DE4027707A1 - Leerlaufregeleinrichtung fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents
Leerlaufregeleinrichtung fuer eine brennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Leerlaufregeleinrichtung für
eine Brennkraftmaschine.
Bei Brennkraftmaschinen schwankt im Leerlaufbetrieb, wenn
das erzeugte Drehmoment klein ist, die Maschinendrehzahl
als die Umlaufgeschwindigkeit einer Kurbelwelle bei gerin
ger Lastschwankung. Beispielsweise wird die Maschinendreh
zahl niedriger, wenn Audiogeräte Strom verbrauchen oder
eine Klimaanlage oder dergleichen eingeschaltet wird, und
das gleiche gilt beim Lenken ohne Servolenkung oder beim
Schalten eines Automatikgetriebes in eine Fahrstellung.
Andererseits hält man seit einigen Jahren wegen der ge
stiegenen Kraftstoffkosten die Leerlaufdrehzahl vergleichs
weise niedrig, und daher besteht die Gefahr eines Abwürgens
der Maschine, wenn eine Überlappung etwa der oben genannten
Hauptgründe für Lastschwankungen erfolgt.
Aus diesem Grund ist beim typischen Stand der Technik vor
gesehen, daß die Steuerung, die den Öffnungsgrad des Strö
mungsregelventils in einer Leerlaufbypaßleitung bestimmt,
Ausgangssignale der verschiedenen Einrichtungen, die die
Hauptgründe für Lastschwankungen darstellen, sowie Aus
gangssignale der verschiedenen Sensoren oder dergleichen
empfängt und, wenn beispielsweise die Klimaanlage einge
schaltet wird, eine Soll-Leerlaufdrehzahl vorgibt, die um
gerade 250 U/min höher ist. Um die auf diese Weise vorge
gebene Soll-Maschinendrehzahl zusammen mit der Addition
eines vorbestimmten Öffnungsgrads für jede Last zum Grund-
Öffnungsgrad zu erreichen, wird eine Integralregelung
durchgeführt, so daß der vorgegebene Öffnungsgrad mit klei
ner Regelverstärkung erreicht wird, um eine Überregelung zu
vermeiden.
Da es bei dem oben genannten Stand der Technik erforderlich
ist, daß die Steuerung die Ausgangssignale der verschiede
nen Einrichtungen und die Meßsignale der Sensoren oder der
gleichen empfängt, ist der Aufbau kompliziert, und die
Kosten sind hoch. Da ferner die Regelverstärkung niedrig
ist, ist das Ansprechverhalten schlecht, und es wird eine
lange Zeitdauer zum Erreichen der Soll-Maschinendrehzahl
benötigt. Wenn andererseits die Regelverstärkung größer
gemacht wird, wird zwar das Ansprechverhalten besser, aber
die Stabilität wird schlechter. Das heißt also, daß eine zu
starke Regelung zu Überregelung führt, und das führt zu
unerwünschten Situationen wie unregelmäßigem Lauf bzw.
Sägen und Überempfindlichkeit.
Der Erfindung ist die Lösung der vorgenannten Pro
bleme unter Bereitstellung einer neuen und verbesserten
Leerlaufregeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine, wobei
einerseits der Aufbau vereinfacht und andererseits gutes
Ansprechverhalten und Stabilität erzielt werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung eine
Leerlaufregeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine vor
gesehen, wobei die Auf- und die Abstromseite einer Drossel
klappe durch eine Leerlaufbypaßleitung verbunden sind und
die Maschinendrehzahl durch Verstellen des Öffnungsgrads
eines in der Leerlaufbypaßleitung angeordneten Strömungs
regelventils auf einer vorbestimmten Soll-Maschinendrehzahl
gehalten wird.
Diese Leerlaufregeleinrichtung ist dadurch gekennzeichnet,
daß beim Erfassen einer Abnahme/Zunahme der Maschinendreh
zahl der Öffnungsgrad mit einer vergleichsweise großen Än
derungsrate vergrößert/verringert wird, und daß an dem
Punkt, an dem die Änderungsrate NE) der Maschinendrehzahl
zu Null oder nahezu Null wird, der Öffnungsgrad sehr
schnell verringert/vergrößert wird, um entweder einen Wert,
der auf den Ansaugluftdruck oder einen Gesamtwert aus An
saugluftdruck und Maschinendrehzahl an diesem Punkt bezogen
ist, aufrechtzuerhalten, oder bis ein Wert in einem Bereich
erreicht ist, in dem eine sanfte Änderung möglich ist.
In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist ferner vor
gesehen, daß die Vergrößerungs/Verringerungs-Verstellung
des Öffnungsgrads aufgrund der Erfassung der Abnahme/Zu
nahme der Maschinendrehzahl zu dem Zeitpunkt durchgeführt
wird, zu dem die Maschinendrehzahl nahe bei der Soll-Ma
schinendrehzahl liegt und niedriger als ein vorbestimmter
erster Wert ist, der höher als die Soll-Maschinendrehzahl
bei abnehmender Maschinendrehzahl ist, und zu dem Zeitpunkt
durchgeführt wird, zu dem die Maschinendrehzahl nahe bei
der Soll-Maschinendrehzahl liegt und höher als ein vorbe
stimmter zweiter Wert ist, der niedriger als die Soll-Ma
schinendrehzahl bei zunehmender Maschinendrehzahl ist.
Wenn also gemäß der Erfindung eine vergleichweise starke
Schwankung der Maschinendrehzahl im Leerlauf erfaßt wird,
wird der Öffnungsgrad des Strömungsregelventils in der
Leerlaufbypaßleitung mit relativ hoher Änderungsrate geän
dert. Wenn auf dieser Basis der zeitliche Verlauf der Ma
schinendrehzahl in die Nähe von Null kommt, wird der Öff
nungsgrad sehr schnell verstellt, so daß entweder der auf
den Ansaugdruck bezogene Wert oder der Gesamtwert aus An
saugdruck und Maschinendrehzahl zu diesem Zeitpunkt auf
rechterhalten wird oder bis der Wert in einem Bereich er
reicht ist, in dem eine mäßige Änderung möglich ist.
Wenn daher beispielsweise die Maschinendrehzahl sinkt, wird
der Ansaugluftstrom mit einer vergleichsweise großen Ände
rungsrate erhöht, und es ist somit möglich, ein Abwürgen
der Maschine zu verhindern. Wenn ferner die Änderungsrate
der Maschinendrehzahl durch Null geht und zu steigen be
ginnt, wird der Ansaugluftstrom sehr schnell verringert,
bis der Wert in dem Bereich erreicht ist, in dem das Dreh
moment an diesem Punkt aufrechterhalten werden kann, so daß
ein sogenanntes Überansprechen verhindert wird.
Auf diese Weise ist es möglich, gleichzeitig eine Verbes
serung des Ansprechverhaltens durch hohe Regelverstärkung
und eine Verbesserung der Stabilität zu realisieren. Außer
dem ist es möglich, die Anzahl Ausgangswerte zu verringern,
die von Sensoren und verschiedenen als Verbraucher wirken
den Einrichtungen oder dergleichen eingeführt werden, wo
durch die Konstruktion vereinfacht werden kann.
Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbei
spielen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung, wobei die Steuerung 1 für die
Brennkraftmaschine und die zugehörigen Ein
heiten gezeigt sind;
Fig. 2 ein Blockschaltbild, das die Realisierung der
Steuerung zeigt;
Fig. 3 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Leer
laufdrehzahlregelung bei Lastschwankung;
Fig. 4 ein Diagramm, das die Änderung des Zusatzwerts
D1 zum Zeitpunkt einer regulären Integral
regelung zeigt;
Fig. 5 ein Diagramm, das die Änderung des Zusatzwerts
D2 zum Zeitpunkt einer Schnellregelung zeigt;
Fig. 6 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung des Betrieb
während einer Übergangszeit, in der die Be
triebsdauer DY geändert wird;
Fig. 7 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem
Saugluftstrom Qin in einen Druckausgleichbe
hälter 6 und dem Auslaßluftstrom Qout aus dem
Druckausgleichbehälter 6 zeigt;
Fig. 8 ein Diagramm, das die Änderung eines Werts MAP
in bezug auf die Änderung des Ansaugdrucks P,
Pc bei jeder Betriebsdauer DY zeigt; und
Fig. 9 bis 12 Flußdiagramme zur Erläuterung der Vorgänge bei
der Leerlaufdrehzahlregelung.
Das Blockschaltbild von Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbei
spiel mit der Steuerung 1 für die Brennkraftmaschine und
den zugehörigen Einheiten. Ein durch eine Ansaugöffnung 2
angesaugter Saugluftstrom wird in einem Luftfilter 3 gefil
tert und strömt nach Einstellung durch eine in einem An
saugrohr 4 angeordnete Drosselklappe 5 durch das Ansaugrohr
in einen Druckausgleichbehälter 6. Der aus dem Druckaus
gleichbehälter 6 austretende Saugluftstrom wird einem Ver
brennungsraum 11 einer Brennkraftmaschine (kurz: Maschine)
10 durch ein Einlaßventil 9 nach Vermischen mit dem von
einem in einer Saugleitung 7 angeordneten Einspritzer 8
eingespritzten Kraftstoff zugeführt. Im Verbrennungsraum 11
ist eine Zündkerze 12 angeordnet, und Abgas aus der Ver
brennungskammer 11 tritt durch ein Auslaßventil 13 aus und
gelangt aus dem Auspuffrohr 14 durch einen Katalysator 15
in die Atmosphäre.
Ein Sauglufttemperatursensor 21, der die Sauglufttemperatur
aufnimmt, ist im Ansaugrohr 4 angeordnet. Ein Drosselklap
penlagesensor 22 ist in Verbindung mit der Drosselklappe 5
angeordnet, und ein Ansaugrohrdrucksensor 23, der den Druck
im Ansaugrohr 7 aufnimmt, ist am Druckausgleichbehälter 6
angeordnet. Ferner ist im Bereich des Verbrennungsraums 11
ein Kühlmitteltemperatursensor 24 angeordnet. Im Auspuff
rohr 14 ist aufstrom vom Katalysator 15 ein O2-Sensor 25
angeordnet, und im Katalysator 15 ist ein Abgastemperatur
sensor 26 vorgesehen. Die Drehzahl der Maschine 10, d. h.
die Anzahl Umdrehungen pro Zeiteinheit, wird von einem Kur
belwinkelsensor 27 aufgenommen.
Gemeinsam mit den Ausgangssignalen der verschiedenen Sen
soren 21-27 werden Ausgangssignale von den folgenden Ele
menten in die Steuerung 1 eingegeben: von einem Fahrzeug
geschwindigkeitssensor 28, von einem Anlaßsensor 29, der
erfaßt, ob ein Anlassermotor 33 zum Anlassen der Maschine
10 betätigt ist, von einem Klimaanlagensensor 30, der den
Betrieb einer Klimaanlage aufnimmt, von einem Neutralstel
lungssensor 31, der aufnimmt, ob die Schaltstellung eines
Automatikgetriebes die Neutralstellung ist, wenn das die
Maschine 10 enthaltende Fahrzeug ein Automatikgetriebe hat.
Die Steuerung 1 wird von einer Batterie 34 gespeist. Die
Steuerung 1 berechnet z. B. die Einspritzmenge und den
Zündzeitpunkt auf der Basis der Meßergebnisse jedes der
Sensoren 21-31 und der Speisespannung oder dergleichen der
Batterie 34, die von einem Spannungssensor 20 aufgenommen
wird, und steuert den Einspritzer 8 und die Zündkerze 12
oder dergleichen.
Ferner ist am Ansaugrohr 4 eine Bypaßleitung 35 vorgesehen,
die von der Auf- zur Abstromseite der Drosselklappe 5
führt, und in der Bypaßleitung 35 ist ein Strömungsregel
ventil 36 angeordnet. Das Strömungsregelventil 36 wird von
der Steuerung 1 betriebsgesteuert und verstellt und be
stimmt den Saugluftstrom, wenn die Drosselklappe 5 während
des Leerlaufs nahezu vollständig geschlossen ist. Ferner
treibt die Steuerung 1 eine Kraftstoffpumpe 32 an, wenn die
Maschine 10 läuft.
Das Blockschaltbild von Fig. 2 zeigt die Realisierung der
Steuerung 1. Die Meßergebnisse der Sensoren 20-25 werden
einer Verarbeitungseinheit 43 von einer Eingabeschnitt
stelle 41 über einen A-D-Wandler 42 zugeführt. Die Meßer
gebnisse der Sensoren 22 und 27-31 werden der Verarbei
tungseinheit 43 über eine Eingabeschnittstelle 44 zuge
führt. In der Verarbeitungseinheit 43 ist ein Speicher 45
vorgesehen, der die verschiedenen Arten von Steuertabellen
und Lernwerten und dergleichen enthält. Ferner wird der
Verarbeitungseinheit 43 Energie von der Batterie 34 über
einen Spannungsstabilisator 46 zugeführt.
Die Steuerausgangssignale von der Verarbeitungseinheit 43
werden durch eine Ausgabeschnittstelle 47 ausgegeben und
dem Einspritzer 8 zur Steuerung der Kraftstoffeinspritz
menge, ferner über eine Zündvorrichtung 48 der Zündkerze 12
zur Einstellung des Zündzeitpunkts sowie dem Strömungs
regelventil 36 zur Einstellung des Saugluftstroms durch die
Leerlaufbypaßleitung 35 zugeführt und treiben ferner die
Kraftstoffpumpe 32.
Die Ausgangssignale des Abgastemperatursensors 26 werden
einem Abgastemperaturdetektierer 49 in der Steuerung 1 zu
geführt, und wenn das detektierte Ergebnis eine zu hohe
Temperatur anzeigt, schaltet der Abgastemperaturdetektierer
49 über einen Treiber 50 eine Warnleuchte 51 ein.
Das Impulsdiagramm von Fig. 3 erläutert den Betrieb der so
aufgebauten Steuerung 1. Ferner wird die Regelung eines
Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Basis von Ausgangs
signalen wie etwa des Ausgangssignals des O2-Sensors 25
durchgeführt. Wie in Fig. 3(2) vor dem Zeitpunkt t1 gezeigt
ist, wird bei relativ stabiler Drehzahl NE der Maschine 10
der Betrieb des Strömungsregelventils 36 entsprechend der
Differenz zwischen der Ist-Maschinendrehzahl NE und der
Soll-Maschinendrehzahl NT mit einem relativ kleinen Zusatz
wert ΔD1 integral geregelt, wie Fig. 3(4) zeigt.
Wenn gemäß Fig. 4 die Differenz zwischen der Ist-Maschi
nendrehzahl NE und der Soll-Maschinendrehzahl NT beispiels
weise in einer nichtregelbaren Zone liegt, und zwar der
sogenannten Totzone W1 von ± 15 U/min, wird der Zusatzwert
ΔD1 mit Null vorgegeben, und außerhalb der Totzone W1 wird
er mit einem der Differenz NE-NT entsprechenden Wert vor
gegeben. Auf diese Weise wird im stabilen Betrieb die Ma
schinendrehzahl NE so geregelt, daß sie innerhalb der
nichtregelbaren Zone W1 bleibt.
Die Soll-Maschinendrehzahl NT ist im lastfreien Zustand
z. B. mit 700 U/min vorgegebenen, und sie ist mit 950 U/min
vorgegeben, wenn die Klimaanlage betrieben wird.
Wenn gemäß Fig. 3(1) zum Zeitpunkt t1 die Schaltstellung
des Automatikgetriebes, die vom Neutralstellungssensor 31
erfaßt wird, aus der Neutral- in die Fahrstellung geändert
wird, erhöht sich die Last der Maschine 10, und die Maschi
nendrehzahl NE beginnt abzunehmen, wie Fig. 3(2) zeigt.
Aufgrund dieser Abnahme fällt die Anderungsrate pro Zeit
einheit ΔNE der Maschinendrehzahl NE entsprechend Fig. 3(3)
unter den vorbestimmten Schwellenwert L2, und wenn die
Maschinendrehzahl NE nach Fig. 3(2) kleiner als der Schwel
lenwert L4 ist, wenn sie also z. B. gerade 100 U/min höher
als die Soll-Maschinendrehzahl NT ist, wie Fig. 3(4) zum
Zeitpunkt t2 zeigt, wird zu dem Rechenwert der Betriebs
dauer für das Strömungsregelventil 36 ein relativ großer
Zusatzwert ΔD2 entsprechend der Änderungsrate ΔNE hinzu
addiert. Dadurch steigt der Saugdruck PM des Druckaus
gleichbehälters 6 sehr schnell an, und der Saugluftstrom
wird erhöht, wie Fig. 3(5) zeigt.
Ferner liegt die Beziehung der Änderungsrate ΔNE zu dem
Zusatzwert ΔD2 in einer nichtregelbaren Zone W2, wobei
ΔD2 = 0, wenn die Änderungsrate ΔNE einerseits größer als
der Schwellenwert L2 ist, der kleiner als Null ist, und
andererseits kleiner als der Schwellenwert L1 ist, der
größer als Null ist, wie Fig. 5 zeigt. Wenn ferner die Än
derungsrate ΔNE kleiner als der Schwellenwert L2 und größer
als der Schwellenwert L1 ist, wird der Zusatzwert ΔD2 ent
sprechend der Änderungsrate ΔNE vorgegeben. Das Diagramm
von Fig. 5, das dies zeigt, und das Diagramm von Fig. 4
sind vorher als Tabellen in dem Speicher 45 gespeichert
worden.
Die Abnahme der Maschinendrehzahl NE wird durch die Zunahme
des Saugluftstroms verkürzt, und nachdem die Änderungsrate
ΔNE zum Zeitpunkt t3 ihren Minimalzustand durchlaufen hat,
überschreitet die Anderungsrate ΔNE zum Zeitpunkt t4 in
Fig. 3(3) den Schwellenwert L2 und tritt wiederum in die
nichtregelbare Zone W2 ein. Wenn also die Änderungsrate ΔNE
sich Null nähert, dann wird entsprechend Fig. 3(4) der
Rechenwert der Einschaltdauer sehr schnell durch wieder
holte Subtraktion des vorbestimmten Werts ΔD3 verringert,
bis der den Saugluftstrom betreffende Parameter nahezu
gleich dem Zielwert α (Zeitpunkt t4a) ist, der noch erläu
tert wird. Daher wird eine Überregelung aufgrund eines ver
zögerten Ansprechens des von der Maschine 10 erzeugten
Drehmoments auf die Änderung der Betriebsdauer verkürzt.
Aber auch mit dieser Regelung ist die Maschinendrehzahl NE
nicht zufriedenstellend stabilisierbar und zeigt eine Er
höhung etwa entsprechend dem Zeitpunkt t5, wenn die Ände
rungsrate ΔNE den Schwellenwert L1 übersteigt, und wenn die
Maschinendrehzahl NE den Schwellenwert L3 übersteigt, der
beispielsweise nur um 50 U/min niedriger als die Soll-Ma
schinendrehzahl NT ist, wird hinsichtlich der Einschalt
dauer der Zusatzwert ΔD2, der entsprechend Fig. 5 der An
derungsrate ΔNE proportional ist, subtrahiert. Wenn die
Änderungsrate ΔNE zum Zeitpunkt t6 in die nichtregelbare
Zone W2 gelangt, wird also auf diese Weise der Rechenwert
der Einschaltdauer sehr schnell um den Wert ΔD3 vergrößert,
bis, wie bereits gesagt, der den Saugluftstrom betreffende
Parameter nahezu gleich dem Zielwert α (Zeitpunkt t6a) ist.
Und wenn sich der Ansaugdruck PM gemäß Fig. 3(5) stabili
siert, beginnt die Integralregelung entsprechend der Dif
ferenz zwischen der Ist-Maschinendrehzahl NE und der Soll-
Maschinendrehzahl NT zum Zeitpunkt t6a.
Ferner wurde bei diesem Ausführungsbeispiel der Wert des
Zusatzwerts ΔD2 mit einem dem Wert der Anderungsrate ΔNE
proportionalen Wert vorgegeben, aber wenn beispielsweise
die Kapazität des Strömungsregelventils 36 klein oder die
Kapazität des Druckausgleichbehälters 6 groß ist, ist es
kein Problem, den Wert des Inkrements ΔD2 als Festwert vor
zugeben. Mit anderen Worten kann also das gleiche Betriebs
verhalten durch eine Steuerung erhalten werden, die das
Strömungsregelventil 36 nahezu vollständig öffnet, wenn die
Abnahme der Maschinendrehzahl NE erfaßt wird, oder die es
nahezu vollständig schließt, wenn eine Zunahme der Maschi
nendrehzahl NE erfaßt wird.
Wenn ferner, wie nach dem Zeitpunkt t7 gezeigt ist, die
Schaltstellung des Automatikgetriebes in die Neutralstel
lung geändert wird, erhöht sich die Maschinendrehzahl NE
und wird durch die gleiche Operation schnell stabilisiert.
Andererseits wird im Ausgangssignal des Saugdrucksensors
23, das der Berechnung der Leerlaufdrehzahlregelung und der
Einspritzmenge oder dergleichen dient, durch die Auswirkung
des Öffnens und Schließens des Einlaßventils 9 eine Schwan
kung hervorgerufen, wie in Fig. 6(1) gezeigt ist, und die
Größe der Schwankung z. B. bei 4000 U/min ist ein großer
Wert in der Größenordnung von 50-100 mmHg. Um diese Schwan
kung zu absorbieren und einen exakten Ansaugdruck zu detek
tieren, erfolgt in der Steuerung 1 eine Filterverarbeitung
des Ausgangssignals des Ansaugdrucksensors 23.
Durch die durch die Filterverarbeitung bedingte Verzögerung
wird, auch wenn beispielsweise das Strömungsregelventil 36
plötzlich entsprechend Fig. 6(2) geöffnet wird, im Gegen
satz zu der Änderung des Druckverlaufs des Ist-Ansaugdrucks
entsprechend l1 in Fig. 6(3) der Druckverlauf nach der
Filterverarbeitung nur um eine Zeit Δt2 verzögert und er
scheint mit dem durch l2 bezeichneten Verlauf.
Wenn also die Betriebsdauer auf der Basis des Ansaugdrucks
zum berechneten Zeitpunkt t11 in Fig. 6(3) in bezug auf den
Ansaugdruck berechnet wird, der ursprünglich zur Berechnung
der Betriebsdauer genützt werden sollte, wird nur eine
Druckdifferenz ΔP2 entsprechend der Filterverarbeitungszeit
Δt2 kleiner. Daher wird die Druckdifferenz ΔP2 entsprechend
der Verzögerungszeit Δt2 vorweggenommen und ermittelt, und
der Ansaugdruck muß korrigiert werden.
Wie Fig. 6(3) zeigt, ist der Druckverlauf l2 nach der Fil
terverarbeitung nahezu gleich dem Druckverlauf l1 des Ist-
Ansaugdrucks, und es ist daher möglich, eine präzise Kor
rektur in bezug auf diese Verzögerungsart durchzuführen,
indem die Änderungsrate dP/dt für den Ansaugdruck P exakt
ermittelt wird.
Die Änderungsrate dP/dt wird wie folgt ermittelt. Wenn der
Saugluftstrom zum Druckausgleichbehälter 6 Qin und der
Luftaustrittsstrom aus dem Druckausgleichbehälter 6 Qout
ist, so gilt
Dabei ist angenommen, daß ΔQ die Änderung des Saugluft
stroms und K1 eine Konstante ist. Ferner ist die Betriebs
dauer des Strömungsregelventils 36 DY, und die Drehzahl der
Maschine 10 ist N, so gilt:
K2 und K3 sind Konstanten, η ist der volumetrische Wir
kungsgrad, und Po ist der Atmosphärendruck. Aus der Glei
chung (1) ergibt sich also der Ansaugdruck P, für den die
Verzögerungskorrektur durchgeführt wird, wie folgt:
Dabei ist Pi der Ansaugdruck zum berechneten Zeitpunkt t11,
und K1a = 1/K1.
Wenn andererseits T die Zeitdauer ist, die die Kurbelwelle
zu einer Umdrehung im 180°KW-Intervall benötigt, so erhält
man:
In dieser Gleichung (5) ist die Zeit Δt2 in bezug auf die
Grundzeit festgelegt, und wenn man diese durch B ersetzt,
so erhält man
Mit anderen Worten heißt das, daß in Verbindung mit der
Verzögerung infolge der Filterverarbeitung durch exakte
Ermittlung von ΔQ diese Korrekturen generalisiert und prä
zise Ermittlungen ermöglicht werden.
Nachstehend wird die Methode der Berechnung von ΔQ/N erläu
tert. Die Änderung des Saugluftstroms Qin, wenn das Strö
mungsregelventil 36 schnell geöffnet wird, entspricht dem
Verlauf 13 in Fig. 7. Im Gegensatz dazu entspricht infolge
der Auswirkung des Druckausgleichbehälters 6 oder derglei
chen der Auslaßluftstrom Qout aus dem Druckausgleichbehäl
ter 6 dem Verlauf 14. Diese Ströme Qin und Qout sind durch
die Gleichungen (2) bzw. (3) ausgedrückt.
Wenn die Maschine 10 im stabilen Zustand läuft, ist der
Strom Qin gleich dem Strom Qout (Qin = Qout), und infolge
dessen wird der Strom Qout im stabilen Zustand unter Nut
zung der Betriebsdauer DY des Strömungsregelventils 36 und
des Ansaugdrucks P als Parameter gemessen, und somit wird
der Strom Quin ermittelt. Mit anderen Worten hält ein NP
in Gleichung (3) äquivalenter Wert, wie Fig. 8 zeigt, die
Betriebsdauer DY fixiert, und im Fall einer Anderung des
Saugdrucks P wird der akkumulierte Wert MAP von N und P in
jeder Betriebsdauer DY verwendet. Infolgedessen kann der
Strom Qin entsprechend der Gleichung (7) ausgedrückt wer
den. Ferner ist das Diagramm nach Fig. 8 als Tabelle im
Speicher 45 enthalten.
Qin = K3 · η · MAP (7)
Somit kann geschrieben werden:
Es gibt jedoch Zeiten, in denen MAP/N und PM dieser Glei
chung (8) im stabilen Zustand zum Zeitpunkt einer tatsäch
lichen Regelung nicht zueinanderpassen infolge von Herstel
lungsabweichungen, zeitlichen Änderungen und dergleichen
der Maschine 10, und dementsprechend wird bei diesem Aus
führungsbeispiel der Ansaugdruck PM durch den rechnerisch
ermittelten Wert Pc ersetzt. Auch wenn hinsichtlich des
Ansaugdrucks PM infolge der oben erwähnten Anderungen oder
dergleichen eine Diskrepanz auftritt, ist die Änderungsrate
dP/dt nahezu die gleiche, und daher kann sie in gleicher
Weise wie die vorher erwähnte Verzögerungskorrektur nach
Gleichung (4) wie folgt geschrieben werden:
Dabei ist Pci der momentan berechnete Wert des Werts Pc,
und Pci-1 ist der vorhergehend berechnete Wert des Werts
Pc. Daher entsprechend MAP/N und der rechnerisch ermittelte
Wert Pc sicher dem stabilen Zustand, und ferner ändert sich
MAP/N sehr schnell zusammen mit der Änderung der Betriebs
dauer DY in einer Übergangszeit, und der Wert Pc wird durch
nachführende Änderung daran angepaßt. Daher erfährt der
Wert Pc eine sukzessive Näherungsberechnung auf der Basis
der Gleichung (10), und zwar beispielsweise alle 4 ms.
In der oben beschriebenen Weise wird der korrigierte Wert
Pc ermittelt unter Berücksichtigung der aus der Filterver
arbeitung resultierenden Verzögerung und von Abweichungen
der Maschine 10; wenn jedoch die obige Verzögerung klein
ist oder die Regelung exakter durchgeführt werden soll, ist
auch eine Regelung möglich, indem man anstelle des Werts Pc
den Ist-Saugdruck PM nützt.
Die Fig. 9-12 sind Flußdiagramme zur Erläuterung des Ab
laufs der Leerlaufregelung. Fig. 9 zeigt den Betrieb zur
Ermittlung der Drehzahl NE der Maschine 10, und dieser Be
trieb erfolgt zu einem Zeitpunkt, zu dem nur wenige Fehler
infolge von Hubunterschieden jedes Zylinders der Maschine
vorhanden sind, z. B. im Fall von vier Zylindern jeweils
bei 180°KW. In Schritt S1 wird die Maschinendrehzahl NE
vom Kurbelwinkelsensor 27 gemessen, und in Schritt S2 wird
die Änderungsrate ΔNE aus dem Meßergebnis von Schritt S1
und dem vorhergehenden Meßergebnis berechnet. In Schritt S3
wird ein Flag FNE, das die Durchführung der Meßverarbeitung
der Maschinendrehzahl NE anzeigt, auf 1 gesetzt und zu
einer weiteren Verarbeitung weitergegangen.
Fig. 10 zeigt den Betrieb der Erfassung des Ansaugdrucks
PM. In Schritt S11 erfährt das Meßergebnis des Ansaugdruck
sensors 23 eine Digitalumwandlung im A-D-Wandler 42 und
wird in die Verarbeitungseinheit 43 eingelesen. Dieser Vor
gang wird z. B. bei jedem Umwandlungsvorgang, der alle 2 ms
stattfindet, ausgeführt.
Das Flußdiagramm von Fig. 1 erläutert die oben beschriebene
Näherungs- und Korekturberechnung und wird z. B. alle 4 ms
ausgeführt. In Schritt S21 wird der Tabellenwert MAP auf
der Basis des Diagramms von Fig. 8 aus der Betriebsdauer DY
des Strömungsregelventils 36 und aus dem Wert Pc, der in
Schritt S29 ermittelt wurde, wie noch erläutert wird, aus
gelesen.
In Schritt S22 wird der Wert MAP durch die Maschinendreh
zahl NE dividiert, und in Schritt S23 wird der Wert Pc vom
Resultat dieser Division subtrahiert. In Schritt S24 wird
je nachdem, ob das Subtraktionsresultat in Schritt S23
positiv oder negativ ist, der Code für die Näherungsberech
nung des Werts Pc in Schritt S29 vorgegeben. In Schritt S25
wird abgefragt, ob der gesetzte Code positiv ist, und bei
NEIN geht die Routine zu Schritt S27 weiter, nachdem der
Absolutwert des Subtraktionsresultats von Schritt S23 in
Schritt S26 berechnet wurde; bei JA geht der Ablauf direkt
zu Schritt S27 weiter.
In Schritt S27 wird das Subtraktionsresultat von Schritt
S23 oder von Schritt S26 mit der Maschinendrehzahl NE mul
tipliziert. In Schritt S28 wird das in Schritt S27 erhal
tene Rechenresultat mit dem Koeffizienten K5 multipliziert.
Unter Nutzung dieses Multiplikationsresultats wird in
Schritt S29 der Wert Pc auf der Basis des in Schritt S24
gesetzten Codes erneuert. Auf diese Weise wird die Nähe
rungsberechnung des Werts Pc entsprechend der Gleichung
(10) ausgeführt. Wie bereits erwähnt, kann der Ablauf von
Fig. 11 entfallen, wenn anstelle des Werts Pc der Ist-An
saugdruck PM genützt wird.
Das Flußdiagramm von Fig. 12 erläutert die Betriebsdauer
steuerung des Strömungsregelventils 36 zur Einstellung der
Leerlaufdrehzahl. In Schritt S41 wird abgefragt, ob das
Flag FNE 1 ist, und bei JA, wenn also die Meßwertverarbei
tung der Maschinendrehzahl NE beendet und der vorbestimmte
Berechnungszeitpunkt erreicht ist, geht der Ablauf zu
Schritt S42. In Schritt S42 wird aus dem Rechenergebnis von
Schritt S2 abgefragt, ob die Änderungsrate ΔNE über dem
Schwellenwert L1 liegt, und bei JA, wenn also die Maschi
nendrehzahl NE steigt, geht der Ablauf zu Schritt S44.
In Schritt S43 wird abgefragt, ob die in Schritt S1 gemes
sene Maschinendrehzahl NE unter dem Schwellenwert L3 liegt,
der nur um 50 U/min niedriger als die Soll-Drehzahl NT ist,
und bei NEIN, wenn also der Zustand vorliegt, in dem eine
Regelung erfolgen sollte, wird in Schritt S44 das Flag
FΔN3, das die Richtung der Änderung der Maschinendrehzahl
NE bezeichnet, auf 1 gesetzt, was anzeigt, daß die Maschi
nendrehzahl NE steigt, und dann geht der Ablauf zu Schritt
S45 weiter.
Wenn in Schritt S42 die Änderungsrate ΔNE unter dem Schwel
lenwert L1 liegt, geht der Ablauf zu Schritt S46, in dem
abgefragt wird, ob die Änderungsrate ΔNE unter dem Schwel
lenwert L2 liegt; bei JA, wenn also die Maschinendrehzahl
NE abnimmt, geht der Ablauf zu Schritt S47. In Schritt S47
wird abgefragt, ob die Maschinendrehzahl NE über dem
Schwellenwert L4 liegt, der nur um 100 U/min über der Soll-
Maschinendrehzahl NT liegt, und bei NEIN, wenn der Zustand
vorliegt, in dem eine Regelung implementiert werden sollte,
wird in Schritt S48 das Flag FΔN3 auf Null rückgesetzt, was
anzeigt, daß die Maschinendrehzahl NE abnimmt, und dann
geht der Ablauf zu Schritt S45 weiter.
In Schritt S45 wird der Zusatzwert ΔD2 entsprechend dem
Diagramm von Fig. 5 auf der Basis der Änderungsrate ΔNE
ausgelesen, und dieser Zusatzwert ΔD2 wird zu der Betriebs
dauer DY hinzuaddiert und dann erneuert. Die zum Zeitpunkt
t2 gezeigte Schnellregelung wird auf diese Weise durchge
führt, und dann wird in Schritt S49 das diese Tatsache be
zeichnende Schnellregelungs-Flag FΔN1 auf 1 gesetzt; in
Schritt S50 wird ferner das Nichtregelbare-Zone-Flag ΔN2
auf Null rückgesetzt und zeigt an, daß der Zustand außer
halb der nichtregelbaren Zone W2 liegt, wonach das Programm
zu Schritt S51 weitergeht.
Wenn ferner in den Schritten S43 und S47 geantwortet wird,
daß der Zustand für die Implementierung einer Schnellrege
lung nicht vorliegt, und wenn in den Schritten S42-S46
festgestellt wird, daß die Änderungsrate ΔNE innerhalb der
nichtregelbaren Zone W2 liegt, wird zu Schritt S61 weiter
gegangen. In Schritt S61 wird abgefragt, ob das Nichtregel
bare-Zone-Flag FΔN2 auf 0 gesetzt ist, und bei JA wird in
Schritt S62 nach Bildung des Zielwerts α für den Zeitpunkt
der Rückkehr zur Regelung, der bei t4 in Fig. 3 gezeigt
ist, zu Schritt S63 weitergegangen, und wenn das Flag nicht
0 ist, geht der Ablauf direkt zu Schritt S63 weiter.
Mit anderen Worten wird also an dem Punkt des Eintritts in
die nichtregelbare Zone W2 von außerhalb der nichtregel
baren Zone W2 der Zielwert α, der das Drehmoment an diesem
Punkt aufrechterhalten kann, gebildet. Ferner ist dieser
Zielwert α auf den Ansaugluftstrom, etwa den korrigierten
Wert Pc des Ansaugdrucks, den Ansaugdruck PM oder den Ge
samtwert aus Ansaugdruck PM und Maschinendrehzahl NE oder
den Gesamtwert aus dem Wert Pc entsprechend diesem Ausfüh
rungsbeispiel und der Maschinendrehzahl NE bezogen. In
Schritt S63 wird das Nichtregelbare-Zone-Flag FΔN2 auf 1
gesetzt, und dann wird zu Schritt S51 weitergegangen.
In Schritt S51 wird das Flag FNE, das anzeigt, daß die
Meßwertverarbeitung der Maschinendrehzahl NE durchgeführt
ist, auf 0 rückgesetzt. In Schritt S52 wird abgefragt, ob
das Schnellregelungs-Flag FΔN1 auf 1 gesetzt ist, und bei
NEIN, also nachdem die Schnellregelung in Schritt S45
durchgeführt wurde, wird zu dem Zeitpunkt, zu dem in den
noch zu erläuternden Schritten S56 und S57 die Schnellrück
kehr zur Regelung durchgeführt wird, in Schritt S53 der
Zusatzwert ΔD1 aus dem Diagramm von Fig. 4 auf der Basis
der Differenz zwischen der Ist-Maschinendrehzahl NE und der
Soll-Maschinendrehzahl NT ausgelesen, die Betriebsdauer DY
wird durch diesen Zusatzwert ΔD1 ersetzt, eine sanfte Inte
gralregelung wird ausgeführt, und der Ablauf geht zu
Schritt S54.
Wenn das Flag FNE in Schritt S41 nicht 1 ist, nachdem also
die Meßwertverarbeitung der Maschinendrehzahl NE durchge
führt ist, dann wird, wenn die Operationen der Schritte
S42-S53 bereits vollständig ausgeführt sind, das Schnell
regelungs-Flag FΔN1 in Schritt S52 auf 1 gesetzt; wenn also
in Schritt S45 die Schnellregelung durchgeführt wird, geht
der Ablauf direkt zu Schritt S54.
In Schritt S54 wird abgefragt, ob das Schnellregelungs-Flag
FΔN1 auf 1 gesetzt ist, und bei JA wird in Schritt S55 ab
gefragt, ob das Nichtregelbare-Zone-Flag FΔN2 auf 1 gesetzt
ist, und bei JA, wenn also der Zustand innerhalb der nicht
regelbaren Zone W2 vorliegt, geht der Ablauf zu Schritt
S56. Mit anderen Worten geht der Ablauf also, nachdem in
den Schritten S54 und S55 die Schnellregelung durchgeführt
ist, zu Schritt S56 mit dem berechneten Zeitpunkt des Ein
tritts in die nichtregelbare Zone W2.
In Schritt S56 wird der vorbestimmte Wert ΔD3 zu der Be
triebsdauer DY addiert bzw. davon subtrahiert, die dem in
Schritt S44 oder S48 gewonnenen Flag FΔN3 entspricht. Wenn
also das Flag FΔN3 1 ist, wird der Wert ΔD3 addiert, und
wenn es 0 ist, wird der Wert ΔD3 subtrahiert, und auf diese
Weise wird die Betriebsdauer DY erneuert.
In Schritt S57 wird der Wert MAP aus dem Diagramm von Fig.
8 auf der Basis der Betriebsdauer DY, die in Schritt S56
erneuert wurde, und des korrigierten Werts Pc des Ansaug
drucks ausgelesen, und dann wird abgefragt, ob dieser Wert
MAP nahezu gleich dem Zielwert α ist, der in Schritt S62
gebildet wurde, und bei NEIN werden die Schritte S56 und
S57 wiederholt, und wenn der Wert nahezu gleich dem Ziel
wert α ist, wird zu Schritt S58 weitergegangen.
In Schritt S58 wird das Schnellregelungs-Flag FΔN1 auf 0
rückgesetzt, und in Schritt S59 wird die Einstellung des
Öffnungsgrads des Strömungsregelventils 36 mit der Be
triebsdauer DY tatsächlich durchgeführt, die in den Schrit
ten S45 und S53 oder S56 ermittelt wurde.
Wenn also die Maschinendrehzahl NE sehr schnell abnimmt
oder zunimmt, wird die Betriebsdauer DY sehr schnell nur
durch den Zusatzwert ΔD2 geändert, der der Änderungsrate
ΔNE entspricht, und zwar durch die Operationen der Schritte
S42, S43, S44 und S45 oder S42, S46, S47, S48 und S45. Nach
Durchführung dieser Schnellregelung wird zum Zeitpunkt des
Eintritts in die Unregelbarkeitszone W2 eine sehr schnelle
Rückkehr durch den Wert ΔD3 in Richtung des Zielwerts α mit
den Schritten S54-S57 durchgeführt, in denen der Zielwert α
auf diesem Punkt gehalten werden soll, und somit wird eine
übermäßige Regelung verhindert. Wenn sich somit die Maschi
nendrehzahl NE stabilisiert hat, wird in Schritt S53 die
normale Integralregelung durchgeführt, und es wird eine
stabile Regelung mit kleinem Verstärkungsgrad durchgeführt.
Mit der Steuerung 1 nach der Erfindung wird also, wenn eine
schnelle Abnahme der Maschinendrehzahl NE aufgrund einer
Lastschwankung erfaßt wird, die Betriebsdauer DY des Stro-
mungsregelventils 36 nur durch den Zusatzwert ΔD2 entspre
chend der Änderungsrate ΔNE der Maschinendrehzahl NE geän
dert, und die Drehzahlabnahme wird schnell verkürzt. Wenn
ferner die Abnahme der Maschinendrehzahl NE wieder ausge
glichen ist, weil die Betriebsdauer DY durch den vorbe
stimmten Wert ΔD3 sehr schnell in Richtung des Zielwerts α
für den Saugluftstrom an diesem Punkt verringert wird, kann
die Stabilität gewährleistet werden, ohne daß eine Über
regelung wie etwa eine hohe Regelverstärkung und das Auf
treten von Überansprechen stattfindet.
Auch in Fällen, in denen die Maschinendrehzahl NE aufgrund
einer Lastschwankung ansteigt, ist es in gleicher Weise
zusammen mit einer raschen Verkürzung von Überansprechen
möglich, zuverlässig ein Abwürgen des Motors infolge von
Überregelung zu verhindern, und dadurch kann die Leerlauf
regelung sowohl mit gutem Ansprechverhalten als auch stabil
durchgeführt werden.
Da ferner die Schwellenwerte L3 und L4 nahe der Soll-Ma
schinendrehzahl NT vorgegeben sind und die Schnellregelung
mit dem Zusatzwert ΔD2 derart ist, daß sie durchgeführt
wird, wenn die gemessene Maschinendrehzahl NE während ihres
Anstiegs höher als der Schwellenwert L3 ist oder während
ihrer Abnahme niedriger als der Schwellenwert L4 ist, wird
ein unnötiger Regeleingriff verhindert, wodurch die Stabi
lität weiter verbessert wird.
Durch die Verbesserung des Ansprechverhaltens in bezug auf
Lastschwankungen ist es somit möglich, die Anzahl der ver
schiedenen Ausgangssignale von Vorrichtungen und der Sen
sormeßergebnisse, die in die Steuerung 1 eingegeben werden
müssen, auf ein Minimum zu verringern; dadurch wird der
Aufbau vereinfacht.
Claims (2)
1. Leerlaufregeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine
(10), wobei die Auf- und die Abstromseite einer Drossel
klappe (5) über eine Leerlaufbypaßleitung (35) verbunden
sind und die Maschinendrehzahl (NE) durch Verstellen des
Öffnungsgrads eines in der Leerlaufbypaßleitung (35) ange
ordneten Strömungsregelventils (36) auf einer vorbestimmten
Soll-Maschinendrehzahl (NT) gehalten wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß beim Erfassen (t2) einer Abnahme/Zunahme der Maschinen drehzahl (NE) der Öffnungsgrad mit einer vergleichsweise großen Änderungsrate vergrößert/verringert wird, und
daß an dem Punkt (t4), an dem die Änderungsrate (ΔNE) der Maschinendrehzahl zu Null oder nahezu Null wird, der Öff nungsgrad sehr schnell verringert/vergrößert wird, um ent weder einen Wert (α), der auf den Ansaugluftdruck (PM) oder einen Gesamtwert aus Ansaugluftdruck (Pc) und Maschinen drehzahl (NE) an diesem Punkt bezogen ist, aufrechtzuer halten, oder bis ein Wert in einem Bereich erreicht ist, in dem eine sanfte Änderung möglich ist.
daß beim Erfassen (t2) einer Abnahme/Zunahme der Maschinen drehzahl (NE) der Öffnungsgrad mit einer vergleichsweise großen Änderungsrate vergrößert/verringert wird, und
daß an dem Punkt (t4), an dem die Änderungsrate (ΔNE) der Maschinendrehzahl zu Null oder nahezu Null wird, der Öff nungsgrad sehr schnell verringert/vergrößert wird, um ent weder einen Wert (α), der auf den Ansaugluftdruck (PM) oder einen Gesamtwert aus Ansaugluftdruck (Pc) und Maschinen drehzahl (NE) an diesem Punkt bezogen ist, aufrechtzuer halten, oder bis ein Wert in einem Bereich erreicht ist, in dem eine sanfte Änderung möglich ist.
2. Leerlaufregeleinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vergrößerungs/Verringerungs-Regelung des Öffnungs
grads aufgrund der Erfassung der Abnahme/Zunahme der Ma
schinendrehzahl (NE) zu dem Zeitpunkt durchgeführt wird, zu
dem die Maschinendrehzahl (NE) nahe bei der Soll-Maschinen
drehzahl (NT) liegt und niedriger als ein vorbestimmter
erster Wert (L4) ist, der höher als die Soll-Maschinendreh
zahl (NT) bei abnehmender Maschinendrehzahl (NE) ist, und
zu dem Zeitpunkt durchgeführt wird, zu dem die Maschinen
drehzahl (NE) nahe bei der Soll-Maschinendrehzahl (NT)
liegt und höher als ein vorbestimmter zweiter Wert (L3)
ist, der niedriger als die Soll-Maschinendrehzahl (NT) bei
zunehmender Maschinendrehzahl (NE) ist.
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