DE102004005945B4

DE102004005945B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Ladedruckregelung bei zweistufiger Abgasturboaufladung

Info

Publication number: DE102004005945B4
Application number: DE102004005945A
Authority: DE
Inventors: Martin Spanninger; Markus Teiner
Original assignee: Daimler AG; Siemens AG
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2004-02-06
Filing date: 2004-02-06
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2024-02-07
Also published as: DE102004005945A1

Abstract

Verfahren zur Ladedruckregelung bei einer Brennkraftmaschine mit zweistufiger Abgasturboaufladung mit einem ersten (10) und einem zweiten (12) Turbolader, deren Verdichtungsleistung jeweils durch einen Steller eingestellt wird, mit den folgenden Schritten:
– in Abhängigkeit vom Ladedruck-Sollwert (PUT_SP) werden Vorsteuerungs-Stellwerte (28, 29) für die Steller der Turbolader berechnet;
– in Abhängigkeit von der Regeldifferenz aus dem Ladedruck-Istwert (PUT) und dem Ladedruck-Sollwert (PUT_SP) wird in einem gemeinsamen Regler (24) ein einziger Regelungs-Korrekturwert (30) zur Korrektur der Vorsteuerungs-Stellwerte (28, 29) beider Steller berechnet;
– aus den Vorsteuerungs-Stellwerten (28, 29) und dem Regelungs-Korrekturwert (30) werden in einer Koordinationseinheit (26) korrigierte Stellwerte (48, 58) berechnet, mit denen die Steller der Turbolader angesteuert werden;
– wobei die Koordinationseinheit (26) in Abhängigkeit vom Vorzeichen des Regelungs-Korrekturwertes (30) umschaltet zwischen einer Strategie zur Verringerung des Ladedrucks, bei der zunächst der Stellwert (28) für den Steller des zweiten Turboladers (12) korrigiert wird und nur dann, wenn...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ladedruckregelung bei einer Brennkraftmaschine mit zweistufiger Abgasturboaufladung.
Zur Leistungssteigerung von Brennkraftmaschinen wird der Ansaugtrakt mit Druck beaufschlagt, so dass die Brennkraftmaschine mehr Frischluft erhält und somit mehr Kraftstoff zugegeben und eine höhere Leistung erzeugt werden kann. Eine Möglichkeit zur Erhöhung des Ladedrucks ist die Turboaufladung, bei der die Frischluft von einer Verdichterturbine komprimiert wird. Die Verdichterturbine wird von einer Abgasturbine angetrieben, die mit dem Abgas der Brennkraftmaschine betrieben wird.
Um sehr hohe Ladedrücke zu erreichen und über einen möglichst weiten Last-Drehzahl-Bereich der Brennkraftmaschine hohen Ladedruck und somit ein hohes Drehmoment zu erreichen, kann man eine zweistufige Aufladung, auch Registeraufladung genannt, verwenden. Dabei strömt die Frischluft zuerst durch einen Niederdruck-Verdichter und dann durch den Hochdruck-Verdichter zu den Zylindern. Das Abgas strömt zuerst durch eine Hochdruck-Turbine, dann durch eine Niederdruck-Turbine in die Abgasanlage.
Die Verdichtungsleistungen der Turbinen können jeweils durch ein Wastegate, auch Ladedruckregelklappe genannt, eingestellt werden, welches in einer Bypass-Leitung um die Turbine angeordnet ist und durch einen Steller betätigt wird. Um den Ladedruck zu verringern, wird das Wastegate vom Steller geöffnet und die Abgase strömen in der Bypass-Leitung um die Turbine herum in die Abgasanlage.
Ziel der Ladedruckregelung ist es, so schnell und genau wie möglich den gewünschten Lastdruck stabil einzustellen und dabei den Abgasgegendruck gering zu halten, da dieser negativen Einfluss auf den Wirkungsgrad des Motors hat. In einem System mit zwei regelbaren Abgasturboladern kann man im mittleren Drehzahlbereich die erforderliche Verdichtungsleistung variabel zwischen den beiden Turboladern aufteilen. Jedoch muss bei instationärem Betrieb die Verteilung anders aussehen als im stationären Betrieb, um eine optimale Dynamik zu erreichen.
In der Praxis ergeben sich jedoch Probleme bei der Regelung und der Koordination der beiden Abgasturbolader. Bekannte bestehende Ansätze arbeiten mit zwei getrennten Reglern für die Turbolader der Hoch- und Niederdruckstufe. Die beiden Regler arbeiten im Prinzip unabhängig voneinander, werden jedoch in Abhängigkeit von gewissen Betriebsparametern derart koordiniert, dass in einigen Betriebszuständen nur ein einziger Regler aktiv ist. Probleme ergeben sich dabei im Übergangsbereich, in dem beide Regler aktiv sind. Dort kommt es insbesondere im instationärem Betrieb vor, dass beide Regler gegeneinander regeln, d. h., ein Regler korrigiert nach oben, während der andere nach unten korrigiert. Dies lässt sich nicht völlig vermeiden, da aufgrund des unterschiedlichen Dynamikverhaltens der beiden Turbolader auch die beiden Regler mit unterschiedlichen Parametern bedatet werden müssen, d. h. sie arbeiten unterschiedlich schnell.
Aus diesen Gründen versucht man, den Übergangsbereich, in dem beide Regler arbeiten, möglichst schmal zu machen. Im Extremfall wird direkt von einem zum anderen Regler umgeschaltet. Dieses Umschalten oder der Übergang in einem sehr schmalen Bereich führen aber zu einer Störung, während der es zu Ladedruckschwankungen kommt. Im schlimmsten Fall kann der übernehmende Regler den Ladedruck nicht halten, so dass es entweder zu einer dauerhaften Abweichung im Ladedruck kommt oder wieder auf den früheren Regler zurückgeschaltet wird. Dieser Vorgang kann sich mehrmals wiederholen, so dass es zu regelrechten Umschaltschwingungen kommt.
EP 1 387 058 A2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung eines Ladedrucks eines Verbrennungsmotors mit zwei Abgasturboladern und zwei Abgasumlenkklappen (Waste-Gates) mit zugeordneten Stellern. Die Steller der beiden Umlenkklappen werden von einem gemeinsamen Regler betätigt, wobei zwischen einer Ansteuerung des einen Stellers und einer Ansteuerung des zweiten Stellers umgeschaltet wird. Die Umschaltung erfolgt mittels eines Schalters, der in Abhängigkeit von in einem Steuergerät hinterlegten Kenndaten, beispielsweise der Drehzahl des Verbrennungsmotors und/oder der Einspritzmenge, betätigt wird. Somit wird bei dieser Regelungsstrategie bei einem bestimmten Betriebszustand des Verbrennungsmotors nur der eine Steller und bei einem anderen Betriebszustand nur der andere Steller angesteuert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ladedruckregelung bei zweistufiger Abgasturboaufladung bereitzustellen, bei welchem die beiden Abgasturbolader möglichst gut koordiniert werden, um den Ladedruck bei minimalem Abgasgegendruck stabil und mit möglichst geringen Ladedruckschwankungen einzustellen und ein optimales dynamisches Verhalten zu erreichen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden in Abhängigkeit vom gewünschten Ladedruck (Ladedruck-Sollwert), Vorsteuerungs-Stellwerte für die Steller der beiden Turbolader berechnet. Der Ladedruck-Sollwert wird beispielsweise von einem elektronischen Betriebssteuergerät (Engine Control Unit, ECU) vorgegeben. Ferner wird in Abhängigkeit von der Regeldifferenz aus dem Ladedruck-Istwert und dem Ladedruck-Sollwert in einem gemeinsamen Regler ein einziger Regelungs-Korrekturwert zur Korrektur der Vorsteuerungs-Stellwerte berechnet. Aus diesem Korrekturwert und den Vorsteuerungs-Stellwerten werden schließlich in einer Koordinationseinheit korrigierte Stellwerte berechnet, mit denen die Steller der Turbolader angesteuert werden.
Gemäß der Erfindung wird, wenn der Korrekturwert eine geforderte Erhöhung des Ladedrucks repräsentiert, zunächst der Stellwert für den Steller des ersten Turboladers korrigiert und nur dann, wenn die maximal mögliche Verstellung des Stellers des ersten Turboladers nicht ausreicht, um die geforderte Erhöhung des Ladedrucks zu erreichen, zusätzlich der Stellwert für den Steller des zweiten Turboladers korrigiert wird. Gehört der erste Turbolader zur Niederdruckstufe, wird also bei einer gewünschten Erhöhung des Ladedrucks der Korrekturwert zunächst durch die Niederdruckstufe umgesetzt, d. h. die Leistung der Niederdruckstufe wird erhöht. Reicht die Erhöhung über die Niederdruckstufe nicht aus, um den gewünschten Regeleingriff auszuführen, z. B. wenn die maximale Leistung eingestellt wurde, wird der verbleibende Rest der geforderten Korrektur über die Hochdruckstufe durchgeführt.
Umgekehrt wird, wenn der Korrekturwert eine geforderte Verringerung des Ladedrucks repräsentiert, zunächst der Stellwert für den Steller des zweiten Turboladers korrigiert und nur dann, wenn die maximal mögliche Verstellung des Stellers des zweiten Turboladers nicht ausreicht, um die geforderte Verringerung des Ladedrucks zu erreichen, wird zusätzlich der Stellwert für den Steller des ersten Turboladers korrigiert. Gehört der zweite Turbolader zur Hochdruckstufe, wird also bei zu hohem Ladedruck die Korrektur des Reglers zunächst durch die Hochdruckstufe umgesetzt, d. h., die Leistung der Hochdruckstufe wird reduziert. Reicht die Reduzierung über die Hochdruckstufe nicht aus, um den gewünschten Regeleingriff durchzuführen (z. B. wenn die Leistung auf 0 reduziert wurde), wird der verbleibende Rest der geforderten Korrektur über die Niederdruckstufe durchgeführt.
Die Koordinationsstrategie unterscheidet sich also, je nachdem, ob der Regelungs-Korrekturwert eine Korrektur des Ladedrucks nach oben oder nach unten repräsentiert.
Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass der Regelungs-Korrekturwert von einem einzigen Regler berechnet wird und daraus korrigierte Stellwerte für zumindest zwei Steller abgeleitet werden. Dadurch ist ausgeschlossen, dass die Korrekturen an den Stellwerten entgegengesetzt wirken: Entweder es wird nur einer der Stellwerte korrigiert, oder aber beide werden in die gleiche Richtung korrigiert. Zudem arbeitet stets nur ein einziger Regler, d. h., es muss nur ein Regler bedatet werden. Bei der Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Mikrocontroller-System eines elektronischen Betriebssteuergeräts werden dadurch Speicherplatz und Laufzeit eingespart.
Zudem erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren, den Sollwert schnell und genau einzustellen, ohne Störungen und Schwingungen durch Umschaltvorgänge zwischen verschiedenen Reglern zu verursachen.
Bevorzugt repräsentiert der Regelungs-Korrekturwert eine durch den Regeleingriff geforderte Änderung des Ladedrucks. Dies ist ungewöhnlich, da bei einem Regelungsverfahren üblicherweise ein Wert für die Stellgröße und nicht für die Regelgröße ausgegeben wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es jedoch sinnvoll, einen Änderungswert für den Ladedruck anstatt für den Stellwert auszugeben, da die gleiche Änderung des Stellwerts bei dem ersten und dem zweiten Turbolader unterschiedliche Druckänderungen zur Folge hat.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die zum Umsetzen des Korrekturwertes notwendigen Korrekturen der Vorsteue rungs-Stellwerte derart auf die beiden Stellwerte aufgeteilt, dass ein möglichst großer Anteil des Ladedrucks mit dem ersten der beiden Turbolader erzeugt wird. Dieser Turbolader ist beispielsweise derjenige der Niederdruckstufe. Dies ist vorteilhaft, weil die Niederdruckstufe weniger Abgasgegendruck erzeugt. Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterführung wird ein möglichst großer Anteil des Ladedrucks mit dem Turbolader erzeugt, der für den größeren Luftmassenstrom dimensioniert ist. Der Grund hierfür liegt wiederum darin, dass die größere Turbine einen geringeren Abgasgegendruck erzeugt. Der Turbolader der Niederdruckstufe kann auch gleichzeitig der Turbolader sein, der für den größeren Luftmassenstrom dimensioniert ist.
Bevorzugt werden die Vorsteuerungs-Stellwerte für die Steller der Turbolader und/oder der Regelungs-Korrekturwert außerdem in Abhängigkeit von einer oder mehreren Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine, insbesondere der Drehzahl, berechnet. Dadurch wird der aktuelle Betriebszustand der Brennkraftmaschine bei der Ladedruckregelung berücksichtigt.
Bevorzugt betätigen die Steller jeweils ein Wastegate in einem Bypasszweig des jeweiligen Turboladers. Alternativ können die Steller jedoch auch die Turbinengeometrie der Turbolader verstellen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Steller durch ein pulsweitenmoduliertes Signal angesteuert, so dass die Stellwerte die Form eines Tastverhältnisses (auch Impulsverhältnis genannt) haben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Registeraufladung,
2 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
3 ein Blockdiagramm, welches einen Teil des Verfahrens der 2 veranschaulicht,
4 ein Blockdiagramm mit den von einer Koordinationseinheit durchgeführten Schritten bei einer Korrektur hin zu niedrigen Ladedrücken,
5 ein Blockdiagramm mit den von der Koordinationseinheit durchgeführten Schritten bei einer Korrektur hin zu höheren Ladedrücken.
1 zeigt schematisch ein Beispiel einer Brennkraftmaschine mit Registeraufladung. Dargestellt ist eine Zylindereinheit 2 mit einem Ansaugtrakt auf der linken Bildseite und einem Abgastrakt auf der rechten Bildseite. Auf dem Weg zur Zylindereinheit 2 durchströmt die Frischluft zunächst einen Luftfilter 3, dann einen Niederdruck-Verdichter 14 und schließlich einen Hochdruck-Verdichter 16, bevor sie die Zylindereinheit 2 erreicht. Das Abgas strömt zunächst durch eine Hochdruck-Turbine 18 und dann durch eine Niederdruck-Turbine 20 in eine Abgasanlage 4. Der Niederdruck-Verdichter 14 und die Niederdruck-Turbine 20 gehören zu einem ersten (Niederdruck-)Turbolader 10, auch Niederdruckstufe genannt. Der Hochdruck-Verdichter 16 und die Hochdruck-Turbine 18 gehören zu einem zweiten (Hochdruck-)Turbolader 12, auch Hochdruckstufe genannt. Wie in der Zeichnung durch die Größe der Verdichter 14, 16 und Turbinen 20, 18 angedeutet, ist in diesem Beispiel die Niederdruckstufe 10 für größere Luftmassenströme dimensioniert als die Hochdruckstufe 12.
Die Verdichtungsleistungen der Turbolader 10 und 12 werden jeweils durch ein Wastegate 8 bzw. 7 eingestellt. Die Wastegates 7, 8 sind jeweils in einer Bypass-Leitung 21, 19 um die zugehörige Turbine 20, 18 angeordnet. Um den Ladedruck zu verringern, kann z. B. das Wastegate 7 durch einen nicht dargestellten Steller geöffnet werden, so dass die Abgase in der Bypass-Leitung 19 um die Turbine 18 herumströmen und die Verdichtungsleistung des Hochdruck-Turboladers 12 verringert wird. Alternativ kann auch das Wastegate 8 durch einen nicht dargestellten Steller oder beide Wastegates 7 und 8 geöffnet werden.
In 2 ist eine Übersicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Regelung dargestellt. Ein Regelalgorithmus, der sich des hier dargestellten Verfahrens bedient, ist z. B. in der Software eines Betriebssteuergerätes (ECU) implementiert. Alternativ kann die dargestellte Regelung auch durch eine Hardwarelösung realisiert werden.
Erklärungen der in den Zeichnungen verwendeten Abkürzungen sind in einer Tabelle am Ende der Beschreibung angegeben.
Das Blockdiagramm der 2 veranschaulicht eine Regeleinrichtung mit einer Vorsteuereinheit 22, einem Regler 24 und einer Koordinationseinheit 26. Die Vorsteuereinheit 22 berechnet anhand des Ladedruck-Sollwerts PUT SP sowie verschiedener anderer Einflussgrößen wie z. B. der Motordrehzahl N die Vorsteuerungs-Stellwerte 28, 29, welche die ersten Basiswerte für die Ansteuerung der beiden Steller darstellen. Die Steller betätigen jeweils das Wastegate des Hochdruck- bzw. eines Niederdruckladers und werden über ein pulsweitenmoduliertes Signal angesteuert.
Der Regler 24 gibt einen Korrekturwert 30 aus, der von der Regeldifferenz 31 zwischen dem Ladedruck-Sollwert PUT_SP und dem Ladedruck-Istwert PUT abhängt. Dabei haben Betriebsgrößen wie z. B. die Motordrehzahl N Einfluss auf die Berechnung des Korrekturwertes 30. Der dargestellte Regler ist ein PID-T1-Regler; in anderen Ausführungsformen kann der Regler jedoch auch ein anderes Regelverhalten aufweisen, beispielsweise ein PI- oder PD-Regelverhalten.
Der vom Regler ausgegebene Korrekturwert 30 entspricht hier nicht einem Tastverhältnis – der eigentlichen Steilgröße –, sondern einem Druck bzw. einer geforderten Druckänderung. Dies ist vorteilhafter als die Ausgabe eines Tastverhältnisses, da die gleiche Änderung des Tastverhältnisses in der Hochdruck- und Niederdruckstufe unterschiedliche Druckänderungen zur Folge hat. Die Umsetzung der geforderten Druckänderung auf eine Tastverhältnisänderung erfolgt erst in der Koordinationseinheit 26 individuell für beide Aufladestufen.
Die Koordinationseinheit 26 berechnet aus dem Korrekturwert 30 korrigierte Stellwerte 48, 58 für die beiden Steller, wie im Folgenden im Detail erläutert wird. Bei der Berechnung gehen verschiedene Größen wie Regeldifferenz, Motordrehzahl N und Ladedruck-Sollwert PUT SP und -Istwert PUT ein.
Je nachdem, ob der geforderte Regeleingriff in positiver oder negativer Richtung erfolgen soll, ob der Korrekturwert 30 also ein positives oder negatives Vorzeichen hat, werden die beiden Stellwerte für die beiden Steller gemäß unterschiedlichen Strategien aus dem jeweiligen Vorsteuerungs-Stellwert, dem Regelungs-Korrekturwert und verschiedenen Betriebsgrößen berechnet.
3 veranschaulicht die Umschaltung zwischen den beiden Strategien anhand des Vorzeichens des Korrekturwertes 30. Hierbei wird der Korrekturwert 30 in einem Vergleichsoperator 32 mit dem Wert 0 verglichen, und der Ausgangswert des Operators stellt einen Schalter 34. Dieser schaltet jeweils hin und her zwischen den Ausgaben zweier Berechnungsblöcke 27a, 27b, die gemäß den beiden Berechnungsstrategien die korrigierten Stellwerte 48, 58 ausrechnen. Die beiden Berechnungsblöcke 27a, 27b, der Vergleichsoperator 32 und der Schalter 34 bilden gemeinsam die Koordinationseinheit 26.
4 zeigt das im Berechnungsblock 27a durchgeführte Verfahren für die Korrektur hin zu niedrigeren Ladedrücken. Da die Korrektur nach unten erfolgen soll, soll zunächst die Leistung der Hochdruckstufe reduziert werden. Um aus der geforderten Änderung des Ladedrucks, dem Korrekturwert 30, eine Korrektur des Stellwerts (d. h. des Tastverhältnisses) der Hochdruckstufe zu errechnen, wird die Abhängigkeit der erforderlichen Stellwertkorrektur vom Ladedruck-Sollwert PUT SP mit Hilfe des Kennfeldes 36 ermittelt. Das Ergebnis wird mit der geforderten Druckänderung (Korrekturwert) 30 multipliziert. Man erhält so eine Korrektur 38 für den Stellwert der Hochdruckstufe.
Diese Korrektur 38 wird zum Vorsteuerungs-Stellwert 28 addiert, um einen korrigierten Vorsteuerungs-Stellwert 40 für die Ansteuerung des Stellers der Hochdruckstufe zu erhalten.
Falls die geforderte Korrektur so groß ist, dass die maximal mögliche Verstellung des Stellers der Hochdruckstufe nicht ausreicht, um die geforderte Druckverringerung zu erreichen, überschreitet der korrigierte Vorsteuerungs-Stellwert 40 seinen Verstellbereich, in dem sich aufgrund der Änderung des Stellwerts noch Änderungen des Ladedrucks ergeben. Daher wird der korrigierte Vorsteuerungs-Stellwert 40 mit Hilfe des Begrenzers 42 auf den Verstellbereich limitiert. Da die Minimal- und Maximalwerte des Verstellbereichs von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, insbesondere von der Motordrehzahl N und dem aktuellen Ladedruck PUT abhängen, werden der Minimal- und der Maximalwert des Verstellbereichs jeweils durch zwei Kennfelder 44, 46 bestimmt. Der so begrenzte korrigierte Stellwert 48 wird als Tastverhältnis zur Ansteuerung des Stellers der Hochdruckstufe ausgegeben.
Ggf. muss nun noch der Stellwert für die Niederdruckstufe korrigiert werden. Ob auch noch ein Eingriff über die Niederdruckstufe notwendig ist, erkennt man anhand der Differenz 50 zwischen dem korrigierten Vorsteuerungs-Stellwert 40 für den Steller der Hochdruckstufe und dem korrigierten Stellwert 48, der auf den Verstellbereich begrenzt ist. Falls der korrigierte Vorsteuerungs-Stellwert 40 im Verstellbereich liegt, ist die Differenz gleich 0, anderenfalls bleibt eine fehlende Korrektur 50, die mit der Niederdruckstufe bewirkt werden muss. Zur Rückumwandlung des Differenz-Stellwertes 50 in eine Druckdifferenz wird die Abhängigkeit des Ladedrucks vom Stellwert (Tastverhältnis) der Hochdruckstufe mittels des Kennfeldes 36' linearisiert (dieses ist das inverse Kennfeld zu 36). Es ist notwendig, das fehlende Tastverhältnis der Hochdruckstufe 50 wieder in eine Druckdifferenz umzuwandeln, da die Abhängigkeit zwischen Tastverhältnis und Ladedruck bei der Niederdruckstufe anders als bei der Hochdruckstufe ist. Durch Multiplikation des Kennfeldwertes mit der Differenz 50 erhält man eine Druckdifferenz 52, die noch durch die Niederdruckstufe umgesetzt werden muss.
Diese Druckdifferenz 52 wird, wie oben bereits der Korrekturwert 30, wiederum über eine Linearisierung um den Arbeitspunkt über ein Kennfeld 54 in eine Korrektur für den Stellwert der Niederdruckstufe 56 umgerechnet. Diese Korrektur wird zum Vorsteuerungs-Stellwert 29 der Niederdruckstufe addiert, um den korrigierten Stellwert 58 und damit das Tastverhältnis zur Ansteuerung des Stellers der Niederdruckstufe zu erhalten.
Es wurden also zwei korrigierte Stellwerte 48, 58 zur Ansteuerung der beiden Steller berechnet.
Falls der korrigierte Vorsteuerungs-Stellwert 40 im sinnvollen Verstellbereich lag, ist die fehlende Korrektur 50 gleich 0. Der Wert 0 wird zweimal mit Kennfeldwerten multipliziert, bleibt also 0 und es ergibt sich eine Korrektur 56 für die Niederdruckstufe, die ebenfalls gleich 0 ist. Dieser Wert 0 wird zum Vorsteuerungs-Stellwert 29 addiert, der also unverändert bleibt. Hierdurch wird das Ziel erreicht, dass die Niederdruckstufe nicht verstellt wird, wenn die Hochdruckstufe den gesamten Regeleingriff umsetzen kann.

Bei Korrekturen hin zu höheren Ladedrücken wird zunächst die Leistung der Niederdruckstufe erhöht. Der in 5 gezeigte Ablauf ist prinzipiell der gleiche wie bei der Korrektur hin zu niedrigeren Drücken, nur wird hier zuerst der korrigierte Stellwert 58 für die Niederdruckstufe errechnet. Anschließend wird der korrigierte Stellwert für die Hochdruckstufe berechnet. Kann der gesamte Regeleingriff jedoch mit der Niederdruckstufe umgesetzt werden, wird der Vorsteuerungs-Stellwert 28 der Hochdruckstufe nicht verändert. Da der Ablauf im übrigen demjenigen bei der Korrektur hin zu niedrigeren Drücken entspricht, wird auf eine ausführliche Erläuterung des in 5 dargestellten Verfahrens verzichtet. Tabelle

Variablenname	Bedeutung
N	Motordrehzahl
PUT_SP	Ladedruck-Sollwert
PUT	Ladedruck-Istwert
...	Weitere Größen
PUT_dif	Regeldifferenz
WGPWM_H_OLC	Vorsteuerungs-Stellwert für Hochdruckstufe
WGPWM_L_OLC	Vorsteuerungs-Stellwert für Niederdruckstufe
PRS_DIF_COR	Reglerausgang, Regelungs-Korrekturwert
WGPWM_H	Stellwert für Hochdruckstufe
WGPWM_L	Stellwert für Niederdruckstufe
WGPWM_H_COR_ADD	Additive Korrektur des Stellsignals der Hochdruckstufe zur Umsetzung der Reglerkorrektur
WGPWM_L_COR_ADD	Additive Korrektur des Stellsignals der Niederdruckstufe zur Umsetzung der Reglerkorrektur
WGPWM_H_COR_BAS	Summe der Vorsteuerung und der Reglerkorrektur des Stellsignals der Hochdruckstufe
WGPWM_L_COR_BAS	Summe der Vorsteuerung und der Reglerkorrektur des Stellsignals der Niederdruckstufe
PRS_DIF_COR_L	Anteil des Reglerausgangs, der durch die Niederdruckstufe umgesetzt werden muss
PRS_DIF_COR_H	Anteil des Reglerausgangs, der durch die Hochdruckstufe umgesetzt werden muss
WGPWM_L_COR_DIF	Fehlende Korrektur des Stellsignals der Niederdruckstufe zur Umsetzung der Reglerkorrektur
WGPWM_H_COR_DIF	Fehlende Korrektur des Stellsignals der Hochdruckstufe zur Umsetzung der Reglerkorrektur

Claims

Verfahren zur Ladedruckregelung bei einer Brennkraftmaschine mit zweistufiger Abgasturboaufladung mit einem ersten (10) und einem zweiten (12) Turbolader, deren Verdichtungsleistung jeweils durch einen Steller eingestellt wird, mit den folgenden Schritten: – in Abhängigkeit vom Ladedruck-Sollwert (PUT_SP) werden Vorsteuerungs-Stellwerte (28, 29) für die Steller der Turbolader berechnet; – in Abhängigkeit von der Regeldifferenz aus dem Ladedruck-Istwert (PUT) und dem Ladedruck-Sollwert (PUT_SP) wird in einem gemeinsamen Regler (24) ein einziger Regelungs-Korrekturwert (30) zur Korrektur der Vorsteuerungs-Stellwerte (28, 29) beider Steller berechnet; – aus den Vorsteuerungs-Stellwerten (28, 29) und dem Regelungs-Korrekturwert (30) werden in einer Koordinationseinheit (26) korrigierte Stellwerte (48, 58) berechnet, mit denen die Steller der Turbolader angesteuert werden; – wobei die Koordinationseinheit (26) in Abhängigkeit vom Vorzeichen des Regelungs-Korrekturwertes (30) umschaltet zwischen einer Strategie zur Verringerung des Ladedrucks, bei der zunächst der Stellwert (28) für den Steller des zweiten Turboladers (12) korrigiert wird und nur dann, wenn die maximal mögliche Verstellung des Stellers des zweiten Turboladers nicht ausreicht, um die geforderte Verringerung des Ladedrucks zu erreichen, zusätzlich der Stellwert (29) für den Steller des ersten Turboladers (10) korrigiert wird, und einer Strategie zur Erhöhung des Ladedrucks, bei der zunächst der Stellwert (29) für den Steller des ersten Turboladers (10) korrigiert wird und nur dann, wenn die maximal möglicher Verstellung des Stellers des ersten Turboladers nicht ausreicht, um die geforderte Erhöhung des Ladedruck zu erreichen, zusätzlich der Stellwert (28) für den Steller des zweiten Turboladers korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Regelungs-Korrekturwert (30) eine durch den Regeleingriff geforderte Änderung des Ladedrucks repräsentiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Turbolader (10) zu einer Niedrigdruckstufe und der zweite Turbolader (12) zu einer Hockdruckstufe der Abgasturboladung gehört.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Turbolader (10) für einen größeren Luftmassenstrom dimensioniert ist als der zweite Turbolader (12).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsteuerungs-Stellwerte (28, 29) für die Steller der Turbolader (10, 12) außerdem in Abhängigkeit von einer oder mehreren Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine, insbesondere der Motordrehzahl (N), berechnet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelungs-Korrekturwert (30) zur Korrektur der Vorsteuerungs-Stellwerte in dem gemeinsamen Regler (24) außerdem in Abhängigkeit von einer oder mehreren Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine, insbesondere der Motordrehzahl (N), berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steller jeweils ein Wastegate in einem Bypasszweig des jeweiligen Turboladers (10, 12) betätigen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steller durch ein pulsweitenmoduliertes Signal angesteuert werden und die Stellwerte (48, 58) Tastverhältnisse sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung der korrigierten Stellwerte (48, 58) in der Koordinationseinheit (26) die geforderte Änderung des Ladedrucks mit Hilfe von Kennfeldern (54, 36) für den ersten und den zweiten Turbolader (10, 12) in entsprechende Korrekturen der Stellwerte (56, 38) für die beiden Steller umgewandelt wird.
Vorrichtung zur Ladedruckregelung bei einer Brennkraftmaschine mit zweistufiger Abgasturboaufladung mit einem ersten (10) und einem zweiten (12) Turbolader, deren Verdichtungsleistung jeweils durch einen Steller einstellbar ist, mit: – einer Vorsteuereinheit (22) zum Berechnen von Vorsteuerungs-Stellwerten (28, 29) für die Steller der Turbolader in Abhängigkeit vom Ladedruck-Sollwert (PUT_SP); – einem gemeinsamen Regler (24) zum Berechnen eines Regelungs-Korrekturwertes (30) zur Korrektur der Vorsteuerungs-Stellwerte beider Steller in Abhängigkeit von der Regeldifferenz aus dem Ladedruck-Istwert (PUT) und dem Ladedruck-Sollwert; – einer Koordinationseinheit (26) zum Berechnen von korrigierten Stellwerten (48, 58) zur Ansteuerung der Steller aus den Vorsteuerungs-Stellwerten (28, 29) und dem Korrekturwert (30), – wobei die Koordinationseinheit (26) einen Vergleichsoperator (32) zum Bestimmen des Vorzeichens des Regelungs-Kennwertes (30) sowie zwei Berechnungsblöcke (27a, 27b) aufweist, zwischen denen in Abhängigkeit von dem Vorzeichen des Regelungs-Korrekturwertes (30) umgeschaltet wird und von denen der eine Berechnungsblock (27a) gemäß einer Strategie zur Verringerung des Ladedrucks arbeitet, bei der zunächst der Stellwert (28) für den Steller des zweiten Turboladers (12) korrigiert wird und nur dann, wenn die maximal mögliche Verstellung des Stellers des zweiten Turboladers nicht ausreicht, um die geforderte Verringerung des Ladedrucks zu erreichen, zusätzlich der Stellwert (29) für den Steller des ersten Turboladers (10) korrigiert wird, und von denen der andere Berechnungsblock (27b) gemäß einer Strategie zur Erhöhung des Ladedrucks arbeitet, bei der zunächst der Stellwert (29) für den Steller des ersten Turboladers (10) korrigiert wird und nur dann, wenn die maximal mögliche Verstellung des Stellers des ersten Turboladers nicht ausreicht, um die geforderte Erhöhung des Ladedrucks zu erreichen, zusätzlich der Stellwert (28) für den Steller des zweiten Turboladers (12) korrigiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei welcher der Regelungs-Korrekturwert (30) eine durch den Regeleingriff geforderte Änderung des Ladedrucks repräsentiert.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsteuereinheit (22) die Vorsteuerungs-Stellwerte (28, 29) für die Steller der Turbolader außerdem in Abhängigkeit von einer oder mehreren Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine, insbesondere der Motordrehzahl (N), berechnet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (24) den Regelungs-Korrekturwert (30) zur Korrektur der Vorsteuerungs-Stellwerte (28, 29) außerdem in Abhängigkeit von einer oder mehreren Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine, insbesondere der Motordrehzahl (N), berechnet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein elektronisches Betriebssteuergerät (ECU) ist.