Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Drehzahlregelung bei einer Brennkraftmaschine, jeweils nach der Gattung des Hauptanspruchs bzw. des ersten Vorrichtungsan- spruchs.

Einrichtungen zur Drehzahlre gelung bei Brennkraftmas chinen sind bekannt; es ist beispielsweise üblich, eine Leer lauf füllungsregelung (LFR) vorzusehen, die auf einen Luftbypaß parallel zur Drossel¬ klappe der Brennkraftmaschine arbeiten kann - üblicherweise durch Ansteuerung eines Zweiwicklungs -Drehstellers . Unter Beachtung der momentanen Istdrehzahl der Brennkraftmaschine, einer ge¬ wünschten Solldrehzahl und sonstiger peripherer Angaben wird durch eine solche Leerlauf füllungsregelung, die in analoger, digi¬ taler od er hybrider Technik ausgeführt sein kann, ein einwandfreier Leerlauf der Brennkraftmaschine aufrechterhalten, wobei durch die

umfassende Regelcharakteristik der Leerlauffüllungsregelung, die als sogenannter PID -Regler ausgebildet ist, im allgemeinen auch StörungseinfLüsse hinreichend schnell ausgeglichen werden können. Die Aufrechterhaltung eines solchen Leerlaufs ist insbe¬ sondere im Rangier- oder Schubbetrieb und beim Übergang aus die ¬ sem in den Leerlauf von Bedeutung.

Dennoch ist nicht auszuschließen, daß unter besonderen Umständen, beispielsweise beim Zuschalten bzw. Abschalten starker Lasten (insbesondere eines gegebenenfalls vorhandenen Klimakompressors) trotz der breit gefächerten Regelcharakteristik des PID-Reglers in der Leerlauffüllungsregelung teilweise sehr starke Drehzahlein¬ bruche oder Drehzahlüberschwinger auftreten. In diesem Zusamme hang sind auch Fahrsituationen denkbar, die so weit in einen kriti¬ schen Bereich der Drehzahlregelung vorstoßen können, daß die Brennkraftmaschine effektiv auszugehen droht, beispielsweise wenn beim langsameren Bergabfahren im Schubbetrieb und wirksamer Schubabscheidefunktion plötzlich die Kupplung getreten wird und etwa zur gleichen Zeit der Beifahrer eine starke Last wie etwa einen Klimakompressor zuschaltet.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungs gern äße System mit dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs bzw. des ersten Vorrichtungsanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auch in besonders kritischen Situationen kurzzeitige Drehzahlabweichungen von einem vorgege¬ benen Sollwert dadurch weitgehend entfallen und stärkere Drehzahl-

einbrüche oder - berschwinger deshalb ausgeschlossen sind, weil sofort mit dem Zuschalten der jeweiligen Last auf das Integrator¬ niveau der Leerlauf füllungsregelung sprungförmig eingewirkt wird, dieses also beim Zuschalten um einen geeigneten Betrag angehoben und beim Abschalten der Last in gleicher Weise sprungförmig abge senkt wird. Durch diese direkte Korrektur des Integrators im PID- Regler der Leerlauf füllungsregelung läßt sich das Steller-Ansteuer- signal beispielsweise für den Luftbypaß sofort im Sinne einer Kom¬ pensation ändern, so daß der Drehzahl verlauf auch bei sehr starken Einwirkungen nicht mehr merklich reagiert.

Dabei ist weiter von Vorteil, daß durch diese direkte Korrektur über den Integrator der Lastsprung nicht nur im Leerlauf, sondern auch bei Teillast des Fahrzeugs weitgehend kompensiert wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich. Besonders vorteilhaft ist hier die Möglichkeit, die be ¬ kannte Größe der Belastung, die sich durch die jeweilige Zuschal¬ tung oder Abschaltung ergibt, auf dem Betrag der sprunghaften Änderung des Integratorniveaus zur Auswirkung zu bringen, d. h. den Korrekturwert auf die spezifische Belastung auszulegen und an¬ schließend, mit gewünschten Verzögerungskonstanten, die einge ¬ führte Änderung des Inte ratorniveaus wieder wegzunehmen, so daß dieses lediglich während des Schalt Vorgangs beeinflußt wird und im weiteren Verlauf wie üblich durch die Leerlauf füllungsre ge ¬ lung die Drehzahl geregelt wird.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge¬ stellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 anhand eines Blockschaltbildes stark schematisier den Grundaufbau einer Leerlauffüllungsregelung, ergänzt durch die erfindungs gemäße Grundfunktion realisierende Schaltungs blocke und Fig. 2 ebenfalls schematisch und lediglich für den Integralbe¬ reich des Leerlauffüllungs-PID-Reglers gültig einen möglichen Ver lauf der Ausgangsgröße über der Zeit.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bevor auf die Erfindung im folgenden eingegangen wird, wird aus¬ drücklich darauf hingewiesen, daß das in der Zeichnung dargestellte die Erfindung anhand diskreter Schaltstufen angebende Block¬ schaltbild die Erfindung nicht beschränkt, sondern lediglich dazu dient, die funktioneilen Grundwirkungen der Erfindung zu veran¬ schaulichen und spezielle Funktions ablaufe in einer möglichen Rea¬ lisierungsform anzugeben. Es versteht sich, daß die einzelnen Bausteine und Blöcke in analoger, digitaler oder auch hybrider Technik aufgebaut sein können, oder auch, ganz oder teilweise zu¬ sammengefaßt, entsprechende Bereiche von programmgesteuerten digitalen Systemen, beispielsweise also Mikroprozessoren, Mikro¬ rechner, digitale oder analoge Logikschaltungen u. dgl. abdecken. Die im folgenden angegebene Beschreibung des bevorzugten Aus¬ führungsbeispiels der E rfindung ist daher bezüglich des funktioneile Gesamt- und Zeitablaufs, der durch die jeweils besprochenen Blöck

erzielte Wirkungsweise und bezüglich des jeweiligen Zusammen¬ wirkens der durch die einzelnen Komponenten dargestellten Teil¬ funktionen zu werten, wobei die Hinweise auf die einzelnen Schal¬ tungsblöcke lediglich aus Gründen eines besseren Verständnisses erfolgen.

Der Bereich der Leerlauf füllungsregelung ist in Fig. 1 um eine logische Steuer Schaltung, einen Mikrocomputer, einen Mikropro¬ zessor o. dgl. gruppiert, der mit 10 bezeichnet ist und an seinem Ausgangsanschlμß 10a das Steller-Ansteuerungssignal zur Leerlauf Drehzahlregelung abgibt.

Beim speziellen Anwendungsfall und bei Ausbildung der zentralen Recheneinheit 10 des Leerlauffülluhgsreglers vorzugsweise als Mikrocomputer oder auch als zentrale Logikschaltung verfügt diese peripher noch über einen Eingangs block 11, der die zu verarbeiten¬ den Signale wie beispielsweise den Istwert der momentanen Dreh¬ zahl n. _, einen Drehzahlsollwert n ₁₇ und eine Temperaturangabe ist soll ^& über Außentemperatur und Motortemperatur sowie ge gebenenfalls ein Bordnetz -Spannungssignal zuführt. Die Recheneinheit 10 kann über einen externen oder internen Speicher verfügen, der nicht dargestellt ist und der, bei entsprechender Adressierung, die für die Bildung des Steller-Ansteuersignals erforderlichen Daten liefert Die Recheneinheit ist ihrem Aufbau bzw. ihrer Auslegung nach ein PID-Regler und erstellt aus den Eingangsparametern ein erforder¬ liches Grundtastverhältnis für das Stelle -Ansteuer signal unter Einschluß entsprechender Korrektur großen.

Dieses Signal gelangt dann über eine Endstufe 15 zum Stellglied 19. Bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt das Stellglied 19 einen Zweiwicklungsdrehsteller 20, der zur Leerlauf¬ füllungsregelung einen als Luftbypaß parallel zur Drosselklappe ge ¬ schalteten Schieber 21 ansteuert, dessen gewünschter Durchla߬ querschnitt sich aus dem Tastverhältnis der zum Zweiwicklungs¬ drehsteller 20 geführten Impulsfolge des Steller-Ansteuersignals ergibt.

Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht nun darin, beim . Zuschalten bestimmter Lasten, die sich beim Betrieb einer Brenn¬ kraftmaschine ergeben können, insbesondere Klimakompressor, aber auch solcher Lasten, die sich lediglich indirekt durch eine Belastung der Lichtmaschine auswirken, sowie beim Abschalten dieser Lasten hierdurch hervorgerufene Drehzahländerungen (Dreh¬ zahleinbrüche oder Drehzahlüberschwinger) dadurch auszugleichen, daß beim Zuschalten der Last das aktuelle Integratorniveau des PID-Reglers der Leerlauffüllungsregelung sprungförmig um einen geeigneten Betrag angehoben wird. Entsprechend wird beim Ab¬ schalten der Last das Integratorniveau sprungförmig abgesenkt. Dabei erfolgt die Beeinflussung des Integratorniveaus nur während des Schaltvorgangs, anschließend wird dann wie üblich geregelt. Hierdurch gelingt es, Belastungen durch direkte Korrektur des Integrators und damit auch unmittelbar des Steller-Ansteuersig¬ nals sofort zu kompensieren.

Eine bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, den Δ-Wert der sprunghaften Integratorbetragsänderung nach oben oder unten von der bekannten Größe der Belastung abhängig zu machen.

Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt bei A, B, C . . . mögliche Belastungen der Brennkraftmaschine, die im übrigen auch als Inanspruchnahme automatisch sich einstellender oder zum jeweiligen Zeitpunkt benötigter Servoteistungen zu verstehen sind, wobei entsprechend gebildete elektrische Ans teuer Signale ausge ¬ wertet werden oder gegebenenfalls durch die Erfindung elektrische Kontaktmittel ergänzend den Servoaggregaten zugeordnet werden, die dann ansprechen, wenn die Servoleistung erbracht oder abge ¬ schaltet wird. Eine entsprechende Abfragemöglichkeit bezüglich des Zu- oder Abschaltens entsprechend starker Lasten ist in Fig. 1 als Schaltkontrollstufe 12 bezeichnet; diese umfaßt eine Vielzahl von die einzelnen Lasten an die Versorgungsspannung legende Schal ter 12a, 12b, 12c . . . , wobei es sich versteht, daß die tatsächlich durch diese Schaltkontaktgabe hervorgerufene Belastung auch durch eine dann über andere Übertragungsmittel (Keilriemen, Unter¬ setzungsgetriebe u. dgl. ) die Brennkraftmaschine- nmittelbar be ¬ lastende Leistungsabfrage realisiert sein kann.

Es sind jedenfalls Sensormittel vorgesehen, die beispielsweise, je ¬ doch nicht einschränkend zu verstehen als Reihenwiderstand 13 in der Schaltkontrollstufe 12 ausgebildet sein können, so daß sich ein Einschalt- oder Abschalt-Triggersignal jeweils ergibt und zu einer Integrator -Umschaltstufe 14 gelangt, die an ihrem Aus ang für einen vorgegebenen Zeitraum ein dem Inte grator I der Rechen-

Schaltung 10 der Leer lauf füllungsregelung zugeführtes Ausgangs - signal erzeugt bzw. Umschaltungen derart bewirkt, daß sich das Inte ratorniveau sprungförmig beim Zuschalten der Last anhebt bzw. am Abschalten der Last absenkt. Diese Einwirkung auf das Integra¬ torniveau erfolgt ausschließlich während des Schaltvorgangs und le¬ diglich so lange, bis die Leer lauf füllungsre elung sich der neuen Be¬ lastung angepaßt und diese abgefangen hat. Das Integratorniveau- Änderungs signal wird dann wieder weggenommen, vorzugsweise abklingend zur Erzielung eines sanften Übergangs.

Die Integrator -Umschaltstufe 14 kann beispielsweise als Kippstufe, Monoflop o. dgl. ausgebildet sein und erzeugt für eine vorgegebene Zeitdauer T einen AnSteuerimpuls, der, je nachdem, ob die Last zu- oder abgeschaltet wird, in positiver Richtung oder negativer Richtung verlaufen kann und auch unmittelbar dem Integrator so zu¬ geführt werden kann, daß sich dessen Ausgangsspannungsniveau ent¬ sprechend verschiebt; ein möglicher Verlauf der Integratoraus¬ gangsspannung über der Zeit entsprechend dem Diagramm der Fig. 2 zeigt, daß zum Zeitpunkt tl eine stärkere Last zugeschaltet worden ist mit der Folge, daß sofort sprungförmig das Integratorausgangs - signal ansteigt, wie strichpunktiert dargestellt - der normale Ver¬ lauf der Integratorausgangsspannung ist in durchgezogenen Linien angegeben - und somit die Inte ratoraus gangsspannung auf einen geei neten Vorsteuerwert setzt, von dem aus der normale Regelungs- vorgang der Leer lauf füllungsregelung weiterläuft.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Betrag der sprung- förmigen Anhebung oder Absenkung des Integratorniveaus - in Fig. 2 mit Δ bezeichnet - lastspezifisch ausgebildet sein, hierzu kann eine

Lasterfassungs stufe 16 der Integrator -Umschaltstufe 14 entspre ¬ chende Informationen über das Ausmaß der jeweils zu- bzw. abge¬ schalteten Last zuführen. Es versteht sich, daß die Laste rfas sungs stufe auch ein Speicher sein kann, der von der Schaltkontrollstufe 12 unmittelbar bezüglich der jeweils betroffenen Last adressiert wird und die Integrator-Umschaltstufe entsprechend beeinflußt, bei¬ spielsweise durch Vorgabe bestimmter Widerstandskombinationen zur Amplitudeneinstellung der dem Inte gratorbe reich der Rechen¬ schaltung 10 zugeführten Kompensationsimpulse . .

Lediglich zum besseren Verständnis sei erwähnt, daß der Integrato bereich I der Rechenschaltung 10 bei Ausbildung als Miller -Inte gra¬ tor die Kompensationsimpulse der Integrator -Umschaltstufe un¬ mittelbar auf den Rückführkondensator wirkend zugeführt erhalten kann, oder es ist möglich, durch kurzzeitige Strom- oder Spannungs¬ zuführung oder Zuschalten von Widerstandsnetzwerken das Integra¬ torniveau in der gewünschten Weise sprungartig zu beeinflussen.

Werden besonders starke Lasten zu- oder abgeschaltet, dann wirkt die direkte Korrektur über den Integrator der Leerlauf füllungsrege ¬ lung zur Kompensation des Lastsprungs nicht nur im Leerlaufbe ¬ reich, sondern auch in ^" Teillastbereiche der Brennkraftma¬ schine hinein.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.