DE4027707C2

DE4027707C2 - Vorrichtung zum Regeln der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4027707C2
Application number: DE4027707A
Authority: DE
Inventors: Minoru Takahashi; Kiyoshi Yagi
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 1989-08-31
Filing date: 1990-08-31
Publication date: 1994-09-08
Anticipated expiration: 2010-09-01
Also published as: JPH0739818B2; GB9018936D0; DE4027707A1; GB2237417A; JPH0388935A; GB2237417B; US5136997A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

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 Bypaßregelventils 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.

In der DE-OS 32 26 283 ist ein Leerlaufregler, insbesondere für Kraftfahrzeuge beschrieben, der einen Regelverstärker mit integralem Zeitanteil sowie einen Begrenzer mit proportionalem Zeitanteil enthält. Beim Erfassen einer starken Abnahme der Leerlaufdrehzahl wird die Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine mit einer vergleichsweise großen Änderungsrate vergrößert. Hierzu dient ein Differential-Glied.

Durch die US-PS 4 691 675 ist es bekannt geworden, beim Erfassen einer Abnahme der Ist-Drehzahl der Maschine den Öffnungsgrad eines Bypaßregelventils mit einer vergleichsweise großen Änderungsrate zu vergrößern und ab einem vorbestimmten Betriebszustand der Maschine sehr schnell wieder zu verringern.

Keines der vorgenannten Dokumente weist jedoch eine Einrichtung auf, die die Gesamtheit der Merkmale der vorliegenden Erfindung entsprechend dem Anspruch 1 umfaßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Regeln der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine anzugeben, die einerseits einen vereinfachten Aufbau besitzt und die andererseits ein gutes Ansprechverhalten aufweist und die einen stabilen Betrieb der Brennkraftmaschine gewährleistet.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung ist im Unteranspruch angegeben.

Mit der Erfindung 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 zeigt

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. 1 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 in der Saugleitung 7 aufnimmt, ist am Druckausgleichbehälter 6 angeordnet. Ferner ist im Bereich des Verbrennungsraums 11 ein Kühlmitteltemperatursensor 24 angeordnet. Im Auspuff rohr 14 ist stromaufwärts 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 Leerlaufbypaßleitung 35 vorgesehen, die von der Auf- zur Abstromseite der Drosselklappe 5 führt, und in der Leerlaufbypaßleitung 35 ist ein Bypaßregel ventil 36 angeordnet. Das Bypaßregelventil 36 wird von der Steuerung 1 gesteuert 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 zweite 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 Bypaß 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 die Einschaltdauer des Bypaßregelventils 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 vorgegeben, 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 Änderungsrate 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 Einschalt dauer für das Bypaßregelventil 36 ein relativ großer Zusatzwert ΔD2 entsprechend der Änderungsrate ΔNE hinzu addiert. Dadurch steigt der Saugdruck P_M 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 Änderungsrate 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, was noch erläu tert wird. Daher wird eine Überregelung aufgrund eines ver zögerten Ansprechens des von der Maschine 10 erzeugten Drehmoments in bezug auf die Änderung der Einschaltdauer 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 Än 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 P_M 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 Änderungsrate ΔNE proportionalen Wert vorgegeben, aber wenn beispielsweise der maximale Saugluftstrom durch das Bypaßregelventil 36 klein oder das Fassungsvermögen des Druckausgleichbehälters 6 groß ist, ist es kein Problem, den Zusatzwert ΔD2 als Festwert vor zugeben. Mit anderen Worten kann also das gleiche Betriebs verhalten durch eine Steuerung erhalten werden, die das Bypaßregelventil 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 Bypaßregelventil 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 Einschaltdauer 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 dieser um 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. Ist ferner die Einschaltdauer des Bypaßregelventils 36 gleich DY, und die Drehzahl der Maschine 10 gleich N, so gilt:

K2 und K3 sind Konstanten, η ist der volumetrische Wir kungsgrad, und P_o 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 Bypaß regelventil 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 Einschaltdauer DY des Bypaßregelventils 36 und des Ansaugdrucks P als Parameter gemessen, und somit wird der Strom Quin ermittelt. Mit anderen Worten hält ein N _* P in Gleichung (3) äquivalenter Wert, wie Fig. 8 zeigt, die Einschaltdauer DY fixiert, und im Fall einer Änderung des Saugdrucks P wird der akkumulierte Wert MAP von N und P in jeder Einschaltdauer 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 P_M 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 P_M durch den rechnerisch ermittelten Wert Pc ersetzt. Auch wenn hinsichtlich des Ansaugdrucks P_M infolge der oben erwähnten Änderungen 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 werden der Wert MAP/N und der rechnerisch ermittelte Wert Pc sicher im stabilen Zustand gleich groß sein, und ferner ändert sich MAP/N sehr schnell zusammen mit der Änderung der Einschalt 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.

Dabei ist K5 = K1a · K3 · η.

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 P_M nützt.

Die Fig. 9-12 sind Flußdiagramme zur Erläuterung des Ab laufs der Leerlaufregelung. Fig. 9 zeigt die Operationen zur Ermittlung der Drehzahl NE der Maschine 10, und diese Operationen erfolgen 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 die Operationen zur Erfassung des Ansaugdrucks P_M. 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. 11 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 Einschaltdauer DY des Bypaßregelventils 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 P_M genützt wird.

Das Flußdiagramm von Fig. 12 erläutert die Einschaltdauer steuerung des Bypaßregelventils 36 zur Einstellung der Leerlaufdrehzahl. In Schritt S41 wird abgefragt, ob das Flag FNE1 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 S43.

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 Einschalt 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 P_M oder den Ge samtwert aus Ansaugdruck P_M 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 Einschaltdauer 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 worden ist, wenn also die Operationen der Schritte S42-S53 bereits vollständig ausgeführt worden sind, und wenn das Schnell regelungs-Flag FΔN1 in Schritt S52 gleich 1 ist; wenn also in Schritt S45 die Schnellregelung durchgeführt worden ist, 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 Einschalt dauer 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 Einschaltdauer DY erneuert.

In Schritt S57 wird der Wert MAP aus dem Diagramm von Fig. 8 auf der Basis der Einschaltdauer 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 Bypaßregelventils 36 mit der Einschalt dauer 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 Einschaltdauer 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 Einschaltdauer DY des Bypaß regelventils 36 nur durch den Zusatzwert ΔD2 entspre chend der Änderungsrate ΔNE der Maschinendrehzahl NE geän dert, und die Drehzahlabnahme wird schnell verringert. Wenn ferner die Abnahme der Maschinendrehzahl NE wieder ausge glichen ist, weil die Einschaltdauer 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 Verringerung 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

1. Vorrichtung zum Regeln der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine, mit:

- einer Leerlaufbypaßleitung (35) parallel zu einer Drosselklappe (5) der Maschine (10),
- einem Bypaßregelventil (36) in der Leerlaufbypaßleitung (35) und
- einer Steuer- und Regeleinrichtung (1) mit einem Integrationsglied (in 43) zum Regeln der Leerlaufdrehzahl durch Vergleichen der Ist-Drehzahl (NE) der Maschine mit einer Soll-Drehzahl (NT), Verstärken des Vergleichsergebnisses (NE-NT) im Integrationsglied (in 43) und Abgeben eines Ausgangssignals (DY) entsprechend dem verstärkten Vergleichsergebnis zum Verstellen des Öffnungsgrades des Bypaßregelventils (36),

dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuer- und Regeleinrichtung (1)

a) für eine Integralregelung mit niedriger Regelverstärkung ein verhältnismäßig kleiner Zusatzwert (ΔD1) zum Ausgangssignal (DY) addiert oder von diesem subtrahiert wird, wobei der Zusatzwert (ΔD1) eine vorbestimmte Funktion des Vergleichsergebnisses (NE-NT) ist und einer gespeicherten Tabelle (45; Fig. 4) entnommen wird,
b) für eine Differentialregelung ein verhältnismäßig großer Zusatzwert (ΔD2), der eine Funktion der Änderungsrate (ΔNE) der Ist-Drehzahl (NE) ist und einer gespeicherten Tabelle (45; Fig. 5) entnommen wird,
- b1) vom Ausgangssignal (DY) subtrahiert wird, wenn die Änderungsrate (ΔNE) gleich oder größer als ein erster vorbestimmter Wert (L1) ist oder
- b2) zum Ausgangssignal (DY) addiert wird, wenn die Änderungsrate (ΔNE) gleich oder kleiner als ein dritter vorbestimmter Wert (L2) ist,

wobei der erste und der dritte vorbestimmte Wert (L1, L2) die Grenzen einer nicht regelbaren Zone (W2) bilden, in der die Werte der Änderungsrate (ΔNE) nahezu Null sind und für die die Beziehung L1<L2 gilt (Fig. 5), und

c) ein weiterer Zusatzwert (ΔD3) zum Ausgangssignal (DY) wiederholt addiert oder von diesem subtrahiert wird, wenn der Wert der Änderungsrate (ΔNE) in die nicht regelbare Zone (W2) durch Überschreiten von deren Grenzen (L1; L2) gelangt, und die wiederholte Addition oder Subtraktion des weiteren Zusatzwerts (ΔD3) solange fortgesetzt wird, bis ein auf den Ansaugluftstrom (PM; Pc; PM × NE; PC × NE) der Maschine bezogener Wert (α), mit dem das Drehmoment der Maschine zum Zeitpunkt des Eintritts in die nicht regelbare Zone (W2) aufrechterhalten werden kann, mit einem Wert (MAP) übereinstimmt, der aus einer weiteren gespeicherten Tabelle (45; Fig. 8) in Abhängigkeit von dem augenblicklichen Wert des Ausgangssignals (DY) und des Ist- Ansaugdrucks (PM) entnommen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Ist-Ansaugdrucks näherungsweise nach der Gleichung berechnet wird, mit
Pc = berechneter Ist-Ansaugdruck,
K₅ = Konstante,
MAP = Wert aus einer Tabelle nach Fig. 8 in Abhängigkeit von in einem vorhergehenden Verarbeitungsschritt ermittelten Werten der Betriebsdauer DY und des Ansaugdrucks Pc,
NE = Ist-Maschinendrehzahl.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Regeleinrichtung (1) den Zusatzwert (ΔD2)

a) vom Ausgangssignal (DY) subtrahiert, wenn die Änderungsrate (ΔNE) gleich oder größer als ein erster vorbestimmter Wert (L1) ist und gleichzeitig die Ist-Drehzahl (NE) gleich oder größer als ein zweiter vorbestimmter Wert (L3) ist, der niedriger als die Soll-Drehzahl (NT) ist, oder
b) zum Ausgangssignal (DY) addiert, wenn die Änderungsrate (ΔNE) gleich oder kleiner als ein dritter vorbestimmter Wert (L2) ist und gleichzeitig die Ist-Drehzahl (NE) gleich oder kleiner als ein vierter vorbestimmter Wert (L4) ist, der größer als die Soll-Drehzahl (NT) ist.