EP0077996B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Drehzahl einer Brennkraftmaschine im Leerlauf - Google Patents

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EP0077996B1
EP0077996B1 EP82109643A EP82109643A EP0077996B1 EP 0077996 B1 EP0077996 B1 EP 0077996B1 EP 82109643 A EP82109643 A EP 82109643A EP 82109643 A EP82109643 A EP 82109643A EP 0077996 B1 EP0077996 B1 EP 0077996B1
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EP
European Patent Office
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speed
control element
idling
control
overrun
Prior art date
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EP82109643A
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English (en)
French (fr)
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EP0077996A3 (en
EP0077996A2 (de
Inventor
Manfred Henning
Wolfgang Misch
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Pierburg GmbH
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Pierburg GmbH
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Pierburg GmbH, Robert Bosch GmbH filed Critical Pierburg GmbH
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Publication of EP0077996A3 publication Critical patent/EP0077996A3/de
Application granted granted Critical
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D31/00—Use of speed-sensing governors to control combustion engines, not otherwise provided for
    • F02D31/001—Electric control of rotation speed
    • F02D31/002—Electric control of rotation speed controlling air supply
    • F02D31/003—Electric control of rotation speed controlling air supply for idle speed control
    • F02D31/004—Electric control of rotation speed controlling air supply for idle speed control by controlling a throttle stop

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for regulating the speed of an internal combustion engine according to the preamble of the main claim and the first device claim.
  • the article "New mixture formation system for petrol engines” in “Automobil Technische Zeitschrift 83 (1981) 5 " on page 219 ff discloses an electronically controllable carburettor system with regulation of the idling speed as well as electronic control during start, warm-up and acceleration.
  • the idle speed - control system includes an adjustable in position throttle stop plate. When idling, the measured engine speed is continuously compared with the desired setpoint and a PI control algorithm uses the deviation to calculate the required throttle valve position change.
  • a speed-sensitive electrical circuit acts on an electromagnetically actuated actuator, with which the amount of intake air can be changed in the idle position of the throttle valve.
  • the electromagnetically actuated actuator acts in a cross-sectional control manner on a bypass channel parallel to the throttle valve.
  • the arrangement for idle speed control known from DE-A-2 546 076 acts on a throttle valve arranged in the intake pipe of the internal combustion engine.
  • a setpoint generator and an actual value generator are provided for the speed, the output voltages of which are fed to the two inputs of a differential amplifier.
  • An output signal characterizing the control deviation acts on an actuator designed as a solenoid.
  • the actuator is continuously connected to the throttle valve and adjusts it according to the control deviation.
  • This circuit is also not able to introduce boundary conditions into the control and take external factors into account and thus ensure under all circumstances that the idle speed of an internal combustion engine remains safely within a predetermined range, even if transition conditions that take effect quickly have to be absorbed.
  • this known circuit is not suitable to be used at the same time to influence the overrun operation, namely for fuel-saving overrun cutoff.
  • the object of the invention is to optimally further develop the system known from the article in "Automobil Technische Zeitschrift".
  • the method according to the invention and the device according to the invention, each with the characterizing features of the main claim or the first device claim, have the advantage, in contrast, that any external boundary conditions are introduced in addition, interfering influences and precise positioning of the idling speed, in particular also while avoiding long-term influences such as temperature and air pressure can be realized.
  • transitions between the various operating states which constantly occur during operation of an internal combustion engine, can be smoothly absorbed and smoothed by the invention, for example from thrust to part load, from part load to idling, idling to thrust, etc.
  • the invention works with regard to the setting of the idle speed in fully regulated operation; If the idling speed or the speed in the area close to idling is exceeded, the throttle valve can be switched over to control and partial tracking of the actuator.
  • the regulation and control according to the invention reacts quickly and reliably to all possible disturbance variables.
  • FIG. 1a and 1b show the control behavior of the main controller for idling or the area close to idling with P component and I component, in each case above the speed deviation, based on an idling speed setpoint
  • FIG. 2 in the form of a diagram the transition behavior from thrust to idling, the path of the actuator being plotted over time
  • FIG. 3 in the form of a diagram the transition behavior from thrust to partial load, the actuator path being plotted against time
  • FIG. 4 the transition behavior from part load in Idling in the form of a diagram
  • FIG. 5 the intervention of the control with respect to the actuator control in accordance with a pulse length modulation in the form of a diagram.
  • FIGS. 7 and 8 in Form of block diagram representations Realization options for the electronic control circuit shows in an essentially digital representation.
  • the central electronic control circuit 1 works on the output side via an output stage 1a on an actuator 2, which in the exemplary embodiment shown is preferably designed as an electropneumatic actuator and has an evacuating valve 2a and an aerating valve 2b.
  • the control of the valves 2a, 2b takes place electrically via assigned relays 3a, 3b, specifically, as will be explained further below, according to a process similar to a pulse length modulation via output stage transistors 4a, 4b connected to the respective relays.
  • the actuator 2 actuates with its valves 2a, 2b a push) 10, which rests on the main throttle, not shown, so that when the evacuating valve is actuated, the plunger 10 is retracted and thus the main throttle is closed more tightly, while when the ventilating valve is actuated, the tappet 10 adjusted more and accordingly the main throttle is opened more.
  • the main throttle or a mechanical part connected to it for example a throttle valve lever, can be lifted off the tappet 10 at any time by actuating the accelerator pedal and is therefore also only under e.g. Spring pressure on.
  • the overall control concept distinguishes four functional areas, which are dependent on speed thresholds and a characteristic signal which is derived from the system of the main throttle on the tappet 10.
  • the central electronic regulating and control circuit controls the electropneumatic actuator 2 differently in accordance with the functional range detected in each case.
  • the four functional areas can be characterized as follows:
  • the engine speed is less than a certain starting speed (n ⁇ n Anl ).
  • the speed lies between the starting speed and a thrust speed (n Anl ⁇ n ⁇ n thrust ) and the main throttle is applied to the tappet 10.
  • the internal combustion engine is in the partial load range
  • the speed is between the starting speed and the thrust speed (n Anl ⁇ n ⁇ n thrust ) and the main throttle is not on the tappet 10 (or on a mechanical stop).
  • the effective actual speed of the internal combustion engine is greater than or equal to the overrun speed (n ⁇ n Schun ).
  • the time between two ignition pulses 5, which are supplied to the terminal 6 of the circuit of FIG. 1, is most conveniently measured and the time interval (period duration) thus obtained is used for speed detection.
  • the ignition pulses instead of the ignition pulses, other signals can also be used, which can occur synchronously with the engine speed, for example dead center sensor e. the like
  • the central control circuit 1 can have a clock generator or oscillator, which is not initially shown separately; If the central control circuit is a so-called microcomputer circuit at least in some areas - preferably a 4-bit microcomputer that has neither a timer nor an interrupt option, then the circuit sequence of the controller (namely the controller program in this case) organized in a loop.
  • This program loop has a constant running time T loop and forms the time base of the control program.
  • a flip-flop 7 is always set by the flip-flop, which works as a buffer and can be, for example, a monoflop or a bistable element, ie a flip-flop.
  • the timing between two ignition pulses as a measure of the period of the speed is measured by the oscillator or clock generator of the central control circuit 1, which works with a constant oscillation period, so that with the oscillations of the clock generator with a significantly higher frequency, based on the highest, due to the occurrence of Ignition pulses characterized speed frequency, a counter is acted upon, the current counter reading then in each case in a memory cher loaded and the counter is reset when an ignition pulse occurs.
  • the occurrence of an ignition pulse can be determined in each case by the fact that the flip-flop 7 has been switched to its other state.
  • the flip-flop 7 as a buffer is then, if it is a bistable element, either reset by the next clock pulse - which means that the current counter reading is taken over into the memory at the same time - or the reset takes place automatically if the flip-flop is a monoflop.
  • the memory content is then a measure of the period and thus of the speed of the internal combustion engine, the resolution being determined by the frequency of the clock generator or oscillator in the control circuit. If the program loop frequency of a microcomputer used in this case is used for the derivation of the clock frequency, then the buffer 7 is queried as a monoflop or as a flip-flop once per loop pass and then either reset by the program (with two stable states of the buffer) or automatically reset (with one Monoflop).
  • the program can wait for a reset to wait for the monoflop to reset after an ignition pulse occurs, thereby achieving yitter-free speed detection. Then T Mono t ! O p > Ts ch i e it e . In this case, too, the counter is incremented each time the loop is run, so that when the next ignition pulse occurs, a current counter reading corresponding to the period of the speed is located in it and can be loaded into the memory. In any case, there is always a current speed signal in the memory, which can be evaluated accordingly by the control circuit 1 and is available.
  • the detection of the position of the main throttle (system) on the tappet 10 or on a mechanical stop corresponding to the throttle valve closed or throttle valve opened in order to distinguish between the functional areas mentioned further above takes place with the aid of a throttle valve switch designated by 8 in FIG. 7.
  • the throttle valve switch 8 can be designed such that a signal log 1 results, for example, when the main throttle is present on the actuator or on the tappet 10 and a signal log 0 when the main throttle is not present.
  • a counter via the clock generator or oscillator of the control circuit 1 or by means of the loop frequency of Microprocessor is increased and decreased at signal log 0.
  • This counter can be counted up or down between a maximum and a minimum value.
  • a buffer is set or reset.
  • the buffer can be set to the log 1 signal when the maximum value is reached and to the log 0 signal when the minimum value is reached. It can be seen that this buffer is most appropriately a bistable element, the output signals of which indicate whether the main choke is present or not.
  • the control circuit is given a target idling speed, which can also be a counter content, for example, or in the case of an analog configuration, for example, a constant voltage which is compared with the content of the memory already mentioned above, or with an analog voltage which is derived from the memory content in a known manner
  • the central control circuit 1 is designed such that it has at least one This PI control behavior applies to the idling functional area and to the resulting special control structure of the plunger 10 via output stage 1a and actuator 2.
  • the PI control behavior works with a proportional component en and integrator running speeds, but with a preferably analog design of the control circuit 1, however, a certain asymmetry in the PI control behavior is provided, so that, for example, if the speed falls below the setpoint speed in idle, the reaction can be faster and / or stronger, possibly with an additional D component, to save the engine from going out, so to speak.
  • control circuit 1 is constructed with digital components or implemented in the form of a microcomputer, then e.g. To simplify the program structure, constant proportions and integrator running speeds are not used, but the speed range is divided into several ranges, also and preferably different ranges, around the target idling speed according to the diagrams in FIGS. 1a and 1b, these ranges then each having constant P- Parts and constant I running speeds included. This then results in stepped platform curves for given control deviations for both the P and the I component.
  • the P component and the integrator level are added and used for actuator control.
  • the PI sum of the P and I components can be stored in an output memory and in an intermediate memory.
  • a possible variant here is to load the buffer store with a value in the output store averaged over a certain time. As long as the functional range idling prevails, the circuit operates fully in the regulated mode according to the overall concept, whereby, as will be discussed further below, the plunger position 10 caused by the actuator 2 is also detected and compared with the setpoint value, which is the PI sum at the output of the control amplifier.
  • the integrator In the presence of the partial load functional area, that is to say when the main throttle is actuated and no longer applied, the integrator is first stopped by this transition of the main throttle identification signal from log 1 to log 0; A suitable blocking signal eliminates the further evaluation of the P component.
  • the PI sum in the buffer which corresponds to the last value in the idle range, is still used for actuator control, so that it remains in the last position before the main throttle is actuated (initially).
  • control circuit 1 is configured so that the actuator is moved back for rotational speeds n ⁇ n thrust. Therefore, when the main throttle is not actuated, thrust cut-off is possible via the accelerator pedal if the mixture generator (for example, carburetor) is designed accordingly.
  • the mixture generator for example, carburetor
  • a temperature detection is carried out in addition to setting the initial values for the integrator level and the PI sum in the output memory and buffer.
  • the PI sum is output in the buffer for actuator control for a specific time t vs (t vs can be, for example, 2 seconds) (compare the course of the diagram indicating the actuator's travel over time) Fig. 2).
  • the actuator therefore occupies the last position in the idle range before changing to another range.
  • There is the possibility and can preferably also be used to add a constant for a short time t a (eg t a 0.2 s) in addition to the output value for actuating the actuator from the buffer. This results in a brief increase in filling after thrust cut-off to avoid speed drops.
  • the control is released again after tvs (and t a ) have expired.
  • the function can proceed according to the diagram in FIG. 3 as with the transition from overrun to idle; After the transition period ty s , however, the control is not released, but the actuator remains in the last position of the idle range in accordance with the PI sum stored in the buffer.
  • the transition period t vs shown in FIG. 3 is therefore only given for better understanding and is of no importance for this transition function.
  • the central control circuit 1 controls the actuator in such a way that the actuator remains in the position in the part load range for a predetermined period of time tt (for example also 2 s) has shown the last value before leaving the idle range, i.e. again corresponds to the PI sum in the buffer. The regulation is then released.
  • tt for example also 2 s
  • the central control circuit also receives a position signal or position signal relating to the tappet position and thus, what applies to the control area, also to the position of the throttle valve.
  • This position signal is an actual value signal and is compared by a suitable comparator or comparator of the control circuit with the target value, which results as a PI sum in the buffer.
  • FIG. 5 shows in the form of a diagram how the control circuit controls the actuator 2 with a method approximating the pulse length modulation in order to achieve the desired one Position or location of the plunger 10 to achieve.
  • the position detection of the plunger position is carried out either by simply returning a tapped potentiometer potential, which in turn is adjusted by the plunger position.
  • the position detection can be carried out with the aid of a digital-to-analog converter, which is designated 9 in FIG. 7.
  • the digital-to-analog converter queries the potentiometer voltage that can also be used here (according to the actuator position) via thresholds.
  • the potentiometer, which is adjusted by the actuator or the plunger, is designated by 15 in FIG.
  • FIG. 6 shows in diagram form more precisely what is meant.
  • two thresholds namely an upper threshold A and a lower threshold B, are used to query whether the potentiometer voltage is above, within or below the thresholds; the two valves 2a, 2b of the actuator are then activated accordingly.
  • the two thresholds as shown in Fig. 6, are overlaid with a sawtooth or triangular shape, i.e. they are sawtooth-shaped, so that a pulsed output differential value is obtained directly by comparison with the actual value on the potentiometer, which leads to pulsed control signals with different pulse durations for different actual value positions and, if necessary, corresponding deviation from the setpoint.
  • 6a shows the position setpoint corresponding to the PI sum at C approximately in the buffer.
  • the two threshold curves originating from the digital-to-analog converter are expediently arranged symmetrically upwards and downwards around this setpoint value C, so that when the actual position value is identical to the setpoint value C, there is no overlap between the actual value initially assumed to be horizontal and the Sawtooth pulses of thresholds A and B result.
  • FIGS. 6b to 6d each show two possible curve profiles over time one above the other, the upper diagram always being used for the control of the evacuating valve and the lower curve for the control of the ventilating valve.
  • FIG. 6b shows that the venting valve is not activated at all, i.e. always remains closed, while the control pulses are supplied to the evacuating valve according to the upper curve, in the presence of which the evacuating valve is transferred to its open position. It can be seen that by actuating the evacuating valve, the plunger position is withdrawn (retracted), so that the actual value curve begins to decrease in accordance with curve D in FIG. 6a (this is not shown in the curves shown). However, it can also be seen that a gradual shifting of the actual value curve profile D downwards shortens the duration of the control pulses, that the overlap periods with the sawtooth threshold A become shorter.
  • FIG. 6d is assigned to the gradually increasing actual value curve of the dash-dotted curve F in FIG. 6a; it can be seen that the actual value F is gradually approaching the desired setpoint C and therefore in this case also Control impulses for the ventilating valve become less and less.
  • the digital-to-analog converter 9 already mentioned above can also be used, a counter being increased with each clock pulse from the oscillator or clock generator, which is part of the control circuit 1, or with each program loop run in a microcomputer; this counter reading is given to the digital-to-analog converter; Because of the double use, it goes without saying that this takes place at different times for the position detection of the ram and for the temperature detection, for example in a multiplex method.
  • a comparator 11 is provided (see FIG. 7), the input of which is supplied with an analog temperature signal from a suitable resistance network.
  • This resistance network contains at least one NTC or PTC resistor for temperature detection, which is in heat-conducting contact with suitable parts of the internal combustion engine, such as the cooling water.
  • the comparator 11 Since the comparator 11 is constantly supplied with a counter-proportional voltage, i.e. an increasing voltage from the digital-to-analog converter, the comparator 11 will then emit a signal when the counter-proportional voltage of the central control circuit 1 exceeds the temperature-dependent voltage. At this moment, the last counter reading corresponds to the temperature value at the comparator, so that it is a measure of the temperature range in which the internal combustion engine works. This counter reading is stored, which is easily possible as a transfer signal into a memory due to the comparator output signal, and is used for temperature evaluation. At the same time, the counter can be reset so that temperature changes can also be recorded.
  • a counter-proportional voltage i.e. an increasing voltage from the digital-to-analog converter
  • the following variant can also be implemented for the functional sequence partial load or for the transition function from partial load to idling.
  • the actuator moves the main throttle up to the system by setting the integrator, i.e. in this variant the integrator is not stopped when the main throttle is actuated in the partial load range. If there is then a transition from partial load to idling, the actuator is reset in a controlled manner until the idling speed is reached.
  • This has the advantage that speed drops during the transition from partial load to idling are avoided if the load torque of the engine has previously been increased in the partial load range, for example by switching on consumers, air conditioning and the like; this solution is also advantageous for motor vehicles with automatic transmissions.
  • a further possible variant of the transition behavior from thrust to idle results from the fact that the integrator is set via a D component and the control is then released.
  • the D component is obtained by differentiating the speed signal, a large D component resulting when the speed drop rate is also high.
  • an adjustment of the actuator via the integrator proportional to the speed of the sinking speed is achieved.
  • the advantage lies in the fact that one can achieve a stronger setting of the actuator and thus a better interception of the speed via the higher speed sink rate at high load torques. This is also advantageous for motor vehicles with an automatic transmission, since the load torque of the torque converter strongly depends on the previous history.
  • the actuator in the partial load range in a speed-controlled manner, the speed setpoint also being influenced and the actual speed being able to be tracked.
  • the tracked speed setpoint is then reduced to the actual setpoint after a predetermined time function, with the result that the speed is reduced in a controlled manner via this time function.
  • FIG. 8 shows a possible embodiment from a large number of conceivable forms for realizing the central control circuit 1; in this embodiment, a predominantly digital mode of operation is required; wherein the circuit components already shown in Fig. 7 have the same reference numerals.
  • the clock generator is designated 20; for speed detection, a counter 21 is acted upon by the counting pulses of the clock generator 20 and is then reset via the flip-flop 7 when an ignition pulse arrives; At the same time, a takeover pulse is emitted from the counter 7 via the connecting line 22 to a transfer gate 23 connected downstream of the counter 21, so that there is in each case a counter reading in the transfer gate or buffer store 23 which corresponds to the period of the actual speed.
  • the counter reading in the intermediate counter 23 is to be compared with a target counter reading in a register (not shown separately in FIG. 8), in which the target value of the speed is entered.
  • This comparison can be made by counting the intermediate memory 23 and the register or a takeover counter connected downstream of this in each case with a high clock rate, so that there is a counter difference which is then processed separately with respect to the P component and the I component by supplying corresponding ones digital circuit components that function as shown in FIGS. 1a and 1b.
  • the block carrying out the difference formation with a target speed is generally designated by 24; the two downstream blocks 25 and 26 are each responsible for processing the speed difference.
  • the binary words resulting at the outputs of the P block 25 and the I block are fed in parallel to a buffer memory 27 and the output memory 28, the counter reading of which, in addition of the P component and the I component, then corresponds to the PI sum of the target position of the actuator corresponds.
  • a first counter 29 and a second counter can be operated with a high clock rate 30 can be controlled for the formation of the upper threshold or the lower threshold.
  • the temperature signal can be obtained with the aid of a further counter 34; the output signal of the comparator 11 is then fed back and triggers a take-over memory, which is not shown in FIG. 8 and takes over the current counter reading of the temperature counter 24.
  • a temperature signal is also obtained, which can be used, for example, to effect corresponding setpoint changes.
  • this temperature signal which is a binary word in the exemplary embodiment in FIG. 8, can be used to change the speed setpoint set in a register in accordance with a desired function, so that a cold speed setpoint can be used when the machine is cold.
  • FIG. 8 Another counter 35 is shown in FIG. 8 for obtaining the system signal of the main choke; this counter is supplied with up and down count signals at its inputs 35a, 35b in accordance with the position of the throttle valve switch, ie either log 0 or log 1.
  • a downstream buffer 36 is set or reset.
  • This buffer can be a bistable element and its output then shows the respective position of the throttle valve, whether it is on the actuator or not.
  • the output signal of the buffer initially reaches the control amplifier with a P component and I component via a connecting line 37.
  • the integrator is stopped by this output signal and the proportional control amplifier is blocked for the speed difference.
  • the main purpose of this is the output signal of the buffer 36 for the signal “choke system”.
  • further comparison memories are provided, which are not shown in FIG. 8 and serve to fulfill the functions mentioned above with regard to the functional areas and the transition functions.
  • a further comparison memory in which the limit speed for the overrun operation is set, is used to drive the actuator back here again, bypassing the control operation, namely, for example, by direct activation of the evacuating valve 2a. It is easy to see that all work areas and transition functions can be realized in this way. The transition function from thrust to idle is only considered as an example. If a system signal of the main throttle valve results from a corresponding switchover of the intermediate store 36, its output signal causes the inputs of the counters 29 and 30 or their set registers 31 and 32 to be switched over to the intermediate store 27 in order to take over the PI sum stored there for the actuator control .
  • a counter can be started which determines the delay time t vs until its maximum value is reached and then effects the switch back to the output memory 28, simultaneously with the release of the control.
  • a counter can be started which determines the delay time t vs until its maximum value is reached and then effects the switch back to the output memory 28, simultaneously with the release of the control.
  • different, increased initial values can be entered in the setting registers 31 and 32 for a transition period. Since this is a measure familiar to a person skilled in the art, there is no need to go into this further.
  • the path of the actuator is designated by S in FIGS. 2, 3 and 4, while the control is released in each case at point G of the curve in FIGS. 2 and 4. 2, the last value in idle is also denoted by H; at time t o there is a transition from thrust to idling. Likewise, in the diagram of FIG. 4, at time t 1, the transition from part-load range to idling takes place via the further time delay tvr still provided there.

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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Regelung der Drehzahl einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs bzw. des ersten Vorrichtungsanspruchs.
  • Der Artikel «Neues Gemischbildungssystem für Otto-Motoren" in «Automobil Technische Zeitschrift 83 (1981) 5" auf Seite 219 ff offenbart ein elektronisch steuerbares Vergasersystem mit einer Regelung der Leerlaufdrehzahl sowie einer elektronischen Beeinflussung während Start, Warmlauf und Beschleunigung. Das Leerlaufdrehzahl-Regelsystem umfasst einen in seiner Position regelbaren Drosselklappenanschlagsteller. Im Leerlauf wird die gemessene Motordrehzahl laufend mit dem gewünschten Sollwert verglichen und aus der Abweichung errechnet ein PI-Regelalgorithmus die notwendige Drosselklappen-Stellungsänderung.
  • Des weiteren ist vorgesehen, während des Schubbetriebs die Drosselklappe in eine Position zu bringen, bei der auch über die Leerlaufdüse kein Kraftstoff mehr abgesaugt wird.
  • Beim Gegenstand der DE-A-2 049 669 beaufschlagt eine drehzahlempfindliche elektrische Schaltung ein elektromagnetisch betätigbares Stellglied, mit welchem sich in der Leerlaufstellung der Drosselklappe die Ansaugluftmenge verändern lässt. Hierzu wirkt das elektromagnetisch betätigbare Stellglied querschnittssteuernd auf einen zur Drosselklappe parallelen Umgehungskanal ein.
  • Bei dieser bekannten Vorrichtung könnte die ausschliessliche Steuerung der Ansaugluftmenge problematisch sein, da es auf diese Weise voraussichtlich nicht gelingt, umfassend sämtlichen Einflussgrössen Rechnung zu tragen; insbesondere ist es nicht möglich, aktiv die Position der Drosselklappe zu beeinflussen und so eine wirksame Veränderung des Füllungseingriffs vorzunehmen.
  • Die aus der DE-A-2 546 076 bekannte Anordnung zur Leerlaufdrehzahlregelung wirkt auf eine im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine angeordnete Drosselklappe ein. Es sind ein Sollwertgeber und ein Istwertgeber für die Drehzahl vorgesehen, deren Ausgangsspannungen den beiden Eingängen eines Differenzverstärkers zugeführt sind. Ein die Regelabweichung kennzeichnendes Ausgangssignal beaufschlagt ein als Hubmagnet ausgebildetes Stellglied. Das Stellglied steht dauernd mit der Drosselklappe in Verbindung und verstellt diese entsprechend der Regelabweichung. Auch diese Schaltung ist nicht in der Lage, Randbedingungen in die Regelung einzuführen und äusseren Einflussgrössen Rechnung zu tragen und so unter allen Umständen dafür zu sorgen, dass die Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine sicher innerhalb eines vorgegebenen Bereichs verbleibt, auch wenn schnell wirksamwerdende Übergangsbedingungen aufgefangen werden müssen. Insbesondere ist diese bekannte Schaltung nicht geeignet, gleichzeitig zur Beeinflussung des Schubbetriebs, nämlich zur kraftstoffsparenden Schubabschneidung, eingesetzt zu werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, das aus dem Artikel in «Automobil Technische Zeitschrift" bekannte System optimal weiterzuentwickeln.
  • Siehe hierzu auch die EP-A-77 997. Dort wird ein «Verfahren zur Regelung der Drehzahl einer Brennkraftmaschine...» beansprucht, bei dem zur Zentrierung des Leerlaufdrehzahlarbeitspunkts gegenüber Langzeiteinflüssen dem Integralanteil des Regelverstärkers unter Umgehung eines Totzonenbereichs ein dem Istwert der Drehzahl proportionales Signal zugeführt wird. Zusätzlich sind Proportional- und Integralanteile treppenförmiger sowie asymmetrischer Art vorgesehen.
    • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung jeweils mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs bzw. des ersten Vorrichtungsanspruchs haben demgegenüber den Vorteil, dass beliebige äussere Randbedingungen ergänzend eingeführt, störende Einflüsse aufgefangen und eine präzise Positionierung der Leerlaufdrehzahl insbesondere auch unter Vermeidung von Langzeiteinflüssen wie Temperatur und Luftdruck realisiert werden kann.
  • Besonders vorteilhaft ist, dass sich durch die Erfindung einwandfrei die beim Betrieb einer Brennkraftmaschine ständig auftretenden Übergänge zwischen den verschiedenen Betriebszuständen harmonisch auffangen und glätten lassen, beispielsweise von Schub in Teillast, von Teillast in Leerlauf, Leerlauf in Schub usw.
  • Die Erfindung arbeitet bezüglich der Einstellung der Leerlaufdrehzahl im voll geregelten Betrieb; bei Überschreiten der Leerlaufdrehzahl bzw. der Drehzahl im leerlaufnahen Bereich kann auf Steuerung und teilweise Nachführung des Stellglieds die Drosselklappe umgeschaltet werden.
  • Die erfindungsgemässe Regelung und Steuerung reagiert schnell und zuverlässig auf sämtliche, möglicherweise auftretenden Störgrössen.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich. Besonders vorteilhaft ist hier, dass die technische Realisierung der erfindungsgemässen Gesamtkonzeption durch Schaltungen und Systeme erfolgen kann, die auf analoger und/oder digitaler Basis arbeiten, wobei zur Übernahme bestimmter Teilfunktionen auch Rechner bzw. die bekannten Mikroprozessoren eingesetzt werden können.
    • Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Fig. 1a und 1b das Regelverhalten des Hauptreglers für den Leerlauf bzw. den leerlaufnahen Bereich mit P-Anteil und I-Anteil, jeweils über der Drehzahlabweichung, bezogen auf einen Leerlaufdrehzahl-Sollwert, Fig. 2 in Form eines Diagramms das Übergangsverhalten von Schub auf Leerlauf, wobei der Weg des Stellglieds über der Zeit aufgetragen ist, Fig. 3 in Form eines Diagramms das Übergangsverhalten von Schub auf Teillast, wobei der Stellgliedweg wiederum über der Zeit aufgetragen ist, Fig. 4 das Übergangsverhalten von Teillast in Leerlauf in Form eines Diagramms und Fig. 5 den Eingriff der Regelung bezüglich der Stellgliedansteuerung entsprechend einer Pulslängenmodulation in Form eines Diagramms. Die Fig. 6a bis 6d zeigen in Form von Diagrammen über der Zeit die Erfassung der Istposition des Stellglieds über Schwellen und die sich hierdurch ergebende, einer Pulslängenmodulation ähnliche Ansteuerung beispielsweise von Ventilen im Stellglied durch die elektronische Steuerschaltung, während die Fig. 7 und 8 in Form von Blockschaltbilddarstellungen Realisierungsmöglichkeiten für die elektronische Steuerschaltung in im wesentlichen digitaler Darstellung zeigt.
    • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Zum besseren Verständnis vorliegender Erfindung wird im folgenden zunächst die verfahrensmässige Grundkonzeption bezüglich des Regelablaufs und des Steuerungsverhaltens anhand der Diagramme in den Fig. 1 bis 6 im einzelnen erläutert, wobei die in Fig. 7 dargestellte zentrale elektronische Steuerschaltung 1 im wesentlichen bezüglich ihrer Hauptfunktionen erläutert und berücksichtigt wird, jeweils in Verbindung mit den ihr zuarbeitenden, peripheren Sensoren und Schaltungen, die hauptsächlich der Gewinnung von Istwertsignalen dienen.
  • Wie in Fig. 7 gezeigt, arbeitet die zentrale elektronische Steuerschaltung 1 ausgangsseitig über eine Endstufe 1a auf ein Stellglied 2, welches bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bevorzugt als elektropneumatisches Stellglied ausgebildet ist und über ein evakuierendes Ventil 2a und ein belüftendes Ventil 2b verfügt. Die Ansteuerung der Ventile 2a, 2b erfolgt über zugeordnete Relais 3a, 3b elektrisch, und zwar, wie weiter unten noch erläutert wird, nach einem einer Puislängenmodulation ähnlichen Verfahren über an die jeweiligen Relais angeschlossene Endstufentransistoren 4a, 4b. Das Stellglied 2 betätigt mit seinen Ventilen 2a, 2b einen Stösse) 10, der an der nicht dargestellten Hauptdrossel anliegt, so dass bei Ansteuerung des evakuierenden Ventils der Stössel 10 eingefahren und damit die Hauptdrossel stärker geschlossen wird, während bei Ansteuerung des belüftenden Ventils der Stössel 10 stärker angestellt und entsprechend die Hauptdrossel stärker geöffnet wird. Die Hauptdrossel bzw. ein mit ihr verbundenes mechanisches Teil, beispielsweise ein Drosselklappenhebel kann aber jederzeit durch Betätigen des Fahrpedals vom Stössel 10 abgehoben werden und liegt daher auch im Leerlaufbetrieb am Stössel 10 lediglich unter z.B. Federdruck an.
  • Die Regelungs-Gesamtkonzeption unterscheidet vier Funktionsbereiche, die von Drehzahlschwellen abhängig sind sowie von einem Kennsignal, welches aus der Anlage der Hauptdrossel am Stössel 10 abgeleitet ist. Entsprechend dem jeweils erfassten Funktionsbereich wird das elektropneumatische Stellglied 2 von der zentralen elektronischen Regel- und Steuerschaltung unterschiedlich angesteuert. Die vier Funktionsbereiche lassen sich wie folgt charakterisieren:
    • 1. Anlassen der Brennkraftmaschine
  • Erkennungsmerkmal: Die Brennkraftmaschinendrehzahl ist kleiner als eine bestimmte Anlassdrehzahl (n≤nAnl).
    • 2. Leerlauf der Brennkraftmaschine
  • Erkennungsmerkmal: Die Drehzahl liegt zwischen der Anlassdrehzahl und einer Schubdrehzahl (nAnl<n<nSchub) und die Hauptdrossel liegt am Stössel 10 an.
    • 3. Die Brennkraftmaschine befindet sich im Teillastbereich
  • Erkennungsmerkmal: Die Drehzahl befindet sich zwischen der Anlassdrehzahl und der Schubdrehzahl (nAnl<n<nSchub) und die Hauptdrossel liegt nicht am Stössel 10 (oder an einem mechanischen Anschlag) an.
    • 4. Schubbetrieb der Brennkraftmaschine
  • Erkennungsmerkmal; Die effektive Istdrehzahl der Brennkraftmaschine ist grösser oder gleich der Schubdrehzahl (n ≥ nSchun).
  • Zur Gewinnung und Zuleitung eines Drehzahlsignals an die zentrale Steuerschaltung 1 wird am zweckmässigsten die Zeit zwischen zwei Zündimpulsen 5, die der Klemme 6 der Schaltung der Fig. 1 zugeführt werden, gemessen und das so gewonnene Zeitintervall (Periodendauer) zur Drehzahlerfassung verwendet. Es versteht sich, dass statt der Zündimpulse auch andere Signale verwendet werden können, die synchron zur Motordrehzahl auftreten können, beispielsweise Totpunktgeber e. dgl.
  • Zur Periodendauermessung kann die zentrale Steuerschaltung 1 über einen Taktgeber oder Oszillator verfügen, was zunächst nicht gesondert dargestellt ist; handelt es sich bei der zentralen Steuerschaltung mindestens in Teilbereichen um eine sogenannte Mikrocomputerschaltung - vorzugsweise einen 4-bit-Mikrocomputer, der weder über einen Timer noch über eine Interrupt-Möglichkeit verfügt, dann ist der Schaltungsablauf des Reglers (nämlich das Reglerprogramm in diesem Fall) in einer Schleife organisiert. Diese Programmschleife hat eine konstante Laufzeit TSchleile und bildet die Zeitbasis des Regierprogramms. Zur Erkennung eines Zündimpulses wird von diesem jedenfalls stets zunächst ein Kippglied 7 gesetzt, welches als Zwischenspeicher arbeitet und beispielsweise ein Monoflop oder auch ein bistabiles Glied, also ein Flipflop sein kann. Der Zeitablauf zwischen zwei Zündimpulsen als Mass für die Periodendauer der Drehzahl wird vom mit einer konstanten Schwingungsdauer arbeitenden Oszillator oder Taktgeber der zentralen Steuerschaltung 1 so gemessen, dass mit den Schwingungen des mit wesentlich höherer Frequenz des Taktgebers, bezogen auf die höchste, durch das Auftreten von Zündimpulsen charakterisierte Drehzahlfrequenz, ein Zähler beaufschlagt wird, dessen aktueller Zählerstand jeweils dann in einen Speicher geladen und der Zähler zurückgesetzt wird, wenn ein Zündimpuls auftritt. Das Auftreten eines Zündimpulses lässt sich jeweils dadurch feststellen, dass das Kippglied 7 in seinen anderen Zustand umgeschaltet worden ist. Das Kippglied 7 als Zwischenspeicher wird dann, wenn es ein bistabiles Glied ist, entweder von dem nächsten Taktimpuls rückgesetzt-wodurch gleichzeitig die Übernahme des aktuellen Zählerstands in den Speicher vorgenommen wird - oder das Rücksetzen erfolgt selbsttätig, wenn das Kippglied eine Monoflop ist. Der Speicherinhalt ist dann ein Mass für die Periodendauer und damit für die Drehzahl der Brennkraftmaschine, wobei die Auflösung durch die Frequenz des Taktgebers oder Oszillators in der Steuerschaltung bestimmt ist. Wird für die Ableitung der Taktfrequenz die Programmschleifenfrequenz eines in diesem Fall verwendeten Mikrocomputers benutzt, dann wird der Zwischenspeicher 7 als Monoflop oder als Flipflop einmal pro Schleifendurchlauf abgefragt und dann entweder vom Programm zurückgesetzt (bei zwei stabilen Zuständen des Zwischenspeichers) oder selbsttätig zurückgesetzt (bei einem Monoflop). Wird ein Monoflop verwendet, dann kann das Programm nach Auftreten eines Zündimpulses in einer kurzen Warteschleife das Rücksetzen des Monoflops abwarten, wodurch man eine yitterfreie Drehzahlerfassung erreicht. Hierbei gilt dann TMonot!op>Tschieite. Auch in diesem Fall wird bei jedem Schleifendurchlauf der Zähler erhöht, so dass sich dann bei Auftreten des nächsten Zündimpulses ein der Periodendauer der Drehzahl entsprechender aktueller Zählerstand in diesem befindet und in den Speicher geladen werden kann. Im Speicher befindet sich dann auf jeden Fall immer ein aktuelles Drehzahlsignal, welches von der Steuerschaltung 1 entsprechend ausgewertet werden kann und zur Verfügung steht.
  • Die Erfassung der Position der Hauptdrossel (Anlage) am Stössel 10 oder an einem mechanischen Anschlag entsprechend Drosselklappe geschlossen oder Drosselklappe geöffnet, um zwischen den weiter vorn erwähnten Funktionsbereichen zu unterscheiden, geschieht mit Hilfe eines in Fig. 7 mit 8 bezeichneten Drosselklappenschalters. Der Drosselklappenschalter 8 kann so ausgebildet sein, dass sich bei am Stellglied bzw. am Stössel 10 anliegender Hauptdrossel beispielsweise ein Signal log 1 und bei nicht anliegender Hauptdrossel ein Signal log 0 ergibt. Es ist möglich, diese beiden Signalzustände unmittelbar durch die Steuerschaltung 1 auszuwerten; zur Entprellung dieses Gebersignals, bei dem es sich ja um einen Schalter handelt, kann mit Vorteil aber auch so verfahren werden, dass bei Signal log 1 vom Geber oder Schalter 8 ein Zähler über den Taktgeber oder Oszillator der Steuerschaltung 1 bzw. mittels der Schleifenfrequenz des Mikroprozessors jeweils erhöht und bei Signal log 0 erniedrigt wird. Dieser Zähler kann jeweils zwischen einem Maximal- und einem Minimalwert herauf- bzw. hinuntergezählt werden. Bei Erreichen der Zählergrenzen wird jeweils ein Zwischenspeicher gesetzt bzw. rückgesetzt. So kann der Zwischenspeicher beispielsweise bei Erreichen des Maximalwertes auf das Signal log 1 und bei Erreichen des Minimalwertes auf das Signal log 0 gesetzt werden. Man erkennt, dass dieser Zwischenspeicher am zweckmässigsten ein bistabiles Glied ist, dessen Ausgangssignale anzeigen, ob die Hauptdrossel anliegt oder nicht.
  • Durch Auswertung der beiden der Steuerschaltung 1 auf diese Weise zugeführten Informationen über Drehzahl und «Anlage Hauptdrosset" ergibt sich dann der folgende, die weiter vorn charakterisierenden Funktionsbereiche darstellende Arbeitsablauf. Der Steuerschaltung wird eine Soll-leerlaufdrehzahl vorgegeben, die beispielsweise ebenfalls ein Zählerinhalt sein kann oder im Falle einer analogen Ausbildung etwa eine konstante Spannung, die mit dem Inhalt des weiter vorn schon erwähnten Speichers verglichen wird oder mit einer analogen Spannung, die aus dem Speicherinhalt auf bekannte Weise abgeleitet ist. Die zentrale Steuerschaltung 1 ist so ausgelegt, dass sie mindestens einen Regelverstärker aufweist, der so ausgebildet ist, dass er PI-Regelverhalten aufweist. Dieses PI-Regelverhalten gilt für den Funktionsbereich Leerlauf und für die sich hieraus ergebende, spezielle Ansteuerstruktur des Stössels 10 über Endstufe 1a und Stellglied 2. Das PI-Regelverhalten arbeitet mit Proportionalanteilen und Integrator-Laufgeschwindigkeiten, wobei bei vorzugsweise analoger Ausbildung der Steuerschaltung 1 aber eine gewisse Asymmetrie im PI-Regelverhalten vorgesehen ist, damit beispielsweise bei Unterschreiten der Solldrehzahl im Leerlauf schneller und/oder stärker, gegebenenfalls mit einem ergänzenden D-Anteil reagiert werden kann, um die Brennkraftmaschine sozusagen vor dem Ausgehen zu retten.
  • Ist die Steuerschaltung 1 mit digitalen Anteilen aufgebaut oder in Form eines Mikrocomputers realisiert, dann wird z.B. zur Vereinfachung der Programmstruktur nicht mit stetigen Proportionalanteilen und Integrator-Laufgeschwindigkeiten gearbeitet, sondern der Drehzahlbereich wird entsprechend den Diagrammdarstellungen der Fig. 1a und 1b in mehrere Bereiche, auch und vorzugsweise unterschiedlich grosse Bereiche um die Solleerlaufdrehzahl aufgeteilt, wobei diese Bereiche dann jeweils konstante P-Anteile und konstante I-Laufgeschwindigkeiten enthalten. Es ergeben sich dann abgetreppte Plattformkurven für gegebene Regelabweichungen sowohl für den P- als auch den I-Anteil.
  • Man erkennt aus den Darstellungen der Fig. 1a und 1b, dass-abgesehen von einem jeweils beidseitig symmetrisch um die Solleerlaufdrehzahl angeordneten Nullbereich (Totzonenbereich) bezüglich des P-Anteils und des I-Anteils des Regelverstärkers bei Abweichungen von dieser Solleerlaufdrehzahl nach oben und unten mit unterschiedlich grossen P-Anteilen oder I-Laufgeschwindigkeiten gearbeitet werden kann, so dass sich insgesamt ein nichtlineares Regelverhalten mit je nach Wunsch stärkeren Eingriffsmöglichkeiten und Reaktionen dann ergibt, wenn bestimmte Drehzahlbereiche um die Solleerlaufdrehzahl von der Istdrehzahl erreicht werden.
  • Der P-Anteil und der Integratorstand werden addiert und zur Stellgliedansteuerung verwendet. Bei digitalem Aufbau der Steuerschaltung kann die PI-Summe aus P- und I-Anteil in einem Ausgabespeicher und in einem Zwischenspeicher abgelegt werden. Als mögliche Variante bietet sich hier die Ladung des Zwischenspeichers auch mit einem über eine bestimmte Zeit gemittelten Wert im Ausgabespeicher an. Solange also der Funktionsbereich Leerlauf vorherrscht, arbeitet die Schaltung entsprechend der Gesamtkonzeption vollkommen im geregelten Betrieb, wobei, worauf weiter unten noch eingegangen wird, auch die durch das Stellglied 2 bewirkte Stösselposition 10 erfasst und mit dem Sollwert verglichen wird, der sich als PI-Summe am Ausgang des Regelverstärkers ergibt.
  • Bei Vorliegen des Funktionsbereichs Teillast, also bei betätigter und nicht mehr anliegender Hauptdrossel wird zunächst durch diesen Übergang des Hauptdrossel-Kennsignals von log 1 auf log 0 der Integrator angehalten; die weitere Auswertung des P-Anteils entfällt durch ein geeignetes Sperrsignal. Die sich im Zwischenspeicher befindende PI-Summe, die dem letzten Wert im Leerlaufbereich entspricht, wird weiterhin zur Stellgliedansteuerung benutzt, so dass dieses in der letzten Stellung vor Betätigen der Hauptdrossel (zunächst) verharrt.
  • Ergeben sich beim Betrieb Schubphasen, dann ist die Steuerschaltung 1 so ausgebildet, dass für Drehzahlen n≥nSchub das Stellglied zurückgefahren wird. Daher ist dann bei nicht betätigter Hauptdrossel über das Gaspedal eine Schubabschneidung möglich bei entsprechender Ausbildung des beliebig gestalteten Gemischbildners (beispielsweise Vergaser).
  • Ergibt sich der Funktionsbereich Anlassen der Brennkraftmaschine, dann wird das in diesem Fall vorliegende Drehzahlsignal von n < nAnl so ausgewertet, dass zur eindeutigen Lagebestimmung das Stellglied ganz ausgefahren wird. In vorteilhafter Ausgestaltung wird eine Temperaturerfassung ergänzend durchgeführt zum Setzen der Anfangswerte für den Integratorstand und die Pl-Summe im Ausgabespeicher und Zwischenspeicher.
  • Bei Übergängen zwischen den Funktionsbereichen ergeben sich dann die folgenden Sonderfunktionen, auf die anhand der Fig. 2 bis 4 zunächst eingegangen wird. Die jeweiligen Übergänge lassen sich von der zentralen Steuerschaltung 1 problemlos durch die Änderungen der ihr zugeführten Sensorsignale bezüglich Drehzahl und Kennsignal bezüglich Anlage Hauptdrossel erfassen und durchführen.
  • Ergibt sich ein Übergang Schub in Leerlauf, dann wird für eine bestimmte Zeit tvs (tvs kann beispielsweise 2 Sekunden sein) die PI-Summe im Zwischenspeicher zur Stellgliedansteuerung ausgegeben (vergleiche hier den Verlauf des den Weg des Stellglieds über der Zeit angebenden Diagramms der Fig. 2). Das Stellglied nimmt also die letzte Position im Leerlaufbereich vor Übergang in einen anderen Bereich ein. Dabei besteht die Möglichkeit und kann vorzugsweise auch angewendet werden, zusätzlich zum Ausgabewert zur Stellgliedansteuerung aus dem Zwischenspeicher für eine kurze Zeit ta (z. B. ta = 0,2 s) eine Konstante zu addieren. Man bewirkt hierdurch eine kurzzeitige Füllungserhöhung nach Schubabschneidung zur Vermeidung von Drehzahleinbrüchen. Nach Ablaufen von tvs (und ta) wird die Regelung wieder freigegeben.
  • Ergibt sich ein Übergang von Schub in Teillast, dann kann entsprechend dem Diagramm der Fig. 3 die Funktion wie beim Übergang Schub in Leerlauf ablaufen; nach dem Übergangszeitraum tys wird die Regelung jedoch nicht freigegeben, sondern das Stellglied verharrt in der letzten Position des Leerlaufbereichs entsprechend der im Zwischenspeicher gespeicherten PI-Summe. Der in Fig. 3 eingezeichnete Übergangszeitraum tvs ist daher lediglich zum besseren Verständnis angegeben und für diese Übergangsfunktion ohne Bedeutung.
  • Ergibt sich entsprechend der Darstellung der Fig. 4 ein Übergang von Teillast in Leerlauf, dann steuert die zentrale Steuerschaltung 1 das Stellglied so an, dass für einen vorgegebenen Zeitraum tt (beispielsweise ebenfalls 2 s) das Stellglied in der Position im Teillastbereich noch verharrt, die den letzten Wert vor Verlassen des Leerlaufbereichs dargestellt hat, also wiederum der PI-Summe im Zwischenspeicher entspricht. Danach wird die Regelung freigegeben.
  • Bei Übergang von Leerlauf in Schub könnten zwei unterschiedliche Bedingungen erkannt werden, nämlich
    • a) die Hauptdrossel liegt nicht an. In diesem Fall wird Schubbereich erkannt, d.h., das Stellglied fährt zurück auf eine Ausgangs-Nullposition.
    • b) Liegt die Hauptdrossel an, dann wird weiterhin auf Leerlaufbereich erkannt; mit anderen Worten, die Steuerschaltung regelt die Position des Stössels weiter. Hierdurch lässt sich ein Fehlverhalten der Regelung verhindern, wenn die Pl-Summe im Zwischenspeicher einen zu grossen Wert enthält (bei Übergang Schub in Leerlauf würde das Stellglied zu weit anstellen).
  • Weiter vorn ist schon darauf hingewiesen worden, dass die Ansteuerung der Ventile des elektropneumatischen Stellgliedes elektrisch erfolgt, wobei ein unstetiges Verhalten erzielt wird. Zunächst sei darauf hingewiesen, dass, was weiter unten noch ausführlich erläutert wird, die zentrale Steuerschaltung auch ein Positionssignal oder Lagesignal bezüglich der Stösselstellung und damit, was für den Bereich Regelung gilt, auch der Position der Drosselklappe zugeführt erhält. Dieses Lagesignal ist ein Istwertsignal und wird von einem geeigneten Komparator oder Vergleicher der Steuerschaltung mit dem Sollwert verglichen, der sich als PI-Summe im Zwischenspeicher ergibt.
  • Die Darstellung der Fig. 5 zeigt in Form eines Diagramms, wie die Steuerschaltung das Stellglied 2 mit einem der Pulslängenmodulation angenäherten Verfahren ansteuert, um die gewünschte Positionierung oder Lage des Stössels 10 zu erreichen.
  • Im Bereich 0, der sich beispielsweise symmetrisch um den jeweiligen Lagesollwert Sson erstreckt, erfolgt keine Ansteuerung des Stellgliedes und beide Ventile sind geschlossen. Mit anderen Worten, der Stössel behält seine bisherige Istwertlage bei, so dass sich hier ein gewisser symmetrischer Totzonenbereich ergibt.
  • Im in Fig. 5 mit 11 gekennzeichneten Bereich, also bei zu grossem Istwert des Stellgliedes wird das evakuierende Ventil 2a mit einem Tastverhältnis a2 angesteuert, welches mit zunehmender Entfernung vom Sollwert von a21 = 0 bis a22 = 100% quasi stetig ansteigt. Entsprechendes gilt für den Bereich I, bei welchem der Istwert der jeweiligen Lageposition des Stellgliedes zu gering ist und daher eine pulslängenmodulierte Ansteuerung des belüftenden Ventils 2b erfolgt.
  • Die Stellungserfassung der Stössellage erfolgt entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung vorliegender Erfindung entweder durch einfache Rückführung eines abgegriffenen Potentiometerpotentials, welches seinerseits von der Stösselposition verstellt wird. Bei digitaler Ausbildung der Steuerschaltung kann die Stellungserfassung mit Hilfe eines Digital-Analog-Wandlers vorgenommen werden, der in Fig. 7 mit 9 bezeichnet ist. Der Digital-Analog-Wandler fragt die auch hier verwendbare Potentiometerspannung (entsprechend Stellgliedposition) über Schwellen ab. Das Potentiometer, weiches seine Verstellung vom Stellglied bzw. dem Stössel erfährt, ist in Fig. 7 mit 15 bezeichnet.
  • Die Darstellung der Fig. 6 zeigt in Diagrammform genauer, was gemeint ist. Einmal pro Taktzeitraum oder bei Verwendung eines Mikrocomputers einmal pro Programmschleifendurchlauf wird über zwei Schwellen, nämlich eine obere Schwelle A und eine untere Schwelle B abgefragt, ob sich die Potentiometerspannung oberhalb, innerhalb oder unterhalb der Schwellen befindet; entsprechend werden dann die beiden Ventile 2a, 2b des Stellgliedes angesteuert. Die beiden Schwellen werden, wie die Fig. 6 zeigt, mit einer Sägezahn- oder Dreiecksform überlagert, d.h. sie verlaufen sägezahnförmig, so dass sich unmittelbar durch Vergleich mit dem Istwert am Potentiometer ein gepulster Ausgangs-Differenzwert ergibt, der für jeweils unterschiedliche Istwertpositionen - und gegebenenfalls entsprechende Abweichung vom Sollwert-zu gepulsten Ansteuersignalen mit unterschiedlicher Impulsdauer führt.
  • Die Darstellung der Fig. 6a zeigt bei C den Lagesollwert entsprechend der PI-Summe etwa im Zwischenspeicher. Die beiden vom Digital-Analog-Wandler herrührenden Schwellenverläufe sind sinnvollerweise symmetrisch um diesen Sollwert C nach oben und unten angeordnet, so dass sich dann, wenn der Lageistwert mit dem Sollwert C identisch ist, keine Überschneidungen des hier zunächst als horizontal verlaufend angenommenen Istwerts mit den Sägezahnimpulsen der Schwellen A und B ergeben.
  • In der Darstellung der Fig. 6a sind nun drei verschiedene Istwertverläufe angenommen, nämlich ein oberer Istwertverlauf D, ein unterer Istwertverlauf E und ein schräg ansteigender Istwertverlauf F, der sich hierdurch allmählich dem gewünschten Sollwert C annähert. Für den Fall einer Übereinstimmung von Sollwert C mit Istwert sind beide Ventile 2a und 2b des Stellglieds 2 geschlossen. Es erfolgt keine Beeinflussung oder Änderung der Stösselposition.
  • Ist der Istwert dauernd zu hoch, wie sich dies dem langgestrichelten Verlauf der Kurve D im Diagramm der Fig. 6 entnehmen lässt (sämtliche Verläufe sind über der Zeit t dargestellt) dann führt dies zu Überschneidungen mit dem Sägezahnverlauf der oberen Schwelle A und entsprechend zu in Fig. 6b dargestellten Ansteuerimpulsen für das evakuierende Ventil. Diese Ansteuerimpulse weisen bei diesem Ausführungsbeispiel eine konstante Dauer jeweils auf, was jedoch nicht immer vorausgesetzt werden kann.
  • Die Diagrammdarstellungen der Fig. 6b bis 6d zeigen jeweils übereinander zwei mögliche Kurvenverläufe über der Zeit auf, wobei das obere Diagramm stets für die Ansteuerung des evakuierenden Ventils und der untere Verlauf jeweils für die Ansteuerung des belüftenden Ventils gilt.
  • Muss von einem Istwertverlauf entsprechend Kurve D in Fig. 6a ausgegangen werden, dann lässt sich der zugeordneten Darstellung der Fig. 6b entnehmen, dass das belüftende Ventil überhaupt nicht angesteuert wird, d.h. stets geschlossen bleibt, während dem evakuierenden Ventil entsprechend dem oberen Kurvenverlauf die Ansteuerimpulse zugeführt werden, bei deren Vorhandensein das evakuierende Ventil jeweils in seine Offenstellung überführt wird. Man erkennt, dass durch Ansteuerung des evakuierenden Ventils eine Zurücknahme (Einfahren) der Stössellage erfolgt, so dass der Istwertverlauf entsprechend Kurve D in Fig. 6a nach unten abzufallen beginnt (dies ist in den dargestellten Kurven nicht gezeigt). Man erkennt aber auch, dass ein allmähliches Verlagern des Istwert-Kurvenverlaufs D nach unten die Dauer der Ansteuerimpulse verkürzt, dass die Überdeckungszeiträume mit der Sägezahnschwelle A kürzer werden.
  • Nimmt man einen Istwert-Kurvenverlauf entsprechend E (kurzgestrichelter Verlauf) an, dann ist der Istwert zu niedrig und der Stössel 10 muss stärker ausgefahren werden. Da der Istwert E von der vorgegebenen Sollwertlage noch stärker abweicht als der vorher angenommene Istwert D, sind in diesem Fall auch die sich aus der Überdekkung mit der unteren Sägezahnschwelle B ergebenden Zeiträume grösser und entsprechend dem Verlauf der Fig. 6c ergeben sich auch längere Ansteuerimpulse für das belüftende Ventil, während das evakuierende Ventil nicht angesteuert wird und daher geschlossen bleibt.
  • Die Fig. 6d ist dem allmählich ansteigenden Istwertverlauf der strichpunktierten Kurve F in Fig. 6a zugeordnet; man erkennt, dass sich der Istwert F allmählich dem gewünschten Sollwert C annähert und daher werden in diesem Fall auch die Ansteuerimpulse für das belüftende Ventil immer geringer.
  • Zur Temperaturerfassung kann der weiter vorn schon erwähnte Digital-Analog-Wandler 9 gleichfalls ausgenutzt werden, wobei auch hier ein Zähler mit jedem Taktimpuls des der Steuerschaltung 1 eigenen Oszillators oder Taktgebers bzw. mit jedem Programmschleifendurchlauf bei einem Mikrocomputer erhöht wird; dieser Zählerstand wird auf den Digital-Analog-Wandler gegeben; wegen der Doppelausnutzung versteht es sich, dass dies zur Lageerfassung des Stössels und zur Temperaturerfassung zeitlich versetzt, beispielsweise in einem Multiplexverfahren, erfolgt. Es ist ein Komparator 11 vorgesehen (siehe Fig. 7), dessen einem Eingang ein analoges Temperatursignal von einem geeigneten Widerstandsnetzwerk zugeführt wird. Dieses Widerstandsnetzwerk enthält mindestens einen NTC- oder PTC-Widerstand zur Temperaturerfassung, der sich in einem wärmeleitenden Kontakt mit geeigneten Teilen der Brennkraftmaschine, etwa dem Kühlwasser befindet. Da dem Komparator 11 an seinem anderen Eingang ständig eine zählerproportionale Spannung, also eine ansteigende Spannung vom Digital-Analog-Wandler zugeführt wird, wird der Komparator 11 dann ein Signal abgeben, wenn die zählerproportionale Spannung der zentralen Steuerschaltung 1 die temperaturabhängige Spannung überschreitet. In diesem Moment entspricht der letzte Zählerstand dem am Komparator anliegenden Temperaturwert, so dass er ein Mass für den Temperaturbereich ist, in welchem die Brennkraftmaschine arbeitet. Dieser Zählerstand wird gespeichert, was aufgrund des Komparatorausgangssignals als Übernahmesignal in einen Speicher ohne weiteres möglich ist, und zur Temperaturauswertung herangezogen. Gleichzeitig kann der Zähler wieder rückgesetzt werden, um so auch Temperaturänderungen erfassen zu können.
  • Bezüglich der Schubpositionierung des Stössels 10 sind zwei Varianten möglich. Entsprechend dem weiter vorn Gesagten, wird bei Schubdrehzahlen das Stellglied zurückgefahren. Dies kann so geschehen, dass
    • a) das evakuierende Ventil 2a ständig geöffnet wird, was jedoch dazu führt, dass sich infolge des hohen Unterdrucks im Stellglied beim Anstellen einer Ansprechverzögerung des Stellgliedes bei Verlassen des Schubbereichs ergibt, da das vorhandene Vakuum erst verringert werden muss, bevor eine Wegauslenkung überhaupt möglich ist. Es könnte sich daher eine zweite Variante dahingehend anbieten, dass
    • b) das Stellglied lediglich in eine zurückgeführte Position gesteuert wird, die vor einem mechanischen Anschlag liegt und bei welcher daher das evakuierende Ventil nur so lange geöffnet ist, bis diese rückgenommene Position erreicht ist. Anschliessend ist das evakuierende Ventil wieder geschlossen, so dass sich die Umsteuerung in den Regelbereich dann mit kürzesten Erholzeiten durchführen lässt. Der sich hierdurch ergebende Verlust an Stellweg ist geringfügig.
  • Zu dem Funktionsablauf Teillast bzw. zur Übergangsfunktion von Teillast in Leerlauf kann in vorteilhafter Ausgestaltung noch folgende Variante realisiert werden. Das Stellglied wird der Hauptdrossel bis zur Anlage durch Setzen des Integrators nachgefahren, d.h., dass bei dieser Variante der Integrator bei Betätigen der Hauptdrossel im Teillastbereich nicht angehalten wird. Ergibt sich dann der Übergang von Teillast in den Leerlauf, dann wird das Stellglied geregelt zurückgestellt bis zum Erreichen der Leerlaufdrehzahl. Man erzielt hierdurch den Vorteil, dass Drehzahleinbrüche beim Übergang von Teillast in den Leerlauf vermieden werden, wenn vorher im Teillastbereich das Lastdrehmoment des Motors erhöht wurde, beispielsweise durch Einschalten von Verbrauchern, einer Klimaanlage u.dgl.; diese Lösung ist auch für Kraftfahrzeuge mit Automatikgetriebe vorteilhaft.
  • Eine weitere mögliche Variante zum Übergangsverhalten von Schub in Leerlauf ergibt sich entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung vorliegender Erfindung dadurch, dass der Integrator über einen D-Anteil gesetzt und anschliessend die Regelung freigegeben wird. Den D-Anteil gewinnt man durch Differenzieren des Drehzahlsignals, wobei sich ein grosser D-Anteil dann ergibt, wenn die Drehzahl-Sinkgeschwindigkeit ebenfalls gross ist. Hierdurch erzielt man eine durch Drehzahl-Sinkgeschwindigkeit proportionale Anstellung des Stellgliedes über den Integrator. Der Vorteil liegt darin, dass man über die bei grossen Lastdrehmomenten grössere Drehzahl-Sinkgeschwindigkeit ein stärkeres Anstellen des Stellgliedes und damit ein besseres Abfangen der Drehzahl erreicht. Auch dies ist für Kraftfahrzeuge mit Automatikgetriebe vorteilhaft, da das Lastmoment des Drehmomentwandlers stark von der Vorgeschichte abhängt.
  • Schliesslich ist es entsprechend einer weiteren Variante für den Funktionsbereich Teillast und den Übergangsbereich von Teillast in Leerlauf auch möglich, im Teillastbereich das Stellglied drehzahlgesteuert zu führen, wobei auch der Drehzahl-Sollwert beeinflusst und der Istdrehzahl nachgeführt werden kann. Bei Übergang in den Bereich Leerlauf wird dann der nachgeführte Drehzahl-Sollwert nach einer vorgegebenen Zeitfunktion bis zum eigentlichen Sollwert verringert mit der Folge, dass die Drehzahl über diese Zeitfunktion geregelt heruntergeführt wird.
  • In Fig. 8 ist schliesslich noch ein mögliches Ausführungsbeispiel aus einer Vielzahl von denkbaren Formen für die Realisierung der zentralen Steuerschaltung 1 dargestellt; bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine überwiegend digitale Arbeitsweise vorausgesetzt; wobei die schon in Fig. 7 gezeigten Schaltungskomponenten die gleichen Bezugszeichen aufweisen. In Fig. 8 ist der Taktgenerator mit 20 bezeichnet; zur Drehzahlerfassung wird ein Zähler 21 mit den Zählimpulsen des Taktgenerators 20 beaufschlagt und jeweils dann über das Kippglied 7 bei Eintreffen eines Zündimpulses rückgesetzt; gleichzeitig ergeht vom Zähler 7 über die Verbindungsleitung 22 ein Übernahmeimpuls an ein dem Zähler 21 nachgeschaltetes Übernahmegatter 23, so dass sich im Übernahmegatter oder Zwischenspeicher 23 jeweils ein Zählerstand befindet, der der Periodendauer der Istdrehzahl entspricht. Es ist nun möglich, den Zählerstand im Zwischenspeicher 23 entweder mittels eines Digital-Analog-Wandlers in eine Spannung umzuwandeln und diese Spannung dann durch Vergleich und Differenzbildung mit einer Konstanten oder gegebenenfalls auch durch andere Randbedingungen noch beeinflussten und insoweit geführten Sollwertspannung zu vergleichen und die sich hierdurch ergebende Drehzahl-Regelabweichung mit Hilfe eines Regelverstärkers mit P- und I-Anteilen entsprechend dem in den Fig. 1a, 1b schon gezeigten und weiter vorn erläuterten Regelverhalten weiterzuverarbeiten zur Gewinnung eines Lage-Sollwerts bezüglich des Stellgliedes.
  • Arbeitet man hier digital weiter, dann ist der Zählerstand im Zwischenzähler 23 mit einem Sollzählerstand in einem in Fig. 8 nicht gesondert dargestellten Register zu vergleichen, in welches der Sollwert der Drehzahl eingegeben wird. Dieser Vergleich kann durch Auszählen jeweils des Zwischenspeichers 23 und des Registers oder eines diesem jeweils nachgeschalteten Übernahmezählers mit hohem Takt erfolgen, so dass sich eine Zählerdifferenz ergibt, die dann jeweils getrennt bezüglich des P-Anteils und des I-Anteils weiterverarbeitet wird durch Zuführung zu entsprechenden digitalen Schaltungskomponenten, die die Funktionsweise aufweisen, wie in Fig. 1a und 1b dargestellt. In der Darstellung der Fig. 8 ist der die Differenzbildung mit einer Solldrehzahl durchführende Block allgemein mit 24 bezeichnet; die beiden nachgeschalteten Blöcke 25 und 26 sind jeweils für die Bearbeitung der Drehzahldifferenz verantwortlich. Die sich an den Ausgängen des P-Blocks 25 und des I-Blocks ergebenden Binärwörter werden parallel einem Zwischenspeicher 27 und dem Ausgabespeicher 28 zugeführt, deren Zählerstand in Addition des P-Anteils und des I-Anteils dann der PI-Summe der Sollage des Stellgliedes entspricht.
  • Zur Bildung der Schwellen A und B, mit denen der am Potentiometer 10 erfasste Lage-Istwert des Stössels 10 gewonnen und dem einen Eingang eines nachgeschalteten Komparators 12 zugeführt wird, kann so verfahren werden, dass mit hohem Takt ein erster Zähler 29 und ein zweiter Zähler 30 jeweils für die Bildung der oberen Schwelle bzw. der unteren Schwelle angesteuert werden. Unterschiedlich bei den beiden Zählern 29 und 30 sind jedoch jeweils die Anfangsbedingungen, die ausgehend von der PI-Summe für die Sollage im Ausgabespeicher 28 über unterschiedliche vorgeschaltete Setzregister 31 und 32 mit Anfangswerten jeweils gesetzt werden, die symmetrisch zur PI-Summe der Sollage liegen. Jeweils bei Erreichen eines vorgegebenen Zählerstands der Zähler 29 und 30 werden diese rückgesetzt, wozu beliebige Mittel vorgesehen sein können, auf die nicht weiter eingegangen zu werden braucht. Es ergeben sich daher an den Ausgängen der Zähler schnell ändernde Zählerstände, die über eine nachgeschaltete Umschalteinrichtung 33 dem einen, weiter vorn schon erwähnten Digital-Analog-Wandler 9 zugeführt werden, oder, falls gewünscht, auch separaten Analog-Digital-Wandlern. Der Umschalter 33 kann eine gemultiplexte Ansteuerung durchführen. Das Ausgangssignal des Digital-Analog-Wandlers sind dann die sägezahnartig verlaufenden Schwellspannungen A und B, mit denen der am Potentiometer 10 effektiv abfallende Istwert der Stellgliedlage am Komparator 12 verglichen wird. Man erkennt, dass am Ausgang des Komparators unmittelbar die in den Fig. 6b bis 6d dargestellten Impulsfolgen abfallen, wobei es sich versteht, dass dieser Ausgang durch eine synchron zur Umschalteinrichtung 33 arbeitende Umschalteinrichtung selektiv jeweils auf die ausgangsseitig angeordneten Endstufen 4a, 4b gegeben werden, damit die nachgeschalteten Ventile entsprechend Vorzeichen richtig angesteuert werden können.
  • In gleicher Weise lässt sich mit Hilfe eines weiteren Zählers 34 die Gewinnung des Temperatursignals durchführen; das Ausgangssignal des Komparators 11 wird dann rückgeführt und triggert einen Übernahmespeicher, der in Fig. 8 nicht dargestellt ist und den aktuellen Zählerstand des Temperaturzählers 24 übernimmt. Man gewinnt so weiterhin ein Temperatursignal, welches beispielsweise dazu benutzt werden kann, entsprechende Sollwertveränderungen zu bewirken. So lässt sich über dieses Temperatursignal, welches beim Ausführungsbeispiel der Fig. 8 als binäres Wort vorliegt, etwa der in einem Register gesetzte Drehzahl-Sollwert entsprechend einer gewünschten Funktion verändern, so dass bei kalter Maschine mit einem höheren Drehzahl-Sollwert gearbeitet werden kann.
  • In Fig. 8 ist schliesslich noch ein weiterer Zähler 35 dargestellt zur Gewinnung des Anlagesignals der Hauptdrossel; diesem Zähler werden an seinen Eingängen 35a, 35b jeweils Aufwärts- und Abwärtszählsignale zugeführt entsprechend der Position des Drosselklappenschalters, also entweder log 0 oder log 1. Sobald der Zähler 35, wie weiter vorn schon erläutert, einen Maximal- oder einen Minimalwert erreicht hat, wird hierdurch ein nachgeschalteter Zwischenspeicher 36 gesetzt oder rückgesetzt. Dieser Zwischenspeicher kann ein bistabiles Glied sein und sein Ausgang zeigt dann die jeweilige Position der Drosselklappe, Anlage am Stellglied oder nicht, an. Das Ausgangssignal des Zwischenspeichers gelangt über eine Verbindungsleitung 37 zunächst auf den Regelverstärker mit P-Anteil und I-Anteil. Ist die Hauptdrossel beispielsweise betätigt, dann wird, wie weiter vorn schon erwähnt, durch dieses Ausgangssignal der Integrator angehalten und der Proportional-Regelverstärker für die Drehzahldifferenz blockiert. Mit der in Fig. 8 gezeigten Schaltung lassen sich die weiter vorn schon erwähnten Funktionsabläufe ohne weiteres durchführen; hierzu dient hauptsächlich das Ausgangssignal des Zwischenspeichers 36 für das Signal «Anlage Drossel». Bezüglich der Verarbeitung des effektiven Istwert-Drehzahlsignals im Zwischenspeicher 23 sind noch weitere Vergleichsspeicher vorgesehen, die in Fig. 8 nicht dargestellt sind und dazu dienen, dass die weiter vorn erwähnten Funktionen bezüglich der Funktionsbereiche und der Übergangsfunktionen erfüllt werden. So kann vom Ausgang eines ersten Vergleichsspeichers dann, wenn die Istdrehzahl im Speicher 23 der Anlassdrehzahl entspricht, unmittelbar das belüftende Ventil 2b im Stellglied 2 angesteuert werden, wodurch der Stössel 10 ganz ausgefahren wird. Ergeben sich Schubphasen, dann dient ein weiterer Vergleichsspeicher, in welchen die Grenzdrehzahl für den Schubbetrieb gesetzt sind, dazu, auch hier wieder unter Umgehung des Regelbetriebs, das Stellglied zurückzufahren, nämlich beispielsweise durch unmittelbare Ansteuerung des evakuierenden Ventils 2a. Es iässt sich unschwer erkennen, dass sich auf diese Weise sämtliche Arbeitsbereiche und Übergangsfunktionen realisieren lassen. Lediglich als Beispiel sei noch auf die Übergangsfunktion vom Schub in den Leerlauf eingegangen. Ergibt sich ein Anlagesignal der Hauptdrosselklappe durch entsprechende Umschaltung des Zwischenspeichers 36, dann veranlasst dessen Ausgangssignal eine Umschaltung der Eingänge der Zähler 29 und 30 bzw. deren Setzregister 31 und 32 auf den Zwischenspeicher 27, um die dort gespeicherte PI-Summe für die Stellgliedansteuerung zu übernehmen. Gleichzeitig kann ein Zähler angeworfen werden, der bis zum Erreichen seines Maximalwerts die Verzögerungszeit tvs bestimmt und dann die Rückschaltung auf den Ausgabespeicher 28 bewirkt, gleichzeitig mit der Freigabe der Regelung. Um gegebenenfalls die kurzzeitige Füllungserhöhung zu bewirken (Vermeidung von Drehzahleinbrüchen) können in den Setzregistern 31 und 32 für einen Übergangszeitraum unterschiedliche, erhöhte Anfangswerte eingegeben werden. Da es sich hier um für einen Fachmann geläufige Massnahme handelt, braucht hierauf nicht weiter eingegangen zu werden.
  • Es wird noch darauf hingewiesen, dass in den Fig. 2, 3 und 4 mit S der Weg des Stellglieds bezeichnet ist, während am Punkte G des Kurvenverlaufs in den Fig. 2 und 4 jeweils Freigabe der Regelung erfolgt. In Fig. 2 ist weiterhin mit H der letzte Wert im Leerlauf bezeichnet; zum Zeitpunkt to ergibt sich der Übergang von Schub in Leerlauf. Desgleichen erfolgt beim Diagramm der Fig. 4 zum Zeitpunkt t1 der Übergang vom Teillastbereich in den Leerlauf über die dort noch vorgesehene weitere Zeitverzögerung tvr.

Claims (26)

1. Verfahren zur Regelung der Drehzahl einer Brennkraftmaschine über die Stellung einer Drosselklappe im Ansaugkanal im Leerlauf, sowie zu ihrer Beeinflussung im leerlaufnahen Drehzahlbereich und im Schubbetrieb, unter Auswertung eines drehzahlproportionalen Istwertsignals, eines Drehzahl-Sollwertsignals zur Bildung der Regelabweichung unter Einbeziehung von Signalen bzgl. der Drosselklappenstellung (Drosselklappenschalter 8) sowie der BrennkraftmaschinenTemperatur, und entsprechende Ansteuerung eines auf die Drosselklappe einwirkenden Stellgliedes (10), einer PI-Regelung der Drehzahlabweichung vom Leerlaufdrehzahl-Sollwert und einer Lageregelung des Stellglieds für die Drosselklappe, dadurch gekennzeichnet, dass unter Berücksichtigung eines Totzonenbereichs um die Soll-Leerlaufdrehzahl, innerhalb welchem von den P-und 1-Reglerbausteinen keine Ausgangssignale erzeugt werden, jeweils Proportionalanteile und Integratorlaufgeschwindigkeiten (Zeitkonstante, Steigung) gebildet werden, die nur jeweils für bestimmte wenigstens drei Drehzahlbereiche um die Soll-Leerlaufdrehzahl konstant sind derart, dass sich bezüglich der P- und I-Anteile von der Soll-Leerlaufdrehzahl ausgehend treppenartig abgestufte, jeweils konstante P-Anteile und I-Anteile für das PI-Gesamtregelverhalten ergeben und die Regelverstärkung zusätzlich zur Gewinnung von unstetigen Proportional- und integralanteilen asymmetrisch ausgebildet ist, bezogen auf nach unten oder oben mögliche Abweichungen von der Leerlauf-Solldrehzahl (Fig. 1b).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Abweichung zur Regelung im Falle der Leerlauffunktion bei den Betriebsarten Anlassen, Teillast sowie Schub die Regelung abgeschaltet und die Lage des mit der Drosselklappe in körperlichem Kontakt stehenden Teils durch ledigliche Steuerung des Stellgliedes bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Regelung im Leerlauf herrührende, dem Lagesollwert des Stellgliedes entsprechende PI-Summe in einem Zwischenspeicher kontinuierlich gespeichert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zwischenspeicher ein über eine bestimmte Zeit gemittelter Wert der Pl-Summe bezüglich des Lagesollwerts des Stellgliedes in einem Ausgabespeicher übernommen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung der Hauptdrossel (über das Gaspedal) als Hauptdrossel-Anlagesignal erfasst und für den nunmehr vorliegenden Funktionsbereich Teillast der Integrator angehalten und zur weiteren Stellgliedansteuerung die letzte im Zwischenspeicher vorhandene PI-Summe als Lagesollwert übernommen wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennen von Schubphasen (n≥nSchub) das Stellglied auf einen Anschlag zurückgefahren wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennen des Betriebszustandes Anlassen das Stellglied vollständig ausgefahren sowie die Brennkraftmaschinentemperatur erfasst und zum Setzen von Anfangswerten bezüglich des Integratorstands sowie der PI-Summe für den Lagesollwert im Ausgabespeicher und Zwischenspeicher verwendet wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Drehzahlerfassung die Zeit zwischen zwei synchron zur Motorumdrehung auftretenden Impulsen (Zündimpulse; Totpunktgeberimpulse) dadurch gemessen wird, dass ein Zähler mit Zählimpulsen beaufschlagt wird, wobei der aktuelle Zählerstand jeweils bei Auftreten eines zur Motorumdrehung synchronen Impulses in einen Speicher übernommen wird bei gleichzeitiger Rücksetzung des Zählers.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Organisierung des Reglerprogramms in einer Schleife einer zentralen Steuereinrichtung die Programmschleife mit konstanter Laufzeit verwendet und zur Abfrage eines von synchron mit der Motorumdrehung auftretenden Impulsen getriggerten Zwischenspeichers benutzt wird, wobei ein Zähler bei jedem Schleifendurchlauf erhöht wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entprellung eines Drosselklappenschalters zur Erfassung des Hauptdrossel-Anlagesignals ein Zähler je nach dem Anlagesignal aufwärts- oder abwärtsgezählt wird, wobei bei Erreichen jeweils des Maximal- bzw. des Minimalwerts ein Zwischenspeicher gesetzt bzw. rückgesetzt wird.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass beim Übergang vom Betriebszustand Schub in Leerlauf für eine vorgegebene Zeit (tvs) die im Zwischenspeicher befindliche PI-Summe für den Lagesollwert zur Stellgliedansteuerung ausgegeben wird, derart, dass das Stellglied die letzte Position im Leerlaufbereich annimmt vor Freigabe der Regelung nach Zeitablauf.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausgabewert der Stellgliedsteuerung für einen kurzen Zeitraum (ta) ein konstanter Wert addiert wird, derart, dass sich eine kurzzeitige Füllungserhöhung zur Vermeidung von Drehzahleinbrüchen ergibt.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass beim Übergang von Schub auf Teillast das Stellglied bei aufrechterhaltener Blockierung der Regelung nach Ablauf zur Übergangszeit (tvs) in der letzten Leerlaufbereichsposition aufrechterhalten bleibt.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass beim Übergang von Teillast in den Leerlauf der Brennkraftmaschine das Stellglied für einen vorgegebenen Zeitraum (tt) in der letzten Teillastposition entsprechend dem letzten Lagesollwert vor Verlassen des Leerlaufbereichs aufrechterhalten wird, bevor die Regelung nach Zeitablauf freigegeben wird.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass beim Übergang von Leerlauf auf Schub bei nicht anliegender Hauptdrossel auf Schubbereich und bei anliegender Hauptdrossel weiterhin auf Leerlaufbereich erkannt wird.
16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das elektropneumatisch mit einem belüftenden und einem evakuierenden Ventil ausgebildete Stellglied für jedes Ventil getaktet nach Art einer Pulslängenmodulation elektrisch angesteuert wird, wobei das Taktverhältnis der Ansteuerimpulse mit zunehmender Entfernung des Lageistwertes des Stellglieds vom durch die PI-Summe gebildete Lagesollwert quasi stetig ansteigt.
17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass nach oben und unten gegen den der Pl-Summe entsprechenden Lagesollwert versetzt einer allgemeinen Sägezahn- oder Dreiecksform folgende Schwellen-Vergleichsspannungen erzeugt und dem einen Eingang eines Komparators zugeführt werden, dessem anderen Eingang die mittels eines Weg/Spannungswandlers (Potentiometer) gewonnene Istwertspannung des Lageistwerts des Stellglieds zugeführt wird derart, dass sich am Ausgang des Komparators aus der Überlagerung der Sägezahnschwellen mit dem Istwert Ansteuerimpulse für die Stellgliedventile ergeben.
18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zur Temperaturerfassung ein Zähler mit Zählimpulsen oder bei jedem Programmschleifendurchlauf erhöht und der jeweils aktuelle Zählerstand nach Digital-Analog-Wandlung einem Vergleicher zugeführt wird, dessen anderem Eingang eine der Brennkraftmaschinentemperatur proportionale Spannung zugeführt ist derart, dass sich am Vergleicher ein Ausgangssignal dann ergibt, wenn die zählerproportionale Spannung gleich der temperaturabhängigen Spannung ist, so dass im Moment des Vergleicher-Ausgangssignals des Zählerstands als Mass für die Temperatur ausgewertet werden kann.
19. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass im Betriebszustand Schubbereich der Brennkraftmaschine das evakuierende Ventil zur Bewirkung eines vollständigen Zurückfahrens des Stellglieds durch ständige Ansteuerung geöffnet bleibt.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass im Schubbereich das Stellglied in eine vor dem mechanischen Anschlag liegende Position durch unterbrochene Ansteuerung des evakuierenden Ventils gehalten wird, derart, dass sich für die Stellglied-Normalfunktion kurze Erholzeiten ergeben.
21. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass bei Teillast das Stellglied der Hauptdrossel bis zur Anlage durch Setzen des Integrators nachgefahren wird, derart, dass beim Übergang Teillast in den Leerlauf eine geregelte Rückstellung des Stellglieds bis zum Erreichen der Leerlaufdrehzahl vorgenommen wird.
22. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass beim Übergang von Schub in den Leerlaufbetrieb der Integrator über einen D-Anteil gesetzt und die Regelung anschliessend freigegeben wird, derart, dass sich eine zur Drehzahl-Sinkgeschwindigkeit proportionale Anstellung des Stellglieds über den Integrator ergibt.
23. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass im Teillastbereich das Stellglied drehzahlgesteuert geführt wird bei gleichzeitiger Nachführung des Drehzahlsollwerts mit Bezug auf den Drehzahlistwert und dass bei Übergang in den Leerlaufbereich der nachgeführte Drehzahlsollwert nach einer Zeitfunktion auf den Normalsollwert der Drehzahl verringert wird.
24. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 23, zur Regelung der Drehzahl einer Brennkraftmaschine mit Drosselklappe im Ansaugkanal im Leerlauf, und zu ihrer Beeinflussung im leerlaufnahen Drehzahlbereich und im Schubbetrieb, mit einem die Regelabweichung zwischen einem drehzahlproportionalen Istwertsignal und einem Drehzahl-Sollwertsignal erfassenden und ein mit der Drosselklappe in Wirkverbindung stehendes Stellglied (10) ansteuernden Regelverstärker, mit einer zentralen elektrischen Steuerschaltung (1), deren Eingängen zur Motorumdrehung synchrone Steuersignale (Zündimpulse, Totpunktgeberimpulse), ein Hauptdrossel-Anlagesignal von einem Drosselklappenschalter (8), ein Lage-Istwertsignal von einem Weg/Spannungswandler (Potentiometer 15) bezüglich der Stellgliedposition und ein Brennkraftmaschinen-Temperatursignal von einem Temperatursensor der Brennkraftmaschine zugeführt sind und an deren Ausgang das Stellglied (2) angeschlossen ist, welches einen an der Hauptdrosselklappe anliegenden Stössel bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass in der zentralen elektrischen Steuerschaltung (1) Mittel zur treppenartigen, asymmetrischen P- und 1-Regelung unter Berücksichtigung eines Totzonenbereichs um die Soll-Leerlaufdrehzahl vorgesehen sind.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass zur Umwandlung des digital gebildeten PI-Summen-Lagesollwerts ein Digital-Analog-Wandler (9) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal einem Komparator (12) zugeführt ist, dessen anderer Eingang mit dem Weg/Spannungswandler (Potentiometer 10) für den Lageistwert verbunden ist, derart, dass die Ausgangsimpulse des Komparators unmittelbar der Ansteuerung des Stellglieds (2) dienen.
26. Vorrichtung nach den Ansprüchen 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (2) elektropneumatisch ausgebildet ist mit einem evakuierenden Ventil zum Einfahren des an der Drosselklappe anliegenden Stössels und einem belüftenden Ventil zum Anstellen des Stössels.
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