AT501012B1 - Verfahren zur regelung des luftsystems bei einer brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Luftsystems bei einerBrennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine mit einemersten Stellglied für rückgeführtes Abgas im Abgasrückführstrang und einemzweiten Stellglied für Luft im Einlassstrang, wobei die beiden Stellglieder in Abhängigkeitvoneinander verstellt werden. Um die Regelgüte zu erhöhen, ist vorgesehen,dass jedes Stellglied separat durch jeweils einen eigenen Regler geregeltwird, wobei jeder Regler für die jeweilige Regelstrecke optimal angelegt ist,und wobei jedem Regler ein Vorgabewert zur Verfügung gestellt wird.

Description

österreichisches pstentamt AT501012B1 2014-05-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Luftsystems bei einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine mit einem ersten Stellglied für rückgeführtes Abgas im Abgasrückführstrang und einem zweiten Stellglied für Luft im Einlassstrang, wobei die beiden Stellglieder in Abhängigkeit voneinander verstellt werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

[0002] Die US 6,105,559 A offenbart ein Einlass- und Abgasrückführsystem für eine Brennkraftmaschine, wobei die Steller Abgasrückführventil und Drosselklappe in Abhängigkeit voneinander durch ein einzelnes Stellglied (Aktuator) betätigt werden. Die beiden Steller sind durch eine mechanische Kopplung miteinander verbunden. Es ist nur ein Stellglied und ein Regler vorgesehen.

[0003] Aus der US 6,732,723 B1 ist eine Diesel-Brennkraftmaschine mit einem Einlasssystem und einem Abgasrückführsystem bekannt, wobei ein Steller im Einlassstrang und ein Steiler im Abgasrückführstrang angeordnet ist. Die beiden Steller sind am Ausgang eines einzelnen Reglers angeschlossen. Eine starre Logik teilt das Stellsignal am Reglerausgang auf die beiden Stellglieder auf.

[0004] Aus der EP 1 571 322 A2 ist eine Diesel-Brennkraftmaschine mit einem EGR-Ventil, einem Einlass-Drosselventil, einer Steuereinheit zur Steuerung des EGR-Ventils und des Drosselventils und einer Erfassungseinheit zur Erfassung der Einlassluftmenge stromaufwärts eines EGR-Einmündungsbereiches bekannt. Somit wird zum Einhalten der Luftmasse sowohl ein EGR-Ventil, als auch eine Einlassdrosselklappe verwendet. In der EP 1 571 322 A2 ist beschrieben, dass entweder ein Steller festgehalten und der andere geregelt wird, oder dass beide gleichzeitig geregelt werden. Keinesfalls ist der EP 1 571 322 A2 zu entnehmen, dass jedes Stellglied separat durch jeweils einen eigenen Regler geregelt wird.

[0005] Die EP 1 505 282 A2 beschreibt ein ähnliches System wie die EP 1 571 322 A2, wobei die Regelung der beiden Steller vereinfacht ist. Während bei der EP 1 571 322 A2 entweder der EGR-Steller geregelt und die Drosselklappe fix eingestellt, oder die Drosselklappe geregelt und das EGR-Ventil fix eingestellt, oder beide Stellglieder geregelt werden können, kann bei der EP 1 505 282 A2 nur der EGR-Steller, bei fix eingestellter Drosselklappe geregelt, oder beide Stellglieder geregelt werden. Auch dieser Druckschrift ist nicht zu entnehmen, dass jedes Stellglied separat durch jeweils einen eigenen Regler geregelt wird.

[0006] Das Verhalten des beim Stand der Technik verwendeten Reglers für beide Stellglieder stellt einen Kompromiss dar, wodurch der Regler für keine der beiden Regelstrecken optimal ausgelegt werden kann.

[0007] Ein weiterer Nachteil ist, dass durch die gegebenen Strukturen starke Einschränkungen bei der Wahl der Stellgliederbegrenzungen vorliegen. Damit ergibt sich die Problematik, dass die Regel-Bandbreite klein ist und eine andere Stelleraufteilung für andere Betriebsmodi nur eingeschränkt möglich ist.

[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und die Regelgüte bei der Regelung des Luftsystems zu erhöhen.

[0009] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass jedes Stellglied separat durch jeweils einen eigenen Regler geregelt wird, wobei jeder Regler für die jeweilige Regelstrecke optimal ausgelegt ist, und wobei jedem Regler ein Sollwert zur Verfügung gestellt wird. Dabei ist vorgesehen, dass zu jedem Zeitpunkt nur jeweils einer der beiden Regler aktiviert und der jeweils andere Regler deaktiviert wird, wobei das Stellglied, dessen Regler deaktiviert ist, mittels eines Vorgabewertes gesteuert wird.

[0010] Wesentlich ist, dass jedes Stellglied einen eigenständigen Regler aufweist. Jeder Regler kann somit optimal für seine Strecke ausgelegt werden, wodurch eine höhere Bandbreite und ein besseres Ausregelverhalten erreicht werden kann. Eine Programmlogik schaltet dabei zwi- 1 15 österreichisches Patentamt AT 501 012 B1 2014-05-15 sehen den beiden Reglern um, wobei zu jedem Zeitpunkt nur einer der beiden Regler aktiv ist und das Stellglied, dessen Regler deaktiviert ist, mittels eines Vorgabewertes gesteuert wird.

[0011] Die Stellbereiche der beiden Stellglieder grenzen direkt aneinander. Das heißt, wenn der Stellbereich des ersten Stellgliedes (Aktuator für Abgasrückführventil) für die Regelung des Luftmassenstromes zu Ende ist, übernimmt direkt anschließend daran das zweite Stellglied (Aktuator für die Einlassdrosselklappe) die weitere Steilfunktion. Das Ende des Stellbereiches eines Stellgliedes muss nicht notwendiger Weise durch eine physikalische Begrenzung gebildet sein. Sowohl Umschaltschwellen für den aktiven Regler, als auch Vorgabewerte für das Stellglied des deaktivierten Reglers können variabel sein.

[0012] Wichtig für die Umschaltung zwischen den beiden Reglern ist die richtige Reglerinitialisierung, damit das Regelsystem (von beiden Stellern aus gesehen) keine Unstetigkeiten erfährt (Bumpless Switching). Daher ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die tatsächlich den beiden Stellgliedern zur Verfügung gestellten Vorgabewerte den jeweiligen Reglern mitgeteilt werden. Diese initialisieren den Zustand des Reglers entsprechend dem tatsächlichen Vorgabewert (Anti-Wind-Up). Dies ist besonders vorteilhaft, da durch die Initialisierung mit dem tatsächlichen Vorgabewert dieser bei Reaktivierung des zuvor deaktivierten Reglers als Anfangsbedingung für die Regelung dieses Stellgliedes verwendet wird und daher ein nahtloses Umschalten zwischen den beiden Reglern erst ermöglicht wird.

[0013] Vorteile gegenüber dem Stand der Technik ergeben sich durch die beschriebene Struktur im Hinblick auf die Regelgüte durch zwei optimal auf die jeweilige Regelstrecke ausgelegte Regler, sowie im Bezug auf die Flexibilität durch variable Grenzen für die beiden Stellglieder, sowie variable Vorgabewerte für das Stellglied, dessen Regler deaktiviert ist.

[0014] Sowohl Regelgüte, als auch Flexibilität in der Aufteilung des Stellbereiches sind wichtige Kriterien für die Optimierung der Schadstoff-Emissionen im transienten Motorbetrieb.

[0015] Die beiden Steller sind im Bezug auf ihren Einfluss auf den Luftmassenstrom redundant ausgebildet, müssen aber nicht unbedingt identisch sein. Ziel ist die Steuerung/Regelung von zwei Stellgliedern für den Spezialfall, dass sie eigentlich redundant sind, wenn sie nicht im Stellbereich, bzw. durch äußere Einflüsse begrenzt wären. Aus diesem Grund bringt es keinen Vorteil, beide Stellglieder gleichzeitig zu regeln. Nur die Feedback-Regelung eines Stellgliedes ist zu jedem Zeitpunk aktiv. Der aktive Regler übergibt die Regelung an den gerade deaktivierten, wenn er an die Grenze seines Stellbereiches stößt. Durch diese Umschaltung ergibt sich eine Abhängigkeit zwischen den beiden Reglern.

[0016] Aus den unterschiedlichen physikalischen Randbedingungen ergibt sich, dass das Übertragungsverhalten von jedem Steller zur Regelgröße (z.B. Luftmassenstrom) unterschiedlich ist. Es existieren also zwei unterschiedliche Regelstrecken.

[0017] Daher ist es vorteilhaft, wenn zwei verschiedene Regler (vorerst unabhängig voneinander) jeweils für ihre Regelstrecke optimal ausgelegt werden.

[0018] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur näher erläutert.

[0019] Es zeigen [0020] Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfah rens und [0021] Fig. 2 ein das erfindungsgemäße Verfahren illustrierendes Blockdiagramm.

[0022] Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine 30 mit einem Frischluftstrang 31, einem Einlassstrang 34, Auslassstrang 32 und einem Abgasrückführstrang 33, wobei im Abgasrückführstrang 33 ein ein Abgasrückführventil 10 betätigendes erstes Stellglied 14 und im Frischluftstrang 31 ein eine Drosselklappe 20 betätigendes zweites Stellglied 24 angeordnet ist. Jedem Stellglied 14, 24 ist ein eigener Regler 1,2 zugeordnet. Weiters ist eine Logik 4 vorgesehen, welche entscheidet, welcher der beiden anderen Regler 1, 2 zu jedem Zeitpunkt aktiviert, bzw. deaktiviert ist. 2/5 österreichisches Patentamt AT501012B1 2014-05-15 [0023] Ein Sollwert für den Luftmassenstrom MAFref wird bestimmt. Zur Berechnung der Regelabweichung in Regler 1 für das Abgasrückführventil 10 und Regler 2 für die Drosselklappe 20 werden als Eingangsgrößen der Sollwert für den Luftmassenstrom MAFref und der gemessene Istwert des Luftmassensystems MAFmeas verwendet.

[0024] Eine durch die Logik 4 implizierte strategische Funktion entscheidet, welcher der beiden Regler 1, 2 aktiviert ist und setzt den Sollwert für das Stellglied, dessen Regler-Ausgang deaktiviert ist, auf einen vordefinierten Wert, der in den Funktionen 13, 23 erzeugt wird, in dem sie die Schalter 12, 22 betätigt. Die Werte für die tatsächlichen Vorgabewerte 11, 21 der Stellglieder 14, 24 dienen als Eingangsgrößen 11', 21' für die entsprechenden Regler 1,2. Diese Information ist für den deaktivierten Regler notwendig, um seinen internen Zustand entsprechend nachzuführen und damit ein nahtloses Umschalten zwischen beiden Reglern zu ermöglichen.

[0025] Die Logik 4 arbeitet folgendermaßen: Jedes Stellglied 14, 24 ist durch Hardware und zusätzlich durch Software begrenzt. Vorerst wird das erste Stellglied 14 (Stellglied für das Abgasrückführventil 10) verwendet, um den Luftmassenstrom MAF zu regeln. Wird allerdings das Maximum der Öffnung des ersten Stellgliedes 14 erreicht, übernimmt das zweite Stellglied 24 die weitere Regelung, wobei das erste Stellglied 14 über einen vordefinierten Wert 13 (beispielsweise die maximale Öffnungsstellung) gesteuert wird (wodurch der Regler 1 des ersten Stellgliedes 14 deaktiviert wird). Der Stellbereich der beiden Stellglieder 14, 24 grenzt direkt aneinander. Unter dem Maximum der Öffnung eines Stellgliedes ist eine variable Grenze zu verstehen, die flexibel bedatet werden kann und maximal dem größten mechanischen Öffnungswinkel des Stellers entspricht.

[0026] Die beiden Regler 1, 2 sind jeder für ihre Strecke optimal ausgelegt. Dadurch kann eine sehr hohe Regelgüte erreicht werden.

[0027] Die Logik 4 schaltet zwischen den beiden Regler 1, 2 um, wobei immer nur einer der beiden Regler 1, 2 aktiv ist und das Stellglied des anderen (deaktivierten) anhand eines Vorgabewertes geführt werden kann. Die Vorgabewerte für die Steuerung des Stellgliedes des gerade deaktivierten Reglers werden in den Funktionen 13, 23 erzeugt. Die Vorgabewerte sind im Allgemeinen variabel, können aber im Speziellen zum Beispiel mit der Begrenzung des jeweiligen Stellgliedes übereinstimmen. Mit 13 ist die Funktion bezeichnet, die den Vorgabewert für das erste Stellglied 1 generiert, mit 23 die Funktion, die den Vorgabewert für das zweite Stellglied 2 generiert. 3/5

Claims (9)

1. österreichisches Patentamt AT501012B1 2014-05-15 Patentansprüche 1. Verfahren zur Regelung des Luftsystems bei einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine mit einem ersten Stellglied für rückgeführtes Abgas im Abgasrückführstrang und einem zweiten Stellglied für Luft im Einlassstrang, wobei die beiden Stellglieder in Abhängigkeit voneinander verstellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Stellglied separat durch jeweils einen eigenen Regler geregelt wird, wobei jeder Regler für die jeweilige Regelstrecke optimal ausgelegt ist, und wobei jedem Regler ein Sollwert zur Verfügung gestellt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu jedem Zeitpunkt nur jeweils einer der beiden Regler aktiviert und der jeweils andere Regler deaktiviert wird, wobei das Stellglied, dessen Regler deaktiviert ist, mittels eines Vorgabewertes gesteuert werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die tatsächlich den beiden Stellgliedern zur Verfügung gestellten Vorgabewerte dem jeweils entsprechenden Regler zur Initialisierung seines Zustandes rückgeführt wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorgabewerte des jeweils deaktivierten Reglers variabel sind.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umschaltlogik die Aktivierung und Deaktivierung der entsprechenden Regler vornimmt.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschalten der Regler zwischen Aktivierung und Deaktivierung jeweils an der Begrenzung für das jeweilige Stellglied erfolgt, wobei vorzugsweise die Begrenzung veränderbar ist und wobei vorzugsweise die Begrenzung bezüglich der Endlage des Stellers verschieden ist.
7. 7. Vorrichtung zur Regelung des Luftsystems einer Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem ersten Stellglied (14) für rückgeführtes Abgas im Abgasrückführstrang (33) und einem zweiten Stellglied (24) für Luft im Einlassstrang (31), wobei die beiden Stellglieder (14, 24) in Abhängigkeit voneinander verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Stellglied (14, 24) ein separater Regler (1, 2) zugeordnet ist und jeder separate Regler (1, 2) optimal auf die entsprechende Regelstrecke ausgelegt ist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stellglied (14) ein Abgasrückführventil (10) und das zweite Stellglied (24) eine Drosselklappe (26) ansteuert.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Stellglieder (14, 24) in Bezug auf ihren Einfluss auf den Luftmassenstrom (MAF) redundant, aber nicht identisch sind. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 4/5