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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Regelung des Ladedrucks einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei
Abgasturboladern. Dabei ist ein erstes Stellglied vorgesehen, mit
dem der Ladedruck eines ersten Abgasturboladers eingestellt wird.
Weiterhin ist ein zweites Stellglied vorgesehen ist, mit dem der
Ladedruck eines zweiten Abgasturboladers eingestellt wird. Eine
solche Anordnung mit zwei Abgasturboladern ist bereits unter dem
Begriff der mehrstufigen Aufladung bekannt.
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Wie
z. B. aus der
DE 41
07 693 A1 oder der
EP
04 54 943 A1 hervorgeht, erfolgt üblicherweise die Ladedruckregelung
dadurch, dass ein Regler in Abhängigkeit
von der Abweichung zwischen einem Soll-Ladedruck und einem Ist-Ladedruck
eine Stellgröße bildet.
Diese Stellgröße wird
entweder dazu verwendet (s.
DE
41 07 693 A1 ), ein Ventil in einem die Turbine des Laders
im Abgaskanal überbrückenden
Bypass oder die verstellbaren Turbinenleitschaufeln einer Turbine
mit variabler Geometrie zu steuern (s.
EP 04 54 943 A1 ).
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An
Motoren werden zunehmend höhere
Anforderungen bzgl. der Abgas- und Verbrauchskennwerte gestellt.
Ein Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie erlaubt durch
Verstellen der Turbinenleitschaufeln eine Anpassung an den aktuellen Motorbetriebspunkt.
Mit dieser Technik kann ein verzögertes
Ansprechen des Abgasturboladers (Turboloch) verringert und gleichzeitig
der Wirkungsgrad des Motors verbessert werden. Bei Beschleunigungsvorgängen treten
oft starke Überschwinger
des Ladedrucks auf die den Turbolader mechanisch sehr stark belasten.
Darüber
hinaus kann ein zu star kes Schließen der variablen Turbinengeometrie
in der Beschleunigungsphase zu einem unerwünscht hohen Abgasgegendruck
führen,
wodurch Dynamik und Wirkungsgrad des Motors negativ beeinflusst
werden.
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Aus
der
DE 10010978 A1 ist
eine Vorrichtung zur Regelung des Ladedrucks einer Brennkraftmaschine
mit einem Abgasturbolader bekannt, dessen im Abgaskanal der Brennkraftmaschine
angeordnete Turbine eine veränderbare
Geometrie aufweist, wobei die Regelung des Ladedrucks über eine
Verstellung der Turbinengeometrie erfolgt. Ein Regler bildet in
Abhängigkeit
von dem im Abgaskanal vor der Turbine herrschenden Abgasgegendruck
eine Stellgröße für die Turbinengeometrie.
Auf diese Weise werden die oben beschriebenen Probleme im Falle
einer Brennkraftmaschine mit einstufiger Aufladung zufriedenstellend
gelöst.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Ladedruckregelung der eingangs genannten Art anzugeben,
welche gewährleisten,
dass auch im Falle einer Brennkraftmaschine mit mehrstufiger Aufladung
der Ladedruck bei einem Lastwechsel dem Verlauf des gewünschten
Ladedrucksollwertes möglichst
schnell folgt, wobei eine Überschreitung
des Ladedrucksollwertes vermieden wird, um die Abgasturbolader vor unnötig hohen
Belastungen zu schützen.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
genannte Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und
6 dadurch gelöst,
dass in Abhängigkeit
von dem im Abgaskanal am Ausgang der Brennkraftmaschine herrschenden
Abgasgegendruck eine erste Stellgröße für das erste Stellglied und
eine zweite Stellgröße für das zweite
Stellglied ermittelt wird. Der Abgasgegendruck reagiert erheblich
schneller als der Ladedruck auf ein verändertes Verhalten der Regelstrecke – z. B.
Drehzahländerung,
Lastwechsel, Änderung
einer Abgasrückführung – oder auf
Störungen
z. B. im Stellsystem. Wird nun erfindungsgemäß der Abgasgegendruck auch für eine Brennkraftmaschine
mit mehrstufiger Aufladung zur Herleitung der Stellgrößen verwendet,
so erreicht man dadurch auch für
die mehrstufige Aufladung eine sehr schnelle Reaktion der Ladedruckregelung
auf eine Veränderung
des vorgegebenen Soll-Ladedrucks. Dabei kann der vorgegebene Soll-Ladedruck
ohne Überschwingen
eingestellt werden. Die Abgasturbolader werden auf diese Weise auch
vor Überdrehzahl
geschützt.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung
gehen aus den Unteransprüchen
hervor.
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Danach
wird in vorteilhafter Weise aus der Abweichung zwischen einem Soll-Ladedruck
und einem Ist-Ladedruck von einem ersten Regler ein Soll-Abgasgegendruck
ermittelt, und aus der Abweichung zwischen dem Soll-Abgasgegendruck
und einem gemessenen oder geschätzten
Ist-Abgasgegendruck werden von einem zweiten Regler die Stellgrößen für die Stellglieder
hergeleitet. Auf diese Weise wird eine Ladedruckregelung mit unterlagerter
Regelung des Abgasgegendruckes und Aufteilung des Reglerausgangs
auf mehrere Stellglieder erreicht. Somit lässt sich die schnelle Reaktion
der Ladedruckregelung auf eine Veränderung des vorgegebenen Soll-Ladedrucks
für die
mehrstufige Aufladung im Vergleich zur einstufigen Aufladung mit
nur minimalem Zusatzaufwand realisieren.
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Vorteilhaft
ist weiterhin, wenn der Soll-Abgasgegendruck auf einen vorgegebenen
Bereich begrenzt wird. Auf diese Weise lassen sich die Komponenten
der Brennkraftmaschine für
den Fall der mehrstufigen Aufladung und die dabei auftretenden im
Vergleich zur einstufigen Aufladung höheren Abgasgegendrücke wirkungsvoll
schützen.
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Zeichnung
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Anhand
eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend
die Erfindung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader
gemäß dem Stand
der Technik,
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2 ein
Funktionsdiagramm für
die Regelung des Ladedrucks bei einstufiger Aufladung ebenfalls
gemäß dem Stand
der Technik, 3 eine schematische Darstellung
einer Brennkraftmaschine mit zwei Abgasturboladern, 4 ein
Funktionsdiagramm für
die Regelung des Ladedrucks bei mehrstufiger Aufladung, 5 eine
erste Kennlinie eines Aufteilungsgliedes und 6 eine zweite
Kennlinie des Aufteilungsgliedes.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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Aus
der
DE 10010978 A1 ist
für einstufige Aufladung
folgendes bekannt:
In der
1 ist eine
Brennkraftmaschine
1 mit einem Ansaugkanal
2 und
einem Abgaskanal
3 dargestellt. Im Abgaskanal
3 ist
die Turbine
4 und im Ansaugkanal
2 der Verdichter
5 eines
Abgasturboladers angeordnet. Des weiteren kann die Brennkraftmaschine mit
einem Abgasrückführkanal
6 ausgestattet
sein, der den Abgaskanal
3 mit dem Saugrohr
2 verbindet. Im
Abgasrückführkanal
6 befindet
sich ein steuerbares Ventil
7. Im Saugrohr
2 sind
ein Drucksensor
8 zur Messung des Ladedrucks pld und ein
Luftmassensensor
9 zur Messung der angesaugten Luftmasse
Im angeordnet. Außerdem
befindet sich im Saugrohr eine Drosselklappe
10. Ein Sensor
11 erfasst
die Drehzahl nmot der Brennkraftmaschine, und ein Drucksensor
12 im
Abgaskanal
3 misst den Abgasgegendruck pag vor der Turbine
4.
Es ist ein Steller
13 vorhanden, der auf die Turbinengeometrie
einwirkt, d. h. eine Verstellung der Turbinenleitschaufeln vornimmt.
Dieser Steller
13 erhält
eine Stellgröße vtg aus
einem Steuergerät
14.
Zur Herleitung der Stellgröße vtg für die Turbinengeometrie
und einer Stellgröße arf für das Abgasrückführventil
verwendet das Steuergerät
14 als
Eingangsgrößen die
Motordrehzahl nmot, die Drosselklappenstellung dk, die angesaugte
Luftmasse lm, den Ladedruck pld und den Abgasgegendrück pag.
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Wie
das Steuergerät 14 aus
den genannten Eingangsgrößen die
Stellgröße vtg für die Turbinengeometrie
herleitet, wird anhand des Funktionsdiagramms in 2 näher beschrieben.
Ein Prozessor PZ ermittelt aus der Motordrehzahl nmot, der Drosselklappenstellung
dk, welche den Fahrerwunsch wiedergibt, und noch eventuell anderen
hier nicht erwähnten
Betriebsgrößen des
Motors einen Soll-Ladedruck plds. Auf die Herleitung des Soll-Ladedrucks plds
wird hier nicht näher
eingegangen, weil sie zum Stand der Technik gehört. In einem ersten Verknüpfungspunkt
V1 wird die Abweichung Δpld
zwischen dem Soll-Ladedruck plds und einem Ist-Ladedruck pld ermittelt.
Der Abweichungswert Δpld
für den
Ladedruck wird einem ersten Regler R1 (z. B. PI oder PID-Regler)
zugeführt.
Die Ausgangsgröße des ersten
Reglers R1 entspricht einem Sollwert pags des Abgasgegendrucks im
Abgaskanal 3. In einem zweiten Verknüpfungspunkt V2 wird die Abweichung Δpag zwischen
dem Soll-Abgasgegendruck pags und dem Ist-Abgasgegendrück pag bestimmt.
Der Abweichungswert Δpag
für den
Abgasgegendruck wird einem zweiten Regler R2 zugeführt, der
schließlich
die Stellgröße vtg für die veränderbare
Turbinengeometrie bildet.
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Der
Ist-Ladedruck pld kann entweder mittels des Drucksensors 8 im
Saugrohr 2 gemessen werden, oder es kann ein Schätzwert für den Ist-Ladedruck
vom Prozessor PZ aus verschiedenen Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine
hergeleitet werden. Die strich punktierte Linie in der 2 deutet an,
dass der Ist-Ladedruck pld ein vom Prozessor PZ ermittelter Schätzwert ist.
Der Ist-Abgasgegendruck pag kann ein Messwert des Drucksensors 12 im
Abgaskanal 3 sein. Für
den Ist-Abgasgegendruck pag kann aber auch ein vom Prozessor PZ
aus Betriebsgrößen der
Brennkraftmaschine hergeleiteter Schätzwert sein. Die vom Prozessor
PZ zum zweiten Verzweigungspunkt V2 führende strichpunktierte Linie
deutet an, dass der Ist-Abgasgegendruck pag ein vom Prozessor PZ
berechneter Schätzwert
ist. Auf die Berechnung der Schätzwerte
für den
Ist-Sollladedruck pld und den Ist-Abgasgegendruck pag wird hier nicht
näher eingegangen,
weil hier aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren verwendet
werden können.
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Durch
Schließen
der Turbinengeometrie steigt der Abgasgegendruck pag im Abgaskanal 3 vor der
Turbine 4 an und damit auch die in die Turbine 4 eingekoppelte
Energie. Dadurch steigt die Laderdrehzahl und gleichzeitig auch
der Ladedruck pld im Saugrohr 2. Falls eine Abgasrückführung, wie
in der 1 dargestellt, vorhanden ist, kann über den
Abgasrückführkanal 6 durch Öffnen des
Ventils 7 Abgas in das Saugrohr gelangen, wenn der Abgasgegendruck
pag größer ist
als der Ladedruck pld. Wird das Abgasrückführventil 7 geöffnet, so
sinkt der Abgasgegendruck pag und dadurch ebenfalls der Ladedruck
pld im Saugrohr 2.
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Die
Erfindung basiert auf der Beobachtung, dass der Abgasgegendruck
pag wesentlich schneller auf eine Verstellung der Turbinengeometrie
reagiert als der Ladedruck pld. Der Ladedruck pld spricht erst um
die Zeitkonstante des Abgasturboladers verzögert an. Daher wird die Dynamik
eines Reglers für den
Ladedruck wesentlich durch das Trägheitsmoment des Abgasturboladers
begrenzt. Die dabei auftretende Zeitkonstante ist jedoch wesentlich
größer als
die Zeitkonstante einiger Störungen,
die durch das zeitvariante Verhalten der Regelstrecke, durch Öffnen und
Schließen
des Abgasrückführventils 7 oder
durch Fehler im Leitapparat der Turbine 4 auf das System
wirken. Störungen
des Leitapparats der Turbine, Veränderungen des Ventilhubs, des
Abgasrückführventils 7 oder
Veränderungen
des Arbeitspunktes der Brennkraftmaschine wirken sich sehr direkt
auf den Abgasgegendruck pag aus und können daher in dem unterlagerten
Regelkreis mit dem Regler R2 sehr schnell ausgeglichen werden. Der überlagerte
Regelkreis mit dem Regler R1 muss langsamer ausgelegt werden als
der unterlagerte Regelkreis mit dem Regler R2. Da der Ladedruck
pld aber ohnehin träger
ist als der Abgasgegendruck pag, wird diese Bedingung automatisch
erfüllt.
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Bei
geringem Massendurchsatz durch die Brennkraftmaschine 1 wird
auch im Stationärbetrieb der
Brennkraftmaschine 1 das maximal erzielbare Drehmoment
bzw. die maximal erzielbare Leistung der Brennkraftmaschine 1 durch
den maximal erreichbaren Ladedruck begrenzt.
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Um
die Dynamik und das Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine zu
verbessern und den maximal erreichbaren Ladedruck zu erhöhen, können für die mehrstufige
Aufladung mehrere Abgasturbolader hintereinandergeschaltet werden.
Diese können sich
in der Höhe
des von ihnen erzeugbaren Ladedruckes unterscheiden.
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Erfindungsgemäß ist es
nun vorgesehen, bei einer Brennkraftmaschine mit mehrstufiger Aufladung,
insbesondere mit mindestens zwei Abgasturboladern, in Abhängigkeit
von dem im Abgaskanal 3 am Ausgang der Brennkraftmaschine 1 herrschenden
Abgasgegendruck pag eine erste Stellgröße für ein erstes Stellglied, eine
zweite Stellgröße für ein zweites
Stellglied und gegebenenfalls mindestens eine weitere Stellgröße für mindestens
ein weiteres Stellglied zu ermitteln. Im Falle der Aufladung der Brennkraftmaschine
mittels beispielsweise zwei Abgasturboladern wird dabei der Ladedruck
eines ersten Abgasturboladers vom ersten Stellglied und der Ladedruck
eines zweiten Abgasturboladers vom zweiten Stellglied eingestellt. 3 zeigt
eine schematische Ansicht der Brennkraftmaschine 1 mit
zwei Abgasturboladern. Dabei stellt die schematische Ansicht nach 3 eine
Erweiterung der schematischen Ansicht aus 1 um einen
zusätzlichen
Abgasturbolader dar. In 3 kennzeichnen dabei gleiche
Bezugszeichen gleiche Elemente wie in den vorherigen Figuren. Im
Unterschied zur 1 ist in der schematischen Ansicht
nach 3 der Abgasrückführkanal 6 mit
dem steuerbaren Ventil 7 nicht mehr dargestellt, weil er
für die
Funktionsweise der Erfindung nicht von Bedeutung ist. Ein weiterer
Unterschied zwischen der Anordnung nach 3 und der Anordnung
nach 1 besteht darin, dass bei der Anordnung nach 3 ein
zusätzlicher
Abgasturbolader vorgesehen ist. Dabei treibt eine zweite Turbine 25 stromab
der ersten Turbine 4 im Abgaskanal 3 über eine
zweite Welle 30 einen zweiten Verdichter 35 an,
der stromauf des ersten Verdichters 5 im Ansaugkanal 2 angeordnet
ist. Die zweite Turbine 25, die zweite Welle 30 und
der zweite Verdichter 35 stellen einen zweiten Abgasturbolader
dar, wohingegen die erste Turbine 4, der erste Verdichter 5 und
eine erste Welle 20, über
die die erste Turbine 4 den ersten Verdichter 5 antreibt,
einen ersten Abgasturbolader darstellen. Der Luftmassensensor 9 ist
stromauf des zweiten Verdichters 35 im Ansaugkanal 2 ange ordnet.
Die Anordnung der übrigen
Sensoren gemäß der Anordnung
nach 3 entspricht der in 1. In 3 ist
im Unterschied zur 1 noch ein Ladeluftkühler 60 zwischen
dem ersten Verdichter 5 und dem Drucksensor 8 im
Ansaugkanal 2 dargestellt, der die verdichtete Luft wieder
abkühlt.
Dies ist besonders bei mehrstufiger Aufladung von Vorteil, bei der
im Vergleich zur einstufigen Aufladung ein höherer Ladedruck und damit auch
eine höhere
Ansauglufttemperatur erzeugt werden kann. Für die Funktion der Erfindung
spielt der Ladeluftkühler 60 jedoch
keine Rolle. Weiterhin ist in 3 im Unterschied
zur 1 ein Verteiler 65 dargestellt, über den
die über
den Ansaugkanal 2 zugeführte
Frischluft auf die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine 1 verteilt
werden. Jeder der beiden Abgasturbolader liefert einen Beitrag für den Ladedruck
pld, der vom Drucksensor 8 stromab des Ladeluftkühlers 60 und
des ersten Verdichters 5 in dem Ansaugkanal 2 gemessen
wird. Dabei wird der Beitrag des ersten Abgasturboladers zum Ladedruck
pld als Ladedruck des ersten Abgasturboladers und der Beitrag des
zweiten Abgasturboladers zum Ladedruck pld als Ladedruck des zweiten Abgasturboladers
bezeichnet. Gemäß der beispielhaften
Ausführung
nach 3 stellt dabei der erste Abgasturbolader einen
Hochdruckabgasturbolader und der zweite Abgasturbolader einen Niederdruckabgasturbolader
dar. Das bedeutet, dass der erste Abgasturbolader auf einem höheren Druckniveau
arbeitet als der zweite Abgasturbolader.
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Ein
weiterer Unterschied zwischen der Anordnung nach 3 und
der Anordnung nach 1 besteht darin, dass der Ladedruck
des ersten Abgasturboladers in 3 nicht
durch Beeinflussung der Geometrie der ersten Turbine 4 eingestellt
wird, sondern durch Ansteuerung eines ersten Bypassventils 40 in
einem ersten Bypasskanal 70 um die erste Turbine 4 im
Abgaskanal 3. Diese Ansteuerung erfolgt dabei ebenfalls
vom Steuergerät 14 aus.
Zusätzlich oder
alternativ kann wie in 3 gestrichelt dargestellt der
Ladedruck des ersten Abgasturboladers auch durch Ansteuerung eines
zweiten Bypassventils 45 in einem zweiten Bypasskanal 75 um
den ersten Verdichter 5 im Ansaugkanal 2 eingestellt
werden. Für
den zweiten Abgasturbolader ist gemäß 3 eine Einstellung
des zugeordneten Ladedrucks durch Ansteuerung eines dritten Bypassventils 50 in
einem dritten Bypasskanal 80 um die zweite Turbine 25 im
Abgaskanal 3 vorgesehen. Die Ansteuerung der Bypassventile 40, 45, 50 erfolgt
dabei jeweils durch das Steuergerät 14. Im übrigen entspricht die
Anordnung der 3 der Anordnung der 1.
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Die
Funktionsweise der Erfindung wird nun anhand des Funktionsdiagramms
nach 4 näher erläutert. Dieses
Funktionsdiagramm stellt dabei eine erfindungsgemäße Vorrichtung 55 dar,
mit der das erfindungsgemäße Verfahren
durchgeführt
wird. Das Funktionsdiagramm nach 4 kann dabei
software- und/oder hardwaremäßig in dem
Steuergerät 14 implementiert
sein. Das Funktionsdiagramm nach 4 entspricht
im wesentlichen dem Funktionsdiagramm nach 2 und stellt
einen Ladedruckregler mit unterlagerter Regelung des Abgasgegendrucks pag
dar. In 4 kennzeichnen dabei gleiche
Bezugszeichen gleiche Elemente wie in den vorherigen Figuren, insbesondere
wie in 2. Erfindungsgemäß ist es dabei beim Funktionsdiagramm
nach 4 vorgesehen, dass der Reglerausgang auf mehrere
Steller aufgeteilt wird. Im Folgenden werden die Unterschiede des
Funktionsdiagramms nach 4 im Vergleich zum Funktionsdiagramm
nach 2 beschrieben. Der Sollwert pags des Abgasgegendrucks
im Abgaskanal 3 als Ausgangsgröße des ersten Reglers R1 wird
optional und wie in 4 dargestellt einem Begrenzungsglied 85 zugeführt und dort
nach unten auf einen vorgegebenen Minimalwert MN und/oder nach oben
auf einen vorgegebenen Maximalwert MX begrenzt. Der vorgegebene
Minimalwert MN und der vorgegebene Maximalwert MX sind dabei im
Steuergerät 14 fest
vorgegeben und können
beispielsweise auf einem Prüfstand
derart appliziert werden, dass in dem durch den vorgegebenen Minimalwert
MN und den vorgegebenen Maximalwert MX gebildeten Bereich für den Sollwert
des Abgasgegendrucks pags die Komponenten der Brennkraftmaschine 1 hinreichend
gegen Verschleiß oder
gar Zerstörung
geschützt
sind. Dies ist besonders für
die mehrstufige Aufladung der Brennkraftmaschine 1 von
Vorteil, weil dort naturgemäß höhere Abgasgegendrücke auftreten
können
als dies bei einer einstufigen Aufladung der Fall ist. Deshalb steigt bei
der mehrstufigen Aufladung die Bedeutung der Begrenzung des Abgasgegendrucks
zum Zwecke des Motorschutzes. Am Ausgang des Begrenzungsgliedes 85 liegt
somit ein begrenzter Sollwert des Abgasgegendrucks pagsb, der dem
zweiten Verknüpfungspunkt
V2 zugeführt
wird. Somit wird im zweiten Verknüpfungspunkt V2 vom begrenzten
Sollwert des Abgasgegendrucks pagsb der Ist- Abgasgegendruck pag
subtrahiert, sodass sich am Ausgang des zweiten Verknüpfungspunktes
V2 in der zu 2 beschriebenen Weise der Abweichungswert Δ pag für den Abgasgebendruck
bildet, der dann dem zweiten Regler R2 zugeführt wird.
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Ein
weiterer Unterschied zwischen dem Funktionsdiagramm nach 4 und
dem Funktionsdiagramm nach 2 besteht
darin, dass beim Funktionsdiagramm nach 4 der Ausgang
des zweiten Reglers R2 einem Aufteilungsglied 90 zugeführt wird,
das den Ausgang des zweiten Reglers R2 auf mehrere Steller aufteilt.
Im vorliegenden Beispiel teilt das Aufteilungsglied 90 den
Ausgang des zweiten Reglers R2 auf einen ersten Steller in Form
des ersten Bypassventils 40 und auf einen zweiten Steller in
Form des dritten Bypassventils 50 auf. Das Aufteilungsglied 90 kann
dabei beispielsweise wie folgt realisiert sein. Das Aufteilungsglied 90 kann
beispielsweise eine erste Kennlinie für das erste Bypassventil 40
und eine zweite Kennlinie für
das dritte Bypassventil 50 umfassen. Eingangsgröße der beiden
Kennlinien ist jeweils das Ausgangssignal des zweiten Reglers R2.
Ausgangssignal der ersten Kennlinie ist ein Ansteuersignal für das erste
Bypassventil 40, beispielsweise in Form eines ersten Ansteuertastverhältnisses.
Ausgangssignal der zweiten Kennlinie ist dann ein Ansteuersignal
für das
dritte Bypassventil 50, beispielsweise in Form eines zweiten
Ansteuertastverhältnisses.
Im einfachsten Fall können
die beiden Kennlinien dabei wie folgt implementiert sein. Fordert
der zweite Regler R2 einen Soll-Ladedruck plds im Bereich zwischen
50 % und 100 % eines maximal möglichen
einstellbaren Ladedruckes, dann gibt die zweite Kennlinie in diesem
Bereich ein Stellsignal an das dritte Bypassventil 50 ab, wonach
das dritte Bypassventil 50 vollständig geschlossen ist, das zweite
Ansteuertastverhältnis
ist in diesem Fall gleich Null. Mit dem ersten Ansteuertastverhältnis hingegen
wird das erste Bypassventil 40 derart angesteuert, dass
der gewünschte
Soll-Ladedruck plds in dem beschriebenen Bereich allein durch Variation
des Öffnungsgrades
des ersten Bypassventils 40 umgesetzt werden kann. Dabei
kann es vorgesehen sein, dass bei einem geforderten Soll-Ladedruck
plds, der dem maximal möglichen
einstellbaren Ladedruck entspricht, die erste Kennlinie ein Ansteuersignal
an das erste Bypassventil 40 abgibt, mit dem das erste
Bypassventil 40 vollständig
geschlossen wird, dass heißt
das erste Ansteuertastverhältnis
ist in diesem Fall gleich Null. Bis zum Wert von 50 % des maximal
möglichen
einstellbaren Ladedruckes für den
einzustellenden Soll-Ladedruck plds wird dann von der ersten Kennlinie
das erste Ansteuertastverhältnis
kontinuierlich bis zur vollständigen Öffnung des
ersten Bypassventils 40 erhöht. Das bedeutet, dass bei
einem vorgegebenem Soll-Ladedruck plds, der 50 % des maximal einstellbaren
Ladedrucks entspricht, das erste Bypassventil 40 vollständig geöffnet ist,
wohingegen das dritte Bypassventil 50 noch vollständig geschlossen
ist. Für
vorgegebene Soll-Ladedrücke
plds, die kleiner als 50 % des maximal möglichen einstellbaren Ladedruckes
sind, gibt die erste Kennlinie dann immer als Wert für das erste Ansteuertastverhältnis den
Wert Null ab, sodass in diesem Bereich das erste Bypassventil 40 vollständig geöffnet ist.
Hingegen wird für
einen einzustellenden Soll-Ladedruck plds im Bereich von Null bis
50 % des maximal möglichen
einstellbaren Ladedruckes die zweite Kennlinie ein Ansteuertastverhältnis abgeben, das
ausgehend von der vollständigen
Schließung des
dritten Bypassventils 50 bei 50 % des maximal einstellbaren
Ladedruckes für
den Soll-Ladedruck plds kontinuierlich von 0 bis auf einen Maximalwert erhöht wird,
bei dem das dritte Bypassventil 50 vollständig geöffnet ist,
sodass der einzustellende Soll-Ladedruck
plds zu Null wird. In 5 ist für diesen Fall die erste Kennlinie
dargestellt. Dabei ist auf der Ordinate das erste Ansteuerastverhältnis und
auf der Abszisse der vom zweiten Regler R2 geforderte Soll-Ladedruck
plds aufgetragen. Der maximal mögliche
einstellbare Ladedruck ist mit plmax bezeichnet. Befindet sich der
vorgegebene Soll-Ladedruck plds zwischen Null und plmax/2, so liegt
das erste Ansteuertastverhältnis
bei 100 %, ist also maximal, sodass das erste Bypassventil 40 vollständig geöffnet ist.
Für vorgegebene
Soll-Ladedrücke
plds zwischen plmax/2 und plmax fällt dann das erste Ansteuertastverhältnis vom
Wert 100 % bei plmax/2 bis auf den Wert Null bei plmax linear ab.
Somit ist das erste Bypassventil 40 für plds = plmax vollständig geschlossen.
In 6 ist die zweite Kennlinie dargestellt. Dabei
ist auf der Ordinate das zweite Ansteuertastverhältnis und auf der Abszisse
der Soll-Ladedruck plds aufgetragen. Für den vorgegebenen Soll-Ladedruck plds
= 0 entspricht das zweite Ansteuertastverhältnis 100 %, ist also maximal,
sodass das dritte Bypassventil 50 dort voll geöffnet ist.
Von plds = 0 bis plds = plmax/2 fällt dann das zweite Ansteuertastverhältnis von
100 % linear bis auf Null ab. Der Wert Null für das zweite Ansteuertastverhältnis wird
dabei für
plds = plmax/2 erreicht. Für
vorgegebene Soll-Ladedrücke plds
zwischen plmax/2 und plmax ist dann das zweite Ansteuertastverhältnis =
0 und das dritte Bypassventil 50 vollständig geschlossen. Das zweite
Ansteuertastverhältnis
ist in 6 mit AT2 und das erste Ansteuertastverhältnis ist
in 5 mit AT1 gekennzeichnet.
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Der
maximal einstellbare Ladedruck plmax kann beispielsweise auf einem
Prüfstand
ermittelt und in dem Steuergerät 14 als
fest vorgegebener Wert abgespeichert werden.
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Ansonsten
entspricht die Funktion des Funktionsdiagramms nach 4 der
Funktion des Funktionsdiagramms nach 2, insbesondere
hinsichtlich der Funktion des Prozessors PZ. Dabei müssen beim
Funktionsdiagramm nach 4 die Stellgrößen für das erste
Bypassventil 40 und das dritte Bypassventil 50 dem Prozessor
PZ nicht unbedingt zugeführt
werden, da diese Größen zur
Ermittlung des Soll-Ladedruckes plds, des Ist-Ladedruckes pld und des Ist- Abgasgegendruckes
pag nicht erforderlich sind.
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Alternativ
können
die beiden Kennlinien im Aufteilungsglied 90 auch anders
adaptiert werden, insbesondere könnte
auch ein Bereich für
den vorgegebenen Soll-Ladedruck plds vorgesehen sein, in dem beide
Kennlinien Ansteuertastverhältnisse
AT1, AT2 liefern, die von Null und von 100 % verschieden sind. Weiterhin
können
auch mehr als zwei Stellglieder vom Aufteilungsglied 90 angesteuert
werden, wobei für
jedes verwendete Stellglied im Aufteilungsglied 90 eine
entsprechende Kennlinie zur Bildung des entsprechenden Ansteuersignals
abhängig
vom einzustellenden Soll-Ladedruck plds abgelegt ist. So könnte beispielsweise
wie in 3 beschrieben zusätzlich das zweite Bypassventil 45 als
Stellglied verwendet werden. Weiterhin könnten zusätzlich oder alternativ zu den
beschriebenen Stellgliedern auch das Stellglied 13 gemäß 1 zur
Beeinflussung der Geometrie der ersten Turbine 4 und/oder
ein Stellglied zur Beeinflussung der Geometrie der zweiten Turbine 25 verwendet
werden. Weiterhin könnte auch
zusätzlich
oder alternativ ein Bypassventil in einem den zweiten Verdichter 35 im
Ansaugkanal 2 umgebenden Bypasskanal als Stellglied Verwendung finden.
Wesentlich für
die Erfindung ist es dabei, dass mindestens zwei Abgasturbolader
verbaut sind, wobei jeweils mindestens ein Stellglied eines jeden
der verwendeten Abgasturbolader in Abhängigkeit von dem im Abgaskanal 3 am
Ausgang der Brennkraftmaschine 1 herrschenden Abgasgegendruck
pag mit einer entsprechenden Stellgröße angesteuert wird.
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Im
vorliegenden Beispiel wurde angenommen, dass der zweite Regler R2
gemäß dem Funktionsdiagramm
nach 4 wiederum einen Wert für den Soll-Ladedruck plds an
das Aufteilungsglied 90 abgibt, das daraus gemäß den beiden
Kennlinien nach den 5 und 6 jeweils
das erste Ansteuertastverhältnis
AT1 und das zweite Ansteuertastverhältnis AT2 bildet. Anstelle
eines abhängig
vom Abweichungswert Δ pag
für den
Abgasgegendruck ermittelten Wertes für den Soll-Ladedruck plds kann auch
vorgesehen sein, dass der zweite Regler R2 eine mit dem Soll-Ladedruck
plds korrelierende Ausgangsgröße an das
Aufteilungsglied 90 abgibt, für das in entsprechender Weise
ein Maximalwert vorgegeben ist und das in entsprechender Weise wie
beschrieben mit Hilfe zweier Kennlinien in ein erstes Ansteuertastverhältnis AT1
und ein zweites Ansteuertastverhältnis
AT2 umgewandelt wird. Zur Unterscheidung des vom zweiten Regler
R2 gelieferten Soll-Ladedruckes von dem vom Prozessor PZ gelieferten
Soll-Ladedruck plds wird der vom zweiten Regler R2 gelieferte Soll-Ladedruck
in den 4, 5 und 6 mit plds' be zeichnet. Weiterhin
kann das Aufteilungsglied 90 auch noch als zum zweiten
Regler R2 gehörend
aufgefasst werden.
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Der
vom Prozessor PZ vorgegebene Soll-Ladedruck plds kann dabei durchaus
unterschiedlich sein von dem vom zweiten Regler R2 vorgegebenen Soll-Ladedruck
plds'.
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Bei
der beschriebenen Struktur der Ladedruckregelung nach 2 bzw.
nach 4 lassen sich für die Stellglieder zur Einstellung
des Ladedruckes des ersten Abgasturboladers bzw. zur Einstellung
des Ladedruckes des zweiten Abgasturboladers sowohl pneumatische
Steller als auch elektrische Steller mit Lageregelung verwenden.