DE4234673C2

DE4234673C2 - Leerlaufdrehzahlsteller für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE4234673C2
Application number: DE4234673A
Authority: DE
Inventors: Makoto Anzai; Yoshinori Yamamura
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1991-10-14
Filing date: 1992-10-14
Publication date: 1995-12-07
Anticipated expiration: 2012-10-15
Also published as: JPH0599045A; DE4234673A1; JP2906770B2; US5253624A

Description

Die Erfindung betrifft allgemein ein Drehzahlstellsystem einer Brennkraftma schine und speziell er ein Leerlaufdrehzahlstellsystem ein er Brennkraftma schine, mit dem die Leerlaufdrehzahl präzise auf einem gewünschten Wert gehalten werden kann.

Bei bekannten Leerlaufdrehzahlstellsystemen für Brennkraftmaschinen wird die Ansaugluftmenge entsprechend einer Differenz zwischen der durch einen Kurbelwinkelsensor abgetasteten Ist-Drehzahl und einer Soll-Drehzahl gere gelt. Dabei wird üblicherweise eine sogenannte PI-Regelung eingesetzt, um die Ansaugluftmenge sanft zu erhöhen oder zu verringern. Das von der Brenn kraftmaschine erzeugte Drehmoment ist im allgemeinen proportional zu der Menge an Luft/Kraftstoff-Gemisch, das der Brennkraftmaschine zugeführt wird, d. h., proportional zur Ansaugluftmenge. Da jedoch die Änderung der Motordrehzahl in Form des Integrals der Drehmomentänderung gegeben ist, besteht zwischen der Änderung der Drehzahl gegenüber der Änderung der Ansaugluftmenge eine gewisse Verzögerung. Um eine übermäßige Verzöge rung zu vermeiden, wird deshalb die Änderung der Ansaugluftmenge übli cherweise verhältnismäßig sanft in bezug auf die Änderung der Drehzahl ge regelt.

Es sind bereits verschiedene Maßnahmen zur Verbesserung der oben beschriebenen langsamen Regelung bekannt.

Gemäß DE 40 38 252 A1 wird eine sogenannte "Vorwärts-" Steuerung einge setzt, bei der etwaige Störungen, die die Fluktuation der Drehzahl verursa chen, beispielsweise das Zuschalten einer Klimaanlage, erfaßt werden und der Brennkraftmaschine auf der Basis der erfaßten Störung augenblicklich ei ne entsprechende Ansaugluftmenge zugeführt wird.

US 5 080 061 befaßt sich speziell mit dem Ausgleich von Drehzahlfluktuatio nen, die durch Fehlzündungen hervorgerufen werden. Die Fehlzündungen werden durch Überwachung des Verbrennungsdruckes in den Zylindern der Brennkraftmaschine erfaßt.

In JP 2-78748 A wird eine Regelung angewandt, bei der die Abnahmerate der Drehzahl überwacht wird und, wenn eine plötzliche Abnahme der Drehzahl festgestellt wird, ein Ansaugluft-Kompensationsfaktor erhöht wird.

Bei den bisher vorgeschlagenen herkömmlichen Leerlaufdrehzahlstellsyste men einschließlich derjenigen, die in den oben genannten Veröffentlichun gen beschrieben wurden, konnten jedoch auf Grund der zugrunde liegenden Konstruktionen keine zufriedenstellenden Ergebnisse erzielt werden. Mit den in DE 40 38 252 A1 und US 5 080 061 vorgeschlagenen Maßnahmen ist es kaum möglich, die korrigierte Ansaugluftmenge für alle Arten von Störun gen geeignet zu bestimmen. Bei Systemen, bei denen eine Regelung der An saugluftmenge auf der Grundlage der Drehzahländerung angewandt wird (JP 2-78748 A) tritt unvermeidlich eine ausgeprägte Regelverzögerung auf, und es ist nahezu unmöglich, eine präzise geregelte Kompensation der Ansaug luftmenge zu erreichen. Um ein Abwürgen des Motors zu verhindern, besteht hier die Tendenz zur Einstellung einer übermäßig hohen Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine.

Aus der nachveröffentlichten Patentanmeldung DE 41 41 655 A1 ist bereits ein Leerlaufdrehzahlsteller für eine Brennkraftmaschine mit einem zu Zylin dern der Brennkraftmaschine führenden Ansaugkanal, einer im Ansaugkanal angeordneten Drosselklappe, einem die Drosselklappe umgehenden Bypass kanal und einem in dem Bypasskanal angeordneten Luftmengen-Stellglied zur Einstellung der durch den Bypasskanal strömenden Luftmenge bekannt, der eine Drehzahl-Meßeinrichtung zur Ermittlung der Drehzahl der Brennkraft maschine und Einrichtungen zur Bestimmung von Soll- und Ist-Werten für das von der Brennkraftmaschine erzeugte Drehmoment anhand der Drehzahl sowie eine Einrichtung zur Bestimmung der dem Luftmengen-Stellglied zuzu führenden Korrekturluftmenge anhand eines Soll-Ist-Vergleichs des Drehmo ments aufweist. Als Soll-Drehmoment dient hier ein Modelldrehmoment, das aus einer Soll-Drehzahl unter Verwendung eines mathematischen Modells der Brennkraftmaschine berechnet wird. Das Ist-Drehmoment wird aus einer gemessenen Drehzahländerung, einem virtuellen Trägheitsmoment der Brennkraftmaschine und einem Viskositätskoeffizienten für das Öl der Brennkraftmaschine berechnet.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Leerlaufdrehzahlsteller zu schaf fen, der eine präzisere und stabilere Einstellung der Leerlaufdrehzahl gestat tet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Skizze einer erfindungsgemäßen Anordnung;

Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des Dreh zahlstellers nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfin dung;

Fig. 3 ein Blockdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des Dreh zahlstellers nach dem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 4 die Kennlinie einer Basis-Korrekturluftmenge Qt;

Fig. 5 eine Graphik zur Illustration der Beziehung zwischen einem Last-Drehmoment "Tf" und der Motordrehzahl "N";

Fig. 6 eine Graphik zur Illustration der Eigenschaften des erfindungs gemäßen Systems im Vergleich zu einem herkömmlichen System;

Fig. 7 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise eines Dreh zahlstellern gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig. 8 ein Blockdiagramm zu dem zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig. 9 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen einer Drehzahländerung und einem Bezugssignal;

Fig. 10 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise eines Dreh zahlstellers nach einem dritten Ausführungsbeispiel; und

Fig. 11 ein Blockdiagramm zu dem dritten Ausführungsbeispiel.

In Fig. 1 ist schematisch ein Leerlaufdrehzahlsteller gezeigt, der bei einer Brennkraftmaschine 31 eingesetzt wird.

Ein Ansaugkanal 32 führt von einem nicht gezeigten Luftfilter zu der Brenn kraftmaschine 31. In dem Ansaugkanal 32 ist eine Drosselklappe 33 angeord net. Ein vollständig geschlossener Zustand der Drosselklappe 33 wird durch einen Leerlaufschalter (oder -sensor) 34 erfaßt. Der Schalter 34 ist somit in der Lage, den Leerlaufzustand der Brennkraftmaschine 31 festzustellen. Ein Hitzdraht-Luftmengenmesser 35 ist stromaufwärts der Drosselklappe 33 in dem Ansaugkanal 32 angeordnet und dient zur Messung der durchströmen den Ansaugluftmenge "Q". Ein Bypasskanal 36 umgeht die Drosselklappe 33 und enthält ein Luftmengen-Stellglied 37, das den Luftdurchsatz durch den Bypasskanal 36 einstellt. Bei dem Luftmengen-Stellglied 37 handelt es sich um ein nutzimpulsbreitengesteuertes Magnetventil oder um ein Klappenven til, mit dem der Bypass-Luftdurchsatz in Übereinstimmung mit einem angelegten Steuersignal kontinuierlich geändert werden kann. In einem stromabwärtigen Abschnitt des Ansaugkanals 32 in der Nähe der Einlaßventi le der Brennkraftmaschine 31 sind Kraftstoff-Einspritzdüsen 38 angeordnet, von denen Kraftstoff in die entsprechenden Zylinder der Brennkraftmaschine 31 eingespritzt wird. In einer Position zwischen der Drosselklappe 33 und den Einspritzventilen 38 ist in dem Ansaugkanal 32 ein Temperatursensor 39 angeordnet, der die Temperatur "Ta" der durch den Ansaugkanal 32 strömenden Ansaugluft mißt. Ein Kühlwasser-Temperatursensor 40 mißt die Kühlwassertemperatur "Tw" in einem Kühlmantel der Brennkraftmaschine 31.

In Fig. 1 sind weiterhin eine Zündspule 41 und ein Zündverteiler 42 ge zeigt. In dem Zündverteiler 42 ist ein Kurbelwinkelsensor 43 angeordnet. Der Kurbelwinkelsensor 43 liefert sowohl ein Bezugssignal (REF) in Form ei nes Impulses als auch ein Winkelsignal (POS) in Form eines Impulszuges. Das Bezugs-Impulssignal wird bei einer Bezugs-Kurbelwinkelposition für jeden Zylinder erzeugt, beispielsweise bei 600 KW (Kurbelwinkel) vor dem oberen Totpunkt im Arbeitstakt. Das Winkel-Impulssignal wird in bestimmten Kur belwinkelintervallen, beispielsweise in Intervallen von 10 KW erzeugt. Zur Un terscheidung der Impulssignale für die einzelnen Zylinder hat das Bezugs- Impulssignal für jeden Zylinder eine andere Impulsbreite.

Eine Steuereinheit 44 baut auf einem Mikrocomputer auf, dem Informations signale der Sensoren 35, 34, 39 und 40 über eine geeignete Schnittstelle zu geführt werden. Durch Verarbeitung der Informationssignale steuert die Steuereinheit 44 den Zündzeitpunkt und die Kraftstoff-Einspritzmenge. Au ßerdem regelt die Steuereinheit 44 die Leerlaufdrehzahl durch Betätigung des Luftdurchsatz-Stellgliedes 37 in dem Bypasskanal 36, wie nachfolgend noch im einzelnen beschrieben wird.

Im folgenden werden die Arbeitsschritte bei der Drehzahlregelung anhand der Flußdiagramme erläutert. Diese Arbeitsschritte werden in dem Computer der Steuereinheit 44 ausgeführt.

Fig. 2 illustriert in einem Flußdiagramm die Schrittfolge nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie im weiteren Verlauf der Beschrei bung noch näher verdeutlicht wird, wird bei diesem Ausführungsbeispiel auf der Grundlage des Bezugssignals für jeden Zylinder die Schrittfolge gemäß dem Flußdiagramm in einer Interrupt-Behandlungsroutine am oberen Tot punkt im Arbeitstakt ausgeführt.

Zunächst wird in Schritt S1 durch durch Verarbeitung des Bezugssignals oder des Winkelsignals des Kurbelwinkelsensors 43 die Motordrehzahl "N" ermittelt. In Schritt S2 wird ein Basis-Korrekturluftwert "Qt" bestimmt, der benötigt wird, um eine Zunahme der Maschinenlast zu kompensieren, wie sie beispielsweise durch die von der Motortemperatur beeinflußten Viskosität des Schmieröls verursacht wird. Die Basis-Korrekturluftmenge "Qt" wird durch Zugriff auf eine Tabelle oder Funktion gemäß Fig. 4 erhalten. Die Tabelle oder Funktion wird bereitgestellt unter Verwendung der Temperatur "Tw" des Kühlwassers als Parameter. In Schritt 53 wird der Druck "Pb" im Ansaug kanal 32 stromabwärts der Drosselklappe 33 ermittelt. Der Druck "Pb" wird nach folgender Gleichung berechnet:

Pb = Qm/Vm (1)

wobei:
Qm: Die Luftmenge in einem bestimmten Raum des Ansaugkanals 32 stromabwärts der Drosselklappe 33 ist und
Vm: das Volumen dieses bestimmten Raumes ist.

Der Wert "Qm" wird in jedem Verbrennungszyklus anhand des Einstroms und Ausstroms von Luft bestimmt und gemäß der folgenden Gleichung berechnet:

Qm = Qm_old + Q - Qout (2)

wobei:
Qm_old: die Luftmenge im vorausgegangenen Verbren nungszyklus,
Q: die durch den Luftmengenmesser 35 gemes sene Luftmenge und
Qout: die abgegebene Luftmenge ist.

Der Wert Qout wird in einer vorgegebenen Tabelle auf der Grundlage des vor ausgehenden Ansaugdruckes "Pb_old" und der Motordrehzahl "N" nachgeschla gen.

Wenn ein nicht gezeigter Drucksensor im Ansaugkanal 32 montiert ist, kann der Ansaugdruck "Pb" direkt mit Hilfe dieses Sensors gemessen werden. Au ßerdem kann der Ansaugdruck "Pb" auch aus der tatsächlichen Querschnitts fläche des Ansaugkanals 32 während des Maschinenleerlaufs hergeleitet wer den.

In Schritt 54 wird anhand des Ansaugdruckes "Pb" ein Pumpverlust "Tfp" er mittelt. Der Pumpverlust wird in einer Tabelle nachgeschlagen, wobei der Ansaugdruck "Pb" und die Motordrehzahl "N" als Parameter verwendet wer den. In Schritt 55 wird ein Reibungsverlust "Tff" in einer Tabelle nachge schlagen, wobei die Motordrehzahl als Parameter verwendet wird. In Schritt S6 wird ein tatsächliches Drehzahl-Last-Drehmoment "Tf" berechnet, indem die Verluste "Tip" und "Tff" addiert werden. Bei dem tatsächlichen Drehzahl- Last-Drehmoment "Tf" handelt es sich um das Last-Drehmoment, das erzeugt wird, wenn der Motor mit der tatsächlichen Drehzahl "N" läuft.

Fig. 5 zeigt die Kennlinie des Drehzahl-Last-Drehmoments "Tf" in Abhängigkeit von der Motordrehzahl "N". Wie aus diesem Diagramm hervorgeht, ist der Rei bungsverlust "Tff" direkt durch die Motordrehzahl "N" bestimmt, und das Drehzahl-Last-Drehmoment "Tf" ergibt sich durch Addition des Pumpverlustes "Tfp" zu dem Reibungsverlust "Tff". Der Pumpverlust "Tfp" ist durch einen Wert gege ben, der sich in Abhängigkeit vom Ansaugdruck "Pb" ändert. Wenn jedoch der Ansaugdruck "Pb" konstant ist, kann die Beziehung zwischen dem Last- Drehmoment "Tf" und der Motordrehzahl "N" durch die durchgezogene Kur ve "A" in Fig. 5 angegeben werden.

In den Schritten S7 bis S9 wird ein Soll-Wert "Tft" für das Drehzahl-Last- Drehmoment bestimmt, der gemäß der in Fig. 5 gezeigten Kennlinie von ei nem Soll-Wert "Nt" für die Motordrehzahl abhängt. Im einzelnen wird in Schritt S7 ein Pumpverlust "Tfpt" ermittelt, der der Soll-Drehzahl "Nt" ent spricht. Diesen Pumpverlust erhält man aus der in Schritt S4 verwendeten Tabelle anhand des Ansaugdruckes "Pb" und der Soll-Drehzahl "Nt". Im ge zeigten Ausführungsbeispiel wird unter der Annahme, daß der Ansaugdruck "Pb" nicht durch die Drehzahl beeinflußt wird, der in Schritt S3 erhaltene Wert für den Ansaugdruck "Pb" ohne weitere Modifikationen verwendet. In Schritt S8 wird dann anhand der in Schritt S5 benutzten Tabelle unter Ver wendung der Soll-Drehzahl "Nt" ein dieser Soll-Drehzahl entsprechender Reibungsverlust "Tfft" ermittelt. In Schritt S9 werden die beiden Verluste "Tfpt" und "Tfft" addiert, so daß man den Soll-Wert "Tft" für das Drehzahl- Last-Drehmoment enthält. Wie in Fig. 5 erkennbar ist, handelt es sich bei dem Soll-Wert "Tft" für das Drehzahl-Last-Drehmoment um einen Schätz wert, der erzeugt werden kann, wenn der Motor mit der Soll-Drehzahl "Nt" läuft, unter der Annahme, daß sich der Ansaugdruck "Pb" nicht ändert. Wenn der Ansaugdruck "Pb" bei der Soll-Drehzahl "Nt" aus einer Tabelle erhalten wird, unter Verwendung des Drosselklappenwinkels und der Soll-Drehzahl "Nt" als Parameter, so läßt sich der Soll-Wert "Tft" für das Drehzahl-Last- Drehmoment mit wesentlich höherer Genauigkeit ermitteln.

Mit den oben beschriebenen Schritten werden das tatsächliche Drehzahl- Last-Drehmoment "Tf" und der zugehörige Soll-Wert "Tft" bestimmt. Danach wird in Schritt S10 eine Korrekturluftmenge "Qd" nach der folgenden Glei chung berechnet.

Qd=Qt × [Tft - Tf) / Tft] (3)

wobei:
Qt: die korrigierte Basis-Luftmenge ist.

Der Wert "Qd" entspricht einem Überschuß oder einem Mangel an Drehmo ment in dem Fall, daß aufgrund irgendwelcher Störungen das tatsächliche Drehzahl-Last-Drehmoment "Tf" von dem Soll-Wert "Tft" abweicht. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis konstant ist, besteht eine proportionale Beziehung zwischen der Menge an Luft/Kraftstoff-Gemisch und dem erzeugten Drehmo ment.

In Schritt S11 werden die Basis-Korrekturluftmenge "Qt" und die Korrektur luftmenge "Qd" addiert, und dem Luftmengen-Stellglied 37 wird ein Treiber signal in Übereinstimmung mit der so erhaltenen Summe zugeführt.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, wird bei dem ersten Ausfüh rungsbeispiel dann, wenn durch irgendeine Störung eine Änderung der Dreh zahl erzwungen wird, die Luftmenge entsprechend dem Last-Drehmoment korrigiert, und es ergibt sich so eine Leerlaufdrehzahlregelung mit hoher An sprechempfindlichkeit.

Fig. 6 zeigt einen Verlauf der Leerlaufdrehzahl für drei verschiedliche Re gelverfahren und für eine Situation, in der der Motor beginnt, einen Kom pressor einer Klimaanlage anzutreiben. Wie aus der Graphik hervorgeht, er gibt sich bei den herkömmlichen Regelverfahren "PI" und "I", die durch ge strichelt bzw. strichpunktiert eingezeichnete Kurven "X" und "Z" angegeben werden, ein deutlicher Abfall der Leerlaufdrehzahl, wohingegen bei der Rege lung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, die durch die durchgezogene Kurve "Y" angegeben wird, dieser Abfall nur sehr gering ist.

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das das oben beschriebene Regelsystem nach dem ersten Ausführungsbeispiel darstellt.

Fig. 7 ist ein Flußdiagramm, das die Verarbeitungsschritte nach einem zwei ten Ausführungsbeispiel der Erfindung illustriert. Ähnlich wie bei dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel werden bei dem zweiten Ausfüh rungsbeispiel auf der Basis des Bezugssignals für jeden Zylinder die Verarbei tungsschritte nach dem Flußdiagramm in Form einer Interrupt-Behandlungs routine am oberen Totpunkt im Arbeitstakt ausgeführt.

Zunächst wird in Schritt S1 durch Verarbeitung des Bezugssignals oder des Winkelsignals vom Kurbelwinkelsensor 43 die Motordrehzahl "N" ermittelt. In Schritt S2 wird eine Basis-Korrekturluftmenge "Qt" entsprechend der Kühlwassertemperatur "Tw" aus der Graphik (d. h., Tabelle) gemäß Fig. 4 er mittelt. In Schritt S3 wird der Druck "Pb" im Ansaugkanal 32 stromabwärts der Drosselklappe 33 in der gleichen Weise bestimmt wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.

In Schritt S4 wird eine mittlere Winkelbeschleunigung "ω"′ ermittelt, die eine kleine Änderung des Kurbelwinkels repräsentiert. Gemäß Fig. 9 wird dabei aus der synchron mit dem Bezugssignal von dem Kurbelwinkelsensor 43 gelesenen Motordrehzahl eine Änderung "Δω" der Winkelgeschwindigkeit ermittelt, und diese Änderung "Δω" der Winkelgeschwindigkeit wird durch die Zeit "t" (Verbrennungshubzeit) zwischen den aufeinanderfolgenden bei den Bezugssignalen dividiert, um die mittlere Winkelbeschleunigung "ω"′ zu bestimmen. Die Berechnung der mittleren Beschleunigung "ω"′ erfolgt somit nach der folgenden Gleichung:

ωo′ = Δω/t (4).

Wie aus Fig. 9 hervorgeht, repräsentiert der Wert "ω"′ die Änderung der Drehgeschwindigkeit der Kraftbrennmaschine unter Ausschluß des Einflusses von Drehmomentfluktuationen, die durch die Verbrennung verursacht wer den.

In Schritt S5 wird mit Hilfe der Winkelbeschleunigung "ω"′ ein Drehmoment ′Te" ermittelt, das tatsächlich durch die Verbrennung erzeugt wurde. Ein Teil des Drehmoments "Te" wird durch ein Last-Drehmoment aufgezehrt, und der verbleibende Teil des Drehmoments "Te" bewirkt die Änderung der Motordrehzahl. Das tatsächlich erzeugte Drehmoment"Te" wird somit gemäß der folgenden Gleichung bestimmt:

Te = Tf + j × ω (5)

wobei:
Tf: das zuvor ermittelte tatsächliche Drehzahl-Last- Drehmoment und
j: das Trägheitsmoment der Gesamtheit aller Teile der Brennkraftmaschine ist.

In Schritten S6 bis S8 wird anhand des in Schritt S3 erhaltenen Ansaug druckes "Pb" und anhand der in Schritt S1 erhaltenen tatsächlichen Drehzahl "N" ein tatsächliches Drehzahl-Last-Drehmoment "Tf" berechnet. Diese Schritte stimmen mit den Schritten 4 bis 6 nach dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel überein.

In Schritten S9 bis S11 wird ein Soll-Wert "Tft" des Drehzahl-Last-Dreh moments ermittelt, der einer Soll-Motordrehzahl "Nt" entspricht. Dies ge schieht in der gleichen Weise wie in den Schritten 7 bis 9 nach dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Ableitung des Wertes "Tft" erfolgt unter der Annah me, daß der Ansaugdruck "Pb" nicht durch die Motordrehzahl beeinflußt wird.

In Schritt S12 wird anhand des tatsächlich erzeugten Drehmoments "Te", des tatsächlichen Drehzahl-Last-Drehmoments "Tf" und des Soll-Wertes "Tft" hierfür eine Drehmomentabweichung "Td" entsprechend der Soll-Motor drehzahl "Nt" gemäß der folgenden Gleichung berechnet.

Td = Te × [(Tft - Tf) / Tft] (6)

Der Wert "Td" repräsentiert das Außenmaß der Abweichung des Drehmo ments.

Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird praktisch eine Regelung anhand der Ableitung der Motordrehzahl verwendet, um die Konvergenz zu einer im allgemeinen sanften Änderung der Drehzahl zu erhöhen. Das heißt, in Schritt S13 wird eine Abweichung "ΔN" (d. h., Nt - N) zwischen der tatsächlichen Drehzahl "N" und der Soll-Drehzahl "Nt" ermittelt, und in Schritt S14 wird in Übereinstimmung mit dem positiven oder negativen Wert von "AN" eine be stimmte gesteuerte Variable oder Steuervariable "ΔI" zu "ΔN" addiert oder hiervon subtrahiert, um einen Integralteil "I" zu erhalten. Erwünschtenfalls kann die gesteuerte Variable "ΔI" stufenweise in Übereinstimmung mit der Größe von "ΔN" geändert werden.

In Schritt S15 wird eine erste Korrekturluftmenge "Qd1" bestimmt, durch Multiplikation des Integralteils "I" mit einer gegebenen Verstärkung "G1". In Schritt S16 wird eine zweite Korrekturluftmenge "Qd2" bestimmt durch Mul tiplikation der Drehmomentabweichung "Td" mit einer gegebenen Verstär kung "G2". Die Bestimmung der zweiten Korrekturluftmenge "Qd2" aus der Drehmomentabweichung "Td" kann durch eine geeignete Berechnung unter Verwendung einer im allgemeinen proportionalen Beziehung zwischen die sen Größen oder durch Tabellennachschlag in einer geeigneten Tabelle reali siert werden.

In Schritt S17 werden die Basis-Korrekturluftmenge "Qt", die erste Korrek turluftmenge "Qd1" und die zweite Korrekturluftmenge "Qd2" addiert, und dem Luftmengen-Stellglied 37 wird ein Treibersignal in Übereinstimmung mit der so erhaltenen Summe zugeführt.

Fig. 8 ist ein Blockdiagramm, das das oben beschriebene Regelverfahren nach dem zweiten Ausführungsbeispiel illustriert.

Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Änderung des tatsächlich erzeugten Drehmoments "Te" unmittelbar als mittlere Beschleunigung "ω" verwendet, von der die zweite Korrekturluftmenge "Qd2" abhängt. Folglich wird eine wesentlich stärkere Reaktion auf eine plötzliche Drehmomentän derung erreicht, und eine durch eine Verbrennungsfluktuation erzeugte Än derung des Drehmoments "Te" wird geeignet korrigiert. Da bei diesem zwei ten Ausführungsbeispiel das tatsächlich erzeugte Drehmoment "Te" in jedem Verbrennungszyklus ermittelt wird, kann eine geeignete Korrektur bereits vor der Zeit gemacht werden, zu der infolge der Drehmomentfluktuation eine Änderung der Drehzahl auftreten kann, und somit kann die tatsächlich auf tretende Drehzahländerung bei irgendwelchen Störungen auf einen sehr klei nen Wert geregelt werden.

Außerdem wird bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel die Regelung mit dem Integralteil "I" ausgeführt, der auf der Drehzahlabweichung "ΔN" basiert. Unter einer relativ stabilen Bedingung, bei der der Betrieb der Brennkraftma schine nicht durch nennenswerte Störungen beeinflußt wird, kann somit die Motordrehzahl "N" durch die "I"-Regelung auf der Grundlage der Drehzahlab weichung "ΔN" präzise auf den Soll-Wert "Nt" geregelt werden. Somit wird durch die Regelung auf der Grundlage der Drehmomentabweichung "Td" sehr schnell ein gegenüber einer Störung stabiler Motorlauf erreicht, und es wird eine hohe Genauigkeit bei der Regelung auf die Soll-Drehzahl "Nt" erreicht. Dies kommt in der Graphik in Fig. 6 zum Ausdruck, in der die bei der her kömmlichen "I"-Regelung auftretende Drehzahlabweichung durch die gestri chelt eingezeichnete Kurve "Z" angegeben wird.

In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das tatsächlich erzeug te Drehmoment "Te" aus der Änderung der Motordrehzahl berechnet. In ei ner Anordnung, in der ein Drucksensor in jedem Zylinder angeordnet ist, kann jedoch das tatsächlich erzeugte Drehmoment "Te" auch von der durch den Sensor erfaßten Druckänderung abgeleitet werden.

Fig. 10 ist ein Flußdiagramm, das die Arbeitsschritte gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Ähnlich wie bei den oben beschrie benen Ausführungsbeispielen werden bei diesem dritten Ausführungsbeispiel die in dem Flußdiagramm gezeigten Arbeitsschritte in Form einer Interrupt- Behandlungsroutine am oberen Totpunkt im Arbeitstakt ausgeführt, auf der Grundlage des Bezugssignals für jeden Zylinder.

Zunächst wird in Schritt S1 die Motordrehzahl "N" ermittelt. In Schritt S2 wird eine Basis-Korrekturluftmenge "Qt" ermittelt, und in Schritt S3 wird der Druck "Pb" im Ansaugkanal 32 bestimmt. Diese Arbeitsschritte sind die gleichen wie bei den oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbei spielen.

In Schritt S4 wird eine mittlere Winkelbeschleunigung "ω′" berechnet, die eine kleine Änderung des Kurbelwinkels repräsentiert. Ähnlich wie in Schritt S4 des oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiels wird die mittlere Winkelbeschleunigung "ω" nach der Gleichung "ω′" = Δω/t berechnet. In Schritten S5 bis S7 wird ein tatsächliches Drehzahl-Last-Drehmoment "Te" aus dem in Schritt S3 erhaltenen Ansaugdruck "Pb" und aus der in Schritt S1 erhaltenen tatsächlichen Drehzahl "N" berechnet. Diese Schritte sind die gleichen wie die Schritte S4 bis S6 in dem oben beschriebenen ersten Aus führungsbeispiel.

In Schritt S8 wird unter Verwendung sowohl der Winkelbeschleunigung "ω′" als auch des tatsächlichen Drehzahl-Last-Drehmoments "Tf" ein tatsächliches Drehmoment "Te" berechnet, das tatsächlich infolge der Verbrennung in der Brennkraftmaschine erzeugt wird. Das tatsächlich erzeugte Drehmoment ′Te" ergibt sich aus der oben angegebenen Gleichung (5).

In Schritt S9 wird ein Norm-Drehmoment "Tm" bestimmt, das bei einer sol chen Verbrennung erzeugt werden sollte. Bei dem Norm-Drehmoment "Tm" handelt es sich um das Drehmoment, das von einer Brennkraftmaschine er zeugt wird, die unter Normalbedingungen bei der Drehzahl "N" und dem An saugdruck "Pb" läuft. Das Norm-Drehmoment "Tm" wird in einer Tabelle nachgeschlagen, deren Parameter die Motordrehzahl und der Ansaugdruck sind.

In Schritt S10 wird eine Drehmomentabweichung "ΔT" (= Tm - Te) zwischen dem Norm-Drehmoment "Tm" und dem tatsächlich erzeugten Drehmoment "Te" berechnet.

In Schritt S11 wird eine Drehzahlabweichung "ΔN" (d. h. Nt - N) zwischen der tatsächlichen Drehzahl "N" und der Soll-Drehzahl "Nt" berechnet, und in Schritt S12 wird in Übereinstimmung mit dem positiven oder negativen Wert von "ΔN" eine gegebene gesteuerte Variable "ΔI" zu "ΔN" addiert oder hiervon abgezogen, so daß man einem Integralteil "I" erhält. Es werden somit die glei chen Schritte wie die Schritte S13 und S14 in dem oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel ausgeführt.

In Schritt S13 wird eine erste Korrekturluftmenge "Qd1" berechnet, indem der Integralteil "I" mit einer gegebenen Verstärkung "G1" multipliziert wird. In Schritt S14 wird eine zweite Korrekturluftmenge "Qd2" berechnet, indem die Drehmomentabweichung "ΔT" mit einer gegebenen Verstärkung "G2" multipliziert wird. Die zweite Korrekturluftmenge "Qd2" ist somit im wesent lichen proportional zu der Drehmomentabweichung "ΔT". Wenn jedoch die Verstärkung relativ zu der Drehmomentabweichung "ΔT", die dem Verbren nungsfluktuationsbereich entspricht, in einem gegebenen Ausmaß reduziert wird, so kann die zweite Korrekturluftmenge "Qd2" auch nichtlinear gesteu ert werden.

In Schritt S15 werden die Basis-Korrekturluftmenge "Qt", die erste Korrek turluftmenge "Qd1" und die zweite Korrekturluftmenge "Qd2" addiert, und dem Luftmengen-Stellglied 37 wird ein Treibersignal in Übereinstimmung mit der so erhaltenen Summe zugeführt.

Fig. 11 ist ein Blockdiagramm, das das oben beschriebene dritte Ausfüh rungsbeispiel des Regelsystems illustriert.

Bei diesem dritten Ausführungsbeispiel kann unter relativ stabilen Bedingun gen, wenn die Brennkraftmaschine nicht durch nennenswerte Störungen be einflußt wird, die Drehzahl "N" mit Hilfe der "I"-Regelung auf der Grundlage der Drehzahlabweichung "ΔN" präzise auf den Soll-Wert "Nt" geregelt werden. Wenn unter diesen relativ stabilen Bedingungen die Arbeitsweise der Brenn kraftmaschine durch eine bestimmte Störung beeinflußt wird, so wird an hand einer kleinen Änderung der Drehzahl eine Abweichung zwischen dem tatsächlich erzeugten Drehmoment "Te" und dem Norm-Drehmoment "Tm" festgestellt, und die Luftmenge wird augenblicklich so korrigiert, daß die Än derung des Drehmoments kompensiert wird. Bei diesem dritten Ausfüh rungsbeispiel wirkt somit die zweite Korrekturluftmenge "Qd2" ständig im Sinne einer Verringerung der Drehzahlfluktuationen, die durch etwaige Stö rungen hervorgerufen werden, so daß ein sehr stabiler Maschinenlauf er reicht wird. Mit Hilfe der oben beschriebenen "I"-Regelung auf der Grundlage der Drehzahl-Abweichung "ΔN" wird somit nach einer Störung sehr schnell ein stabiler Maschinenlauf erreicht, und es ergibt sich eine hohe Regelgenau igkeit bei der Regelung auf die Soll-Drehzahl "Nt". Insbesondere kann bei die sem dritten Ausführungsbeispiel ein unerwünschter Abfall der Drehzahl infol ge des Antriebs einer Zusatzeinrichtung (wie beispielsweise eines Kompres sors einer Klimaanlage oder dergleichen) bis auf einen sehr kleinen Wert aus geregelt werden, da bereits vor dem Zeitpunkt, an dem eine Drehzahlände rung eintreten kann, eine Korrektur bei der Luftmenge zur Anpassung des tatsächlich erzeugten Drehmoments "Te" an das Norm-Drehmoment "Tm" vorgenommen wird.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, wird bei dem erfin dungsgemäßen Leerlaufdrehzahlsteller einer Brennkraftmaschine die Korrek turluftmenge anhand einer Abweichung des Motordrehmoments geregelt. Unerwünschte Regelverzögerungen, die bei einer Regelung auf der Grundlage einer Drehzahlabweichung leicht auftreten können, werden somit beseitigt oder zumindest minimiert. Durch die Erfindung wird somit das Ansprechen auf Störungen verbessert und ein stabiler Leerlauf der Brennkraftmaschine erreicht.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Korrekturluftmenge durch Ver gleich des Last-Drehmoments bestimmt. Dies bedeutet, daß es nicht nötig ist, das tatsächlich erzeugte Drehmoment zu messen. Es wird somit ein einfacher Aufbau des Leerlaufdrehzahlstellers ermöglicht.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel kann auf eine schnelle Änderung des Drehmoments, die durch eine Störung hervorgerufen wird, und auf eine Ab weichung des erzeugten Drehmoments, die durch Verbrennungsfluktuationen verursacht wird, sehr schnell reagiert werden, da das tatsächlich erzeugte Drehmoment ständig überwacht wird. Somit kann bereits eine angemessene Korrektur an der Luftmenge vorgenommen werden, bevor tatsächlich eine Änderung der Drehzahl eintreten kann. Auf diese Weise können Leerlaufdreh zahlabweichungen, die durch Verbrennungsfluktuationen und dergleichen hervorgerufen werden, bis auf einen sehr kleinen Wert unterdrückt werden.

Bei dem dritten Ausführungsbeispiel sind sowohl das Ansprechverhalten und die Stabilität des Motorleerlaufs gegenüber etwaigen Störungen als auch die Regelgenauigkeit auf einen gewünschten Leerlaufdrehzahlwert verbessert. Aufgrund der Verwendung des Norm-Drehmoments kann dabei eine ausrei chende Korrektur an der Ansaugluftmenge bereits vorgenommen werden, be vor eine spürbare Drehzahländerung stattfinden kann.

Claims

1. Leerlaufdrehzahlsteller für eine Brennkraftmaschine mit einem zu Zylin dern der Brennkraftmaschine führenden Ansaugkanal (32), einer in dem An saugkanal angeordneten Drosselklappe (33), einem die Drosselklappe umge henden Bypasskanal (36) und einem in dem Bypasskanal angeordneten Luft mengen-Stellglied (37) zur Einstellung der durch den Bypasskanal strömen den Luftmenge, mit:

a) einer Drehzahl-Meßeinrichtung zur Ermittlung der Drehzahl (N) der Brennkraftmaschine,
b) einer Ansaugdruckmeßeinrichtung zur Ermittlung des Ansaugdruckes (Pb) in dem Ansaugkanal (32) stromabwärts der Drosselklappe (33),
c) einer Einrichtung zur Ermittlung eines tatsächlichen Drehzahl-Last- Drehmoments (Tf) der Brennkraftmaschine anhand der Drehzahl (N) und des Ansaugdruckes (Pb),
d) einer Einrichtung zur Bestimmung eines Sollwertes (Tft; Tm) für das Drehmoment anhand des Ansaugdruckes und einer Solldrehzahl (Nt) und
e) einer Korrekturluft-Bestimmungseinrichtung zum Vergleich des tat sächlichen Drehzahl-Last-Drehmoments (Tf) oder eines davon abgeleiteten Drehmomentwertes (Te) mit dem Sollwert (Tft; Tm) und zur Bestimmung, anhand des Vergleichsergebnisses, einer Korrekturluftmenge (Qd; Qd2), die der Brennkraftmaschine über das Luftmengen-Stellglied (37) zuzuführen ist.

2. Leerlaufdrehzahlsteller nach Anspruch 1, mit einer Einrichtung zur Be stimmung der Solldrehzahl (Nt) und einer Einrichtung zur Bestimmung des Sollwertes (Tft) für das Drehzahl-Last-Drehmoment anhand des Ansaug druckes (Pb) und der Solldrehzahl (Nt), bei dem die Korrekturluft-Bestim mungseinrichtung die Korrekturluftmenge (Qd) anhand der Differenz zwi schen dem tatsächlichen Drehzahl-Last-Drehmoment (Tf) und dem zugehöri gen Sollwert (Tft) bestimmt.

3. Leerlaufdrehzahlsteller nach Anspruch 1, bei dem die Korrekturluft-Be stimmungseinrichtung eine Einrichtung zur Ermittlung eines infolge der Verbrennung in der Brennkraftmaschine tatsächlich erzeugten Maschinen drehmoments (Te) aufweist und die Korrekturluftmenge (Qd2) anhand einer Drehmomentabweichung (Td) bestimmt, die von der Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehzahl-Last-Drehmoment (Tf) und dem zugehörigen Soll- Wert (Tft) sowie von dem Maschinendrehmoment (Te) abhängig ist.

4. Leerlaufdrehzahlsteller nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Korrekturluft-Bestimmungseinrichtung eine Einrichtung zur Bestim mung einer ersten Korrekturluftmenge (Qd1) anhand der Drehzahl (N) und anhand der Solldrehzahl (Nt) und eine zweite Korrekturluftmenge (Qd2) an hand der Soll-Ist-Abweichung des Drehmoments bestimmt und das Luft mengen-Stellglied (37) entsprechend der Summe der ersten und zweiten Korrekturluftmengen (Qd1, Qd2) ansteuert.

5. Leerlaufdrehzahlsteller nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Korrekturluft-Bestimmungseinrichtung eine Einrichtung zur Bestim mung eines Norm-Drehmoments (Tm) der Brennkraftmaschine anhand der Drehzahl (N) und des ermittelten Ansaugdruckes (Pd) und eine Einrichtung zur Ermittlung des tatsächlichen Maschinendrehmoments (Te) anhand einer Fluktuation der Drehzahl (N) und anhand des ermittelten tatsächlichen Dreh zahl-Last-Drehmoments (Tf) aufweist und die Korrekturluftmenge bzw. - im Fall des Anspruchs 4 - die zweite Korrekturluftmenge (Qd2) entsprechend der Differenz (ΔT) zwischen dem Norm-Drehmoment (Tm) und dem tatsäch lichen Maschinendrehmoment (Te) bestimmt.