DE3812289C2

DE3812289C2 - Leerlaufdrehzahlregelvorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3812289C2
Application number: DE3812289A
Authority: DE
Inventors: Shoichi Washino; Yukirobu Nishimura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-04-20
Filing date: 1988-04-13
Publication date: 1995-06-08
Anticipated expiration: 2008-04-14
Also published as: KR880012875A; KR930002080B1; AU612643B2; AU1478888A; DE3812289A1; US4862851A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leerlaufdreh zahlregelvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. den Oberbegriffen der Ansprüche 4, 5 oder 7.

Eine solche Leerlaufdrehzahlvorrichtung ist beispielsweise in der DE-A 36 01 661 beschrieben. Die dort offenbarte Regelvor richtung umfaßt einen Drehzahlmesser, zur Ermittlung einer Istdrehzahl, einen Drehzahlregler, in den die Differenz aus einer Solldrehzahl und der Istdrehzahl eingegeben wird, und ein Stellglied zur Beeinflussung der Gemischdosierung, welches ein Ausgangssignal vom Regler empfängt. Zum Ausgleich von Än derungen von Parametern der Regelstärke, insbesondere von Schwankungen der Betriebsparameter, wie Temperatur oder Außen luftdruck, ist ein unterlagerter Stromregelkreis vorgesehen.

In einer weiteren Druckschrift, der DE-A 33 22 336 ist ein Zustandsregler für die Leerlaufdrehzahlregelung einer Brenn kraftmaschine vorgesehen, welcher die Motordrehzahl, eine Solldrehzahl und ein Lastsignal auswertet, um Störungen auszu gleichen. Insbesondere wird das Lastsignal über einen gegen gekoppelten Proportionalzweig und über einen mitgekoppelten verzögernden Zweig zurückgeführt. Weiterhin ist aus der DE-A 33 29 800 ein Drehzahlregelsystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, welches zur Vermeidung einer Sättigung des Reglers eine Begrenzungsstufe über ein PID-Regelglied zurückführt.

In den letzten Jahren sind verschiedene Hilfsvorrichtungen in Kraftfahrzeuge aufgrund verschiedener Forderungen und Wünsche installiert worden. Von diesen Hilfsvorrichtungen sind manche von der Brennkraftmaschine angetrieben. Manche dieser Vorrichtungen stellen für die Maschine eine so große Belastung dar, daß sich die Drehzahl der Maschine, speziell im Leerlaufzustand, ändert, wenn diese Hilfsvor richtungen in Betrieb gesetzt werden.

Beispielsweise stellen eine Klimaanlage, ein Lenkservo system, ein Scheibenentfroster (der einen hohen Stromver brauch hat) und dgl. Einrichtungen Belastungen dar, die im Leerlaufzustand der Maschine zu einer solchen Drehzahlredu zierung der Maschine führen können, daß diese schließlich anhält.

Ein übliches Maschinendrehzahlregelsystem für die Brenn kraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, das mit Hilfsvorrich tungen ausgerüstet ist, die eine hohe Belastung darstellen, wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.

Fig. 13 zeigt ein Blockschaltbild einer üblichen Drehzahl regelvorrichtung für eine Brennkraftmaschine. In Fig. 13 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Einstellschaltung zum Erzeugen eines Einstellsignals mit einer Spannung, die von einem vorbestimmten Drehzahlsollwert abhängig ist. Das Ein stellsignal wird einem Subtrahierer zugeführt, der auch ein Detektorsignal von einer Maschinendrehzahldetektor schaltung 5 erhält, wobei das Detektorsignal eine Spannung aufweist, die von der Ist-Drehzahl der Maschine abhängt. Der Subtrahierer 11 vergleicht das Einstellsignal mit dem Detektorsignal und gibt ein Fehlersignal ab, das einem Proportional/Integral-Regler 2 zugeführt wird. Der Propor tional/Integral-Regler 2 enthält eine Schaltung zum Ver stärken eines Fehlersignals und eine Integrierschaltung zum Integrieren eines Fehlersignals, wobei diese Schaltun gen zueinander parallelgeschaltet sind. Ein Stellglied 3 stellt den Zündzeitpunkt der Maschine 4 oder eine Strö mungsrate der Einlaßluft in Abhängigkeit von der Ausgangs spannung des Proportional/Integral-Reglers 2 ein.

Fig. 14 zeigt ein Blockschaltbild eines Maschinendrehzahl regelsystems, wenn die Übertragungsfunktionen der Elemente vom Eingangsanschluß des Stellgliedes 3 über die Maschine 4 zum Ausgangsanschluß der Maschinendrehzahldetektorschal tung 5 in eine Signalübertragungsfunktion 345 angesammelt werden.

Der Betriebsablauf des bekannten Maschinendrehzahlregel systems wird unter Bezugnahme auf Fig. 13 erläutert.

Es sei angenommen, daß die Einstellschaltung 1 ein Soll spannungssignal entsprechend einer Maschinensolldrehzahl abgibt (üblicherweise ist diese 800 bis 900 U/min, wenn die Last einer Klimaanlage im Leerlaufbetrieb der Maschine hinzugesetzt wird, obgleich die Maschinendrehzahl in Ab hängigkeit von der Funktion der Maschine schwankt). Das Spannungssollsignal wird dem Subtrahierer 11 zugeführt. Der Subtrahierer 11 erzeugt ein Fehlersignal, das durch Subtraktion des Sollsignals von einem Spannungssignal er halten wird, das der Ist-Drehzahl der Maschine entspricht.

Das Fehlersignal wird von der Maschinendrehzahldetektor schaltung 5 abgegeben. Das Fehlersignal wird einer Pro portionalverstärkung und einer Integralverstärkung durch den Proportional/Integral-Regler 2 unterworfen, so daß das dem Stellglied 3 zugeführte Spannungssignal als manipu lierte Variable erhalten wird.

Das Stellglied 3 regelt den Zündzeitpunkt oder eine Luft strömungsrate der Einlaßluft, die der Maschine zugeführt wird, auf der Grundlage des Spannungssignals. Die Maschine 4 läuft mit einer Ist-Drehzahl, die vom Zündzeitpunkt oder der Luftströmungsrate abhängt, die durch das Stellglied 3 bestimmt wird. Die Maschinendrehzahldetektorschaltung 5 er zeugt ein Spannungssignal, das der Ist-Drehzahl der Ma schine entspricht, und dieses Spannungssignal wird zum Sub trahierer 11 rückgekoppelt. In einem solchen Rückkopplungs regelsystem wird die Regelung daher so vollzogen, daß das Fehlersignal unter Gleichförmigkeitsbedingungen zu null wird. In diesem Falle werden die beiden Spannungssignale, die der Maschinensolldrehzahl und der Maschinenistdrehzahl entsprechen, einander gleich, so daß die Ist-Drehzahl der Maschine mit der Soll-Drehzahl übereinstimmt, d. h. die Ist-Drehzahl der Maschine wird stets so geregelt, daß sie unter Gleichförmigkeitsbedingungen gleich der Soll-Drehzahl ist.

Der Betriebsablauf der Maschine bei Übergangszuständen wird nun erläutert.

Es sei angenommen, daß eine Last, wie beispielsweise eine Klimaanlage, plötzlich im Leerlaufzustand der Maschine an diese angekoppelt wird. Hierdurch wird ein typischer Über gangszustand erzeugt.

In dem Regelsystem nach Fig. 13 sei angenommen, daß die plötzlich zugeschaltete Last einen plötzlichen Abfall der Maschinendrehzahl hervorruft. Der Pegel des Spannungs signals, das von der Maschinendrehzahldetektorschaltung 5 abgegeben wird, fällt dann ab, was zur Folge hat, daß ein Fehlersignal ein positives Spannungssignal wird. Nachdem dieses Signal in dem Proportional/Integral-Regler 2 ver arbeitet worden ist, wird das Stellglied 3 derart betätigt, daß das Regelsystem so arbeitet, daß die Drehzahl der Maschine 4 angehoben wird, und die Maschinendrehzahl steigt wieder auf einen vorbestimmten Wert an. Im Verlaufe der Regelung der Maschinendrehzahl ist es wünschenswert, daß eine Proportionalverstärkung und eine Integralverstärkung in dem Proportional/Integral-Regler 2 groß sind und ein Span nungssignal, das eine große manipulierte Variable eines Fehlersignals erzeugt, dem Stellglied 3 zugeführt wird, damit die Ist-Drehzahl so schnell wie möglich auf die Soll- Drehzahl zurückgeführt wird. Die verminderte Ist-Drehzahl der Maschine, die aus der plötzlichen Anschaltung einer Last resultiert, wird durch Steigerung der Empfindlichkeit des Regelsystems sehr schnell auf die Soll-Drehzahl zurück geführt.

Die Steigerung der Empfindlichkeit des Regelsystems durch Steigerung der Proportionalverstärkung und der Integralver stärkung im Proportional/Integral-Regler ist ein bedeuten der Faktor unter den nachfolgenden Gesichtspunkten:
(1) Der Einfluß durch eine äußere Störung sollte sofort be seitigt werden, und (2) die erwartete Regelungswirkung sollte ohne Rücksichten auf Änderungen oder Streuungen in den Eigenschaften des geregelten Systems erhalten werden. Es ist jedoch gegenwärtig sehr schwierig, die Empfindlich keit des Regelsystems zur Regelung der Maschinendrehzahl zu steigern. Der Grund dafür ist folgender.

Als ein Beispiel wird ein Fall beschrieben, daß eine Luft strömungsrate der Einlaßluft durch das Stellglied 3 ge regelt wird.

In der Übertragungscharakteristik vom Ansprechen auf die Einlaßluftströmungsrate zum Ansprechen auf die Maschinen drehzahl gibt es eine Verzögerungskomponente zweiter Ord nung, die eine Phasenverzögerung von 180° erzeugt, und eine Totzeitkomponente, die aus Bewegungsverzögerungen resultiert. Wenn dementsprechend die Empfindlichkeit des Regelsystems gesteigert wird, d. h. eine hohe Verstärkung erzielt werden soll, dann wird das Regelsystem instabil, und es treten Regelschwingungen auf.

Das oben beschriebene Problem wird unter Bezugnahme auf Fig. 14 unter Verwendung von Formeln im Detail erläutert.

Wenn in Fig. 14 die Übertragungsfunktion des Proportional/ Integral-Reglers 2 und die Übertragungsfunktion 345 so be stimmt sind, daß sie Gc(S) bzw. G₃₄₅(S)e^-SL sind, und wenn das Spannungssignal der Einstellschaltung 1 gleich r ist und der Ausgang (das Spannungssignal) der Übertragungs funktion 345 gleich y ist, dann ist die Übertragungsfunk tion y/r der geschlossenen Schleife vom Signal r zum Aus gang y durch die folgende Formel gegeben:

Die charakteristische Gleichung, die die Stabilität des Regelsystems bestimmt, wird dementsprechend ausgedrückt durch:

1 + Gc(S)G₃₄₅(S)e^-SL = 0 (2)

Wie bekannt, kann die Analyse der Stabilität unter Ver wendung der Gleichung (2) durch Auftragen eines Nyquist- Diagramms durchgeführt werden.

Die Stabilitätsanalyse des Regelsystems wird durch Auf zeichnen des Nyquist-Diagramms ausgeführt.

Wenn eine Proportionalverstärkung durch K dargestellt ist und eine Integrationszeit (der Kehrwert einer Integral verstärkung) durch Ti dargestellt wird, dann ist Gc(S) durch die folgende Gleichung gegeben, weil es die Propor tional- und Integraleigenschaften darstellt:

Andererseits kann die Übertragungsfunktion G₃₄₅(S) für das Stellglied durch die Maschine durch eine Approximations formel mit einer Verzögerung zweiter Ordnung wie folgt aus gedrückt werden:

wobei T eine Zeitkonstante ist. Die Zeitkonstante beruht auf der Maschinendrehzahl, dem Schwungradträgheitsmoment, der Kapazität des Druckausgleichsbehälters usw. Im allge meinen ist bei einer Gleichsgewichtsdrehzahl No von 750 U/min der Wert etwa 0,3 s. Wenn weiterhin die Gleichgewichts maschinendrehzahl No = 750 U/min und die Viertaktbewegung als Totzeit L genommen wird, dann ist diese 4 × 60/2 × No) = 0,16 s.

Die Formeln (3) und (4) werden durch Substitution der Gleichung S = jω wie folgt verändert:

ωKTi = ωT × (KTi/T), ωTi = ωT × (Ti/T), ωL = ωT × (L/T).

Wenn ein Nyquist-Diagramm unter Verwendung von K und Ti als Parameter aufgetragen wird, dann erhält man die Dar stellung nach Fig. 15. In Fig. 15 bezeichnet die ausge zogene Linie einen Vektorort, wenn K = 0 und Ti/T = 1. Aus Fig. 15 geht hervor, daß bei einer Frequenz f = 0,37 Hz eine Phasendifferenz von 180° und der Absolutwert von 0,96 erzielbar sind. Dies zeigt, daß das Regelsystem an der Stabilitätsgrenze ist und in praktischen Betriebsfällen nicht stabil arbeitet. Wenn eine Frequenz durch Niquist- Diagramme, in denen die Parameter K und Ti verwendet wer den, erhalten wird, die zur Folge hat, daß das Regelsystem instabil wird, dann liegt in gleicher Weise die Frequenz zwischen 0,37 Hz und 0,7 Hz.

Bei der Durchführung von Versuchen wurden andererseits Fre quenzen ermittelt, die zur Folge haben, daß ein Maschi nenleerlaufdrehzahlregelsystem instabil wird, was zu Regel schwingungen führt, und diese Frequenzen sind in einem Be reich von 0,3 Hz bis 0,7 Hz aufgezeichnet. Es hat sich er geben, daß die oben erwähnte Analyse mit den Versuchen gut übereinstimmt. Wenn die Bereiche von K und Ti, die das Regelsystem instabil machen, aus der oben erwähnten Analyse erhalten werden, für K zwischen 1 und 2 und für Ti/T bei 1 oder höher liegen, dann stimmt dies mit den Experimenten überein.

Die obenerwähnte Tatsache läßt auf folgendes schließen:

(1) Das Regelsystem wird instabil, wenn nicht die Proporti onalverstärkung K höchstens 2 ist und die Integrations zeit Ti größer als 0,3 s im Leerlaufdrehzahlregelsystem ist (dementsprechend die Integrationsverstärkung klein ist).
(2) Wegen der Instabilitäten des Regelsystems ist es un möglich, die Empfindlichkeit des Regelsystems (d. h. die Verstärkung) zu steigern. Dementsprechend wird das An sprechverhalten auf eine Störung schwach, und wenn eine starke Last plötzlich an die Maschine angeschaltet wird, kann dies zu einem Anhalten der Maschine führen.

Es gibt eine weitere Ursache, die zu einem Anhalten der Maschine aufgrund des schlechten Ansprechverhaltens im gegenwärtig verwendeten Leerlaufdrehzahlregelsystem führt. Manchmal können nämlich rationelle und wirksame Maßnahmen an einem Leerlaufdrehzahlregelsystem gegen eine Laststörung nicht getroffen werden, obgleich sich versteht, daß die Laststörung an der Maschine die Übertragungseigenschaften der Maschine als zu regelndes Objekt ändern.

Dieses Problem wird im Detail unter Bezugnahme auf Fig. 16 erläutert.

In Fig. 16 stellt Gc(S) einen Regler dar, Ge(S) stellt die Übertragungsfunktion eines geregelten Systems oder eines geregelten Objekts dar, D₁ und D₂ sind Störungen, R ist ein Sollwert, Y ist eine geregelte Variable und U ist eine manipulierte Variable. In gleicher Weise, wie die Gleichung (1) erhalten wurde, werden die folgenden Gleichungen er halten:

In den Gleichungen (6) und (7) werden, wenn die Verstärkung des Reglers (Gc(S)) groß genug ist, Y/D₁ und Y/D₂ jeweils null, und die geregelte Variable Y wird durch die Störungen D₁ und D₂ nicht beeinflußt. Dies stellt einen wichtigen Grund zur Steigerung der oben erwähnten Empfindlichkeit dar. Ein weiterer wichtiger Faktor ist, daß in den obigen Gleichungen vorausgesetzt wird, daß die Übertragungsfunktion Ge(S) des geregelten Systems durch die Störungen D₁ und D₂ nicht verändert wird. Bei der üblichen Gestaltung eines Rückkopplungsregelsystems wird die Übertragungsfunktion Ge(S) nämlich so bestimmt, daß sie eine hohe Verstärkung hat, sofern die Stabilitätseigenschaften nicht gestört werden, auf der Grundlage der Annahme, daß die Übertra gungsfunktion Ge(S) durch die Störungen D₁, D₂ nicht ver ändert wird, wodurch der Einfluß durch Störungen be seitigt wird. Beispielsweise ist der Regler so gestaltet, daß er eine hohe Verstärkung auf der Grundlage der Über tragungscharakteristik der geschlossenen Schleife (Glei chung (6)) vom Soll-Wert R bis zur geregelten Variablen Y hat, wenn die Störungen D₁ und D₂ jeweils null sind. Wenn in diesem Falle die Verstärkung des Reglers hoch ist, werden in den Gleichungen (6) und (7) Y/D₁ und Y/D₂ jeweils null. Dies hat zur Folge, daß die geregelte Variable Y durch die Störungen D₁ und D₂ nicht beeinflußt wird. Eine solche Gestaltung ist jedoch nur zulässig, wenn sicherge stellt ist, daß die Verstärkung des Reglers groß gemacht werden kann und die Übertragungsfunktion Ge(S) des geregel ten Systems durch die Anwesenheit von Störungen D₁ und D₂ nicht verändert wird.

Da die Übertragungsfunktion des geregelten Systems im Maschinenleerlaufdrehzahlregelsystem jedoch durch die Stö rungen, wie unten beschrieben, geändert wird und es außer dem schwierig ist, die Verstärkung des Reglers, wie zuvor erwähnt, zu steigern, erfährt das gegenwärtig verwendete Maschinenleerlaufdrehzahlregelsystem einen starken Einfluß durch die Störungen. Beispielsweise wird die Maschinen drehzahl durch eine Drehmomentstörung stark herabgesetzt, und im schlimmsten Falle kann die Maschine anhalten.

Es sind verschiedene Maßnahmen getroffen worden, um die oben erwähnten Probleme zu überwinden. Es gibt beispiels weise den Vorschlag, ein Schaltsignal für eine Last, wie beispielsweise eine Klimaanlage, einem Rechner zuzuführen, der die Betriebszustände der Klimaanlage ermittelt, bevor die Last an die Maschine angeschaltet wird, so daß ein Stellglied betätigt wird. Bei diesem Verfahren besteht jedoch eine beachtliche Zeitverzögerung zwischen der Ein gabe des Schaltsignals und dem Anschalten der Last der Klimaanlage an die Maschine, so daß die Maschinendrehzahl häufig plötzlich abfällt, nachdem sie zunächst gesteigert worden ist, was den Fahrer verunsichern kann.

Ein weiterer Vorschlag zur Verbesserung des Rückkopplungs regelsystems ist in Fig. 17 dargestellt und Gegenstand der JP-AS 43 535/1986.

In Fig. 17 bezeichnet ein Bezugszeichen 6 eine Detektor schaltung zur Erzeugung eines Detektorsignals, das eine Spannung darstellt, die einer Reduktionsrate der Maschinen drehzahl entspricht. Das Detektorsignal der Detektorschal tung 6 und das Detektorsignal der Maschinendrehzahldetek torschaltung 5 werden in einem Addierer 12 summiert, und das so erhaltene elektrische Signal wird dem Subtrahierer 11 zugeführt. Der Betrieb des Regelsystems nach Fig. 17 wird nun beschrieben.

In der gleichen Weise wie zuvor erläutert, sei angenommen, daß eine Laststörung der Maschine im Gleichförmigkeits zustand des Regelsystems zugeführt wird, was zu einer plötzlichen Verminderung der Maschinendrehzahl führt. In diesem Falle ist dieselbe Funktion für die Einstellschal tung 1 durch die Maschinendrehzahldetektorschaltung 5, wie in Fig. 13, erzielbar. In dem in den in Fig. 17 gezeigten Regelsystem wird jedoch eine Spannung, die proportional einer Reduktionsrate der Maschinendrehzahl ist, zusätzlich durch die Detektorschaltung 6 rückgekoppelt, wodurch ein Fehlersignal erzeugt wird, das größer ist, als das des Regelsystems nach Fig. 13. Dementsprechend wird die Ist- Drehzahl schneller auf die Soll-Drehzahl zurückgeführt, als bei dem Regelsystem nach Fig. 13.

Obgleich das oben beschriebene Regelsystem eine Vorwärts- Kompensation aufweist, die eine schnelle Rückführung der Maschinendrehzahl auf die Soll-Drehzahl bewirkt, kann eine solche Vorwärts-Kompensation nur in sehr begrenzten Fällen ausgeführt werden, beispielsweise wenn die Änderungen der Charakteristika eines geregelten Systems sehr klein sind. Dementsprechend kann der erwartete Effekt nicht immer er halten werden. Wenn beispielsweise die Maschinensolldreh zahl 600 U/min ist, dann arbeitet das System ohne Störungen. Wenn jedoch die Soll-Drehzahl 1000 U/min ist, dann wird häufig der gegenteilige Effekt hervorgerufen. Speziell wenn ein Parameter für die Vorwärts-Kompensation in bezug auf eine Soll-Drehzahl (600 U/min) bestimmt ist, und wenn die Maschinensolldrehzahl stark geändert wird (z. B. 1000 U/min), dann kann man die Vorwärts-Kompensation nicht er zielen, vielmehr neigt das System zu Regelschwingungen.

In der JP-AS 53 544/1986 ist ein Vorschlag zur Regelung des Zündzeitpunktes durch Verwendung des Stellgliedes 3 nach Fig. 13 beschrieben. Beim Regeln der Maschinendreh zahl wird entweder eine Einlaßluftströmungsrate oder der Zündzeitpunkt beeinflußt. Da ein schnelles Ansprechen unter Verwendung der Zündzeitpunktregelung erzielbar ist, kann ein nachteiliger Effekt durch die Verminderung der Maschinendrehzahl aufgrund von Störungen mehr oder weniger durch Regelung des Zündzeitpunktes beseitigt werden. Der regelbare Bereich der Maschinendrehzahl durch Beeinflussung des Zündzeitpunktes ist jedoch beschränkt.

In der bekannten Maschinendrehzahlregelvorrichtung nach den Fig. 13 und 17 kann, obgleich sie den Vorteil auf weisen, daß der Einfluß der Laststörung auf die Maschine schnell beseitigt wird, so daß die Maschinendrehzahl auf die Soll-Drehzahl zurückkehrt, eine große Auswirkung der Rückführung auf die Soll-Drehzahl nicht erwartet werden, da solche Vorrichtungen keine Maßnahmen verwenden, die Empfindlichkeit des Regelsystems durch Steigerung der Pro portionalverstärkung und der Integralverstärkung des Pro portional/Integral-Reglers 2 zu verbessern.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Maschinen leerlaufdrehzahlvorrichtung für eine Brennkraftmaschine anzugeben, die in der Lage ist, die Empfindlichkeit eines Regelsystems zu steigern und eine Luftströmungsrate zu regeln, wodurch der Einfluß durch eine Laststörung schnell beseitigt wird und die Leerlaufdrehzahl der Maschine schnell auf eine Soll-Drehzahl zurückgeführt wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Lehrlaufdrehzahlregelvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1, 4, 5 oder 7 gelöst.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Aufbaus einer Ausführungs form der Maschinenleerlaufdrehzahlregelvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Diagramm, das Versuchsergebnisse zeigt, in denen die Wirkung der Regelvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung dargestellt sind;

Fig. 3 ein Blockschaltbild des Aufbaus einer zweiten Aus führungsform der Erfindung;

Fig. 4 ein Nyquist-Diagramm zur Stabilitätsanalyse unter Verwendung einer charakteristischen Formel für das Regelsystem nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Modifikation der zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 ein Blockschaltbild des Aufbaus einer dritten Aus führungsform der Erfindung;

Fig. 7 ein Blockschaltbild zur Vereinfachung des Block diagramms nach Fig. 6, in welchem die Wirkung der dritten Ausführungsform dargestellt ist;

Fig. 8 ein Schaltbild, das den Aufbau einer vierten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 9 ein Blockschaltbild des Aufbaus einer fünften Aus führungsform der Erfindung;

Fig. 10 ein Blockschaltbild des Aufbaus einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 11 ein Blockdiagramm des Aufbaus einer siebenten Aus führungsform der Erfindung;

Fig. 12 ein Diagramm, das die Wirkung zeigt, die man durch Regelung in einer konventionellen Maschinen leerlaufdrehzahlvorrichtung erhält;

Fig. 13 ein Blockschaltbild des Aufbaus einer konventio nellen Maschinendrehzahlregelvorrichtung;

Fig. 14 ein Blockdiagramm der Funktion der bekannten Regelvorrichtung nach Fig. 13;

Fig. 15 ein Nyquist-Diagramm für die bekannte Regelvor richtung;

Fig. 16 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Änderung von Übertragungsfunktionen durch Laststörungen im Regelsystem nach Fig. 13, und

Fig. 17 ein Blockschaltbild eines weiteren bekannten Maschinendrehzahlregelsystems.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfin dung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen er läutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild des Aufbaus einer ersten Ausführungsform einer Maschinendrehzahlregelvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung. In Fig. 1 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 13 die gleichen oder entsprechende Elemente. Ein Bezugszeichen 13 bezeichnet einen Addierer, ein Bezugszeichen 14 einen Subtrahierer und ein Bezugszeichen 110 bezieht sich auf die Übertra gungsfunktion eines Unter-Rückkopplungsregelsystems 111. In Fig. 1 zeigt ein in strichpunktierter Linie eingezeich neter Rahmen die Funktion der konventionellen Maschine 4, nach Fig. 3 nämlich zeigt sie in Form eines Blockschalt bildes, daß eine Änderung ΔGa in der Luftströmungsrate in eine Änderung ΔPb in dem Einlaßluftleitungsdruck umge wandelt wird und sodann in eine Änderung ΔN der Maschinen drehzahl.

Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Unter-Rückkopplungsregelsystem 110 mit einer Über tragungsfunktion von (1 + Sτa)/Kp von einem Addierer für eine Drehzahlstörung ΔTd bis zum Addierer 13 gebildet, d. h. die Seite einer Einlaßluftströmungsrate Δa/ao (nachfolgend als Δa* bezeichnet). Mit einem solchen Unter-Rückkopplungssystem wird die Übertragungsfunktion des Maschinenleerlaufdrehzahlregelsystems nicht durch Stö rungen geändert, und die Schwankungen der Maschinendreh zahl durch die Störungen werden schnell ausgeregelt.

Das Merkmal der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird detaillierter unter Bezugnahme auf die Gleichungen er läutert. Die Übertragungscharakteristik G_N(S) von einem Fehlersignal ΔE/Eo einer geregelten Luftströmungsrate zu einem Einlaßluftdruck ΔPb/Pbo (nachfolgend als ΔPb* be zeichnet), wird durch die folgende Gleichung mit der Ver zögerung erster Ordnung gegeben (hier: τη = 0 in Fig. 1 zur Vereinfachung der Erläuterung):

In der oben erwähnten Formel ist τa eine Zeitkonstante, die durch die folgende Gleichung gegeben ist:

Hierin ist ηvo der volumetersche Wirkungsgrad bei einer Gleichgewichtszeit, No ist die Maschinendrehzahl bei einer Gleichgewichtszeit, Vm ist die Kapazität einer Lufteinlaß zweigleitung von der Drosselklappe bis zum Lufteinlaßven til und Vh ist der Hubraum der Maschine. Im allgemeinen ist τa etwa 0,27 s, wenn No = 750 U/min, ηvo = 0,6 und Vm = Vh.

Die Rückkoppelungsregelung für die Maschinendrehzahl vor G_N(S) wird durch eine mechanische Einrichtung realisiert, die so betätigt wird, daß sie den Einlaßluftdruck steigert oder vermindert, wenn die Maschinendrehzahl im Leerlaufzu stand der Maschine gesteigert oder vermindert wird. Gc(S) ist eine Übertragungscharakteristik, die auf ein Luftzu meßverfahren für die Kraftstoffregelung bezogen ist, wobei, wenn der Kraftstoff proportional zum Einlaßluftdruck einge spritzt wird, d. h. unter Verwendung einer Geschwindigkeits dichtevorrichtung (D-Jetro, hergestellt von Bosch), eine "1" vorliegt, wenn nicht eine Verzögerung bei der Regelung in Betracht gezogen wird. Andererseits, wenn der Kraftstoff proportional zur Luftströmungsrate pro Umdrehungsanzahl eingespritzt wird, was durch Messen einer Einlaßluftmenge unter Verwendung eines Luftströmungsmessers erzielt wird (z. B. durch Verwendung des L-Jetro von Bosch), dann ergibt sich eine Formel 1 + Sτa. Zur Vereinfachung der Erläute rung sei hier angenommen, daß Gc(S) = 1. Gλ(S) stellt die Kraftstoffzuführungscharakteristik im Lufteinlaßrohr dar, die auf der Breite ΔPw/Pwo des Kraftstoffeinspritzimpulses mit einem Luftverhältnis Δλ/λo basiert. Zur Vereinfachung der Erläuterung wird wieder angenommen, daß Gλ(S) gleich 1 ist.

Eine Übertragungscharakteristik Gb(S), die sich auf ein Maschinendrehmoment ΔTb mit ΔN/No bezieht (nachfolgend als ΔN* bezeichnet) und mit ΔPb/Pbo und Δλ/λo, ist durch die folgende Gleichung angegeben:

wobei Kn, Kp und Kλ jeweils Konstanten sind, die experi mentell beim Gleichförmigkeitsbetriebspunkt (No, Pbo, λo) ermittelt werden. Da die Bedeutung der Konstanten in der Physik und die Verfahren zum Messen derselben beispiels weise in dem Artikel 860 411 (SAE Paper 860 411) der Society of Automotive Engineering beschrieben sind, braucht hier nur eine einfache Erläuterung gegeben zu werden. Die Kon stante Kn repräsentiert eine Änderung des Nettodrehmoments, abgeleitet aus der Drehzahl ΔN/No; die Konstante Kp re präsentiert eine Änderung des Nettodrehmoments, abgeleitet aus dem Einlaßluftdruck ΔPb/Pbo; und die Konstante Kλ repräsentiert eine Änderung des Nettodrehmoments, abgelei tet aus dem Luftverhältnis Δλ/λo. Zur Vereinfachung der Erläuterung, wenn angenommen wird, daß keine Schwankung im Luftverhältnis vorliegt und Kn gleich null ist, hängt die Änderung des Nettodrehmoments ΔTb nur von der Schwankung des Einlaßluftdrucks ΔPd* (ΔPb/Pbo) ab, und die Größe der Änderung ΔTd wird durch die folgende Formel gegeben:

ΔTb = KpΔPb* (10)

Der Unterschied zwischen einem Maschinendrehmoment ΔTb und einer Laststörung ΔTd wird wieder in eine Maschinen drehzahl ΔN/No umgewandelt, wie durch die unten beschrie bene Euler-Gleichung gezeigt:

wobei J das Trägheitsmoment eines Schwungrades ist. Schließlich ist das Verhältnis zwischen der Einlaßluft strömungsrate Δa/ao, ΔE/Eo und der Maschinendrehzahl ΔN/No gegeben durch Definitionsgleichungen des Massen erhaltungsgesetzes, eine Zustandsgleichung und dem volume trischen Wirkungsgrad, nämlich

Wenn die o. g. Gleichungen (8) bis (12) für eine Gleich zeitigkeitsgleichung verwendet werden und das Verhältnis zwischen der Einlaßluftströmungsrate ΔGa der Maschinen drehzahl ΔN und der Laststörung ΔTd erhalten werden soll, dann läßt sich die folgende Gleichung erhalten:

wobei eine Totzeitkomponente aufgrund der Verzögerung des Regelvorgangs beseitigt ist.

Aus der obigen Gleichung (13) kann man entnehmen, daß selbst wenn die äußere Störung ΔTd der Maschine zugeführt wird, eine Luftströmungsrate Δa*, ausgedrückt durch

der Maschine über das Stellglied zuzuführen ist, um die Schwankungen der Maschinendrehzahl ΔN* (ΔN/No) zu null zu machen. Es ist nämlich notwendig, daß die Laststörung ΔTd ermittelt wird und Luft der Maschine in einer Menge zugeführt wird, die der Summe des Wertes der Größe der Laststörung ΔTd × 1/Kp (eine Proportionalitätskonstante) (das erste Glied auf der rechten Seite der Gleichung (14)) und des Wertes der Differenz der äußeren Störung Td × τa/Kp (eine Proportionalitätskonstante) (das zweite Glied auf der rechten Seite der Gleichung (14)) entspricht. Dies ist klar durch ein Rückkopplungssystem, wie in Fig. 1 dar gestellt, gezeigt.

Die Erfinder des Anmeldungsgegenstandes haben ermittelt, daß wenn die obige Behandlung in dem Leerlaufdrehzahlregel system ausgeführt wird, der Einfluß durch die Laststörung ΔTd aus der Gleichung (13) beseitigt werden kann, und die Übertragungscharakteristik von der Luftströmungsrate der Maschine bis zur Drehzahl der Maschine auf die Laststörung ΔTd relevant sein kann.

Bezüglich der Beseitigung des Einflusses durch die Last störung wird nun eine detailliertere Erläuterung gegeben. Der Wert, der der Luftströmungsrate entspricht, wird näm lich in zwei Teile in einer Gleichung geteilt, so daß diese ausgedrückt wird durch:

ΔGa* = ΔGap* + ΔGas* (15)

Wenn die Gleichung (14) für ΔGas* verwendet wird, dann wird die Gleichung (13) wie folgt ausgedrückt, wobei die äußere Störung ΔTd wirksam beseitigt werden kann:

Die Übertragungsfunktion der Maschine, in der die Totzeit durch die folgende Gleichung mit der Verzögerung zweiter Ordnung beseitigt ist, wird nämlich angegeben, wodurch die Übertragungsfunktion der Maschine irrelevant für die Last störung ΔTd sein kann.

Wenn die Abtrennung der Luftströmungsrate wie in der Glei chung (15) im physikalischen Sinne betrachtet wird, dann entspricht das erste Glied auf der rechten Seite in der Gleichung (15) der Luftströmungsrate Δap*, die in der ersten Leitung strömt, die an der Drosselklappe vorbei führt, und das zweite Glied auf der rechten Seite ent spricht der Luftströmungsrate Δas*, die in der zweiten Leitung strömt, die die Drosselklappe überbrückt. Tatsäch lich ist es nicht notwendig, die Strömungen zu trennen, und es ist ausreichend, die durch das zweite Glied ausge drückte Luftströmungsrate zu der Luftströmungsrate hinzu zuaddieren, die in der ersten Leitung strömt. In der Glei chung (17) ist eine Übertragungscharakteristik gezeigt, die zwischen der Luftströmungsrate Δap*, die in der ersten Leitung strömt, und der Maschinendrehzahl ΔN* herrscht.

Fig. 2 ist ein Diagramm, das das Ergebnis von Experimenten zeigt, die ausgeführt worden sind, um die oben erwähnte Wirkung zu bestätigen. In Fig. 2 stellt eine gestrichelte Linie die Luftströmungsrate dar, eine durchgezogene Linie stellt die Maschinendrehzahl dar, und eine strichpunktierte Linie stellt einen Laststrom (Laststörung) in einem Wech selstromgenerator dar. In Fig. 2 wird die Laststörung zum Zeitpunkt EIN zugeführt und verschwindet zum Zeitpunkt AUS. Die Last kann im wesentlichen als eine stufenförmige äußere Störung betrachtet werden, obgleich an den genannten Zeitpunkten eine Stromspitze vorhanden ist. Die Luftströ mungsrate, die zuzuführen ist, wird durch die folgende Gleichung durch Ausführung der inversen Transformation der Gleichung (14) angegeben:

In der Gleichung (18) versteht sich, daß die Luftströmungs rate durch die Summe einer Einheitsschrittfunktion u(t) und einer Deltafunktion δ(t) gegeben ist. Es versteht sich ferner, daß die gestrichelte Linie, die in Fig. 2 die Luftströmungsrate darstellt, eine Änderung zeigt, die sehr dicht an der Änderung liegt, die durch die Gleichung (18) gegeben wird. Andererseits zeigt die durchgezogene Linie in Fig. 2 sehr deutlich, daß die Maschinendrehzahl abnimmt, wenn eine Last angelegt wird, und wieder ansteigt, wenn die Last abgeschaltet wird, und daß diese Drehzahländerungen im Vergleich zu denen im bekannten System nach Fig. 12 (eine Maschinendrehzahl von 660 U/min beim Einschalten der Last und eine Maschinendrehzahl von 810 U/min beim Ausschalten der Last) reduziert sind, obgleich die Maschinendrehzahl in Fig. 2 aufgrund von Störungen mehr oder weniger beeinflußt wird (nämlich eine eingestellte Maschinendrehzahl von 750 U/min, eine Maschinendrehzahl von 715 U/min beim Einschalten einer Last und eine Maschinendrehzahl von 790 U/min beim Ausschalten der Last). Die Koeffizienten 1/Kp und τa/Kp, die jeweils auf die Laststörung ΔTd und die Differenzkomponente derselben bezogen sind, hängen von der Maschine und vom Volumen Vm der Ansaugleitung, dem Hubraum Vh der Maschine und dem volumetrischen Wirkungsgrad ηvo ab, wie in der Gleichung (9) gezeigt. Dementsprechend ist es natürlich, daß die Koeffizienten in Abhängigkeit von der Art der Maschine geändert werden müssen. Durch Ändern der Koeffizienten lassen sich daher bei der vorliegenden Erfindung gute Ergebnisse erzielen, obgleich im kritischen Punkt des Betriebsverhaltens der Maschine Schwankungen vorliegen.

Als Parameter, die Arbeitspunkte der Maschine darstellen, kann einfach ein Parameter für das Drehmoment in Abhängigkeit von der Drehzahl verwendet werden. Außerdem können beide vorgenannten Größen oder die Kombination Ansaug luftdruck in Abhängigkeit von Maschinendrehzahl, graphisch dargestellt als wirksamer mittlerer Druck in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl, der effektive Wärmewert Q pro Zyklus, definiert durch die folgende Formel in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl verwendet werden:

wobei K ein spezifisches Wärmeverhältnis, P(Θ) der Zylin derdruck für jeden Kurbelwinkel Θ und V(Θ) das Zylinder volumen für jeden Kurbelwinkel Θ ist. Um die Last zu ermit teln, kommen die folgenden Wege in Betracht. Im Falle einer elektrischen Last kann der Laststrom im Wechselstrom generator durch ein Magnetfelddetektorelement, wie bei spielsweise ein Hallelement, ein Flußtorelement und dgl. ermittelt werden. Im Falle einer mechanischen Last, bei spielsweise eines Servolenksystems, eines hydraulischen Fensterhebesystems und dgl., kann der Öldruck durch einen Öldrucksensor ermittelt werden. In der oben beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird daher eine Rückkopplungskompensation an der Lustströmungsrate auf der Grundlage der Summe des Produktes der Größe einer Last störung ΔTd und eines Proportionalkoeffizienten 1/Kp (das erste Glied auf der rechten Seite der Gleichung (14)) und des Produktes aus der Differenzkomponente der Laststörung ΔTd und eines Proportionalkoeffizienten τa/Kp (das zweite Glied auf der rechten Seite der Gleichung (14)) gegeben, wobei die Laststörung direkt ermittelt wird. Dem entsprechend kann die Übertragungscharakteristik vom An sprechen auf die Luftströmungsrate der Maschine bis zum An sprechen auf die Maschinendrehzahl für die Laststörung ΔTd irrelevant sein, mit der Folge, daß der Einfluß durch die Laststörung schnell beseitigt werden kann, so daß die Maschinendrehzahl schnell auf eine Soll-Drehzahl rückgeführt werden kann.

In der oben beschriebenen Ausführungsform ist auf die An wendung der Erfindung auf eine elektronisch geregelte Kraftstoffeinspritzvorrichtung Bezug genommen worden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch auf Vergasermaschinen oder elektronisch gesteuerte Vergasermaschinen anwendbar, um mit diesen die gleichen Wirkungen wie in der oben be schriebenen Ausführungsform zu erhalten.

In der vorliegenden Erfindung ist die gleiche Funktion er zielbar, indem der Maschine eine Luftströmungsrate Δa* zugeführt wird, die durch die obige Gleichung (14) be stimmt ist, über ein Stellglied, selbst wenn eine Last drehmomentstörung anderer als stufenförmiger Art der Ma schine zugeführt wird.

Bei der obigen Ausführungsform kann man die gleiche Wirkung durch Verwendung des Zündpunktes als manipulierbarer Vari able erhalten wie im Falle der Verwendung der Luftströ mungsrate.

Eine zweite Ausführungsform der Leerlaufdrehzahlregelvor richtung für eine Brennkraftmaschine nach der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert. In Fig. 3 bezeichnen dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 die gleichen oder entsprechenden Elemente, so daß eine Erläuterung dieser Elemente weggelassen ist.

In Fig. 3 ist ein Addierer 13 am Ausgangsende des Propor tional/Integral-Reglers 2 vorgesehen, der dessen Ausgangs spannungssignal erhält. Der Addierer 13 hat einen Eingangs anschluß, an den eine Übertragungsfunktion 200 eines Unter- Rückkopplungssystem für den Einlaßluftdruck über eine Lei tung 201 addiert wird, die von der Maschine 4 rückgekoppelt ist. Das Ergebnis der Addition im Addierer 13 wird dem Stellglied 3 zugeführt.

Die Rückkopplungsleitung 201 erstreckt sich zwischen dem Addierer 13 und der Seite des Einlaßluftdrucks ΔPb/Pbo der Maschine 4, um die Übertragungsfunktion 200 des Unter- Rückkopplungssystems dem Addierer 13 hinzuzuaddieren.

Die Größe der Einlaßluft Δa/ao, die man durch das Stell glied 3 erhält, wird einem Eingangsende des Subtrahierers 14 zugeführt. Das andere Eingangsende des Subtrahierers 14 empfängt das Differential zweiter Ordnung (1 + Sτη) der Maschinendrehzahl. In der oben erwähnten Gleichung ist S gleich jω und τη ist eine Zeitkonstante. Ein Ausgang ΔE/Eo, den man im Subtrahierer 14 erhält, wird der Ma schine hinzuaddiert. Der Subtrahierer 14 kann einen solchen physikalischen Aufbau aufweisen, daß das Massenerhaltungs gesetz in der Lufteinlaßzweigleitung befriedigt wird.

In Fig. 3 sind G_N(S), Gc(S) und Gb(S) jeweils Übertragungs charakteristika, d. h. Gλ(S) ist die Kraftstoffübertra gungscharakteristik, ΔN/No ist die Maschinendrehzahl und ΔTb ist das Maschinendrehmoment.

Der Betrieb der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird nun am Beispiel erläutert, daß eine Unter-Rückkopplungs kompensation des Einlaßluftdrucks dem Ausgangsende des Pro portional/Integral-Reglers 2 zugeführt wird, d. h. daß der Einlaßluftdruck als eine Zustandsgröße verwendet wird.

Der mit gestrichelter Linie in Fig. 3 dargestellte Rahmen stellt die Funktion der Maschine in dem Blockschaltbild dar, in der eine Änderung Δa der Einlaßluftströmungsrate in eine Änderung ΔPb des Einlaßluftdrucks und weiterhin in eine Änderung ΔN der Maschinendrehzahl umgewandelt wird. Das Merkmal der zweiten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung besteht darin, daß die Übertragungs funktion Sτa (wobei S = jω und τa eine Zeitkonstante ist, die größer als eine Zeitkonstante τη ist) des Unter- Rückkopplungssystems von der Seite des Einlaßluftdrucks ΔPb/Pbo zur Seite der Einlaßluftströmungsrate Δa/ao hinzuaddiert wird, d. h. ein Eingangsende des Subtrahierers 13 über die Rückkopplungsleitung 201, wodurch die oben er wähnte Gleichung (4), die die Übertragungscharakteristik der Maschine, in der die Totzeit entfernt ist, darstellt, praktisch durch eine Gleichung mit der Verzögerung erster Ordnung ersetzt werden kann. In bezug auf diesen Punkt kann eine detaillierte Erläuterung unter Verwendung von Gleichungen gegeben werden.

Die Übertragungscharakteristik G_N(S), die die Einlaßluft menge ΔE/Eo über den Einlaßluftdruck ΔPb/Pbo in Fig. 3 darstellt, wird durch die folgende Gleichung mit der Ver zögerung erster Ordnung bestimmt, wobei τη der Einfachheit halber mit Null angesetzt wird:

In der Gleichung (17) wird die Zeitkonstante τa durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

wobei ηvo, No, Vm, Vh und τa die gleichen Werte wie in der Gleichung (9) haben.

Die Rückkopplungsregelung für die Maschinendrehzahl vor der oben erwähnten Übertragungsfunktion G_N(S), die durch den Subtrahierer 14 gezeigt wird, wird mechanisch ausge führt. Wenn die Maschinendrehzahl in Leerlaufzuständen ab nimmt, dann wird der Einlaßluftdruck gesteigert und umge kehrt.

Die Übertragungsfunktion Gc(S) ist eine Übertragungscharak teristik, die auf das Luftzumeßsystem zur Kraftstoffregelung bezogen ist, bei dem Kraftstoff proportional zum Einlaß luftdruck ΔPb/Pbo (im Geschwindigkeits-Dichte-System D-Jetro) eingespritzt wird. Sie nimmt einen Wert von 1 an, wenn nicht die Verzögerung bei der Regelung in die Betrach tung einbezogen wird. Andererseits, wenn der Kraftstoff proportional zur Luftströmungsrate pro Umdrehungsanzahl eingespritzt wird, was man erhält, wenn eine Einlaßluft menge unter Verwendung eines Luftströmungsmessers gemessen wird (L-Jetro), dann nimmt sie einen Wert von (1 + Sτa) an. Zur Vereinfachung der Erläuterung sei hier angenommen, daß die Übertragungscharakteristik Gc(S) hier gleich 1 ist.

Die Kraftstoffübertragungscharakteristik Gλ(S) stellt die Charakteristik der Übertragung des Kraftstoffs in das Lufteinlaßrohr dar, d. h. sie bezieht sich auf die Breite des Kraftstoffeinspritzimpulses ΔPw/Pwo zum Erregen eines Kraftstoffeinspritzventils (nicht dargestellt) mit einem Luftverhältnis Δλ/λo. Zur Vereinfachung der Erläuterung wird hier Gλ(S) mit 1 angenommen.

Die Übertragungscharakteristik Gb(S), die sich auf das Maschinendrehmoment Tb mit der Maschinendrehzahl ΔN/No, den Einlaßluftdruck ΔPb/Pbo oder das Luftverhältnis Δλ/λo bezieht, wird durch die folgende Gleichung (19) bestimmt:

wobei Kn, Kp und Kλ jeweils Konstanten sind, die experi mentell bei einem Gleichsgewichtsbetriebspunkt (No, Pbo, λo) bestimmt werden.

Die physikalische Bedeutung der Konstanten und die Ver fahren zum Messen derselben sind bereits in dem SAE-Papier 860 411 beschrieben worden, um das Maschinendrehmoment ΔTb zu erhalten.

Das Maschinendrehmoment ΔTb wird wieder in die Maschinen drehzahl ΔN/No durch die bekannte Euler-Gleichung umge wandelt:

wobei J das Trägheitsmoment eines Schwungrades ist.

Das Verhältnis zwischen der Einlaßluftströmungsrate Δa/ao, der Menge der Einlaßluft ΔE/Eo und der Drehzahl ΔN/No wird durch die folgende Gleichung (21) angegeben, die man durch das Massenerhaltungsgesetz, eine Zustands gleichung und die Definitionsformel des volumetrischen Wirkungsgrades erhält:

Wenn die oben erwähnten Gleichungen (17) bis (21) für eine Gleichzeitigkeitsgleichung verwendet werden, um das Ver hältnis der Menge der Einlaßluft a und der Drehzahl ΔN zu erhalten, dann läßt sich die folgende Gleichung (22) aufstellen:

In der Gleichung (20) ist die Totzeit, die durch die Regel verzögerung hervorgerufen wird, entfernt.

Es sei angenommen, daß die Übertragungscharakteristik des Stellgliedes 3 gleich 1 ist (diese Annahme ist richtig, wenn ein Stellglied mit einem schnellen Ansprechverhalten verwendet wird). Die oben erwähnte Gleichung (22) zeigt dann richtig die Übertragungscharakteristik (die Glei chung (4)), die durch die Verzögerung zweiter Ordnung (Glei chung zweiter Ordnung von S) ausgedrückt wird.

Die Erfinder haben ermittelt, daß die Übertragungscharakte ristik der Gleichung (4) mit der Verzögerung zweiter Ord nung (die Gleichung zweiter Ordnung von S) praktisch in eine Verzögerungscharakteristik erster Ordnung modifiziert werden kann, indem man ein Unter-Rückkopplungskompensa tionssystem vorsieht, das durch ein Bezugszeichen 201 in Fig. 3 bezeichnet ist. Das Unter-Rückkopplungssystem 201 hat eine Übertragungsfunktion 200 (Sτa) und wird durch eine Unter-Rückkopplungsleitung von der Seite des Einlaß luftdrucks ΔPb/Pbo zur Seite der Größe der Einlaßluft Δa/ao gebildet. Durch das Unter-Rückkopplungskompen sationssystem können die Proportionalverstärkung und die Integralverstärkung des Proportional/Integral-Reglers 2 groß gemacht werden, und die Empfindlichkeit des Regel systems wird hoch, wodurch die Übergangscharakteristik des Regelsystems beachtlich verbessert werden kann.

In dieser Beziehung wird eine detailliertere Beschreibung unter Bezugnahme auf Gleichungen gegeben. Mit dem Unter- Rückkopplungskompensationssystem 201 läßt sich eine Luft strömungsrate erzielen, die durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird:

Wenn in der Gleichung (25) angenommen wird, daß das erste Glied auf der rechten Seite eine Strömungsrate von Luft darstellt, die in der ersten Leitung strömt, die die Dros selklappe überbrückt, und das zweite Glied auf der rechten Seite der Gleichung (25) eine Strömungsrate von Luft dar stellt, die in der zweiten Leitung strömt, die die Drossel klappe überbrückt (tatsächlich ist es nicht nötig, eine ge trennte Leitung vorzusehen, und es ist ausreichend, die von dem zweiten Glied auf der rechten Seite der Gleichung ausgedrückte Luftströmungsrate der Strömungsrate in der ersten Leitung hinzuzufügen), dann erhält man die folgende Gleichung (26) durch Substitution der Gleichung (25) für die Gleichung (21):

In der gleichen Weise, in der man die Gleichung (22) er hält, wird die oben erwähnte Gleichung (26) für die Glei chung (21) und die Übertragungscharakteristik von Δa bis ΔN verwendet, um durch die Gleichungen (17) bis (20) der Gleichung (22) zu entsprechen. Die folgende Gleichung (27) läßt sich dann aufstellen:

wobei

Im Hinblick auf die Gleichungen (22) und (27) wird zum Ver gleich die Übertragungscharakteristik von Δap bis ΔN von der Verzögerung zweiter Ordnung auf die Verzögerung erster Ordnung geändert. Dementsprechend wird die Phasen verzögerung vermindert, wenn die gleiche Frequenz ver wendet wird, und ein stabiler Betrieb im Regelsystem ist erzielbar, obgleich die Proportionalverstärkung und die Integralverstärkung gesteigert sind, was zu einem schnellen Ansprechen auf Drehmomentstörungen führt.

Nachfolgend wird die Verbesserung im Betriebsverhalten er läutert, die man erzielt, wenn die oben erwähnten Maßnahmen getroffen werden. Zu diesem Zweck wird eine Erläuterung unter Verwendung eines Nyquist-Diagramms unter der Annahme gegeben, daß eine Übertragungscharakteristik G₃₄₅(S) ein schließlich des Stellgliedes 3 durch die Maschine 4 eine Verzögerung erster Ordnung aufweist.

Wenn G₃₄₅(S) = 1/(1 + ST), dann kann man erhalten:

Wenn das Nyquist-Diagramm der Gleichung (2) unter Verwen dung der Gleichung (29) aufgetragen wird (zum Vergleich: die Werte werden wie folgt bestimmt: geregelte Totzeit Ln = L/T = 0,5, geregelte integrierte Zeit Tn = Ti/T = 1, die Ver zögerungszeitkonstante erster Ordnung T = 0,3 s und die Pro portionalverstärkung K = 1), dann erhält man Fig. 4.

Wenn man Fig. 4 mit Fig. 15 vergleicht, dann erkennt man, daß die Frequenz am Schnittpunkt mit der durchgehenden Linie 1,7 Hz anzeigt und der Absolutwert an diesem Punkt 0,3 ist (er hat eine Verstärkungsgrenze von 20 dB), während die Verstärkungsgrenze unter dem Vergleichszustand in Fig. 15 gleich 0,4 dB ist. Dementsprechend wird die Stabilität verbessert, und die Ansprechcharakteristik ist viermal so schnell wie in dem konventionellen Regelsystem. Es ist daher möglich, sowohl die Stabilität als auch das Ansprech verhalten zu verbessern, indem die Unter-Rückkopplungs kompensation mit der Übertragungsfunktion 200 (Sτa) in bezug auf den Einlaßluftdruck ΔPb als Zustandsgröße ver wendet wird.

Der oben erwähnte Effekt wird nun unter physikalischen Gesichtspunkten beschrieben. Wenn eine Last an die unter Gleichförmigkeitszustand laufende Maschine plötzlich ange schaltet wird, dann wird die Maschinendrehzahl selbstver ständlich vermindert (ΔN ≦ 0). In diesem Falle wird die Maschine so betrieben, daß der Einlaßluftdruck durch ein mechanisches Rückkopplungssystem gesteigert wird, obgleich keine Unter-Rückkopplungskompensation des Einlaßluftdrucks ΔPb vorhanden ist. Mit anderen Worten, wenn Δa = 0 und wenn ΔN ≦ 0 in Gleichung (21), dann ist ΔPb ≧ 0.

Da der durch das mechanische Rückkopplungssystem erzielbare Stellbetrieb jedoch langsam ist, sind die Stabilität und das Ansprechverhalten des Rückkopplungssystems jedoch gering.

Die Unter-Rückkopplung des Einlaßluftdrucks ΔPb, die durch die vorliegende Erfindung geschaffen ist, dient dazu, die mechanische Rückkopplungskompensation zu unter stützen. Wenn nämlich in der Gleichung (21) die Bedingung von ΔN ≦ 0 und ΔPb ≧ 0 gegeben ist, dann wirkt die Unter- Rückkopplung des Einlaßluftdrucks ΔPb als Zustandsgröße dahingehend, daß eine Einlaßluftgröße Δa proportional zum Differentialanteil des Einlaßluftdrucks ΔPb zusätz lich rückgekoppelt wird, wodurch ein schnelles Ansteigen des Einlaßluftdrucks aufgrund der zusätzlich zugeführten Einlaßluft erzielbar ist. Mit anderen Worten, die Unter- Rückkopplung des Einlaßluftdrucks ΔPb verstärkt auf natür liche Weise die mechanische Rückkopplung.

Es ist bekannt, daß der Einlaßluftdruck eine Zustandsgröße ist, die einem von der Maschine erzeugten Drehmoment ent spricht. Es ist daher augenscheinlich, daß die gleiche Wirkung erzielt werden kann, wenn eine Unter-Rückkopplungs kompensation proportional zum Differential des Drehmoments T ausgeführt wird, oder proportional zum graphisch darge stellten wirksamen mittleren Druck Pi oder zur Größe des kalorischen Wertes Q pro Zyklus, der durch die folgende Formel definiert wird:

wobei K ein spezifischer Wärmewert P(Θ) der Zylinderdruck bei einem Kurbelwinkel Θ ist, V(Θ) ein Zylindervolumen beim Kurbelwinkel Θ ist und der Kurbelwinkel Θ sich auf Zeitperioden des Verdichtungs-, Verbrennungs- und Expan sionsvorgangs bezieht.

Ein Proportionalitätskoeffizient τa, der verwendet wird, wenn die Unter-Rückkopplungskompensation proportional zum Differentialanteil des Einlaßluftdrucks als Zustandsgröße ausgeführt wird, ist umgekehrt proportional zum volumetri schen Wirkungsgrad und der Maschinendrehzahl und proportio nal zum Verhältnis des Volumens Vm der Einlaßzweigleitung zum Hubvolumen Vh der Maschine, wie man aus der Gleichung (18) entnehmen kann. Wenn dementsprechend die Größe des Proportionalitätskoeffizienten in Abhängigkeit von den oben erwähnten Werten geändert wird, dann läßt sich die selbe Funktion, wie oben erläutert, bei verschiedenen Ar beitspunkten der Maschine erzielen.

In dem oben beschriebenen Aufbau der vorliegenden Erfindung ist es, wenn der Einlaßluftdruck oder eine andere Zustands größe nicht gemessen werden können, natürlich unmöglich, die Unter-Rückkopplungskompensation auszuführen. Jedoch läßt sich der gleiche Effekt, wie bei der erwähnten Unter- Rückkopplungskompensation erzielen, wenn die folgenden Maß nahmen ergriffen werden.

Wenn die Gleichung (26) in die Gleichung (25) eingesetzt wird, dann ergibt sich nämlich die folgende Gleichung:

Wenn die Zeitkonstante τη, die in der Beschreibung der Fig. 3 zur Vereinfachung weggelassen worden war, in Be tracht gezogen wird, dann erhält man die folgende strenge Gleichung:

Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, das eine modifizierte Aus führungsform des zweiten Ausführungsbeispiels der vorlie genden Erfindung zeigt, auf die die Gleichung (31) anwend bar ist. Die Ausführungsform nach Fig. 5 hat die gleiche Wirkung wie jene, die das Unter-Rückkopplungssystem auf weist, proportional zum Differential des Einlaßluftdrucks als Zustandsgröße. Dies rührt daher, daß der Einlaßluftdruck durch die Gleichung (26) erhalten werden kann, wenn ein solches Unter-Rückkopplungssystem verwendet wird.

Die Ausführungsform nach Fig. 5 in Übereinstimmung mit der Gleichung (31) wird nun erläutert.

In Fig. 5 wird zusätzlich zum Ausgang des Proportional/ Integral-Reglers 2 eine Voreil-Kompensationsübertragungs funktion 210 erster Ordnung (1 + Sτa) dem einen Eingang eines Subtrahierers 15 hinzuaddiert, dessen anderer Eingang den Ausgang der Maschinendrehzahldetektorschaltung 5 mit einer Maschinendrehzahl-Rückkopplungskompensationsüber tragungsfunktion 300 ([Sτa (1 + STη)]) über ein Kompen sationssytem 301 erhält. Der Ausgang des Subtrahierers 15 ist dem Stellglied 3 hinzuzufügen.

In Fig. 5 entspricht die Voreil-Kompensationsübertragungs funktion 210 erster Ordnung (1 + Sτa) des Ausgangs des Pro portional/Integral-Reglers 2 dem ersten Glied auf der rechten Seite der Gleichung (31). Andererseits ist Sτa (1 + STη)ΔN/No, das proportional den Differentialkompo nenten erster und zweiter Ordnung der Maschinendrehzahl ist, und das die Maschinendrehzahl-Rückkopplungskompen sationsübertragungsfunktion 300 des Ausgangs der Maschinen drehzahldetektorschaltung 5 ist, das zweite Glied auf der rechten Seite der Gleichung (31). Die beiden Eingangssigna le werden der Subtraktion im Subtrahierer 15 unterworfen, und der Ausgang des Subtrahierers wird dem Stellglied 3 zugeführt.

Selbst wenn der Einlaßluftdruck oder eine andere Zustands größe für den Einlaßluftdruck nicht ermittelt werden kön nen, dann wird die Maschinendrehzahl-Rückkopplungskompen sation, die proportional zum Maschinendrehzahldifferential erster und zweiter Ordnung ist, der Voreil-Kompensation erster Ordnung der Einlaßluftströmungsrate hinzuaddiert. In diesem Falle beruhen die Zeitkonstanten τa, τη jeder der Differentialkomponenten auf dem Arbeitspunkt der Ma schine. Durch Ändern der Konstanten in Abhängigkeit von den Arbeitspunkten der Maschine läßt sich daher die Wirkung der vorliegenden Erfindung bei jedem Arbeitspunkt der Maschine erzielen.

In der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist daher das Unter-Rückkopplungssystem proportional zum Differential des Einlaßluftdrucks in bezug auf die Strö mungsrate der Einlaßluft vorgesehen. Alternativ können die Differentialkomponenten erster und zweiter Ordnung von Be triebsparametern, wie beispielsweise der Maschinendrehzahl, der Voreil-Signalkomponente erster Ordnung hinzuaddiert werden. Dementsprechend kann die Verzögerung zweiter Ord nung in der Maschinencharakteristik praktisch in eine Ver zögerung erster Ordnung modifiziert werden, wodurch die Phasenverzögerung im Regelsystem merklich herabgesetzt werden kann. Weiterhin können die Proportionalverstärkung und die Integralverstärkung des Proportional/Integral- Reglers gesteigert werden und die Empfindlichkeit des Regelsystems ist verbessert, so daß Schwankungen der Ma schinendrehzahl aufgrund von Laststörungen sehr schnell ausgeregelt werden können.

Eine dritte Ausführungsform der Maschinendrehzahlregelvor richtung nach der vorliegenden Erfindung wird nun er läutert.

Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild der dritten Ausführungs form der Erfindung. Diese ist mit einer Unter-Rückkopp lungsschleife 500 zusätzlich zu einer Haupt-Rückkopplungs schleife 400 versehen, die die gleiche ist, wie in Fig. 13. Mit der Unter-Rückkopplungsschleife 500 wird ein einge stelltes Signal entsprechend einer Maschinensolldrehzahl, das von der Einstellschaltung 1 abgegeben wird, dem ersten Subtrahierer 11 zugeführt, und ein Detektorsignal, das von der Maschinenistdrehzahl abhängt, wird von der Maschinen drehzahldetektorschaltung 5 abgegeben und ebenfalls dem Subtrahierer 11 über die Haupt-Rückkopplungsschleife 400 zugeführt.

Der Subtrahierer 11 vergleicht das eingestellte Signal mit dem Detektorsignal, um ein Fehlersignal zu erzeugen, und das Fehlersignal wird einem zweiten Subtrahierer 16 zuge führt. Der zweite Subtrahierer 16 empfängt weiterhin ein Ausgangssignal vom Proportional/Integral-Regler 2 über die Unter-Rückkopplungsschleife 500 mit einer Übertragungs funktion 501.

Das Merkmal der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß Totzeit, die die Ursache dafür ist, daß die Empfindlichkeit im Regelsystem nicht verbessert werden kann, aus der Haupt-Rückkopplungsschleife 400 für die Regelung der Maschinendrehzahl beseitigt wird, indem die Übertragungsfunktion 501 der Unter-Rückkopplungs schleife 500 auf die Übertragungsfunktion des Ausgangs des Proportional/Integral-Reglers 2 über den Ausgang der Ma schinendrehzahl bezogen wird.

Die Art, in der die Totzeit beseitigt wird, soll nun de tailliert erläutert werden.

In der gleichen Art, wie unter Bezugnahme auf Fig. 13 be schrieben, ist ein Maschinendrehzahlregelsystem mit der Übertragungsfunktion 345 wie jenes in Fig. 7, wenn die Übertragungsfunktionen vom Ausgang bis zum Stellglied 3 über den Ausgang der Detektorschaltung 5 in eine einzige Übertragungsfunktion 345 angesammelt werden.

In Fig. 7 ist die Unter-Rückkopplungsschleife 500 zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen des Proportional/ Integral-Reglers 2 ausgebildet. Wenn G₃₄₅(S) - G₃₄₅(S)e^-SL für die Übertragungsfunktion 501 gewählt ist, dann ist die Übertragungscharakteristik zur Umsetzung eines Spannungs signals r in ein Spannungssignal y ausgedrückt:

Dementsprechend ist die charakteristische Gleichung:

1 + Gc(S)G₃₄₅(S) = 0 (33)

Das Glied der Totzeit e^-SL, das das Regelsystem instabil macht, kann daher aus der charakteristischen Gleichung ent fernt werden. Es ist demnach möglich, die Proportionalver stärkung und die Integralverstärkung des Reglers 2 zu steigern, um dadurch die Empfindlichkeit des Regelsystems zu verbessern. Daher wird die Maschinendrehzahl, wenn sie durch Laststörungen herabgesetzt ist, sehr schnell wieder auf die Maschinensolldrehzahl angehoben.

Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild einer vierten Ausfüh rungsform der Maschinendrehzahlregelvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung. In der vierten Ausführungsform ist die Unter-Rückkopplungsschleife 500 zwischen dem Ausgang des Stellgliedes 3 und dem Eingang des Proportional/Inte gral-Reglers 2 ausgebildet. In diesem Falle ist die Über tragungsfunktion 501 so gewählt, daß sie ist:

G 20(S) = G 45(S) - G 45(S)e^-SL (34)

wobei G 45(S)e^-SL eine Übertragungsfunktion des Ausgangs des Stellgliedes 3 über den Ausgang der Maschinendrehzahl detektorschaltung 5 ist. G 45(S) ist eine Komponente, die man durch Entfernen des Totzeitgliedes e^-SL aus der obigen Übertragungsfunktion erhält.

Fig. 9 ist ein Blockschaltbild einer fünften Ausführungs form der vorliegenden Erfindung, die eine Modifikation der in Fig. 8 dargestellten vierten Ausführungsform ist. In Fig. 9 wird ein Teil eines Spannungssignals, das von der Maschinendrehzahldetektorschaltung 5 ausgegeben und über die Haupt-Rückkopplungsschleife 400 rückgekoppelt wird, einem dritten Subtrahierer 17 zugeführt. Der Subtrahierer 17 ist dazu eingerichtet, ein Spannungssignal mit der Über tragungsfunktion 501, die in die Unter-Rückkopplungsschlei fe 500 eingefügt ist, zu empfangen. Ein Fehlersignal, das man durch Subtrahieren der beiden Signale im Subtrahierer 17 erhält, wird dem zweiten Subtrahierer 16 über die Unter- Rückkopplungsschleife 500 zugeführt.

In Fig. 9 sei angemerkt, daß die Übertragungsfunktion G 45(S)e^-SL der Ausgang der Maschinendrehzahldetektorschal tung 5 ist. Wenn dementsprechend die Übertragungsfunktion 501 so gewählt ist, daß G 20(S) = G 45(S), dann ist der Aufbau der Vorrichtung nach Fig. 9 äquivalent zu jener nach Fig. 8.

In den vierten und fünften Ausführungsformen ist daher die Unter-Rückkopplungsschleife zwischen den Eingangs- und Aus gangsanschlüssen des Proportional/Integral-Reglers oder zwischen dem Eingang des Proportional/Integral-Reglers und dem Ausgang des Stellgliedes angeordnet, wobei eine Über tragungsfunktion, die sich auf die Übertragungsfunktion der Maschine bezieht, in der Unter-Rückkopplungsschleife eingerichtet ist. Dementsprechend kann der nachteilige Effekt der Totzeit, die in der Haupt-Rückkopplungsschleife enthalten ist, beseitigt werden und die Proportionalver stärkung und die Integralverstärkung des Proportional/ Integral-Reglers kann gesteigert werden, wodurch die Em pfindlichkeit des Regelsystems verbessert wird und Schwankungen der Maschinendrehzahl aufgrund Laststörungen schnell ausgeregelt werden können.

Fig. 10 ist eine sechste Ausführungsform der Maschinendreh zahlregelvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung. In Fig. 10 werden die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 für dieselben oder entsprechenden Teile verwendet. Der Auf bau der sechsten Ausführungsform ist der gleiche wie der der ersten Ausführungsform mit der Ausnahme, daß weiterhin ein Rückkopplungsregelsystem 201 mit der Übertragungs funktion 200 vorgesehen ist (die unter Bezugnahme auf die zweite Ausführungsform nach Fig. 3 erläutert wurde), wobei ein Signal, das durch das Rückkopplungssystem 111 mit der Übertragungsfunktion 110 läuft, und ein Signal, das durch das Rückkopplungssystem 201 mit dem Übertragungssystem 200 läuft, einem Addierer 18 zugeführt werden, und daß das so erhaltene Signal des Addierers 18 dem Eingang des Addierers 13 zugeführt wird.

In der sechsten Ausführungsform findet eine Rückkopplungs kompensation 110 proportional zur Stärke äußerer Störungen und dem Differential derselben und eine Rückkopplungskom pensation 200 proportional zum Differential des Einlaß luftdrucks ΔPb/Pbo statt. Dementsprechend können Schwan kungen der Maschinendrehzahl, die durch Störungen verur sacht werden, als Folge des Rückkopplungskompensations systems 110 geregelt werden und die Übertragungscharakte ristik der Maschine (ausgedrückt durch die Verzögerung zweiter Ordnung und die Totzeit) kann durch die Verzögerung erster Ordnung plus Totzeit modifiziert werden (Wirkung durch das Rückkopplungskompensationssystem 200). Die Pro portionalverstärkung und die Integralverstärkung des Reg lers 2 können daher größer gemacht werden.

Fig. 11 zeigt eine siebente Ausführungsform der vorlie genden Erfindung. Der Aufbau der siebenten Ausführungsform ist der gleiche wie der der oben erwähnten sechsten Aus führungsform mit der Ausnahme, daß sie weiterhin mit der Unter-Rückkopplungsschleife 500 versehen ist, die in der dritten Ausführungsform nach Fig. 6 verwendet ist. In Fig. 11 wird der Ausgang des Proportional/Integral-Reglers 2 dem zweiten Subtrahierer 16 über die Unter-Rückkopplungs schleife 500 mit der Übertragungsfunktion 501 zugeführt. Die siebente Ausführungsform dient dazu, die Totzeit zu kompensieren und die Proportionalverstärkung und die Inte gralverstärkung des Reglers 2 zu steuern. In der siebenten Ausführungsform sind Ge(S) (oder G₃₄₅(S)) der Übertragungs funktion (Ge(S) - (Ge(S) × e^-SL) durch die folgende Glei chung mit der Verzögerung erster Ordnung bestimmt:

Claims

1. Leerlaufdrehzahlregelvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit:
einem Drehzahldetektor (5) zur Ermittlung der Ist- Leerlaufdrehzahl der Maschine;
einer Einstellschaltung (1) zum Abgeben eines Einstellsignals, das einer Soll-Leerlaufdrehzahl der Maschine entspricht;
einem Regler (2), dessen Eingangssignal ein Fehlersignal ist, das aus dem vom Drehzahldetektor (5) erzeugten Signal und dem Einstellsignal erzeugt wird;
einem Stellglied (3) zum Steuern einer durch eine Einlaßluft-Bypassleitung parallel zu einer Drosselklappe strömenden Luftmenge oder eines Zündzeitpunkts der Maschine auf der Basis des Ausgangssignals des Reglers (2), um die Ist- Leerlaufdrehzahl mit der Soll-Leerlaufdrehzahl in Übereinstimmung zu bringen, und
einem unterlagerten Regelkreis mit einer Einrichtung zum Ermitteln eines Zustands der Maschine und zum Abgeben eines von der Größe des Zustands abhängigen elektrischen Signals (111),
dadurch gekennzeichnet, daß
der unterlagerte Regelkreis eine Regeleinrichtung (110), deren Eingang das elektrische Signal (111) zugeführt wird, und eine zwischen dem Regler (2) und dem Stellglied (3) angeordnete Addiereinrichtung (13) aufweist, in der das Ausgangssignal der Regeleinrichtung (110) dem Ausgangssignal des Reglers (2) hinzuaddiert wird, wobei der ermittelte Zustand der Brennkraftmaschine eine Drehmoment-Störgröße (ΔTd) ist, und
die Übertragungsfunktion der Regeleinrichtung (110) gegeben ist durch wobei 1/Kp den Proportionalanteil und τa/Kp den Differentialanteil darstellt und S gleich jω und τa eine Zeitkonstante ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koeffizienten (τa, Kp) in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Maschine, insbesondere dem Volumen Vm der Ansaugleitung, dem Hubraum Vh und dem volumetrischen Wirkungsgrad, bestimmbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koeffizienten (τa, Kp) in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Maschine bestimmbar sind, welche aus der folgenden Gruppe ausgewählt sind: Einlaßluft druck, Maschinendrehzahl, Einlaßluftströmungsrate und Drehmoment.

4. Leerlaufdrehzahlregelvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit:
einem Drehzahldetektor (5) zur Errmittlung der Ist- Leerlaufdrehzahl der Maschine;
einer Einstellschaltung (1) zum Abgeben eines Einstellsignals, das einer Soll-Leerlaufdrehzahl der Maschine entspricht;
einem Regler (2), dessen Eingangssignal ein Fehlersignal ist, das aus dem vom Drehzahldetektor (5) erzeugten Signal und dem Einstellsignal erzeugt wird;
einem Stellglied (3) zum Steuern einer durch eine Einlaßluft-Bypassleitung parallel zu einer Drosselklappe strömenden Luftmenge oder eines Zündzeitpunkts der Maschine auf der Basis des Ausgangssignals des Reglers (2), um die Ist- Leerlaufdrehzahl mit der Soll-Leerlaufdrehzahl in Übereinstimmung zu bringen, und mit
einem unterlagerten Regelkreis
dadurch gekennzeichnet, daß der unterlagerte Regelkreis eine Einrichtung zum Ermitteln eines Zustands der Maschine und zum Abgeben eines von der Größe des Zustands abhängigen elektrischen Signals (201) aufweist, wobei das elektrische Signal (201) aus der in der Einlaßluft-Bypassleitung strömenden Luftmenge abgeleitet wird, und eine Regeleinrichtung (200) aufweist, deren Eingang das elektrische Signal (201) zugeführt wird, und deren Ausgang auf eine zwischen dem Regler (2) und dem Stellglied (3) angeordneten Addiereinrichtung (13) geführt ist, wobei die Übertragungsfunktion der Regeleinrichtung (200) bestimmt ist durch Sτa und τa eine Zeitkonstante und S gleich jω ist.

5. Leerlaufdrehzahlregelvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit:
einem Drehzahldetektor (5) zur Ermittlung der Ist- Leerlaufdrehzahl der Maschine;
einer Einstellschaltung (1) zum Abgeben eines Einstellsignals, das einer Soll-Leerlaufdrehzahl der Maschine entspricht;
einem Regler (2), dessen Eingangssignal ein Fehlersignal ist, das aus dem vom Drehzahldetektor (5) erzeugten Signal und dem Einstellsignal erzeugt wird,
einem Stellglied (3) zum Steuern einer durch eine Einlaßluft-Bypassleitung parallel zu einer Drosselklappe strömenden Luftmenge oder eines Zündzeitpunkts der Maschine auf der Basis des Ausgangssignals des Reglers (2), um die Ist- Leerlaufdrehzahl mit der Soll-Leerlaufdrehzahl in Übereinstimmung zu bringen, und mit
einem unterlagerten Regelkreis
dadurch gekennzeichnet, daß der unterlagerte Regelkreis eine Regeleinrichtung (300) aufweist, deren Eingang ein der Ist-Leerlaufdrehzahl entsprechendes elektrisches Signal (301) zugeführt wird, und deren Ausgang auf eine zwischen dem Regler (2) und dem Stellglied (3) angeordneten Addiereinrichtung (15) geführt ist, wobei die Übertragungsfunktion der Regeleinrichtung (300) bestimmt ist durch Sτa(1+Sτ_η), und zwischen dem Regler (2) und der Addiereinrichtung (15) ein Regelglied (210) mit einer Übertragungsfunktion (1+Sτa) eingefügt ist, wobei τa eine Zeitkonstante, τ_η eine zweite Zeitkonstante, die kleiner als τa ist, und S gleich jω ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zeitkonstante τa des Differentialanteiles gilt: wobei Vm das durch eine Drosselklappe, die Innenwand der Einlaßluftleitung und ein Lufteinlaßventil der Maschine definierte Volumen ist, Vs der Hubraum der Maschine und ηvo der volumetrische Wirkungsgrad bei einem Gleichgewichts-Einlaßluftdruck Pbo und einer Gleichgewichts-Drehzahl No sind.

7. Leerlaufdrehzahlregelvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit einem Hauptregelkreis, welcher folgende Merkmale aufweist:
einen Drehzahldetektor (5) zur Ermittlung der Ist- Leerlaufdrehzahl der Maschine;
eine Einstellschaltung (1) zum Abgeben eines Einstellsignals, das einer Soll-Leerlaufdrehzahl der Maschine entspricht;
einen Proportional/Integral-Regler (2) zur Verstärkung und zur Integration eines Fehlersignals, das aus dem vom Drehzahldetektor (5) erzeugten Signal und dem Einstellsignal erzeugt wird;
ein Stellglied (3) zum Steuern einer durch eine Einlaßluft-Bypassleitung parallel zu einer Drosselklappe strömenden Luftmenge oder eines Zündzeitpunkts der Maschine auf der Basis des Ausgangssignals des Proportional/Integral-Reglers (2), um die Ist- Leerlaufdrehzahl mit der Soll-Leerlaufdrehzahl in Übereinstimmung zu bringen, und mit
einem unterlagerten Regelkreis (500, 501),
dadurch gekennzeichnet, daß der unterlagerte Regelkreis (500, 501) den Ausgang des Proportional/Integral-Reglers (2) bzw. den Ausgang des Stellgliedes (3) zur Eingangsseite des Proportional/Integral-Reglers (2) rückkoppelt, und daß der unterlagerte Regelkreis (501) eine Übertragungsfunktion G(S) - G(S)e^-SL hat, wobei die Übertragungsfunktion vom Ausgang des Proportional/Integral-Reglers (2) bzw. vom Ausgang des Stellgliedes (3) bis zum Drehzahldetektor (5) im Hauptregelkreis gegeben ist durch G(S)e^-SL, und L die Totzeit im Hauptregelkreis und G(S) ein rationaler Ausdruck von S, mit S gleich jω, ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem unterlagerten Regelkreis (400, 500, 501, 17) die Ist-Leerlaufdrehzahl zur Realisierung der Übertragungsfunktion G(S)e^-LS herangezogen wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zusätzlich einen oder mehrere unterlagerte Regelkreise nach den Ansprüchen 4 bis 8 aufweist.