem Soll-Wert für die Ansaugluftrate erhalten wird. Mit Hilfe einer Steuerventilvorrichtung wird die Ansaugluftrate der Maschine im wesentlichen proportional zu dem Einstellsignal geändert, wobei eine Antriebsvorrichtung vorhanden ist zum Antrieb der Steuer­ ventilvorrichtung entsprechend dem Einstellsignal.

Grob gesprochen können die Faktoren, die die Motordreh­ zahl (l/min) beeinflussen, in eine primäre Gruppe klassi­ fiziert werden, in welcher die Motordrehzahl durch die Änderung des Leerlaufverlustes des Motors selbst oder durch eine Änderung des thermischen Motorwirkungsgrades beeinträchtigt wird, sowie in eine sekundäre Gruppe, in der die Motordrehzahl durch eine Änderung in der Ausbeute der Ansaugeinstellvorrichtung beeinflußt wird, die dazu dient, die Motordrehzahländerung nachzustellen, die durch die Faktoren der primären Gruppe veranlaßt wurde, oder in der die Motordrehzahl durch die Dichteänderung der in dem Motor angesaugten Luft beeinflußt wird.

In diesem Zusammenhang läßt sich der genannten DE-OS 32 38 189 ein Verfahren entnehmen, bei welchem die Ansaug­ lufteinstellvorrichtung durch ein Einstellsignal ge­ steuert wird, das entsprechend dem Unterschied zwischen einer tatsächlichen Motordrehzahl (U/min) und einer Motorsolldrehzahl (U/min) gebildet wird, oder durch ein Einstellsignal, das entsprechend dem Unterschied zwischen einer tatsächlichen Ansaugluftrate oder einem tatsäch­ lichen Ansaugdruck in der Ansaugleitung und deren oder dessen Sollwert ausgegeben wird, um die Motordrehzahl zu veranlassen, den Sollwert zu erreichen. Bei dem Verfahren wird das Einstellsignal (nämlich ein Drehzahl-Einstell­ signal), das auf dem Unterschied zwischen einer tatsäch­ lichen Motordrehzahl und einer Soll-Drehzahl beruht, in jenem Fall verwendet, wo die Motordrehzahl durch die Faktoren der primären Gruppe beeinflußt wird, und das andere Einstellsignal (nämlich ein Ansauglufteinstell­ signal), das auf einem Wert basiert, der durch Integra­ tion des Unterschiedes zwischen einer tatsächlichen An­ sauggeschwindigkeit oder einem tatsächlichen Ansaugdruck in der Ansaugleitung und deren oder dessen Istwert er­ halten wird, in jenem Fall verwendet, wo die Motordreh­ zahl durch die Faktoren der zweiten Gruppe beeinflußt wird. Daher versteht es sich von selbst, daß bei dem Verfahren die Motordrehzahlregelung genau und schnell arbeiten kann, verglichen mit einem Verfahren, bei wel­ chem die Motordrehzahl nur zur Rückkopplung verwendet wird.

Bei dem vorausgehend beschriebenen, bekannten Verfahren wird eine Ansaugluftrate-Regelschleife verwendet, um einen bei der Drehzahlregelvorrichtung auftretenden inhärenten Fehler selbstätig zu korrigieren, wobei deren Ansprechen sehr viel höher als jenes der Drehzahl-Regel­ schleife sein sollte. Jedoch führt die hohe Ansprechbar­ keit der Ansaugluftrate-Regelschleife zu folgenden Schwierigkeiten: Wird die Motordrehzahl infolge irgend­ einer Störung anormal verringert, so wird die Ansaugluft­ rate des Motors rasch erniedrigt, und entsprechend wird das Ansaugluftrate-Regelsignal rasch erhöht. Ist die Motordrehzahl anormal niedrig, so hängt die Ansaugluft­ rate von der Motordrehzahl ab. Daher ist es unmöglich, selbst wenn das Ansaugluftrate-Regelsignal erhöht wird, die Ansaugluftrate zu vergrößern. Infolgedessen wird, während das Ansaugluftrate-Regelsignal erhöht wird, der Motor schließlich angehalten.

Werden bei erneut gestartetem Motor die Drehzahl-Regel­ schleife und die Ansaugluftrate-Regelschleife aktiviert, so hat sich das Ansaugluftrate-Regelsignal auf einen extrem großen Wert erhöht. Infolgedessen ist die Ansaug­ luftrate extrem hoch und entsprechend wird die Motordreh­ zahl anormal erhöht. Anschließend stellt sich die Motor­ drehzahl auf einen normalen Wert ein.

Aus der DE-OS 33 27 376 und der DE-OS 33 23 868 ist es in Verbindung mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung der Stellung einer Drosselklappe im Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine bekannt, nach dem Abstellen einer Brennkraftmaschine eine Steuerventilvorrichtung (z. B. Drosselklappe) in eine für das Starten geeignete Stellung zu bringen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zum Regeln der Drehzahl einer Brenn­ kraftmaschine der angegebenen Gattung zu schaffen, die die Einstellung bzw. Regelung der Maschinendrehzahl rasch vornehmen kann und die verhindern kann, daß sich die Motordrehzahl anormal ändert, wenn der Motor erneut ge­ startet wird, nachdem die Motordrehzahl anormal verrin­ gert wurde.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kenn­ zeichnungsteil des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildun­ gen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 10.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispiels unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläu­ tert, deren einzige Figur eine erläuternde Darstellung, teilweise als Blockschaltbild, einer Vorrichtung zum Re­ geln der Drehzahl einer Brennkraftmaschine mit Merkmalen nach der Erfindung zeigt.

In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen (1) eine Brennkraftmaschine, an die eine Ansaugleitung (2) angeschlossen ist. Eine Drosselklappe (3) ist in der Ansaugleitung (2) in einer vorgegebenen Lage angebracht. Die Drosselklappe (3) dient zur Steuerung der Umdrehungen pro Minute gemäß einer an der Maschine liegenden Last. Nebenschlußleitungen (91, 92) sind an die Ansaugleitung (2) an beiden Seiten der Drosselklappe (3) angeschlossen. Die Nebenschlußleitungen (91, 92) werden durch ein Magnetventil (8) verbunden, das eine lineare Kennlinie aufweist. Das Magnetventil (8) wird durch den Ausgang einer Antriebseinheit (7) angetrieben.

Andererseits ist ein Zahnrad (41) mit der Brennkraftmaschine (1) gekoppelt. Das Zahnrad (41) wird in Verbindung mit dem Umlauf der Brennkraftmaschine (1) betrieben. Die Drehung des Zahnrades (1) wird durch einen Umdrehungssensor (42) erfaßt. Das heißt, der Umdrehungssensor (42) erfaßt die Drehung des Zahnrades (41), um die Drehzahl (n _e ) der Maschine an einen Fehlerverstärker (61) zu übertragen. Das Ausgangssignal (n _t ) eines Soll-Drehzahlgenerators (5) wird ebenfalls dem Fehlerverstärker (61) zugeführt. Der Fehlerverstärker (61) berechnet den Fehler (Δ n) zwischen dem Ausgangssignal (n _e ) des Umdrehungssensors (42) und dem Ausgangssignal (n _t ) des Soll-Drehzahlgenerators (5) und führt ihn einer Drehzahleinstellvorrichtung (62) zu. Der Soll-Drehzahlgenerator (5) soll einen Sollwert liefern, nämlich eine Soll-Leerlaufdrehzahl entsprechend den verschiedenen Betriebszuständen, wie beispielsweise der Maschinentemperatur. Die Drehzahleinstellvorrichtung (62) empfängt das Ausgangssignal des Fehlerverstärkers (61) und liefert ein Geschwindigkeitseinstellsignal, so daß der Fehler (Δ n) durch Proportionieren, Integrieren oder Differenzieren beseitigt wird.

Das Ausgangssignal der Drehzahleinstellvorrichtung (62) ist die Soll-Ansaugluftrate (QT) der Maschine, die einem Fehlerverstärker (111) zugeführt wird, dem eine von einem Ansaugluftratesensor (10) gelieferte Ansaugluftrate (Qe) zugeführt wird.

Der Ansaugluftratesensor (10) hat eine hohe Ansprechbarkeit und ist mit der Ansaugleitung verbunden. Der Fehlerverstärker (111) berechnet den Fehler (Delta Q) zwischen der Soll-Ansaugluftrate (QT), die von der Drehzahleinstellvorrichtung (62) geliefert wird, und der Ansaugluftrate (Qe), die vom Ansaugluftratesensor (10) geliefert wird, und führt ihn einer Ansauglufteinstellvorrichtung (112) zu. Bei Empfang des Fehlers (Δ Q) gibt die Ansauglufteinstellvorrichtung (112) ein Ansauglufteinstellsignal ab, so daß der Fehler (Δ Q) durch Integrieren beseitigt wird. Das Signal wird der Antriebseinheit (7) zugeführt.

Die Antriebseinheit (7) liefert dem Magnetventil (8) ein Antriebssignal zur Steuerung des Öffnungsbereiches des Magnetventils (8).

Andererseits wird das Ausgangssignal des Umdrehungssensors (42) ferner einem Detektor (113) für anormale Drehzahl zugeführt, der an die Ansauglufteinstellvorrichtung (112) gekoppelt ist.

Es wird nunmehr die Betriebsweise der auf diese Weise aufgebauten Drehzahlregelvorrichtung für eine Brennkraftmaschine beschrieben.

Die Drehzahleinstellvorrichtung (62) arbeitet entsprechend dem ihr zugeführten Fehler (Δ n), um ein Ausgangssignal zu erzeugen. Wie vorausgehend beschrieben wurde, wird die Drehzahl-Einstellvorrichtung (62) betrieben, um die Soll-Ansaugluftrate der Brennkraftmaschine (1) in Verbindung mit der Drehzahl der Maschine und der Soll-Drehzahl derselben zu liefern. Die Drehzahl-Einstellvorrichtung (62) liefert ihr Ausgangssignal, um den Fehler (Δ n) zu verringern, der vom Fehlerverstärker (61) ausgegeben wird, und daher ist das Ausgangssignal eingestellt, wenn der Fehler (Δ n) minimiert ist.

Wie vorausgehend beschrieben wurde, wird das Ausgangssignal der Drehzahl-Einstellvorrichtung (62) als Soll-Ansaugluftrate (QT) der Brennkraftmaschine (1) verwendet und dem Fehlerverstärker (111) zugeführt, der das Ausgangssignal (Qe) des Ansaugluftratesensors (10) erhält. Im Fehlerverstärker (111) wird der Fehler (Delta Q) zwischen dem Ausgangssignal (Qe) und der Soll-Ansaugluftrate (QT) erhalten. Der Fehler (Δ Q) wird der Ansaugluft-Einstellvorrichtung (112) zugeführt. Die Ansaugluft-Einstellvorrichtung (112) wird entsprechend dem Fehler (Δ Q) betrieben, um ein Ausgangssignal zu liefern. Dieses Ausgangssignal ist ein Signal, das durch Integrieren des Unterschiedes zwischen der Ansaugluftrate (Qe), die vom Ansaugluftratesensor (10) geliefert wurde, und der Soll-Ansaugluftrate (QT) erhalten wurde.

Die Ansaugluft-Einstellvorrichtung (112) liefert ihr Ausgangssignal, um den Fehler (Δ Q) zu verringern und daher ist das Ausgangssignal festgelegt, wenn der Fehler (Δ Q) minimiert ist. Das Ausgangssignal der Ansaugluft-Einstellvorrichtung (112) wird durch die Antriebseinheit (7) in ein elektrisches Signal umgewandelt.

Das elektrische Signal wird dem linearen Magnetventil (8) zugeführt. Das Magnetventil (8) und der Ansaugluftratesensor (10) mit ausgezeichnetem Ansprechverhalten bilden eine Ansaugluftrate-Einstellschleife. Der Integrationswert der Ansaugluftrate-Einstellschleife wird auf das 10- bis 100fache jener einer Drehzahl-Regelschleife eingestellt, die im wesentlichen die Drehzahl-Einstellvorrichtung (62) umfaßt. Diese Einstellung basiert auf Versuchsergebnissen. Dabei wurde festgelegt, daß der Integrationswert der Ansaugluftrate-Einstellschleife das 10- bis 100fache jener der Drehzahl-Regelschleife betragen soll, da zur geeigneten Regelung der Ansaugluftrate der Brennkraftmaschine der Integrationswert der Ansaugluftrate-Einstellschleife mindestens das 10fache jener der Drehzahl-Regelschleife betragen sollte, wobei, falls der Integrationswert extrem groß ist, die Ansaugluftrate-Einstellschleife selbst Regelschwindungen unterliegt.

Abhängig von dem elektrischen Signal aus der Antriebseinheit (7) öffnet das Magnetventil (8) einen Bereich entsprechend dem elektischen Signal, d. h. die Ventilposition ändert sich mit der Eingangsspannung.

Wenn das Magnetventil (8) abhängig vom elektrischen Signal öffnet, fließt die in die Ansaugleitung (2) angesaugte Luft durch die Nebenschlußleitungen (91, 92), so daß sich die Ansaugluftrate der Brennkraftmaschine (1) ändert.

Infolgedessen wird die Drehzahl der Brennkraftmaschine auf den Sollwert eingestellt, während die Ansaugluftrate ebenfalls auf den Sollwert eingestellt wird. In diesem Falle wurde der Fehler (Δ Q) durch das Ansaugluft-Regelsignal auf ein Minimum gebracht. Dies beruht darauf, daß das Ansaugluft-Regelsignal die Fehler regelt, die durch die Ansaugluftrate-Regelbauelementen unvermeidbar eingeführt werden und zu einer Schwankung der Menge an Nebenluft, wenn sich die Drosselklappe in ihrer Leerlaufstellung befindet, sowie Kennlinienfehler oder zu einer charakteristischen Änderung der Einstellung des Magnetventils (8) mit der Temperatur, einer Abhängigkeit der Antriebseinheit (7) von der Versorgungsspannung, und einer Abhängigkeit der Leistung von der Luftdichte führen.

Anschließend minimiert das Drehzahl-Regelsignal den Fehler (Δ n), um dadurch die Soll-Ansaugluftrate (QT) zu regeln, so daß die Maschinendrehzahl (n _e ) im wesentlichen mit der Soll-Drehzahl (nT) übereinstimmt. Das heißt, das Drehzahl-Regelsignal regelt die Schwankungen der Einstellungen der verschiedenen Teile der Brennkraftmaschine, die Änderung des thermischen Wirkungsgrades mit der Temperatur oder Laständerungen verschiedener Bauelemente, wie Lampen und Motore, beispielsweise bei der Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges.

Beim vorausgehend beschriebenen Betrieb der Drehzahlregelvorrichtung ist die Maschinendrehzahl frei von einer extrem starken Störung.

Nunmehr sei der Betrieb der Drehzahlregelvorrichtung beschrieben, wenn die Maschinendrehzahl infolge einer extrem großen Störung stark verringert wird.

Wird die Maschinendrehzahl stark verringert, so wird die Ansaugkraft der Maschine ebenfalls verringert, so daß der Saugunterdruck stromabwärts der Drosselklappe (3) verringert ist und schließlich die Drücke vor und hinter der Drosselklappe (3) im wesentlichen einander gleich werden. Infolgedessen wird, selbst wenn das Magnetventil (8) zur Erhöhung seines Öffnungsbereiches angetrieben wird, die Ansaugluftrate nicht vergößert; d. h. es ist unmöglich, die Maschinendrehzahl wieder zu erreichen.

Es ist offensichtlich, daß unter diesen Umständen der Ansaugluftrate-Einstellwert erhöht werden muß, damit die Ansaugluftrate den Sollwert erreicht, jedoch wird die Maschine dabei angehalten. In diesem Falle erfaßt die Detektorvorrichtung (113) für anormale Drehzahl die anormal verringerte Drehzahl und führt der Ansaugluft-Einstellvorrichtung (112) ein Rückstellsignal zu. Infolgedessen wird der Integrationswert des Einstellsignals der Ansaugluft-Einstellvorrichtung (112) auf den Bezugswert zurückgestellt.

Entsprechend hat beim erneuten Starten der Maschine das Ansaugluft-Einstellsignal einen geeigneten Wert und daher hat das Magnetventil (8) einen geeigneten Öffnungsbereich (d. h. die Ansaugluftrate ist brauchbar) und die Maschinendrehzahl wird nicht anormal erhöht.

Bei der vorausgehend beschriebenen Drehzahlregelvorrichtung wird das Magnetventil (8) verwendet. Jedoch kann die gleiche Wirkung durch Verwendung einer anderen Ansaugluftrate-Einstellvorrichtung erhalten werden, beispielsweise eines durch einen Schrittschaltmotor oder Gleichstrommotor betätigbaren Ventils.

Eine Anzahl von Ansaugluftratesensoren sind für den erläuterten Zweck geeignet. Beispielsweise kann ein Hitzdraht-Ansaugluftratesensor, ein mit Flügeln ausgestatteter Ansaugluftratesensor und ein mit Turbulenz nach Karman arbeitender Ansaugluftratesensor verwendet werden. Unter diesen Ansaugluftratesensoren ist der Hitzdraht-Ansaugluftratesensor im Rahmen der Erfindung am geeignetsten, da er die Luftmasse mißt.

Ferner kann bei der Drehzahlregelvorrichtung die Ansaugluftrate-Meßvorrichtung durch einen Drucksensor in der Ansaugleitung gebildet werden. In diesem Falle versteht es sich von selbst, daß der Drucksensor zwischen der Drosselklappe und der Brennkraftmaschine angeordnet sein sollte.

Wie vorausgehend beschrieben wurde, werden bei der erläuterten Drehzahlregelvorrichtung die Schleife zur Einstellung einer Ansaugluftrate auf einen Sollwert und die Schleife zur Einstellung einer Drehzahl auf einen Sollwert in Kombination verwendet. Daher kann die Regelung rasch erfolgen und falls die Maschine erneut gestartet wird, nachdem sie wegen einer anormalen Verringerung der Maschinendrehzahl angehalten wurde, so wird die Maschinendrehzahl nicht anormal erhöht.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Regeln der Drehzahl einer Brennkraft­ maschine, mit

• - einer Drehzahleinstellvorrichtung (62) zur Lie­ ferung eines Soll-Wertes für eine Soll-Ansaug­ luftrate der Brennkraftmaschine entsprechend der Abweichung einer Ist-Drehzahl der Maschine von einer Soll-Drehzahl der Maschine,
• - einem Ansaugluftratesensor (10), der in einem Ansaugweg der Maschine liegt, um ein elektrisches Ausgangssignal entsprechend einem Ist-Wert für die Ansaugluftrate der Maschine zu liefern,
• - einer Ansauglufteinstellvorrichtung (112) zur Lieferung eines Einstellsignals entsprechend einem Wert, der durch Integrieren des Unter­ schiedes zwischen dem Ist-Wert für die Ansaug­ luftrate und dem Soll-Wert für die Ansaugluftrate erhalten wird,
• - einer Steuerventilvorrichtung (8) zur Änderung einer Ansaugluftrate der Maschine im wesentlichen proportional zu dem Einstellsignal,
• - einer Antriebsvorrichtung (7) zum Antrieb der Steuerventilvorrichtung entsprechend dem Ein­ stellsignal,

gekennzeichnet durcheine Detektorvorrichtung (113) zum Erfassen einer anormalen Verringerung der Drehzahl der Maschine und zum Abgeben eines Signals zur Rückstellung des durch Integrieren erhaltenen Wertes des Einstellsignals auf einen Bezugswert, wenn die Drehzahl der Maschine anormal verringert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Umdrehungs­ sensor (42) zur Erfassung der Drehzahl der Brenn­ kraftmaschine.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Soll-Dreh­ zahlgenerator (5) zur Lieferung der Soll-Drehzahl.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugluftratesensor einen Hitzdraht-Ansaugluft­ massensensor umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugluftratesensor einen mit Flügeln ausgestatteten Ansaugluftmengensensor umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugluftratesensor einen mit einem Karman'schen Wirbel arbeitenden Ansaugluftratesensor umfaßt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugluftratesensor einen Drucksensor umfaßt, der in der Ansaugleitung angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventilvorrichtung (8) ein Magnetventil umfaßt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventilvorrichtung ein Ventil umfaßt, das durch einen Schrittschaltmotor betätigt wird.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventilvorrichtung ein Ventil umfaßt, das durch einen Gleichstrommotor betätigt wird.