DE4100692C2

DE4100692C2 - Drehzahlregelungsvorrichtung für einen internen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE4100692C2
Application number: DE4100692A
Authority: DE
Inventors: Shoichi Washino
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-01-12
Filing date: 1991-01-11
Publication date: 1993-10-28
Anticipated expiration: 2011-01-12
Also published as: US5111788A; DE4100692C3; JP2890586B2; DE4100692A1; JPH03210032A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drehzahl-Regelungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Wechselstromgenerator und einem Steller zum Steuern einer Ansaugluft-Strömungsrate oder einer Kraftstoff-Einspritzmenge.

In der DE 36 06 256 C2 ist eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines Signals bei einem Drehzahlabfall eines Verbrennungsmotors bei Überlastung offenbart.

Das Wesen der in der DE 36 06 256 C2 offenbarten Vorrichtung beruht darin, daß ein Signal über einen Drehzahlabfall eines Verbrennungsmotors mit Einspritzpumpe und Drehzahlregler bei Überlastung des Motors die Differenz der wirklichen Drehzahl des Motors zu einer Drehzahl aus einem Speicher angibt, welcher eine Drehzahl anzeigt, die bei maximaler Brennstoffzufuhr für eine Umdrehung der Einspritzpumpe ohne Rücksicht auf die Lage eines Brennstoffzufuhr-Einstellhebels usw. gespeichert wurde.

Zu diesem Zweck wird insbesondere mit einem Drehzahlabnehmer die Drehzahl des Verbrennungsmotors erfaßt.

Die DE 39 11 708 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinheit. Nach diesem Verfahren wird der Leistungsverbrauch eines hydraulischen Aggregats, welches mit einer Motoreinheit verbunden ist, unter Überlastbedingungen reduziert.

Insbesondere offenbart die DE 39 11 708 A1 das Erfassen von Überlastbedingungen anhand einer Motordrehzahl.

Verschiedene Arten von Hilfsvorrichtungen sind neuerlich erschienen, in Motorfahrzeugen montiert zu werden, um einer Vielzahl von Bedürfnissen zu entsprechen. Von diesen Vorrichtungen sind einige so konstruiert, daß sie von der Drehung eines Motors angetrieben werden; und es gibt viele große Lasten, welche durch ihren Betrieb die Drehzahl des Motors, insbesondere die Leerlaufdrehzahl, verändern.

Zum Beispiel haben eine Klimaanlage, eine Servolenkung und eine Vorrichtung, wie etwa zur Beseitigung des Beschlags der Scheiben, welche viel elektrischen Strom verbraucht, den Mangel, daß, wenn sie arbeitet, das Lastdrehmoment eines Generators (Wechselstromgenerators) auf den Motor anwächst, was in einem großen Drehzahlabfall und einem Motorstillstand resultiert. Ein Beispiel eines herkömmlichen Motors, insbesondere eines Benzinmotors, wird unter Bezug auf Zeichnungen beschrieben.

Fig. 5 ist ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Motorgeschwindigkeits-Steuerungssystems. In dieser Zeichnung bezeichnet die Ziffer 1 einen Spannungseinstellschaltkreis, welcher ein eingestelltes Spannungssignal in Übereinstimmung mit einer gewünschten Sollgeschwindigkeit ausgibt. Sowohl das eingestellte Signal als auch ein Detektionssignal, welche als eine Spannung entsprechend einer aktuellen Motordrehzahl von dem Geschwindigkeitsdetektierschaltkreis 5 ausgegeben wird, werden an einen Substrahierer 11 geliefert. Der Subtrahierer 11 berechnet eine Differenz zwischen dem eingestellten Signal und dem Detektionssignal, und gibt sie aus an einen Regler 2. Dieser Regler 2 besteht häufig aus einem Proportional-Integral-Regler und umfaßt einen Schaltkreis zum Verstärken eines Abweichungssignales und einen Schaltkreis zum Integrieren dieses Abweichungssignals, wobei die beiden Schaltkreise parallel geschaltet sind.

Ein Steller 3 ist vorgesehen, um den Zündzeitpunkt oder die Lufteinlaßmenge eines Motores 4 in Übereinstimmung mit der ausgegebenen Spannung des Reglers 2 einzustellen.

Das Geschwindigkeitsregelsystem, welches vom Eingang des Stellers 3 über den Motor 4 zum Ausgang des Geschwindigkeitsdetektionsschaltkreises 5 reicht, wie in Fig. 5 gezeigt, kann durch (345) als eine Übertragungsfunktion ausgedrückt werden, wie in Fig. 6 gezeigt.

Als nächstes wird der Betrieb eines herkömmlichen Motordrehzahl-Regelungssystems unter Bezug auf Fig. 5 erklärt. Zuerst wird angenommen, daß ein Sollspannungssignal entsprechend einer Solldrehzahl (diese Solldrehzahl variiert generell mit dem Betriebspunkt des Motors, 800 bis 900 min, wenn die Klimaanlage bei Leerlaufdrehzahl des Motors eingeschaltet ist) von dem Einstellschaltkreis ausgegeben wird. Als nächstes berechnet der Subtrahierer 11 eine Differenz zwischen diesem Sollspannungssignal und dem Spannungssignal entsprechend einer aktuellen Motordrehzahl, welches von dem Geschwindigkeitsdetektierschaltkreis ausgegeben wird, und produziert ein Abweichungssignal. Dann wird dieses Abweichungssignal proportional und integral von dem Proportional-Integral-Regler 2 verstärkt, welcher dieses Spannungssignal als eine manipulierte Variable an den Steller 3 sendet.

Der Steller 3 steuert den Zündzeitpunkt oder die Lufteinlaßmenge des Motors 4 in Übereinstimmung mit diesem Spannungssignal. Der Motor 4 arbeitet mit einer aktuellen Geschwindigkeit entsprechend dem Zündzeitpunkt oder der Lufteinlaßmenge, wie von dem Steller 3 befohlen. Der Geschwindigkeitsdetektierschaltkreis 5 erzeugt ein Spannungssignal entsprechend dieser aktuellen Umdrehungszahl. Das so in Übereinstimmung mit dieser aktuellen Geschwindigkeit erzeugte Spannungssignal wird zurückgeführt auf den Subtrahierer 11.

Es versteht sich übrigens von selbst, daß ein solches rückgekoppeltes Regelsystem in einem stationären Zustand zur Ruhe kommt, wenn das Abweichungssignal 0 wird. In diesem Moment werden das Spannungssignal entsprechend der Sollgeschwindigkeit und das Spannungssignal entsprechend der aktuellen Geschwindigkeit gleich, und dementsprechend die Motorgeschwindigkeit gleich der Sollgeschwindigkeit. Das heißt, im stationären Zustand wird die Motorgeschwindigkeit so geregelt, daß sie immer gleich der Sollgeschwindigkeit ist.

Als nächstes wird der Betrieb der Geschwindigkeitsregelvorrichtung in einem transienten Zustand erklärt, wobei ein typisches Beispiel für einen transienten Zustand verwendet wird, worin eine Last (zum Beispiel die Klimaanlage) plötzlich bei Leerlaufdrehzahl des Motors angelegt wird.

Nun wird angenommen, daß, wenn das in Fig. 5 gezeigte Regelsystem in einem stationären Zustand ist, eine Last plötzlich auf den Motor gegeben wird, was in einem plötzlichen Abfall der Motorgeschwindigkeit resultiert. In diesem Moment wird das Abweichungssignal ein positives Spannungssignal, weil das von dem Geschwindigkeitsdetektierschaltkreis 5 ausgegebene Spannungssignal ebenso fällt, wodurch das Regelsystem betätigt wird, die Geschwindigkeit des Motors 4 über den Proportional-Integral-Regler 2 und den Steller 3 anzuheben, wodurch der Motor die ursprüngliche Sollgeschwindigkeit wieder aufnimmt.

Um die Motorgeschwindigkeit auf die ursprüngliche Sollgeschwindigkeit so schnell wie möglich bei diesem Prozeß anwachsen zu lassen, ist es offensichtlich wünschenswert, Proportional- und Integral-Verstärkungen bei dem Proportional-Integral-Regler 2 zu vergrößern, welcher das Abweichungssignal empfängt, und dem Steller 3 ein großes Spannungssignal im Verhältnis zu demselben Abweichungssignal zu geben. Das heißt, durch Vergrößern der Empfindlichkeit des Regelsystems ist es möglich, die verringerte Motorgeschwindigkeit schnell zurück zur Solldrehzahl anzuheben.

Generell ist es sehr wichtig, die Empfindlichkeit des Regelsystems durch Anheben der Proportional- und Integral-Verstärkungen des Proportional-Integral-Reglers in dem rückgekoppelten Regelsystem anzuheben, wie oben festgestellt, um (A) schnell den Einfluß einer Störung zu eliminieren, und (B) ein spezifisches Regelergebnis zu gewinnen, ohne Rücksicht auf eine charakteristische Variation oder Abweichung eines zu regelnden Objektes. In einem eigentlichen Motorgeschwindigkeits-Regelsystem ist es jedoch gemeinhin eine sehr schwierige Angelegenheit, die Empfindlichkeit des Regelsystems zu erhöhen, weil Erhöhung der Empfindlichkeit des Regelsystems bewirkt, daß die Motordrehzahl pendelt. Gemeinhin zeigt die Übertragungscharakteristik von der Lufteinlaßmenge zur Motorgeschwindigkeit in dem Fall des Motors, wenn zum Beispiel der Steller 3 arbeitet, um die Lufteinlaßmenge zu regeln, die folgenden Mängel: (A) das Vorhandensein eines sekundären Verzögerungsfaktors, durch welchen die Phase um 180° nacheilt und das Auftreten einer tertiären Verzögerung, welches eine Phasenverzögerung von 270° bewirkt, wenn eine Steller-Verzögerung eingeschlossen ist und (B) das Vorhandensein eines Leerzeit-Faktors, welcher von einer Hubverzögerung resultiert. Und deshalb wird das System selbst instabil, wenn die Empfindlichkeit des Regelsystems vergrößert wird (auf eine große Verstärkung), was bewirkt, das Pendeln auftritt. Dieses Auftreten von Pendeln, bewirkt durch die Vergrößerung der Proportional- und Integralverstärkungen ist aus der Erfahrung wohl bekannt. Deshalb ist es notwendig, dieses theoretisch als ein übliches Phänomen zu beweisen.

Dieser Punkt wird detailliert und unter Bezugnahme auf Fig. 6 und unter Verwendung von Gleichungen beschrieben. In Fig. 6 seien GC (S) und G₃₄₅ (S) e^-SL jeweils die Funktionen des Proportional-Integral-Reglers 2 und der Übertragungsfunktionen (345), r das Spannungssignal des Einstellschaltkreises 1 und y der Ausgang (Spannungssignal) der Übertragungsfunktion (345), und die Übertragungsfunktion y/r der geschlossenen Schleife wird von der folgenden Gleichung gegeben.

Deshalb ist eine charakteristische Gleichung, welche die Stabilität des Regelsystems bestimmt, durch die folgende Gleichung gegeben:

1 + Gc (S) G₃₄₅ (S) e^-SL=0 (3)

wo Gc (S) die Übertragungsfunktion des Proportional- Integral-Reglers 2 ist.

Wie wohl bekannt ist, kann eine Stabilitätsanalyse unter Verwendung der Gleichung (3) durch Zeichnen eines Nyquist-Diagrammes durchgeführt werden. Die Stabilität des Regelsystems wird eigentlich durch Zeichnen eines Nyquist-Diagramms analysiert.

Zuerst sei K eine Proportionalverstärkung und Ti eine Integralverstärkung (Integrier-Aktionszeit) und Gc (S) welches proportional-integral ist, ist gegeben durch

Nun kann die Übertragungsfunktion G₃₄₅ (S) vom Steller zum Motor akkurat approximiert werden mit der sekundären Verzögerung von

wenn der Steller sehr schnell antwortet. Hier ist T eine Zeitkonstante und hängt von der Motorgeschwindigkeit ab, dem Trägheitsmoment des Schwungrades und der Kapazität eines Ausgleichsbehälters. Die Zeitkonstante ist in der Größenordnung von 0,3 Sekunden bei einer balancierten Motorgeschwindigkeit von No = 750/min. Wenn die Verzögerungszeit L gleich einer Zeit ist, welche für 4 Hübe benötigt wird, 4×60/(2×No) = 0,16 Sekunden bei der balancierten Motorgeschwindigkeit No = 750/min. Durch Ersetzen von S = jω in die Gleichungen (4) und (5) ergeben sich modifizierte Gleichungen, ωKT = ωT × (KTi/T), ωTi = ωt × (Ti/T), und ωL = ωT × (L/T) und durch Zeichnen eines Nyquistdiagramms unter Verwendung von K und Ti als Parameter, kann ein Diagramm wie zum Beispiel in Fig. 7 erhalten werden. In dieser Zeichnung bezeichnet eine volle Linie die Stabilität des Regelsystems, wenn K = 0 und Tn = Ti/T = 1 (nämlich, wenn nur ein Integrator als Regler verwendet wird) (in diesem Fall ist Ln = L/t = 0,5). Wie aus der Zeichnung klar ist, beträgt die Phase 180° bei der Frequenz f = 0,37 Hz, und ein absoluter Wert ist 0,96, woraus sich ergibt, daß das Regelsystem auf der Stabilitätsgrenze ist (im tatsächlichen Betrieb sind diese Werte vernachlässigbar). Von jedem Nyquistdiagramm, welches K und Ti als Parameter verwendet, versteht sich, daß das Regelsystem instabil wird für eine Frequenz im Bereich von 0,3 Hz bis 0,7 Hz. Nun wird gemäß einem experimentellen Ergebnis innerhalb diesem Frequenzbereich das Leerlaufdrehzahl-Regelsystem instabil, und Pendeln tritt auf mit der Frequenz von 0,3 Hz bis 0,7 Hz. Daraus ergibt sich, daß das Ergebnis der oben beschriebenen Analyse sehr gut mit experimentellen Ergebnissen übereinstimmt. Aus dieser Analyse wird der Bereich von K und Ti, wo die Stabilität des Regelsystems erhalten werden kann, K = 1 bis 2 und Ti/T oberhalb 1 sein. Auch dieses Ergebnis stimmt mit experimentellen Ergebnissen überein. Von der oben erwähnten Analyse ergibt sich, daß (A) das Regelsystem instabil wird (sowohl die Proportional- als auch die Integralverstärkungen können nicht vergrößert werden), falls die Proportionalverstärkung K des Leerlaufdrehzahl-Regelsystems unterhalb ungefähr 2 gehalten wird und die Integralzeit Ti größer als 0,3 Sekunden gehalten wird und daß (B) es dementsprechend unmöglich ist, die Empfindlichkeit (große Verstärkung) des Regelsystems zu verbessern, was in einer schlechten Reaktionscharakteristik (Nachführ-Charakteristik) bei Störungen führt, und dementsprechend zu einem Motorstillstand für den Fall des plötzlichen Auftretens einer großen Last.

Ein anderer Grund für die schlechte Reaktionscharakteristik (Nachführcharakteristik) bei Störungen des Leerlaufdrehzahl-Regelsystems und für das Auftreten eines Motorstillstandes für den Fall eines plötzlichen Auftretens einer großen Last liegt darin, daß nur die Lufteinlaßmenge geregelt wird, ohne genaue Erfassung der dynamischen Charakteristik des Wechselstromgenerators, und dementsprechend ohne das Ergreifen irgendeiner vernünftigen und wirksamen Maßnahme im Verhältnis zur Last. Dieses wird detalliert unter Bezug auf Fig. 8 und unter Verwendung eines speziellen Beispiels einer elektrischen Laststörung beschrieben.

In Fig. 8 bezeichnen die Bezugsziffern 11a bis 11d Subtrahierer; eine Ziffer 100 repräsentiert die primäre Verzögerungscharakteristik eines Einlaß-Krümmers, eine Ziffer 101 repräsentiert Charakteristiken im Zusammenhang mit einem durch Brennstoff-Verbrennung in dem Motor erzeugten Drehmoment; eine Ziffer 102 repräsentiert eine Primärverzögerung im Zusammenhang mit einer umlaufenden Sektion; ein Bezugszeichen 103 repräsentiert eine Rückkopplungsverstärkung eines Regulators; ein Bezugszeichen 104 repräsentiert eine primäre Verzögerungscharakteristik eines Feldschaltkreises; ein Bezugszeichen 105 repräsentiert einen Drehmomentumwandlungswirkungsgrad; und ein Bezugszeichen 106 repräsentiert eine eingestellte Spannung für den Regulator. Oberhalb der durchbrochenen Linie wird die dynamische Charakteristik des Motors gezeigt, und unterhalb der durchbrochenen Linie wird die dynamische Charakteristik des Wechselstromgenerators gezeigt. Die dynamische Charakteristik des Wechselstromgenerators wird erhalten durch Formulieren von Variationen von einem Gleichgewichtszustand, aus Beziehungen, welche sich aus dem Feldstrom If, Laststrom Ia und Erregungsspannung Ea zusammensetzen. Komplizierte Beziehungen werden im Detail nicht beschrieben, weil dieses das qualitative Verständnis von Phänomenen stören würde; im folgenden wird deshalb nur eine kurze Beschreibung mit Bezug auf ein Blockdiagramm gegeben. In diesem Blockdiagramm wird der Betrieb des Spannungsregulators, der an dem Wechselstromgenerator montiert ist, durch eine Rückkopplungsschleife beschrieben, welche die Rückkopplungsverstärkung Kf einschließt. Die Erregungsspannung Ea ist proportional zum Produkt der Wechselstromgenerator-Rotorgeschwindigkeit (Motorgeschwindigkeit × Riemenscheibenverhältnis) und dem Feldstrom If und das dem Motor abverlangte Drehmoment T ist proportional zu dem Produkt des Laststromes Ia, der Wechselstromgenerator-Rotorgeschwindigkeit (Motorgeschwindigkeit × Riemenscheibenverhältnis) und dem Feldstrom If. Deshalb gibt die Formulierung von Variationen (ausgedrückt durch Δ) von Werten dieser diversen Größen in einem Gleichgewichtszustand die dynamische Charakteristik des Wechselstromgenerators unterhalb der durchbrochenen Linie in Fig. 8. Hier bezeichnet To einen Umwandlungskoeffizienten, um ein dem Motor in einem Gleichgewichtszustand abverlangtes Drehmoment zu liefern. Auch werden die Variationen, ausgenommen die des Drehmoments, durch die Werte im Gleichgewichtszustand normalisiert (gekennzeichnet durch *).

Unter Verwendung desselben Diagrammes wird im folgenden beschrieben, wie weit die Charakteristik des Wechselstromgenerators mit einer Motorgeschwindigkeit-Stabilität in Beziehung steht. In diesem Diagramm sei angenommen, daß der Laststrom um ΔIa* und das Drehmoment um To×ΔIa* angewachsen ist. Normalerweise beeinflußt ein anwachsendes Drehmoment die Motorgeschwindigkeit mit Verzögerung und verringert die Motorgeschwindigkeit um ΔN*, weil ein Anwachsen der Lufteinlaßmenge das Drehmoment nach einer gewissen Verzögerung beeinflußt. Somit reduziert diese verringerte Motorgeschwindigkeit die Erregungsspannung des Wechselstromgenerators, und der Spannungsregulator vergrößert den Feldstrom um ΔIf*, wodurch weiter das dem Motor abgeforderte Drehmoment vergrößert wird, um To× (Δ Ia*+ΔIf*). Je mehr nämlich die Motorgeschwindigkeit sich absenkt, desto mehr vergrößert der Wechselstromgenerator das von dem Motor abverlangte Drehmoment, und verringert somit weiter die Motorgeschwindigkeit. Mit anderen Worten arbeitet der Wechselstromgenerator dahin, die Stabilität der Motorgeschwindigkeit zu verschlechtern. Daraus ist klar, daß die Verwendung eines herkömmlichen Geschwindigkeitsregelsystems, welches nur die Strömungsrate der Einlaßluft regelt, ohne die oben beschriebenen Charakteristiken des Wechselstromgenerators in Betracht zu ziehen, nur eine geringe Fähigkeit hat, Geschwindigkeitsvariationen aufgrund von Laststörungen zu eliminieren.

Es wurden verschiedene Vorrichtungen zum Verbessern der oben beschriebenen Bedingungen vorgeschlagen. Häufig wird ein solches computerisiertes Verfahren (eine Art Vorwärtsführungsfunktion) verwendet, das ein Schaltsignal von einer Klimaanalge, zum Beispiel in einen Computer gespeist wird, welcher auf das Bekanntwerden des Betriebsstarts der Klimaanalage vor der eigentlichen Belastung des Motors durch die Klimaanlage den Steller 3 vor dem eigentlichen Auftreten der Belastung des Motors steuert. Bei dieser Methode zeigt jedoch die Motorgeschwindigkeit in einigen Fällen, wenn eine große Verzögerung zwischen der Lieferung des Schaltsignals an den Computer und dem eigentlichen Auftreten der Last der Klimaanlage für den Motor besteht, ein plötzliches Ansteigen und dann ein Fallen, wodurch dem Fahrer ein unangenehmer Eindruck entsteht.

Ein in Fig. 9 gezeigtes Rückkopplungs-Regelsystem wurde als ein Beispiel solcher Verbesserungen in der japanischen geprüften Patentveröffentlichung Nr. 61-43 535 vorgeschlagen. In dieser Zeichnung bezeichnet die Ziffer 6 einen Detektierschaltkreis, welcher ein Detektiersignal ausgibt, oder eine Spannung, entsprechend einem Abfallen der Motordrehzahl. Das von diesem Detektierschaltkreis 6 ausgegebene Detektionssignal und ein von dem Geschwindigkeitsdetektierschaltkreis 5 ausgegebenes Detektionssignal werden von einem Addierer 12 addiert, und ein Ergebnis dieser Addition wird an den Subtrahierer 11 ausgegeben.

Als nächstes wird der in Fig. 9 gezeigte Betrieb beschrieben. In dieser Zeichnung wird angenommen, daß dieses Regelsystem in einem stationären Zustand, wie zuvor festgestellt, plötzlich einer Laststörung unterliegt, was in einem schnellen Abfallen der Motorgeschwindigkeit resultiert. In diesem Fall funktionieren Schaltkreise, welche von dem Einstellschaltkreis 1 bis zu dem Geschwindigkeitsdetektierschaltkreis 5 reichen, in einer identischen Weise. In Fig. 9 wird jedoch die der Verzögerung des Motors proportionale Spannung exzessiv von dem Detektierschaltkreis 6 rückgekoppelt, welcher ein Spannungsausgangssignal proportional zu der Verzögerung ausgibt. Somit wird ein Abweichungssignal größer, verglichen mit dem in Fig. 5 gezeigten Betrieb, und dementsprechend wird die ursprüngliche Sollgeschwindigkeit viel schneller wieder aufgenommen, als verglichen mit Fig. 5.

Der Motor kann die ursprüngliche Sollgeschwindigkeit auf Grund der Implementierung dieser einen Art von Vorwärtsführ-Funktion schnell wieder aufnehmen. Um die ursprüngliche Aufgabe einer Vorwärtsführ-Kompensation zu erfüllen, muß die Motorgeschwindigkeit variieren. Weil jedoch diese Variation in der Motorgeschwindigkeit den Betrieb verzögert, ist es schwierig, eine Variation vollständig zu eliminieren.

Gemäß der japanischen geprüften Patentveröffentlichung Nr. 61-53 544 wurde die Regelung eines Zündzeitpunktes durch den in Fig. 5 gezeigten Steller 3 vorgeschlagen. Generell wird entweder der Einlaß-Luftstrom oder der Zündzeitpunkt geregelt, um die Motorgeschwindigkeit zu regeln. In diesem Fall wird der Zündzeitpunkt geregelt, was eine schnellere Reaktion als in dem anderen Fall ergibt, wodurch der Effekt einer drehzahlmindernden Störung schnell beseitigt werden kann. Jedoch ist das obenerwähnte Verfahren wegen eines beschränkten Geschwindigkeitsbereiches, welcher durch den Zündzeitpunkt geregelt werden kann, nicht so effektiv, wenn eine große, den Bereich überschreitende Last angelegt wird.

Wie unter Bezug auf die Fig. 5 und 9 beschrieben, ist die herkömmliche Motorgeschwindigkeit-Regelvorrichtung in der Lage, den Effekt einer Laststörung auf den Motor schnell zu eliminieren, und die Motordrehzahl auf die ursprüngliche Sollgeschwindigkeit zurückzubringen; jedoch ist ihre Wirksamkeit begrenzt, weil nur entweder der Einlaßluftstrom oder der Zündzeitpunkt geregelt wird, ohne die dynamischen Charakteristiken des Wechselstromgenerators zu berücksichtigen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Drehzahl-Regelungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, welche nicht nur entweder die Ansaugluft-Strömungsrate oder die Kraftstoff-Einspritzmenge regelt, sondern auch die dynamischen Charakteristiken des Wechselstromgenerators in Betracht zieht, wodurch der Effekt von Laststörungen schnell eliminiert und eine vor der Laststörung vorhandene ursprüngliche Sollgeschwindigkeit wieder aufgenommen werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst nach Anspruch 1.

Eine vorteilhafte Weiterbildung findet sich in Unteranspruch 2.

Gegenüber dem Stand der Technik hat die vorliegende Erfindung den wesentlichen Vorteil, daß die Motordrehzahl nach Eintreten einer Lastströung sehr schnell wieder auf die ursprüngliche Sollgeschwindigkeit zurückgebracht werden kann, da nicht die Wirkung einer Drehzahl-mindernden Störung abgewartet wird, sondern die Ursache einer Drehzahlminderung erfaßt wird, nämlich eine Drehmomentserhöhung, und somit ein Regeln ohne große Phasenverschiebung möglich ist.

Wie vorstehend beschrieben, ist das dem Motor abverlangte Drehmoment proportional zu dem Produkt des Laststromes, der Wechselstromgenerator-Rotorgeschwindigkeit und dem Feldstrom. Somit kann eine Drehmoment-Änderung beispielsweise durch eine Änderung im Laststrom erfaßt werden. Jedoch kann auch der Felststrom zur Erfassung der Änderung des Drehmoments benutzt werden, weil auch der Feldstrom die Last repräsentieren kann, wenn auch mit einer leichten Verzögerung, verglichen mit dem Laststrom.

Die Geschwindigkeits-Regelvorrichtung eines Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung detektiert direkt eine Störung, und regelt den Feldstrom dementsprechend das Drehmoment, das der Wechselstromgenerator den Motor abverlangt, während die Sollspannung (eingestellte Spannung) des Spannungsregulators, der an den Wechselstromgenerator montiert ist, und die Rückkopplungsverstärkung des Reglers in Übereinstimmung mit dem Betrag der Störung geregelt werden, und gleicht somit schnell die Motorgeschwindigkeitsvariation aufgrund der Störung aus.

Ferner regelt die Geschwindigkeitsregelvorrichtung eines Verbrennungsmotors gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung den Wechselstromgenerator ebenso wie den Zündzeitpunkt, wobei Motorgeschwindigkeitsvariationen aufgrund einer Störung schnell ausgeglichen werden.

Andere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden sich im folgenden im Verlauf der Beschreibung ergeben.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, welches das Konzept einer Geschwindigkeitsregelvorrichtung eines internen Verbrennungsmotors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, welches eine Beziehung zwischen den dynamischen Charakteristiken eines Stellers, eines Wechselstromgenerators in Fig. 1 und eines Reglers zeigt;

Fig. 3a bis 3d sind Zeitdiagramme, welche Variationen im Laststrom des Wechselstromgenerators zeigen, einen Betrieb des Stellers, eine Variation in der Strömungsrate von Ansaugluft und in der eingestellten Spannung des Regulators;

Fig. 4a bis 4d sind charakteristische Darstellungen, welche die Motorgeschwindigkeit, die eingestellte Spannung des Regulators, den Ansaugluftstrom und einen gemessenen Wert des Laststromes zeigen;

Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, welches eine herkömmliche Motorgeschwindigkeitsregelungsvorrichtung zeigt;

Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, welches den Block in Fig. 5 mittels einer Übertragungsfunktion ausdrückt;

Fig. 7 ist ein Nyquist-Diagramm des Blockdiagramms in Fig. 6.

Fig. 8 ist ein Blockdiagramm des Wechselstromgenerators einschließlich des Motors und des Regulators; und

Fig. 9 ist ein Blockdiagramm, welches eine andere herkömmliche Motorgeschwindigkeitsregelvorrichtung zeigt.

Im folgenden werden beispielshafte Ausführungsbeispiele einer Motorgeschwindigkeitsregelungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, welches das Konzept einer Motorgeschwindigkeits-Regelungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.

In dieser Zeichnung bezeichnet eine Ziffer 3 einen Steller (ISC Ventil), welcher den Luftstrom regelt, eine Ziffer 4 bezeichnet einen Motor, eine Ziffer 5 bezeichnet einen Geschwindigkeitsdetektierschaltkreis, welcher die von einem Kurbelwellenwinkel erhaltene Motorgeschwindigkeit detektiert (in dieser Zeichnung wird zwar der Kurbelwellenwinkel für die Detektion der Motorgeschwindigkeit verwendet, dieses ist jedoch nicht die einzige Möglichkeit), eine Ziffer 7 bezeichnet ein Ansaugrohr, eine Ziffer 2 bezeichnet einen Regler, eine Ziffer 21 bezeichnet einen Stromsensor, welcher einen Laststrom des Wechselstromgenerators 20 detektiert, eine Ziffer 22 bezeichnet eine Batterie, eine Ziffer 23 repräsentiert in Form von Widerständen die elektrischen Belastungen wie etwa Frontlichter und Fensterheber.

Nun sei angenommen, daß zum Beispiel ein Frontlichtschalter eingeschaltet wird, und der Laststrom des Wechselstromgenerators 20 und ΔIa* als eine typische Laststörung anwächst. Dieses Anwachsen des Laststromes führt dem Motor, wie in Fig. 8 erklärt, ein größeres Drehmoment zu. Es ist ebenso offensichtlich, daß, falls der Motor den gleichen Drehmomentbetrag wie das zugeführte vergrößerte Drehmoment erzeugen kann, keine Variation in der Motorgeschwindigkeit auftritt. Ebenso ist es offensichtlich, daß wenn man versucht, einen größeren Betrag von Ansaugluft als Kompensation für das Anwachsen des Drehmomentes zuzuführen, die Ansaugluft schnell zugeführt werden muß, um die Verzögerung des Ansaugrohres 7 zu kompensieren, zu dem Zweck, die Verzögerungscharakteristik des Ansaugrohres 7 zu entfernen (diese Charakteristik wird durch eine primäre Verzögerung ausgedrückt, wie später beschrieben wird). Dieses erfordert jedoch einen Steller (ISC Ventil), welcher sehr schnell reagieren kann. Das heißt, um die Verzögerungscharakteristik des Ansaugrohres 7 einfach durch Zuführen der Ansaugluft zu kompensieren, wird von dem Steller 3 eine sehr schnelle Reaktion gefordert. Bei dem oben beschriebenen Betrieb wird für den Wechselstromgenerator 20 keine Regelung durchgeführt; in diesem Fall wird deshalb der Regulator zum Konstanthalten der von dem Wechselstromgenerator 20 produzierten Spannung über den weitesten Bereich betrieben. Es ist klar, daß wenn der Laststrom angewachsen ist, es möglich ist, den Motor von überschüssiger Last von dem Wechselstromgenerator 20 durch Reduzieren der eingestellten Spannung des Regulators auf 0 und dementsprechend des Betrages der erzeugten Elektrizität auch auf 0, zu befreien (in diesem Moment wird der Strom aus der Batterie an die Last geliefert). Mit anderen Worten, es versteht sich, daß wenn die Reaktion des Stellers 3 zu sehr verzögert ist, um das durch die Lieferung von Ansaugluft produzierte Drehmoment zu vergrößern, wenn der Laststrom größer geworden ist, ist es notwendig, die eingestellte Spannung dieses Regulators während der Periode dieser Verzögerung zu verringern, um die zu erzeugende Elektrizitätsmenge zu verringern und dementsprechend die Last von dem Wechselstromgenerator 20 zu verkleinern. Und nachdem der Steller 3 seinen normalen Betrieb erreicht hat, ist es möglich, die eingestellte Spannung des Regulators graduell zu vergrößern, bis schließlich die normale eingestellte Spannung erreicht ist, bei welcher die Motorgeschwindigkeit nicht variiert. Dieses ist das Wesentliche der Erfindung.

Die vorliegende Erfindung offenbart ein konkretes Verfahren betreffend die Steuerung der Motorgeschwindigkeit durch organisches Kombinieren des Betrages der angesaugten Luft und der eingestellten Spannung des Regulators, um den Betrag der Ansaugluft auf die eingestellte Spannung des Regulators hin zu verändern, bzw. zum Regeln der eingestellten Spannung des Regulators auf den Betrag der Ansaugluft hin.

Nachfolgend wird dieses Verfahren im Detail unter Bezug auf das Blockdiagramm beschrieben. Fig. 2 zeigt die dynamischen Charakteristiken des Motors, des Stellers, und des Wechselstromgenerators einschließlich der Funktion des Spannungsregulators, und des Reglers.

In diesem Diagramm bezeichnet eine Ziffer 3 eine primäre Verzögerung, welche die dynamischen Charakteristiken des Stellers ausdrückt, welcher den Luftstrom regelt; eine Ziffer 100 bezeichnet eine primäre Verzögerung, welche die dynamischen Charakteristiken des Ansaugrohrs (Ansaugkrümmer) ausdrückt; eine Ziffer 101 bezeichnet die dynamischen Charakteristiken, welche die Erzeugung von Motordrehmoment ausdrücken; eine Ziffer 102 zeigt eine primäre Verzögerung an, welche die dynamischen Charakterstiken einer rotierenden Sektion des Motors ausdrücken; und der Subtrahierer 11a zeigt innere mechanische Rückkopplungscharakteristiken des Motors. Ziffern 3 bis 102 sind Blockdiagramme, welche Motorcharakteristiken zeigen. Nun ist das unterhalb der Fig. 2 dargestellte Blockdiagramm das Blockdiagramm (erklärt in Fig. 8), welches die dynamischen Charakteristiken des Wechselstromgenerators zeigt. Das heißt, eine Ziffer 103 ist eine wirksame Rückkopplungsverstärkung; und eine Ziffer 104 bezeichnet die primäre Verzögerung eines Feldschaltkreises, welcher ausgedrückt wird durch die Hintereinanderschaltung eines Widerstandes, einer Spule und einer Induktivität. Dieses Diagramm schließt den Subtrahierer 11b, die wirksame Rückkopplungsverstärkung 103 und die primäre Verzögerung des Feldschaltkreises 104 ein, und zeigt die Regelfunktion des Spannungsregulators, der an den Wechselstromgenerator montiert ist. Eine Ziffer 105 bezeichnet den Umwandlungskoeffizienten (ein Parameter) für die Umwandlung des Feldstromes und des Laststromes des Wechselstromgenerators in ein Drehmoment, welches dem Motor abverlangt wird.

Als nächstes wird der Betrieb der Geschwindigkeitsregelvorrichtung im Detail beschrieben. Die dynamische Charakteristik des Stellers 3 zeigt an, daß wenn der Eingang ΔVa* zum Betreiben des Stellers (auch ISC Ventil genannt) plötzlich verändert wird, der Luftstrom verzögert wird. Die primäre Verzögerungscharakteristik 100 zeigt die Charakteristik an, daß die Luft nach dem Strömen in das Ansaugrohr 7 in einen Ansaugdruck verwandelt wird. Eine Ziffer 101 drückt Charakteristiken in bezug auf ein durch Brennstoff-Verbrennung in dem Motor erzeugtes Drehmoment aus. Hier bezeichnet Kp einen Umwandlungskoeffizienten, mit welchem die in den Motor gesaugte Luft (proportional zum Ansaugdruck Pb, welcher der Ausgang der primären Verzögerungscharakteristik 100 ist) verbrennt, um zu einem Drehmoment zu werden und ein Leerzeitglied e^-SL drückt eine Zeitverzögerung bis zur Verbrennung aus. Die primäre Verzögerungscharakteristik 102 wird von Euler′s Gleichung erhalten, daß die differenzierte Drehzahl das Drehmoment ergibt. Der Subtrahierer 11a deutet die folgenden eigenen mechanischen Rückkopplungscharakteristiken des Motors an. Generell wird im Leerlauf (oder wenn der Ansaugdruck sehr niedrig ist) der Zustand einer kritischen Strömung durch ein Drosselventil realisiert. Der Luftstrom, der durch das Drosselventil fließt, wird konstant. Falls eine Störung (zum Beispiel eine Drehmomentstörung, welche durch ein Anwachsen des Stromes verursacht wird, wenn der Frontlichtschalter eingeschaltet wird), auf den unter den oben erwähnten Bedingungen arbeitenden Motor gegeben wird, verringert sich die Motorgeschwindigkeit, wobei der Ansaugdruck anwächst. Weil der in den Motor gesaugte Luftstrom ausgedrückt wird durch C × Pb × N, worin Pb für den Ansaugdruck, N für die Motordrehzahl und C für einen konstanten Koeffizienten steht, ist C × Pb × N = konstant; deshalb muß Pb anwachsen mit fallendem N (eine Phasenverzögerung des Anwachsens von Pb kann vernachlässigt werden wegen seiner Einfachheit). Das von dem Motor erzeugte Drehmoment wächst mit einem Anwachsen des Ansaugdruckes Pb, und vergrößert schließlich die Motordrehzahl. Das heißt, mit einem Abfallen der Motorgeschwindigkeit wirkt eine wiederherstellende Kraft umgekehrt in Richtung Anwachsen. Ihre Wirkung ist negative Rückkopplung, welche durch die negative Rückkopplung des Subtrahierers 11a ausgedrückt wird.

Als nächstes werden die dynamischen Charakteristiken des Wechselstromgenerators (gezeigt unten auf der Fig. 2) beschrieben. Wie wohl bekannt ist, ist der Wechselstromgenerator 20 mit einem Spannungsregulator ausgestattet, um die erzeugte Spannung (generell, ungefähr 14 Volt) konstant zu halten. Diese Vorrichtung verwendet die negative Rückkopplungsfunktion, um die erzeugte Spannung auf einen konstanten Wert zu regeln. Diese Regelung ist eine Stromflußwinkel-Regelung (duty control) des dem Feldschaltkreis zugeführten Stromes, welche so arbeitet, daß der Stromflußwinkel mit einem Anwachsen der erzeugten Spannung verringert wird und umgekehrt, mit einem Abfallen der Spannung der Stromfluß vergrößert wird, so daß auf diese Weise die erzeugte Spannung konstant gehalten wird. Das wesentliche dieser Stromflußwinkelregelung kann durch die Regelverstärkung Kf 103 des Spannungsregulators, die primären Verzögerungscharakteristiken 104, welche eine Serienschaltung der Feldspuleninduktivität Lf und einen Stromkreiswiderstand umfaßt, und durch den Subtrahierer 11b, welcher die negative Rückkopplung des Reglers ausdrückt, dargestellt werden. Ferner ist das Drehmoment, welches der Wechselstromgenerator 20 durch seine stromerzeugende Funktion dem Motor abverlangt, proportional zu dem Produkt des Laststromes Ia und des Feldstromes If; deshalb kann in einem linearisierten Modell das Drehmoment wie in Fig. 2 gezeigt ausgedrückt werden, wobei der Proportionalitätsfaktor To 105 verwendet wird. Die Eingabe 106 an den Subtrahierer 11b repräsentiert die auf den Regulator gegebene eingestellte Spannung. Im linearisierten Modell kann in einer Umgebung einer Gleichgewichtsposition, wie in Fig. 2 gezeigt, die eingestellte Spannung, falls sie konstant gehalten wird, als Null ausgedrückt werden.

Der Subtrahierer 11 zeigt eine elektrische Rückkopplung einer Umdrehungsgeschwidigkeit. Die Eingabe an diesen Subtrahierer von links zeigt die Sollumdrehungsgeschwindigkeit des Motors, welcher geregelt werden soll. Der Sollwert-Einstellschaltkreis 1 ist hier nicht dargestellt.

Der von einer durchbrochenen Linie eingeschlossene rechtwinklige Teil ist der Regler 2, welcher eine Sektion 31 umfaßt, die den Steller 3 steuert, sowie eine Sektion 32, welche den Laststrom des Wechselstromgenerators detektiert, um die eingestellte Spannung des Regulators zu regeln.

Wie zuvor in Fig. 1 beschrieben, besteht das wesentliche der vorliegenden Erfindung darin, eine feste Motorgeschwindigkeit trotz irgendeiner Laststörung (für den Fall einer elektrischen Last ist diese äquivalent zu einer Variation in dem Laststrom des Wechselstromgenerators) zu erhalten, durch Regeln der Sektion 31, welche den Steller 3 steuert, und der Sektion 32, welche die eingestellte Spannung des Regulators durch Detektieren des Laststromes (Laststörung) des Wechselstromgenerators regelt.

Ein Beispiel dieser synthetischen Regeloperation, insbesondere der elektrischen Laststörung, wird im folgenden unter Bezug auf Fig. 3a bis 3d beschrieben. Nun sei angenommen, daß der Laststrom des Wechselstromgenerators sich schrittweise als elektrische Laststörung verändert hat (Fig. 3a). Wenn der Steller 3 wie in Fig. 3b gezeigt, in Übereinstimmung mit dem Strom für den Fall einer schrittweisen Variation des Laststromes des Wechselstromgenerators betrieben wird, steigt der Einlaßluftstrom verzögert an, wie in Fig. 3c gezeigt. Dieses beruht zum Beispiel auf der primären Verzögerungscharakteristik des Stellers 3. Unter dieser Bedingung ist deshalb das von dem Motor erzeugte Drehmoment unzureichend, bis der Einlaßluftstrom vollständig angestiegen ist, was in einer verringerten Motorgeschwindigkeit resultiert. Während der Periode bis zu diesem Ansteigen des Einlaßluftstromes wird die eingestellte Spannung des Regulators graduell vergrößert, nachdem sie einmal abgenommen hat, wie in Fig. 3d gezeigt, um zur eingestellten Spannung zurückzukehren. Durch die oben beschriebene Maßnahme wird der unzureichende Anteil des erzeugten Motordrehmomentes durch Zurückhalten des durch den Wechselstromgenerator abverlangten Drehmomentes kompensiert (während dieser Periode wird die Batterie verwendet, die Energie an die Last zu liefern), bis zum vollständigen Anstieg des Einlaßluftstromes, und somit die Variation der Motorgeschwindigkeit ermöglicht. Die qualitative Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist gegeben worden; jedoch ist es schwierig, ein qualitatives Verständnis von "wie sollte die eingestellte Spannung des Reglers konkret gesteuert werden?" zu erlangen, es sei denn, der oben bestimmte Umstand ist korrigiert. Deshalb wird im nachfolgenden die schrittweise Variation im Laststrom des Wechselstromgenerators quantitativ erklärt. In Fig. 2, welche ein linearisiertes Modell einer Variation in verschiedenen Arten physikalischer Quantitäten um die Gleichgewichtsposition herum zeigt, werden Übertragungscharakteristiken von der Eingabe Va*, welche an den Steller 3 geliefert wird, zu einer Variation in der Motorgeschwindigkeit ΔN* gemäß der folgenden Gleichung erhalten:

ΔN* ={Kp ΔVa* - (1 + Sτa) (1 + SτV) × (ΔVr* + Δ2Ia*)To}/f (S) (1)

in welcher der Nenner f (S) durch die folgende Gleichung gegeben ist:

f (S) = (1 + Sτv) [Kp + Kd - To + S{τa(Kd - To) + KDτ d} +S²Kd · τaτd]

wo τ v die Zeitkonstante des Einlaßluftstrom-Stellers ist, τ a die Zeitkonstante des Einlaßkrümmers (=120/ηvNo) × (Vm/Vh)); τ d die Zeitkonstante des rotierenden Teiles (=J/c) und ein Verhältnis des Trägheitsmomentes J und des Widerstandskoeffizienten, Kp der Umwandlungskoeffizient von dem Einlaßdruck zum Drehmoment, Kd die Reibung des rotierenden Teiles, Vm das Volumen des Einlaßkrümmers, Vh der Motorversatz, und v der volumetrische Wirkungsgrad ist. Die Definitionen anderer Symbole sind wie zuvor festgelegt. In diesem Fall wird die Leerzeit vernachlässigt.

Weil in der Gleichung (1) der Zähler 0 sein kann, um eine Variation in der Umdrehungsgeschwindigkeit ΔN*=0 anzugeben, wird die folgende Gleichung angegeben.

KpΔVa* = (1 + Sτa) (1 + Sτv) × (ΔVr* + 2ΔIa*)To

Jetzt sei angenommen, daß die Eingabe ΔVa* an den Steller 3 proportional zu der Variation des Wechselstromgenerator-Laststromes ΔIa* geregelt wird. Sei 2To/Kp der Proportionalitätsfaktor, und ΔVa* = 2To/Kp × ΔIa*. Deshalb ergibt sich aus der obigen Gleichung die folgende Gleichung.

2ΔIa* = (1 + Sτa) (1 + Sτv) × (ΔVr* + 2ΔIa*)

Durch Auflösen dieser Gleichung nach ΔVr* ergibt sich die folgende Gleichung.

Denn wenn die Eingabe ΔVa* an den Steller 3 in Proportion zu der Variation ΔIa* im Laststrom des Wechselstromgenerators gegeben wird, ist es möglich, immer die Variation in der Motorgeschwindigkeit zu eliminieren, trotz der Variation ΔIa* im Laststrom irgendeines Wechselstromgenerators, durch Regeln der am Regulator eingestellten Spannung, wie in Gleichung (6) gegeben. Die oben erwähnte Fig. 3 kann durch Zeichnen der Zeitverläufe Δ1a*, ΔVa*, ΔGa* und ΔVr* für den Fall einer schrittweisen Variation (=1/S) erhalten werden. Δ1a* und ΔVa*, welche schrittweise Variationen sind, sind hier nicht erklärt. Als nächstes kann der Zeitverlauf von ΔVa* wie folgt erhalten werden. Durch Substituieren von Δ1a* = 1/S in der Gleichung (6) ergibt sich:

Deshalb ergibt sich die gesuchte Variation ΔVr* in der eingestellten Spannung des Regulators durch eine Laplace Inversion. Durch Ausführen derselben ergibt sich:

ΔVr* = [τa · e^-t/ ^τ ^a- ^τ ^v · e^-t/ ^τ ^v]/(τv-τa) (7)

In Fig. 3d bezeichnet ΔVr* den Zeitverlauf von ΔVr*, wenn τv<τa ist (derselbe Zeitverlauf kann durch τv<τa erhalten werden. Im obigen Beispiel variiert die Eingabe ΔIa* in Schritten. Genereller ist es jedoch, falls irgendeine elektrische Laststörung ΔIa* auftritt, möglich, die Variation in der Motorgeschwindigkeit auf Null zu reduzieren durch Regeln von sVr* auf Δvr*, welches gegeben ist durch

während die Eingabe ΔVa* an den Steller 3 auf ΔVa* = 2To/Kp × ΔIa* geregelt wird. In dieser Gleichung (8) drückt das Symbol L^-1 [ ] die Laplace Inversion der Funktion [ ] aus.

Auf der Grundlage der Gleichung (8) kann ΔVr* (t) in Beziehung zu der üblichen Variation ΔIa* (t) aus dem Theorem der zusammengesetzten Integration wie folgt formuliert werden:

wo Δvr* (t) eine durch die Gleichung (7) gegebene Funktion ist. Es versteht sich, daß wenn ΔIa* eine schrittweise Variation ist und in dem Bereich von 0 bis t fest ist, sich die Differentiation und Integration der Gleichung (9) auslöschen, und ΔVr* der Gleichung (9) mit der Gleichung (7) übereinstimmt.

Fig. 4a zeigt ein Ergebnis einer Motorgeschwindigkeitsregelung nach der Durchführung einer Regelung des Luftstromes (Fig. 4c) und der eingestellten Spannung des Regulators (Fig. 4b). Demgemäß ist das so erhaltene Resultat so zufriedenstellend, daß eine durch die elektrische Lastströmung verursachte Variation in der Umdrehungsgeschwindigkeit in Fig. 4d kaum sichtbar ist.

Wie aus Gleichung (8) ersichtlich, schließt ΔVr* Parameter τv und τa ein; deshalb ist es notwendig, den Zeitverlauf für die eingestellte Spannung des Regulators in Übereinstimmung mit den Charakteristiken des Stellers 3, der Gleichgewichtsgeschwindigkeit des Motores, des volumetrischen Wirkungsgrades, dem Volumen des Einlaßkrümmers, dem Motorversatz und dem Betriebspunkt des Motors zu ändern. Die Substanz der vorliegenden Erfindung beruht in dem Reduzieren einer auf den Motor gegebenen Last durch Regeln der von dem Wechselstromgenerator erzeugten Strommenge nur während der Periode, wenn die Ansaugluft nicht rechtzeitig ist. Deshalb ist es auch nötig, nicht nur die eingestellte Spannung für die Regelung der erzeugten Strommenge, sondern auch die Rückkopplungsverstärkung Kf des Regulators zu regeln. Dieses gilt, weil ein Reduzieren der Rückkopplungsverstärkung während einer transienten Periode, wenn die Last angelegt wird, das dem Motor durch den Wechselstromgenerator abverlangte Drehmoment verringern kann (die oben erwähnten Formeln wurden erstellt für Kf ausreichend groß; in der Formel war Kf deshalb nicht gegeben).

Ferner wurde in dem obigen Beispiel der Laststrom des Wechselstromgenerators detektiert, jedoch kann auch der Feldstrom detektiert werden, weil der Feldstrom die Last repräsentieren kann, wenn auch mit einer leichten Verzögerung verglichen mit dem Laststrom.

Ferner behandelte das oben beschriebene Ausführungsbeispiel nur die Umdrehungsgeschwindigkeitsregelung für den Fall einer elektrischen Laststörung. Im Fall einer mechanischen Laststörung kann prinzipiell ein ähnlicher Regeleffekt wie für den Fall der elektrischen Laststörung durch Detektieren einer mechanischen Last (Drehmoment) anstelle des elektrischen Stromes erhalten werden.

Auch hat das obige Beispiel die Regelung der Einlaßluft und der durch den Wechselstromgenerator erzeugten Strommenge beschrieben, jedoch ist es auch möglich, denselben Effekt durch Hinzufügen des Zündzeitpunktes als Regelgröße zu erhalten. Das heißt, wenn das Anwachsen der Einlaßluft nicht rechtzeitig ist, um das Drehmoment zu erzeugen, wird die durch den Wechselstromgenerator zu erzeugende Menge an elektrischem Strom mit dem Zweck reduziert, das von dem Wechselstromgenerator verlangte Drehmoment zu verringern und gleichzeitig wird der Zündzeitpunkt vorgestellt, um das Drehmoment so schnell wie möglich zu vergrößern.

Ferner ist die vorliegende Erfindung anwendbar für Dieselmotoren, weil derselbe Regeleffekt durch Regeln der Brennstoffeinspritzmenge anstelle des Einlaßluftstromes erhalten werden kann.

Claims

1. Drehzahl-Regelungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Wechselstromgenerator und einem Steller zum Steuern eines Ansaugluft-Strömungsrate oder einer Kraftstoff-Einspritzmenge, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (2)

- zum Erfassen einer eine Störung darstellenden Drehmoment-Änderung des Drehmoments, das der Motor aufbringen muß, mit Hilfe einer Überwachung der Leistungsabgabe des Wechselstromgenerators, um darauf ansprechend die von dem Wechselstromgenerator erzeugte Ausgangsleistung sowie die Ansaugluft-Strömungsrate bzw. die Kraftstoff-Einspritzmenge in Übereinstimmung mit der Drehmoment-Änderung zu regeln, und
- zum Reduzieren der von dem Wechselstromgenerator erzeugten Ausgangsleistung nur während eines Zeitraums, in dem eine Erhöhung der Ansaugluft-Strömungsrate bzw. der Kraftstoff-Einspritzmenge verzögert geschieht, um so die Motordrehzahl zu stabilisieren.

2. Drehzahl-Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
sie weiterhin einen Steller zum Steuern eines Zündzeitpunktes umfaßt und
die Einrichtung zum Erfassen der Drehmoment-Änderung zusätzlich den Zündzeitpunkt in Übereinstimmung mit der Drehmoment-Änderung regelt und den Zündzeitpunkt nur während des Zeitraumes vorstellt, in dem ein Erhöhen der Ansaugluft-Strömungsrate bzw. der Kraftstoff-Einspritzmenge verzögert geschieht, um so die Motordrehzahl zu stabilisieren.