DE10062350A1 - Verfahren zur Regelung einer Aufladeeinrichtung für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Aufladeeinrichtung für einen Verbrennungsmotor, insbesondere eines Abgasturboladers für einen Dieselmotor eines Kraftfahrzeugs. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Regelbereich in Abhängigkeit eines Gradienten der zu regelnden Größe und einer Differenz der zu regelnden Größe von einer Führungsgröße in wenigstens vier Teilbereiche mit jeweils unterschiedlicher Regelcharakteristik unterteilt ist. DOLLAR A Verwendung z. B. bei Kraftfahrzeugen mit aufgeladenem Dieselmotor.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Aufla­ deeinrichtung für einen Verbrennungsmotor, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.

Ein bekanntes System zur Ladedruckregelung eines Verbrennungs­ motors mit Abgasturbolader ist in der deutschen Patentschrift DE 39 43 010 C2 beschrieben. Zur Ladedruckregelung wird ein Ab­ blaseventil entsprechend einem Tastverhältnis eines Ansteuersi­ gnals geöffnet oder geschlossen. In stabilen Fahrzuständen wird ein Grundtastverhältnis einer Tabelle entnommen, in der Werte des Tastverhältnisses in Abhängigkeit des aktuellen Saugrohr­ drucks und der Motordrehzahl abgelegt sind. Auf diese Weise kann der Ladedruck auf einem maximal erlaubten Grenzdruck ge­ halten werden. Wird der zulässige Grenzdruck im Teillastbetrieb überschritten, wird das Grundtastverhältnis mit Hilfe eines PI- Reglers korrigiert, um den Saugrohrdruck wieder unter den Grenzdruck zurückzuführen. Bei Volllastbetrieb wird das Grund­ tastverhältnis ebenfalls mit Hilfe des PI-Reglers korrigiert, um den Saugrohrdruck an den Grenzdruck angenähert zu halten. Im Volllastbetrieb erfolgt ein solcher PI-Regelbetrieb nur dann, wenn zum einen der Saugrohrdruck innerhalb eines Bereichs um den Grenzdruck liegt und zum anderen ein lokales Maximum des Saugrohrdrucks durchlaufen wurde und der Gradient des Saugrohr­ drucks damit kleiner als null ist. Starke Überschwingungen des Ladedrucks beim Beschleunigen eines Fahrzeugs sollen demnach dadurch vermieden werden, dass ein I-Regler erst nach Durchlau­ fen eines lokalen Maximums des Saugrohrdrucks und nachdem der Saugrohrdruck bereits in der Nähe des Grenzdrucks liegt zuge­ schaltet wird.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 198 01 395 A1 ist eine Vorrichtung zur Ladedruckregelung eines Abgasturboladers mit variabel einstellbarer Turbinengeometrie bekannt, bei dem in einem ersten niedrigen Last- und/oder Drehzahlbereich der Luft­ massenstrom im Ansaugrohr als Führungsgröße zur Abgasrückfüh­ rungsregelung verwendet wird. In einem zweiten, höheren Last- und/oder Drebzahlbereich wird als Führungsgröße der Ladedruck im Ansaugrohr verwendet. Es kann vorgesehen sein, die Regelung mit einem einzigen Regler zu bewirken, bei dem die Führungsgrö­ ße zwischen dem Luftmassenstrom und dem Ladedruck umgeschaltet wird.

Mit der Erfindung soll ein Verfahren zur Regelung einer Aufla­ deeinrichtung angegeben werden, mit dem eine verbesserte Dyna­ mik und eine verbesserte Regelgüte für alle Typen von Abgastur­ boladern erreicht werden.

Erfindungsgemäß ist hierzu ein Verfahren zur Regelung einer Aufladeeinrichtung für einen Verbrennungsmotor, insbesondere eines Abgasturboladers für einen Dieselmotor eines Kraftfahr­ zeugs, vorgesehen, bei dem ein Regelbereich in Abhängigkeit ei­ nes Gradienten der zu regelnden Größe und einer Differenz der zu regelnden Größe von einer Führungsgröße in wenigstens vier Teilbereiche mit jeweils unterschiedlicher Regelcharakteristik unterteilt ist. Durch diese Maßnahmen lässt sich eine bessere Dynamik und gleichzeitig eine bessere Regelgüte erreichen, in­ dem die Regelcharakteristik an den aktuell vorliegenden Be­ triebszustand angepasst wird. Bei gleicher Regeldifferenz aber unterschiedlichem Gradienten können damit unterschiedliche Re­ gelanteile gesetzt und eine unterschiedliche Regelcharakteri­ stik erreicht werden. Die Führungsgröße oder der Sollwert kön­ nen aus einem Kennfeld entnommen werden, so z. B. ein über der Last und der Drehzahl aufgetragener Sollwert für den Ladedruck oder ein über der gewünschten Einspritzmenge und der Motordrehzahl aufgetragener Luftmassenstrom. Als Aufladeeinrichtung kann ein Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie vorgesehen sein, deren Einstellwerte verändert werden.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Teilbe­ reiche gemäß einer positiven oder negativen Differenz der zu regelnden Größe zur Führungsgröße sowie gemäß eines positiven oder negativen Gradienten der zu regelnden Größe unterteilt sind. Durch diese Maßnahmen ist der Regelbereich in vier Teil­ bereiche oder vier Quadranten aufgeteilt, wobei eine solche Aufteilung in besonderer Weise für die Regelung einer Auflade­ einrichtung eines Verbrennungsmotors geeignet ist. So werden bei positiven Gradienten der zu regelnden Größe vorzugsweise aggressive Regelparameter verwendet, so dass eine hohe Dynamik bei einer Erhöhung der zu regelnden Größe, beispielsweise des Ladedrucks, erreicht wird. Auf der anderen Seite werden bei ne­ gativen Gradienten der zu regelnden Größe defensive Regelpara­ meter verwendet, um z. B. bei fallendem Ladedruck Unterschwinger zu vermeiden und eine hohe Regelgüte zu erzielen. Im Unter­ schied zu konventionellen Reglern wird dadurch nicht lediglich die Differenz der zu regelnden Größe zur Führungsgröße oder zum Sollwert sondern darüber hinaus auch noch das dynamische Ver­ halten der zu regelnden Größe berücksichtigt. Auf diese Weise kann die zu regelnde Größe schneller auf einen vorgegebenen Sollwert eingestellt werden, ohne große Über- bzw. Unterschwin­ ger befürchten zu müssen. Ist beispielsweise ein PI-Regler vor­ gesehen, können für jeden Quadranten zwei Kennfelder vorgesehen sein, in denen der P-Anteil bzw. der I-Anteil in Abhängigkeit des Gradienten der zu regelnden Größe und der Regeldifferenz abgelegt ist.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Regelcharakteristik durch proportional wirkende und integrierend wirkende Regleran­ teile bestimmt und bei negativen Gradienten der zu regelnden Größe ist eine hohe Gewichtung der integrierend wirkenden Reg­ leranteile vorgesehen. Durch diese Maßnahmen werden Unter­ schwinger bei negativen Gradienten der zu regelnden Größe vermieden bzw. eine allmähliche Annäherung der zu regelnden Größe an den Sollwert erreicht.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Re­ gelcharakteristik durch proportional wirkende und integrierend wirkende Regleranteile bestimmt ist und bei positiven Gradien­ ten der zu regelnden Größe eine hohe Gewichtung der proportio­ nal wirkenden Regleranteile vorgesehen ist. Durch diese Maßnah­ men können bei positiven Gradienten der zur regelnden Größe, beispielsweise steigendem Ladedruck, zum einen eine hohe Dyna­ mik bei unterhalb des Sollwerts liegendem Ladedruck sowie klei­ ne Überschwinger bei oberhalb des Sollwert liegendem Ladedruck erreicht werden, indem der Ladedruck schnell wieder auf den Sollwert zurückgeführt wird.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass integrie­ rend wirkende Regleranteile zu der Regelcharakteristik erst dann zugeschaltet werden, wenn die zu regelnde Größe die Füh­ rungsgröße annähernd erreicht hat und innerhalb eines vorbe­ stimmten Bereichs um die Führungsgröße liegt. Durch diese Maß­ nahmen wird eine hohe Dynamik und schnelle Annäherung an die Führungsgröße erreicht, da integrierend wirkende Regleranteile erst zugeschaltet werden, wenn die zu regelnde Größe die Füh­ rungsgröße annähernd erreicht hat. Andererseits wird speziell innerhalb eines vorbestimmten Bereichs um die Führungsgröße ei­ ne hohe Regelgüte erreicht, da dann die integrierend wirkenden Regleranteile für eine exakte Einregelung des Sollwerts sorgen.

In Weiterbildung der Erfindung sind eine Voreinstellung der Aufladeeinrichtung sowie eine Korrektur der Voreinstellung in Abhängigkeit einer aktuellen Kraftstoffeinspritzmenge vorgese­ hen. Eine solche Korrektur der Voreinstellung ist insbesondere bei einem Dieselmotor von Vorteil. Beim Vollastbeschleunigen aus niedrigen Drehzahlen muss zur Rauchbegrenzung die Kraft­ stoffeinspritzmenge beschränkt werden, so dass die zur Verfü­ gung stehende Kraftstoffeinspritzmenge die erforderliche Abga­ senergie nicht zur Verfügung stellen kann. Durch die dynamische Korrektur der Voreinstellung werden Einstellwerte für Stellgrö­ ßen der Aufladeeinrichtung in Richtung auf eine Erhöhung der Abgasenergie korrigiert. Das Vorsehen einer dynamischen Korrek­ tur der Voreinstellung anstelle der Anwendung aggressiver Re­ gelparameter hat den Vorteil, dass keine Überschwinger zu be­ fürchten sind, da die Regelcharakteristik selbst in dem betref­ fenden Teilbereich nicht im Hinblick auf die Erhöhung der Abga­ senergie ausgelegt werden muss. Ein Ergebnis der korrigierten Voreinstellung wird mit einem Ergebnis der Regelung verknüpft.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Füh­ rungsgröße ein Luftmassenstrom im Ansaugweg verwendet wird. Die Verwendung eines Luftmassenstroms als Führungsgröße, d. h. einer Luftmasse pro Hub oder Kurbelscheibensegment, bietet verschie­ dene Vorteile beim Betrieb eines Verbrennungsmotors. So ist für den gesamten Betriebsbereich, d. h. sowohl den Betrieb mit. Ab­ gasrückführung als auch den Aufladebetrieb, nur noch eine Füh­ rungsgröße erforderlich, da über den gesamten Betriebsbereich eine Sollwertvorgabe anhand des Luftmassenstroms erfolgt. Eine Sollwertvorgabe kann durch ein einziges Kennfeld für den Be­ trieb mit Abgasrückführung und den Ladebetrieb erfolgen, in dem der Luftmassenstrom in Funktion der gewünschten Einspritzmenge und der Motordrehzahl aufgetragen ist. Gegenüber einem Lade­ druck ist der Luftmassenstrom insbesondere beim Zuwachsen der Einlasskanäle durch Verschmutzung aussagekräftiger und gibt, unabhängig von der Saugrohrtemperatur und dem Atmosphärendruck, die Füllung der Zylinder genau wieder. Der Luftmassenstrom wird mit einem Luftmassenmesser erfasst. Im Gegensatz zur Erfassung des Ladedrucks, bei der die Saugrohrtemperatur berücksichtigt werden muss, ist damit nur noch ein Sensor erforderlich, wo­ durch der Einfluss von Sensorfehlern verringert wird.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Soll­ wert des Luftmassenstroms durch ein Kennfeld des maximal zuläs­ sigen Luftmassenstroms begrenzt ist, in dem der maximal zuläs­ sige Luftmassenstrom in Funktion der Motordrehzahl und der Ladelufttemperatur abgelegt ist. Durch diese Maßnahmen lässt sich ein Motorschutz durch Begrenzung des maximal zulässigen Brennraumdrucks erreichen.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Aufla­ deeinrichtung ein Abgasturbolader vorgesehen ist und ein Soll­ wert der Führungsgröße unter Berücksichtigung einer Begren­ zungskennlinie des maximal zulässigen Verdichtungsverhältnisses des Abgasturboladers überprüft wird. Durch diese Maßnahmen lässt sich ein Schutz des Turboladers vor Überdrehzahl und Pumpbetrieb erreichen.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Aufla­ deeinrichtung ein Abgasturbolader vorgesehen ist und zum Erken­ nen instabiler Betriebspunkte des Abgasturboladers Schwingungen eines Ladedrucks und/oder eines Luftmassenstroms im Ansaugweg erfasst und ausgewertet werden und bei Erkennen eines instabi­ len Zustands das maximal zulässige Verdichtungsverhältnis des Abgasturboladers herabgesetzt wird. Auf diese Weise kann ein Schutz des Turboladers vor Pumpbetrieb, d. h. instabilem Be­ trieb, erreicht werden. Wenn eine Luftsäule im Ansaugweg in Schwingungen gerät, verstärkt sich der Anteil der Eigenfrequenz der Luftsäule. Liegt die Amplitude der Eigenfrequenz über einem vorgegebenen Grenzwert, liegt ein Pumpbetrieb vor und das maxi­ mal zulässige Verdichtungsverhältnis muß dann nicht so dra­ stisch herabgesetzt werden, um den Abgasturbolader wieder aus dem instabilen Betrieb zu führen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung eines in Quadranten aufgeteilten Re­ gelbereichs, der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird und

Fig. 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In der Darstellung der Fig. 1 ist der Regelbereich dargestellt, der gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ver­ wendet wird. Auf der X-Achse der Darstellung der Fig. 1 ist ein Gradient dx/dt einer zu regelnden Größe x aufgetragen. Als zu regelnde Größe x ist gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine den Ansaugweg eines Verbrennungsmotors durchströmende Luftmasse vorgesehen. Die den Ansaugweg durch­ strömende Luftmasse wird in Milligramm pro Segment einer Kur­ belwellenscheibe angegeben. Die zeitliche Änderung dieser den Ansaugweg durchströmenden Luftmasse x wird durch den Gradienten dx/dt angegeben.

Auf der Y-Achse der Fig. 1 ist eine Regeldifferenz Δx aufge­ tragen. Die Regeldifferenz Δx wird als Differenz aus dem aktu­ ellen Wert x der den Ansaugweg durchströmenden Luftmasse und einem Sollwert x_s des Luftmassenstroms berechnet. Oberhalb der X-Achse der Fig. 1 liegen negative Werte der Regeldifferenz Δx vor, da dort der aktuell erfasste Luftmassenstrom x größer als der Sollwert x_s ist. Unterhalb der X-Achse der Fig. 1 liegen positive Werte der Regeldifferenz Δx vor, dort ist der aktuel­ le Wert des Luftmassenstroms x kleiner als sein Sollwert x_s.

Wie in der Fig. 1 gut zu erkennen ist, ist der Regelbereich in vier Quadranten unterteilt, wobei auf der linken Seite der Y-Achse ein negativer Gradient dx/dt vorliegt, dort fällt über der Zeit gesehen also der Wert der aktuell erfassten Luftmasse, die den Ansaugweg durchströmt. Rechts der Y-Achse dahingegen ist der Gradient dx/dt größer als null, dort steigt der Wert des aktuell erfassten Luftmassenstroms also an. Die vier Qua­ dranten sind mit I, II, III bzw. IV bezeichnet.

Eine die Quadranten II und IV durchschneidende gestrichelte Li­ nie 10 zeigt den Applikationsbereich eines konventionellen Reg­ lers bei konstanter Drehzahl. Bei konventionellen Reglern wird lediglich unterschieden, ob die Regeldifferenz Δx größer oder kleiner als null ist. Nicht berücksichtigt wird aber, ob sich die zu regelnde Größe gerade von der Führungsgröße weg oder auf diese zu bewegt. Diese Umstände werden erst durch das erfin­ dungsgemäße Verfahren berücksichtigt, indem der Gradient der zu regelnden Größe zur Festlegung der Regelcharakteristik herange­ zogen wird.

Jeder der vier Quadranten I, II, III und IV weist eine unter­ schiedliche Regelcharakteristik auf. So ist in den Quadranten I und III, in denen ein negativer Gradient der zu regelnden Größe x vorliegt, eine allgemein defensive Reglerapplikation vorgese­ hen. Bei positivem Gradienten der zu regelnden Größe x, d. h. bei ansteigenden Werten der den Ansaugweg durchströmenden Luft­ masse in den Quadranten II und IV ist dahingegen eine allgemein aggressive Reglerapplikation vorgesehen. Bei steigendem Luft­ massenstrom, z. B. beim Beschleunigen des Fahrzeugs, kann da­ durch eine gute Dynamik erreicht werden. Bei negativen Gradien­ ten oder Verringerung der den Ansaugweg durchströmenden Luftma­ sse wird dahingegen auf eine hohe Regelgüte und das Vermeiden von Unterschwingern Wert gelegt.

Eine allgemein defensive Reglerapplikation in den Quadranten I und III wird zum einen durch defensive Regelparameter und zum anderen durch eine hohe Gewichtung eines integrierend wirkenden Regleranteils erreicht, wohingegen proportional wirkende Regle­ ranteile in den Quadranten I und III nicht oder nur schwach ge­ wichtet vorgesehen sind. In den Quadranten II und IV werden da­ hingegen aggressive Regelparameter verwendet und die proportio­ nal wirkenden Regleranteile hoch gewichtet, wohingegen inte­ grierend wirkende Regleranteile nicht oder nur schwach gewich­ tet vorgesehen sind. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise beim Beschleunigen eines Fahrzeugs, wenn die den Ansaugweg durchströmende Luftmasse kleiner ist als der Sollwert x_s und die Luftmasse ansteigt, d. h. im Quadranten IV, eine hohe Dyna­ mik erreichen, da die proportional wirkenden Regleranteile in einer aggressiven Applikation die den Ansaugweg durchströmende Luftmasse rasch an den vorgegebenen Sollwert heranführen. Hat der aktuelle Wert der den Ansaugweg durchströmenden Luftmasse den Sollwert überschritten, befindet man sich also im Quadran­ ten II, sorgt die starke Gewichtung der proportional wirkenden Regleranteil mit aggressiven Regelparametern für lediglich kleine Überschwinger. Hat der Wert der den Ansaugweg durchströ­ menden Luftmasse ein lokales Maximum durchlaufen und zeigt eine fallende Tendenz, ist der Gradient der zu regelnden Größe also kleiner als null, so dass sich der Regler im Quadranten I be­ findet. Die hohe Gewichtung der integrierend wirkenden Regle­ ranteile in einer defensiven Applikation bewirkt in dem Qua­ dranten I, dass keine Unterschwinger auftreten, wenn die den Ansaugweg durchströmende Luftmasse auf den Sollwert zurückge­ führt wird.

Mit Hilfe der Aufteilung des Regelbereichs in die Quadranten I, II, III und IV lässt sich eine hohe Dynamik im Aufladebetrieb eines Verbrennungsmotors bei gleichzeitig verbesserter Regelgü­ te erreichen. Ein Fahrzeug reagiert dadurch spontan auf den Fahrpedalwunsch des Fahrers, ohne dass eine unerwünschte Zeit­ verzögerung, ein sogenanntes Turboloch, auftritt. Gleichzeitig wird der Motor durch die verbesserte Regelgüte zuverlässig vor unzulässige hohen Brennraumdrücken geschützt.

Die schematische Darstellung der Fig. 2 dient zur Verdeutli­ chung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein aktueller Ist-Wert x, der den Ansaugweg durchströmenden Luftmasse wird im Schritt 12 erfasst und mit dem im Schritt 14, beispielsweise anhand ei­ nes Kennfelds, bestimmten Sollwert x_s für den Luftmassenstrom additiv verknüpft. Folglich erhält man im Schritt 16 die Regel­ differenz Δx. Schritt 20 dient ausschließlich zur Erleichte­ rung der Applikation der Vorsteuerwerte. Schritt 22 war eine fehlerhafte Dokumentation. Schritt 18 wird aktiviert durch eine Konstante: Regler EIN/AUS.

Ist die Regelung der Aufladeeinrichtung im Schritt 22 freigege­ ben worden und ist die Regeldifferenz Δx verschieden von null, wird im Schritt 18 umgeschaltet und im Schritt 24 ein propor­ tional wirkender Regleranteil oder P-Anteil der Regelung bestimmt. Dazu wird zunächst bestimmt, in welchem Quadranten I, II, III oder IV die aktuellen Werte des Gradienten dx/dt und der Regeldifferenz Δx liegen. Entsprechend dem ermittelten Quadranten I, II, III oder IV wird dann im Schritt 24 der P- Anteil bestimmt. Hierzu ist für jeden Quadranten I, II, III und IV ein separates Kennfeld abgespeichert, in dem der P-Anteil über dem Gradienten des Luftmassenstroms und der Regeldifferenz abgelegt ist. Der so bestimmte P-Anteil steht dann im Schritt 26 zur Verfügung.

Ausgehend vom Schritt 18 wird im Schritt 28 festgestellt, ob eine Freigabe eines integrierend wirkenden Regleranteils oder I-Anteils erfolgen kann. Hierzu wird beispielsweise geprüft, ob der aktuelle Wert der den Ansaugweg durchströmenden Luftmasse die Führungsgröße oder den Sollwert annähernd erreicht hat und innerhalb eines vorbestimmten Bereichs um die Führungsgröße liegt. Erst wenn diese Bedingungen vorliegen, wird im Schritt 30 von einer Festlegung des I-Anteils auf null im Schritt 32 auf eine Bestimmung des I-Anteils im Schritt 34 umgeschaltet. Zur Bestimmung des I-Anteils im Schritt 34 wird zunächst be­ stimmt, in welchem Quadranten I, II, III oder IV sich die aktu­ ellen Werte des Gradienten der den Ansaugweg durchströmenden Luftmasse und der Regeldifferenz Δx befinden. Abhängig vom er­ mittelten Quadranten wird dann der I-Anteil anhand von Kennfel­ dern bestimmt, wobei auch der im Schritt 24 ermittelte P-Anteil berücksichtigt wird. Der ermittelte I-Anteil wird dann im Schritt 36 ausgegeben.

Der P-Anteil aus Schritt 26 und der I-Anteil aus Schritt 36 werden dann additiv miteinander verknüpft, so dass im Schritt 38 der vom PI-Regler bestimmte Anteil der Stellgröße zur Verfü­ gung steht. Der Regleranteil der Stellgröße aus Schritt 38 wird additiv mit einem Vorsteuerungsanteil der Stellgröße aus Schritt 40 verknüpft, der im Vorsteuerungsschritt 42 bestimmt wurde. Nach der Verknüpfung des Regleranteils der Stellgröße aus Schritt 38 und des Vorsteuerungsanteils der Stellgröße aus Schritt 40 steht dann im Schritt 44 die berechnete Stellgröße zur Einstellung der Aufladeeinrichtung zur Verfügung.

Im Rahmen der Vorsteuerung im Schritt 42 wird zum einen eine Voreinstellung der Aufladeeinrichtung anhand eines Grundkenn­ felds in Abhängigkeit von Parametern wie dem Atmosphärendruck, der Lufttemperatur, der Last und der Drehzahl vorgenommen. Zum anderen wird eine dynamische Vorsteuerkorrektur vorgenommen, die den instationären Anteil der Vorsteuerung darstellt. Diese dynamische Vorsteuerkorrektur erfolgt ausschließlich dann, wenn eine Rauchbegrenzung beim Hochbeschleunigen aus niedrigen Mo­ tordrehzahlen vorgenommen wird. Durch die Rauchbegrenzung wird die eingespritzte Kraftstoffmenge vom Motorsteuergerät verrin­ gert, so dass weniger Abgasenergie für die Aufladeeinrichtung, z. B. den Abgasturbolader, zur Verfügung steht als ohne die Ver­ ringerung der eingespritzten Kraftstoffmenge. Dadurch fehlt aber Abgasenergie, die für eine dynamische Hochbeschleunigung oder eine Abgasrückführung erforderlich wäre. Zur Kompensation dieser fehlenden Abgasenergie werden die Vorsteuerwerte dann im Sinne einer Erhöhung der zur Verfügung stehenden Abgasenergie angehoben. Dies hat den Vorteil, dass zur Kompensation der feh­ lenden Abgasenergie keine aggressiven Regleranteile benötigt werden, um die erforderliche Einstellung der Aufladeeinrichtung vorzunehmen. Solche aggressiven Regleranteile würden nämlich bei höheren Drehzahlen den Regelkreis in unerwünschter Weise zum Schwingen bringen.

Zum Schutz des Motors und des Abgasturboladers sind im luft­ massengeführten Ladebetrieb, d. h. bei Verwendung der den An­ saugweg durchströmenden Luftmasse als Führungsgröße, verschie­ dene Maßnahmen vorgesehen.

Zum einen ist ein Kennfeld vorgesehen, in dem die maximalen Sollwerte des Luftmassenstroms im Ansaugweg über der Motordreh­ zahl und der Ladelufttemperatur aufgetragen sind. Indem die eingestellten Sollwerte durch dieses Kennfeld begrenzt werden, ist gewährleistet, dass der Motor auch bei höheren Ladelufttem­ peraturen wegen der dann geringeren Luftdichte nicht mit unzulässig hohen Ladedrücken betrieben und der maximal zulässige Brennraumdruck nicht überschritten wird.

Zum anderen werden die Sollwerte der den Ansaugweg durchströ­ menden Luftmasse durch eine Begrenzungskennlinie beschränkt, die das maximal zulässige Verdichtungsverhältnis des Abgastur­ boladers berücksichtigt. Mittels einer Referenztemperatur und eines Referenzdrucks kann das für einen bestimmten Be­ triebspunkt maximal zulässige Verdichtungsverhältnis des Abga­ sturboladers auf den maximal zulässigen Luftmassenstrom im An­ saugweg umgerechnet werden. Damit ist der Schutz des Abgastur­ boladers vor Pumpbetrieb und Überdrehzahl gewährleistet. Der sich ergebende, maximal zulässige Sollwert des Luftmassenstroms wird dabei im Sinne einer Dämpfung gefiltert, da bei einem kurzfristigen Überschreiten des maximal zulässigen Verdich­ tungsverhältnisses des Abgasturboladers, beispielsweise bei ei­ nem dynamischen Einregeln eines hohen Sollwertsprungs, keine Gefahr der Pumpneigung oder der Überdrehzahl für den Abgastur­ bolader besteht. Wird jedoch ein hoher Sollwertsprung langsam eingeregelt, beispielsweise in einem hohen Gang bei niedriger Motordrehzahl oder bei annähernd stationärem Betrieb des Abga­ sturboladers, muss die Begrenzung des maximal zulässigen Ver­ dichtungsverhältnisses des Abgasturboladers vorgenommen werden.

Darüber hinaus wird zum Schutz der Ladedruckschläuche und der zugehörigen Verbindungen, eine Begrenzung des Ladedrucks auf der Verdichterseite des Abgasturboladers vorgenommen. Hierzu dient ein konstanter vorgegebener Grenzdruck. Im luftmassenge­ führten Betrieb wird dieser vorgegebene Grenzdruck auf einen maximal zulässigen Luftmassenstrom umgerechnet.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird das Verdichterkenn­ feld des Abgasturboladers ohne Berücksichtigung eines Sicher­ heitsabstandes vom instabilen Betrieb, beispielsweise zur Be­ rücksichtigung von Alterungsvorgängen oder Serienstreuung, vollständig ausgenutzt. Erfindungsgemäß ist daher eine soge­ nannte Pumperkennung vorgesehen, mittels der instabile Betriebspunkte des Abgasturboladers erkannt werden können. Hierzu werden Schwingungen des Ladedrucks oder des Luftmassenstroms im Ansaugweg erfasst und ausgewertet. Im instabilen Betrieb oder Pumpbetrieb des Abgasturboladers gerät die Luftsäule im Ansaug­ weg in Schwingungen. Diese Schwingungen können anhand des aktu­ ellen Ladedrucks oder des aktuellen Luftmassenstroms erkannt werden. Verstärkt sich der Anteil der Eigenfrequenz der Luft­ säule über ein vorgegebenes Maß hinaus, liegt ein sogenannter Pumpbetrieb vor. In diesem Fall wird das zu dem aktuellen. Be­ triebspunkt gehörige maximal zulässige Verdichtungsverhältnis des Abgasturboladers zurückgenommen, bis der Anteil der Eigen­ frequenz wieder unter den vorgeschriebenen Grenzwert sinkt. Der vorgegebene Grenzwert des Anteils der Eigenfrequenz wird dabei so bemessen, dass auch bei einer Verringerung des maximal zu­ lässigen Verdichtungsverhältnisses des Abgasturboladers dieser noch spontan auf Änderungen reagieren kann. Dadurch ist eine deutliche Verringerung des maximal zulässigen Verdichtungsver­ hältnisses nicht mehr erforderlich, um den Lader wieder aus dem instabilen Betrieb zu führen.

Um eine undichte Luftführung der Ladeluft festzustellen, ist eine Kennlinie des maximal zulässigen Luftmassenstroms über dem aktuell vorliegenden Verdichtungsverhältnis am Abgasturbolader vorgesehen. Die Kennlinie liegt in Form eines reduzierten Luft­ massenstroms vor, wobei der aktuell erfasste Luftmassenstrom unter Berücksichtigung der Ladelufttemperatur, des Umgebungs­ luftdrucks, einer Referenztemperatur und eines Referenzdrucks auf den reduzierten Luftmassenstrom zurückgeführt wird. Über­ schreitet der erfasste und auf den reduzierten Luftmassenstrom zurückgeführte Wert den aus der Kennlinie vorgegebenen maximal zulässigen Wert, liegt ein Luftverlust des Systems vor. Die Überprüfung des maximal zulässigen Luftmassenstroms erfolgt nur dann, wenn die Kraftstoffeinspritzmenge in Funktion der Mo­ tordrehzahl größer ist als im Saugbetrieb des Motors erlaubt ist, demnach nur im eigentlichen Ladebetrieb.

Bei Motoren mit Abgasrückführung kann es vorkommen, dass die Luftführung am Beginn der Abgasrückführungsleitung durch Öl oder Rußpartikel verengt ist. Im Abgasrückführungsbetrieb kann eine solche Verengung durch ein höheres Verdichtungsverhältnis des Abgasturboladers ausgeglichen werden. Eine Verstopfung der Abgasrückführungsleitung kann erkannt werden, wenn bei einem hohen Atmosphärendruck, typischerweise höher als 950 mbar, der maximal zulässige Ladedruck des Abgasturboladers erreicht wird. Mittels eines Zählers wird die Anzahl der Überschreitungen des maximal zulässigen Ladedrucks erfasst und bei Überschreitung eines Grenzwertes ein Fehlerzustand angezeigt.

Claims (10)

1. Verfahren zur Regelung einer Aufladeeinrichtung für ei­ nen Verbrennungsmotor, insbesondere eines Abgasturboladers für einen Dieselmotor eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regelbereich in Abhängigkeit eines Gradienten (dx/dt) der zu regelnden Größe (x) und einer Differenz (Δx) der zu regeln­ den Größe (x) von einer Führungsgröße (x_s) in wenigstens vier Teilbereiche (I, II, III, IV) mit jeweils unterschiedlicher Re­ gelcharakteristik unterteilt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilbereiche gemäß einer positiven oder negativen Differenz (Δx) der zu regelnden Größe (x) zur Führungsgröße (x_s) sowie ge­ mäß eines positiven oder negativen Gradienten (dx/dt) der zu regelnden Größe (x) unterteilt sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelcharakteristik durch proportional wirkende und inte­ grierend wirkende Regleranteile bestimmt ist und bei negativem Gradienten (dx/dt) der zu regelnden Größe (x) eine hohe Gewich­ tung der integrierend wirkenden Regleranteile vorgesehen ist.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelcharakteristik durch proportional wirkende und inte­ grierend wirkende Regleranteile bestimmt ist und bei positivem Gradienten (dx/dt) der zu regelnden Größe (x) eine hohe Gewich­ tung der proportional wirkenden Regleranteile vorgesehen ist.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass integrierend wirkende Regleranteile zu der Regelcharakteristik erst dann zugeschaltet werden, wenn die zu regelnde Größe (x) die Führungsgröße (x_s) annähernd erreicht hat und innerhalb ei­ nes vorbestimmten Bereichs um die Führungsgröße (x_s) liegt.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Voreinstellung der Aufladeeinrichtung sowie eine Korrektur der Voreinstellung in Abhängigkeit einer aktuellen Kraftstoffe­ inspritzmenge vorgesehen sind.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Führungsgröße (x_s) ein Luftmassenstrom im Ansaugweg verwen­ det wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sollwert des Luftmassenstroms durch ein Kennfeld des maxi­ mal zulässigen Luftmassenstroms begrenzt ist, in dem der maxi­ mal zulässige Luftmassenstrom in Funktion der Motordrehzahl und der Ladelufttemperatur abgelegt ist.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Aufladeeinrichtung ein Abgasturbolader vorgesehen ist und ein Sollwert der Führungsgröße unter Berücksichtigung einer Be­ grenzungskennlinie des maximal zulässigen Verdichtungsverhält­ nisses des Abgasturboladers überprüft wird.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Aufladeeinrichtung ein Abgasturbolader vorgesehen ist und zum Erkennen instabiler Betriebspunkte des Abgasturboladers die Schwingungen eines Ladedrucks und/oder eines Luftmassenstromes im Ansaugweg erfasst und ausgewertet werden und bei Erkennen eines instabilen Zustands der maximal zulässige Ladedruck her­ abgesetzt wird.