DE19812691A1

DE19812691A1 - IC engine boost-pressure control dynamics improvement device

Info

Publication number: DE19812691A1
Application number: DE19812691A
Authority: DE
Inventors: Dirk Heinitz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1998-03-23
Publication date: 1999-09-30

Abstract

A device for controlling an internal combustion (IC) engine includes a pressure sensor in an intake manifold to detect a boost-pressure, a boost-pressure device for an actuator and a boost-pressure controller whose control variable is the boost- pressure, and whose manipulated variable corresponds to a desired position value for the actuator setting. A position controller has a reference input variable which corresponds to the desired position value, and whose controlled variable is the actuator setting, and whose manipulated variable acts on the actuator. The boost-pressure controller and/or the position controller is specifically a proportional integral (PI) controller. The actuator specifically includes the non-rotating turbine guide (stationary) vanes of the exhaust-driven turbine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, sowie ein Verfahren gemäß dem Oberbe griff von Patentanspruch 5 zum Steuern einer Brennkraftma schine.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1, and a method according to the Oberbe Griff of claim 5 for controlling an internal combustion engine seem.

Aus der DE 43 44 960 A1 ist ein System zur Regelung der Auf ladung einer Brennkraftmaschine bekannt. Mittels eines Reg lers wird abhängig von der Abweichung zwischen einer ge wünschten Aufladung und der tatsächlichen Aufladung eine Stellgröße erzeugt, die ein die Aufladung der Brennkraftma schine beeinflussendes Stellglied ansteuert. Bei derartigen Regelanordnungen ist es notwendig, eine Regelstrategie zu entwerfen, die sowohl ein schnelles Ändern der Führungsgröße als auch ein optimales Reagieren auf Störungen ermöglicht.DE 43 44 960 A1 describes a system for regulating the up charge of an internal combustion engine known. By means of a reg lers depending on the difference between a ge wanted boot and actual boot one Generated manipulated variable, which is the charge of the internal combustion engine controls controlling actuator. With such Control arrangements it is necessary to set up a control strategy design that is both a quick change of leadership as well as an optimal reaction to faults.

Fig. 2 zeigt in vereinfachter Darstellung ein Regelsystem mit einer Ladedruckregelung für eine variable Turbinengeome trie (VTG-Regelung). Fig. 2 shows a simplified representation of a control system with a boost pressure control for a variable Turbinegeome trie (VTG control).

In bekannt er Weise wird ein eine Brennkammer - üblicherweise einen Zylinder - verlassender Abgasmassenstrom über einen Ab gaskrümmer zu einer Abgasturbine geführt, die mechanisch mit einer im Ansaugtrakt angeordneten Verdichterturbine gekoppelt ist. Der der Turbine zugeführte Abgasmassenstrom wird über ein VTG-Stellglied gesteuert. Das VTG-Stellglied beeinflußt den Querschnitt des zu dem Turbinenlaufrad führenden Abgaska nals. Vorzugsweise besteht daher das VTG-Stellglied aus den feststehenden Statorschaufeln bzw. Leitblechen der Turbine, die derart verschwenkbar sind, daß sich der Querschnitt des Abgaskanals ändert. Zum Regeln des Ladedrucks ist in bekann ter Weise ein Ladedruckregler vorgesehen, der durch eine Mo torsteuerung als Führungsgröße einen Sollwert für den Lade druck erhält und die Abweichung zwischen dem Sollwert und ei nem von einem Drucksensor ermittelten Ladedruck-Istwert aus regelt. Als Stellgröße gibt der Ladedruckregler einen Positi ons-Sollwert für die Stellung des VTG-Stellglieds aus.In a known manner, it becomes a combustion chamber - usually a cylinder - leaving exhaust gas mass flow via an Ab gas manifold led to an exhaust gas turbine, the mechanically with a compressor turbine arranged in the intake tract is. The exhaust gas mass flow supplied to the turbine is over a VTG actuator controlled. The VTG actuator affects the cross section of the Abgaska leading to the turbine impeller nals. The VTG actuator therefore preferably consists of the fixed stator blades or baffles of the turbine, which are pivotable such that the cross section of the Exhaust duct changes. To regulate the boost pressure is known in ter way, a boost pressure regulator is provided by a Mo a control setpoint for the drawer receives pressure and the deviation between the setpoint and egg nem from a pressure sensor determined actual pressure regulates. The boost pressure controller gives a positi as a manipulated variable ons setpoint for the position of the VTG actuator.

Fig. 3 zeigt eine VTG-Regelung in detaillierterer Form, wie sie auch bei dem Regelsystem aus Fig. 2 Verwendung findet. FIG. 3 shows a VTG control in more detailed form, as is also used in the control system from FIG. 2.

Der Öffnungsquerschnitt des Abgaskrümmers ist zur Beeinflus sung des Abgasmassenstroms und des Abgasdrucks zur Turbine hin veränderlich. Die Querschnittsänderung erfolgt - wie be reits beschrieben - durch das VTG-Stellglied, dessen Sollpo sition über den Ladedruckregler eingestellt wird.The opening cross section of the exhaust manifold is an influence Solution of the exhaust gas mass flow and the exhaust gas pressure to the turbine changeable. The cross-section change - as be already described - by the VTG actuator, its target po sition is set via the boost pressure regulator.

Die bisher bekannten VTG-Regelungen weisen den Nachteil auf, daß der mathematisch zur Verfügung stehende Ansteuerbereich durch die im Regelkreis vorhandenen elektrischen, mechani schen oder pneumatischen Bauelemente nicht linear abgebildet wird. Das bedeutet, daß der theoretisch nutzbare Ansteuerbe reich in der Praxis nur teilweise genutzt werden kann. Ein Überschreiten des linearen Bereichs wirkt sich jedoch negativ auf die Dynamik des gesamten Regelprozesses aus. Wie sich herausgestellt hat, ist auch ein Begrenzen des Reglerausgangs aufgrund von Bauelementetoleranzen nur eingeschränkt möglich.The previously known VTG regulations have the disadvantage that that the mathematically available control range due to the electrical, mechani or pneumatic components are not mapped linearly becomes. This means that the theoretically usable Ansteuerbe can only be partially used in practice. A However, exceeding the linear range has a negative effect on the dynamics of the entire control process. How to has pointed out is also a limitation of the controller output only possible to a limited extent due to component tolerances.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung und ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine anzu geben, bei der die beim Stand der Technik auftretenden Nach teile vermieden werden. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Einrichtung gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfah ren gemäß Patentanspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterent wicklungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entneh men.The invention has for its object a device and a method for controlling an internal combustion engine give at which the occurring in the prior art parts are avoided. According to the task by a device according to claim 1 and a procedure ren solved according to claim 5. Advantageous further windings of the invention can be found in the dependent claims men.

Die Erfindung ist durch eine Kaskadenregelung mit einem inne ren Regelkreis gekennzeichnet, bei dem ein Positionsregler vorgesehen ist, dessen Führungsgröße einem Positions-Sollwert für die Stellung des VTG-Stellglieds und dessen Regelgröße die Stellung des VTG-Stellglieds ist. Seine Stellgröße wirkt auf das Stellglied ein. Bei Abweichungen zwischen Führungs- und Regelgröße erzeugt daher der Postitionsregler ein Stell signal zum Nachstellen des VTG-Stellglieds. Der schnelle in nere Regelkreis ermöglicht ein verbessertes dynamisches Ver halten der gesamten VTG-Regelung. Insbesondere können für das Regelverhalten nachteilige Nichtlinearitäten vermieden wer den.The invention is based on a cascade control Ren marked control loop, in which a position controller is provided, the command variable is a position setpoint for the position of the VTG actuator and its controlled variable the position of the VTG actuator. His manipulated variable works on the actuator. In the case of deviations between management and The position controller therefore generates a controlled variable signal for readjusting the VTG actuator. The quick in more control loop enables an improved dynamic Ver keep the entire VTG regulation. In particular, for that Control behavior adverse non-linearities avoided who the.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figu ren näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below with reference to the Figu ren explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße VTG-Regelung; Fig. 1 is a VTG control according to the invention;

Fig. 2 ein bekanntes Regelsystem mit einer VTG-Regelung; Fig. 2 shows a known control system with a VTG control;

Fig. 3 eine detailliertere Darstellung der VTG-Regelung aus Fig. 1. Fig. 3 is a detailed illustration of the VTG control in FIG. 1.

Anhand der Fig. 2 und 3 wurde bereits die Arbeitsweise und der Aufbau einer bekannten VTG-Regelung beschrieben. Nachfol gend wird anhand von Fig. 1 die Erfindung erläutert, wobei Fig. 1 einen ähnlichen Aufbau aufweist wie Fig. 3.The mode of operation and the construction of a known VTG control system have already been described with reference to FIGS. 2 and 3. The invention will be explained below with reference to FIG. 1, FIG. 1 having a structure similar to that of FIG. 3.

Fig. 1 zeigt ein als Stellglied dienendes VTG-Stellglied, das von einem Positionsregler mittels eines PWM-Signals (PWM-pulse width modulation, Pulsbreitenmodulation) angesteuert wird. Die Ist-Position, d. h. der Istwert der VTG-Stell gliedstellung wird als Positions-Istwert zum Positions regler rückgeführt und von dem Positionsregler mit einer Soll-Position, d. h. einem Sollwert für die VTG-Stell gliedstellung (Positions-Sollwert) verglichen. Der Posi tions-Sollwert wird in herkömmlicher Weise von dem Ladedruck regler ausgegeben, der einen Istwert des Ladedrucks mit einem kennfeldabhängigen Sollwert des Ladedrucks vergleicht. Fig. 1 shows an actuator serving as a VTG actuator which is driven by a position controller by means of a PWM signal (PWM pulse width modulation, pulse width modulation). The actual position, ie the actual value of the VTG actuator position, is fed back to the position controller as the actual position value and compared by the position controller with a target position, ie a target value for the VTG actuator position (target position value). The position setpoint is output in a conventional manner by the charge pressure regulator, which compares an actual value of the charge pressure with a map-dependent setpoint of the charge pressure.

Die gegenüber dem Stand der Technik zusätzliche schnelle Rückführung des Positions-Istwertes der VTG-Stell gliedstellung und Ausregelung durch den Positionsregler ermöglicht es, daß ein Verlassen des linearen Aussteuerberei ches der Regelung vermieden werden kann. Dadurch werden auto matisch die meßtechnische Begrenzung des äußeren Regelkreises gewährleistet und die dynamischen Eigenschaften des Regelpro zesses verbessert.The additional fast compared to the prior art Feedback of the actual position value of the VTG position position and regulation by the position controller allows you to leave the linear control range ches of the scheme can be avoided. This will auto the metrological limitation of the outer control loop guaranteed and the dynamic properties of the Regelpro improved.

Je nach Anwendungsfall haben sich für den Positionsregler und den Ladedruckregler PI-Regler als zweckmäßig erwiesen.Depending on the application, the position controller and the boost pressure controller PI controller has proven to be useful.

Claims

1. Device for controlling an internal combustion engine with

a pressure sensor in an intake tract for detecting a boost pressure;
- A charging device influencing the boost pressure, to which an actuator is assigned; and with
a boost pressure regulator, the controlled variable of which is the boost pressure and whose manipulated variable corresponds to a position setpoint for the position of the actuator,
marked by
a position controller,
- whose reference variable corresponds to the position setpoint;
- whose controlled variable is the position of the actuator, and
- The manipulated variable acts on the actuator.

2. Device according to claim 1, characterized in that the boost pressure regulator and / or the position regulator a proportion tional-integral controller.

3. Device according to one of the preceding claims, characterized ge indicates that the supercharger is an exhaust gas turbine having.

4. Device according to claim 3, characterized in that the actuator non-rotating turbine guide vanes from Ab gas turbine includes.

5. A method for controlling an internal combustion engine, in which

an actual value for a boost pressure in an intake tract is determined,
- A setpoint for the boost pressure is specified;
a setpoint position value for the position of an actuator is output by a boost pressure regulator as a function of the deviation from the setpoint and actual value of the boost pressure,
characterized in that
a position controller as a function of the target position value and an actual position value corresponding to the actual position of the actuator outputs an actuating signal for the actuator.