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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Regeln der Aufladung einer Brennkraftmaschine, wobei aus der
Regelabweichung zwischen einem Sollwert einer Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine und
einem Istwert dieser Betriebskenngröße eine Stellgröße erzeugt
wird, die mindestens einen von einem Integralregler gelieferten
Anteil aufweist, und für den
Integral-Anteil ein Grenzwert vorgegeben wird, der aus mehreren
Betriebskenngrößen der
Brennkraftmaschine ermittelt wird.
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Ein derartiges Verfahren ist aus
der
DE 197 12 861
A1 bekannt. Dort wird ein Verfahren zum Regeln der Aufladung
einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, wobei aus der Regelabweichung
zwischen einem Soll-Ladedruck und dem Ist-Ladedruck eine Stellgröße erzeugt
wird, die mindestens einem von einem Integralregler gelieferten
Anteil aufweist, und für
den Integral-Anteil ein Grenzwert vorgegeben wird, der aus einem
von mehreren Betriebskenngrößen der
Brennkraftmaschine abhängigen
Grundwert und einem diesem überlagerten
Korrekturwert ermittelt wird. Weiterhin wird der Korrekturwert adaptiv
in Abhängigkeit
von der Drehzahl bestimmt, wobei mehrere Drehzahlbereiche vorgegeben
sind. Der adaptierte Korrekturwert wird schrittweise verringert, wenn
die Regelabweichung kleiner als eine Schwelle ist und der Integral-Anteil
kleiner als der aktuelle Grenzwert ist. Der adaptierte Korrekturwert
wird schrittweise vergrößert, wenn
die Regelabweichung größer Null
ist und der Integral-Anteil gleich oder größer als der aktuelle Grenzwert
ist.
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Die Stellgröße für den Lader setzt sich zusammen
aus einem Proportional-, einem Differential-, und einem Integral-Anteil.
Der Integral-Anteil wird sowohl im stationären als auch im dynamischen
Betrieb der Brennkraftmaschine begrenzt. Der Grenzwert des Integral-Anteils
im dynamischen Betrieb besteht aus einem Grundwert, der in Abhängigkeit
von Betriebskenngrößen aus
Kennlinien entnommen wird und einem dem Grundwert überlagerten
Konekturwert. Der Konekturwert wird in Abhängigkeit von der Ladelufttemperatur,
dem Umgebungsdruck und der Drehzahl der Brennkraftmaschine adaptiert.
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Aus der
DE 198 12 843 A1 ist ein
Verfahren zur Ladedruckregelung einer Brennkraftmaschine bekannt,
wobei aus der Regelabweichung zwischen einem Soll-Ladedruck und
Ist-Ladedruck eine
Stellgröße für ein Stellglied
erzeugt wird, das auf den über die
Turbine eines Abgasturboladers geführten Abgasstrom einwirkt.
Die Stellgröße oder
eine oder mehrere die Stellgröße bildende
andere Größe(n) in einem
Kennfeld wird (werden) auf solche Werte transformiert, daß nach der
Transformation zwischen der Stellgröße und der Regelgröße – dem Ladedruck – ein zumindest
annähernd
linearer Zusammenhang besteht.
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Die sich ergebende Charakteristik
der Ladedruckregelstrecke kann mit einer Gerade und einem Offset
in Form des sogenannten Grundladedruckes beschrieben werden. Dieser
Grundladedruck ist eine ungewollte (negative) Eigenschaft des beispielsweise
bei Benzinmotoren üblichen
Waste Gate Stellers infolge der Versorgung mit Überdruck aus dem Ladedruck.
Der Grundladedruck ist für
beliebige Brennkraftmaschinen, also beispielsweise für Otto-
und Dieselmotoren, die unterste Stellgrenze (0% Tastverhältnis) der
Ladedruckregelung und wird innerhalb der Motorsteuerung modelliert.
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Bisher werden die Adaptionswerte
für den Grenzwert
in Form eines Offsetwertes auf Tastverhältnisebene gebildet. Dieser
Adaptionsoffset wird in über
der Motordrehzahl adressierbar abgelegten Zellen abgespeichert.
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Die Begrenzung des Integral-Anteils
hat u.a. die Aufgabe reglerbedingte Überschwinger im Ladedruck zu
vermeiden. Dazu wird abhängig
vom relativen Solladedruck, der gleich dem absoluten Ladedruck minus
dem Grundladedruck ist, und der Motordrehzahl ein applizierter Stellgrößenbedarf
ermittelt. Dieser Tastverhältniswert
wird neben der erwähnten adaptiven
Konektur auch mit Ladelufttemperatur und Warmlaufeingriffen konigiert.
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Problematisch bei dieser Strategie
ist, dass bei Ladedrucksollwerten unterhalb des Grundladedruckes
konstant der o.g. Adaptionsoffset ausgegeben wird, was bei stark
po sitiven Adaptionswerten zu einer zu hoch liegenden Begrenzung
des Integral-Anteils mit entsprechenden Überschwingern im Ladedruck
führen
kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen
des Hauptanspruchs hat demgegenüber den
Vorteil, dass der Grenzwert adaptiert wird, indem eine erste der
zur Ermittlung des Grenzwertes verwendeten Betriebskenngrößen adaptiv
in Abhängigkeit
von einer zweiten Betriebskenngröße bestimmt wird.
Auf diese Weise wird die Adaption des Grenzwertes von der Ebene
der Stellgröße, beispielsweise des
Tastverhältnisses,
auf die Ebene der ersten Betriebskenngröße, beispielsweise einer Regelgröße, die
zur Ermittlung des Grenzwertes verwendet wird, verlagert. Somit
kann der Adaptionsoffset des Grenzwertes entfallen. Somit lassen
sich die genannten Überschwinger
vermeiden.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens
möglich.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn
die erste Betriebskenngröße aus einem
von wenigstens einer dritten Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine abhängigen Grundwert
und einem diesem überlagerten
Korrekturwert ermittelt wird, wobei der Korrekturwert adaptiv in
Abhängigkeit
der zweiten Betriebskenngröße bestimmt
wird. Auf diese Weise läßt sich die
Adaption des Grenzwertes besonders einfach und wenig aufwändig realisieren
und auf die Adaption des Korrekturwertes beschränken.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin,
dass der adaptierte Korrekturwert schrittweise verringert wird, wenn
die Regelabweichung kleiner als eine Schwelle ist und der Integral-Anteil
kleiner als der aktuelle Grenzwert ist, und dass der adaptierte
Korrekturwert schrittweise vergrößert wird,
wenn die Regelabweichung größer Null
ist und der Integral-Anteil gleich oder größer als der aktuelle Grenzwert
ist. Mit einem so gebildeten Korrekturwert für den Grenzwert des Integral-Anteils
können
starke Überschwinger
bei der Ladedruckregelung vermieden und trotzdem ein schnelles Einschwingverhalten
des Reglers erreicht werden. Vor allem bei sehr leistungsstarken
Fahrzeugen, die oft im dynamischen Betrieb gefahren werden, bewirkt
das erfindungsgemäße Verfahren
wegen seiner guten Adaptionsfähigkeit
des Grenzwertes für
den Integral-Anteil der Stellgröße, ein
ausgezeichnetes Regelverhalten der Ladedruck-Regelung. Mit dem Verfahren
der Erfindung werden Toleranzen im Regelkreis zuverlässig beherrscht.
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Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn
der Grundwert des Grenzwertes in Abhängigkeit der zweiten Betriebskenngröße und einer
die aktuellen Umgebungsbedingungen charakterisierenden Größe aus Kennfeldern
hergeleitet wird.
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Erfahrungen zeigen, dass Tastverhältnisabweichungen
im Ladebereich im wesentlichen auf Änderungen des Grundladedruckes
zurückzuführen sind.
Diese Änderungen
können
je nach Motordrehzahl deutlich unterschiedlich ausfallen, so daß hier eine
drehzahlabhängige
Adaption sinnvoll erscheint.
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Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
wird nachfolgend die Erfindung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild eines Motors mit einer Ladedruckregelung,
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2 ein
Funktionsdiagramm eines Ladedruck-Reglers,
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3 ein
Funktionsdiagramm zur Ermittlung von Regelparametern,
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4 ein
Funktionsdiagramm zur Ermittlung eines Grenzwertes für einen
Integral-Anteil
einer Ladedruck-Stellgröße und
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5 ein
Funktionsdiagramm zur Ermittlung eines Korrketurwertes für eine erste
Betriebskenngröße,
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6 ein
Funktionsdiagramm zur drehzahlabhängigen Adaption des Korrekturwertes,
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7 eine
Regelkennlinie und
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8 einen
Verlauf eines Integral-Anteils über
einem relativen Soll-Ladedruck.
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Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels
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Die 1 zeigt
eine Brennkraftmaschine 10 mit einem Saugrohr 12 und
einem Abgaskanal 13. Im Saugrohr 12 befinden sich
eine Drosselklappe 14 und ein Sensor 15 zur Erfassung
des Öffnungswinkels α der Drosselklappe 14.
Außerdemn
ist im Saugrohr 12 abstromseitig der Drosselklappe 14 ein Drucksensor 16 zur
Erfassung des Ist-Ladedrucks pvdk angeordnet. An der Brennkraftmaschine 10 ist ein
Drehzahlsensor 17 zur Erfassung der Motordrehzahl nmot
angebracht. Die Brennkraftmaschine 10 ist mit einem Turbolader
ausgestattet, wobei eine Abgasturbine 18 im Abgaskanal 13 und
ein Verdichter 19 im Saugrohr 12 angeordnet sind.
Der Verdichter 19 wird über
eine Welle 11 (durch eine strichlierte Linie angedeutet)
von der Abgasturbine 18 angetrieben. Die Abgasturbine 18 ist
in bekannter Weise von einer Bypass-Leitung 20 überbrückt, in
der ein Bypass-Ventil 21 angeordnet ist. Das Bypass-Ventil 21 wird
in bekannter Weise über
eine federbelastete Druckdose in Verbindung mit einem elektropneumatischen
Taktventil angesteuert. Die federbelastete Druckdose mit dem elektropneumatischen
Taktventil ist in der 1 durch
den Block 22 symbolisiert.
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Ein weiter unten noch näher beschriebener Regler 23,
der als Eingangssignale den Drosselklappenöffnungswinkel α, den gemessenen
Ist-Ladedruck pvdk und die Motordrehzahl nmot erhält, erzeugt
eine Stellgröße ldtv
für das
Bypass-Ventil 21. Genauer gesagt steuert die Stellgröße ldty
als pulsbreitenmoduliertes Signal das elektropneumatische Taktventil,
das seinerseits den Druck für
die federbelastete Druckdose erzeugt, welche wiederum auf das Bypass-Ventil
einwirkt. Der Abgasstrom über
die Turbine 18 kann auch durch Verändern der Turbinengeometrie
gesteuert werden.
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Nachfolgend wird anhand der 2 bis 6 ein Beispiel für einen Regler 23 beschrieben.
Es handelt sich dabei um einen PID-Regler. Es kann aber auch jeder
andere Reglertyp verwendet werden.
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Wie dem Funktionsdiagramm in 2 zu entnehmen ist, wird
aus einem Kennfeld KFLDPS in Abhängigkeit
von der Motordrehzahl nmot und der Drosselklappenstellung α ein Soll-Ladedruck
psoll herausgelesen. Außerdem
wird mit einem Drucksensor vor der Drosselklappe der Ist-Ladedruck
pvdk gemessen. In einem Verknüpfungspunkt
V1 wird die Differenz zwischen dem Soll-Ladedruck plsoll und dem
Ist-Ladedruck pvdk bestimmt. Diese Differenz wird als Regelabweichung
lde bezeichnet. Liegt die Bedingung B_ldr für eine Aktivierung der Ladedruckregelung
vor, so wird ein Schalter S1 an den Ausgang des Verknüpfungspunktes
V1 gelegt, so daß am
Ausgang des Schalters S1 als Regelabweichung lde die genannte Differenz
zwischen dem Soll-Ladedruck plsoll und dem Ist-Ladedruck pvdk anliegt.
Ist die Ladedruckregelung nicht aktiv, die Bedingung B_ldr also
nicht gegeben, liegt der Schalter S1 auf 0.0. Die Regelabweichung
lde ist in diesem Fall also Null.
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Ein Schwellenwertentscheider SE1
legt an den S-Eingang eines RS-Flip-Flops FF eine logische 1, wenn
die Regelabweichung lde eine Schwelle UMDYLDR übersteigt. Der R-Eingang des
RS-Flip-Flops FF ist mit dem Ausgang eines Komparators K1 verbunden.
Dieser Komparator K1 gibt eine logische 1 ab, wenn die Regelabweichung
lde kleiner oder gleich 0.0 ist. Unter den genannten Bedingungen liegt
am Ausgang Q des RS-Flip-Flops
FF eine logische 1 an, wenn die Regelabweichung lde die Schwelle
UMDYLDR übersteigt,
das heißt
ein Übergang
vom stationären
in den dynamischen Betrieb erfolgt. Falls am R-Eingang des RS-Flip-Flops
FF eine logische 1 anliegt, das heißt die Regelabweichung lde
kleiner 0 ist (der Ist-Ladedruck ist größer als der Soll-Ladedruck),
so wird das Flip-Flopp FF zurückgesetzt
und an seinem Ausgang Q liegt eine logische 0 an. Das Ausgangssignal
B_lddy am Q-Ausgang des Flip-Flops FF gibt an, ob dynamischer Betrieb
(logische 1) oder stationärer
Betrieb (logisch 0) gegeben ist.
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Im Funktionsblock R1 werden in Abhängigkeit
von der Betriebsbedingung B lddy und der Motordrehzahl nmot ein
Proportional- ldrkp, ein Differential- ldrkd und ein Integral-Regelparameter
ldrki ermittelt. Die Bestimmung der Reglerparameter ldrkp, ldrkd, ldrki
im Funktionsblock R1 wird weiter unten anhand von 3 noch beschrieben.
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Durch Produktbildung des Proportional-Reglerparameters
ldrkp mit der Regelabweichung lde im Multiplizierer V2 entsteht
ein Proportional-Anteil ldpty für
die Stellgröße ldty
des Turboladers.
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Ein Differential-Anteil ldrdtv zur
Stellgröße ldty
resultiert aus der Produktbildung im Multiplizierer V3 zwischen
dem Differential-Regelparameter ldrkd und der Ablage zwischen der
aktuellen Regelabweichung lde und der einen Zeittakt (ca. 50 ms)
zuvor ermittelten Regelabweichung lde(i–1). Die Differenz zwischen
der aktuellen Regelabweichung lde und der zuvor bestimmten Regelabweichung
lde(i–1)
wird im Verknüpfungs punkt
V4 gebildet. Ein Verzögerungsglied
VZ1 liefert die um einen Zeittakt verzögerte Regelabweichung lde(i–1).
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Der Integral-Anteil ldity zur Stellgröße ldty wird
von einem Integrator INT gebildet, welcher das Produkt aus dem Integral-Regelparameter
ldrki und der verzögerten
Regelabweichung lde(i–1)
berechnet und dieses Produkt dem im vorhergehenden Zeittakt bestimmten
Integral-Anteil lditv(i–1) überlagert.
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Im Verknüpfungspunkt V5 werden schließlich der
Proportional-Anteil ldptv, der Differential-Anteil ldrdtv und der
Integral-Anteil ldity addiert, woraus die Stellgröße ldtv
für ein
Bypass-Ventil des Turboladers resultiert.
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Der Integral-Anteil ldity wird nach
oben hin begrenzt, um Überschwinger
bei der Regelung des Ladedrucks zu vermeiden. Der Grenzwert ldimx
für den
Integral-Anteil ldity wird in einem Schaltblock R2, der weiter unten
anhand von 4 beschrieben
wird, ermittelt und zwar in Abhängigkeit
von der Regelabweichung lde, dem Integral-Anteil lditv, dem Soll-Ladedruck
plsol, der Motordrehzahl nmot und dem Verhältnis zwischen der Sollfüllung und
der Maximalfüllung
der Zylinder vrlsol.
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Der in 3 dargestellte
Funktionsblock R1 enthält
drei von der Motordrehzahl nmot abhängige Kennlinienfelder LDRQIDY,
LDRQIST und LDRQ2DY. Liegt die Bedingung für dynamischen Betrieb B_lddy
an, so wird vom Schalter S2 der Integral-Reglerparameter ldrki aus
der Kennlinie LDRQIDY für
dynamischen Betrieb an den Ausgang durchgeschaltet. Vom Schalter
S3 wird aus der Kennlinie LDRQ2DY der Differential-Reglerparameter
ldrkd an den Ausgang durchgeschaltet. Der Proportional-Reglepparameter
ldrkp entsteht durch Differenzbildung im Verknüpfungspunkt V6 zwischen einem Festwert
LDRQOD, der von einem Schalter S4 an den Verknüpfungspunkt V6 geschaltet wird,
und dem Differential-Reglerparameter ldrkd. Ist die Bedingung B_lddy
für dynamischen
Betrieb nicht gegeben, sondern befindet sich die Maschine im Stationärbetrieb, dann
wird der Integral-Reglerparameter ldrki aus der Kennlinie LDRQIST
entnommen; dementsprechend liegt jetzt der Schalter S2 an der Kennlinie
LDRQIST. Der Differential-Reglerparameter ldrkd wird über den Schalter
SR3 auf 0.0 gelegt, und der Proportional-Reglerparameter ldrkp wird
vom Schalter S4 auf einen Festwert LDRQOS gesetzt. Die Festwerte LDRQOD,
LDRQOS und die Kennlinien LDRQIDY, LDRQIST und LDRQ2DY werden durch
Versuche am Motorprüfstand
so appliziert, daß die
Laderegelung im dynamischen und stationären Betriebszustand optimiert
ist.
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In 4 ist
der Funktionsblock R2 dargestellt, welcher aus der Motordrehzahl
nmot, dem Soll-Ladedruck plsol, einem korrigierten Grundladedruck
plgruk, der Regelabweichung lde, dem Verhältnis von Sollfüllung zu
Maximalfüllung
der Zylinder vrlsol und dem Integral-Anteil ldity der Stellgröße den Grenzwert
ldimx für
den Integral-Anteil ldity ableitet.
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Ein relativer Soll-Ladedruck plsolr
setzt sich zusammen aus einem Grundwert, dem absoluten Soll-Ladedruck
plsol und einem diesem im Verknüpfungspunkt
V20 negativ überlagerten
Korrekturwert plgruk, dem korrigierten Grundladedruck. Ein Vorsteuerwert
ldimxr des Grenzwertes ldimx wird in Abhängigkeit der Drehzahl nmot
und des relativen Soll-Ladedrucks plsolr aus einem Kennfeld KFLDIMX hergeleitet.
Zusätzlich
kann dem Vorsteuerwert ldimxr im Verknüpfungspunkt V9 noch ein fest
vorgegebener Wert LDDIMX hinzuaddiert werden. Dieser Wert LDDIMX
entspricht einem kleinen Bruchteil (ca. 0...5%) des Grenzwertes
Idimx, der sicherstellt, daß dieser
kleine Wert auf keinen Fall unterschritten wird. Ist der aktuelle
Integral-Anteil größer als
der Grenzwert ohne den einen Sicherheitsabstand darstellenden Wert
LDDIMX, so kann auch ohne Anheben des Grenzwertes der Ladedruck
spontan geregelt werden, sofern die auszuregelnde Ladedruckabweichung
keine größeren Werte
als LDDIMX bedingt.
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Durch den Vorsteuerwert ldimxr ist
eine Semivorsteuerung in Form einer variablen Minimum- und Maximum-Begrenzung
des Integral-Anteils realisierbar. Die Bildung der Minimum- und
der Maximum-Begrenzung erfolgt durch additive Korrektur mittels
eines festgelegten Tastverhältniswertes,
der negativ für
die Minimum-Begrenzung durch einen Begrenzungswert LDDIMNN bzw.
positiv für
die Maximum-Begrenzung durch den Begrenzungswert LDDIMXN vom Vorsteuerwert
Idimxr abweicht, so dass um diesen Vorsteuerwert ldimxr innerhalb
der Minimum-/Maximum-Begrenzung ein Arbeitsbereich des Integral-Anteils
festgelegt wird. Im beschriebenen Beispiel nach 4 kann die Maximum-Begrenzung beispielhaft
durch den Wert LDDIMX realisiert werden, so dass sich als oberer
Grenzwert für
den Integral-Anteil der Grenzwert ldimx ergibt. Der Wert LDDIMX
entspricht dann dem Begrenzungswert LDDIMXN für die Maximum-Begrenzung. Entsprechend kann
ein unterer Grenzwert Idimn für
den Integral-Anteil gebildet werden, indem vom Vorsteuerwert ldimxr der
Begrenzungswert LDDIMNN abge zogen wird. Dies ist jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit
in den Figuren nicht dargestellt.
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Eine Begrenzungsstufe BG1 begrenzt
den Grenzwert ldimx auf einen vorgebbaren Wert TVLDMX, der beispielsweise
95% des Tastverhältnisses der
Stellgröße für die Ladedruckregelung
entspricht.
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Ein aktueller Korrekturwert dplguldia
für den Grundladedruck
plgruk erscheint am Ausgang eines Summierers SU. In diesem Summierer
SU wird der an seinem Eingang 1 anliegende Korrekturwert
unter gewissen Bedingungen entweder schrittweise verkleinert oder
schrittweise vergrößert.
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Damit eine schrittweise Verringerung
des Korrekturwertes im Summierer SU vorgenommen wird, sind folgende
Bedingungen zu erfüllen:
Die
Laderegelung muß aktiv
sein, das heißt
die Bedingung B_ldr muß gesetzt
sein, und es darf der aktuelle Grenzwert ldimx nicht am oberen oder
unteren Ende der Begrenzungsstufe BG1 liegen. Beide Informationen
liegen an den Eingängen
eines UND-Gatters AN1 an, das eine logische 1 an ein weiteres UND-Gatter
AN2 abgibt, wenn die genannten zwei Bedingungen erfüllt sind.
Eine weitere Bedingung besteht darin, daß der Betrag der Regelabweichung
lde kleiner einer Schwelle LDEIA sein muß. Dazu wird die Regelabweichung
lde einem Betragsbilder BB und anschließend einem Schwellenwertentscheider SE2
zugeführt,
der an seinem Ausgang eine logische 1 an das UND-Gatter AN2 abgibt,
wenn der Betrag der Regelabweichung lde unterhalb der Schwelle LDEIA
liegt. Diese Schwelle LDEIA ist nahezu 0.
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Weiterhin wird in einem Schwellwertentscheider
SE3 überprüft, ob das
Verhältnis
der Sollfüllung
zur Maximalfüllung
der Zylinder vrlsol oberhalb einer Schwelle LDRVL liegt. Ist das
der Fall, ist Vollastbetrieb der Maschine gegeben und der Schwellenwertentscheider
SE3 gibt eine logische 1 an einen Eingang des UND-Gatters AN2 ab.
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Als letzte Bedingung wäre noch
zu erfüllen, daß der Integral-Anteil
ldity kleiner als der Grenzwert ldimx ist. Ein Komparator K2 vergleicht
dementsprechend den Integral-Anteil lditv an der Stellgröße und den
Grenzwert ldimx vor dem Verknüpfungspunkt V9.
Am Ausgang des Komparators K2 erscheint eine logische 1, wenn der
Integral-Anteil ldity größer als der
Vorsteuerwert Idimxr ist. Über
einen Inverter NOT gelangt das Ausgangs signal des Komparators K2
an einen Eingang des UND-Gatters AN2. An diesem Eingang des UND-Gatters
AN2 liegt also eine logische 1 an, wenn der Integral-Anteil lditv
kleiner als der Grenzwert ldimx ist.
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Wenn alle genannten Bedingungen erfüllt sind,
liegt am Ausgang des UND-Gatters AN2 eine logische 1. Diese Bedingung
B_ldimxn für
eine negative schrittweise Nachführung
des Korrekturwertes im Summierer SU wird in einem Verzögerungsglied VZ2
um eine feste Entprellzeit TLDIAN verzögert an einen Schalter SS und
an ein ODER-Gatter OR1 geführt.
Ist die Bedingung B ldimxn für
eine negative schrittweise Nachführung
des Korrekturwertes gegeben, so verbindet der Schalter SS den Eingang 4 des Summierers
SU mit einem Festwertspeicher SP1, in dem die Schrittweite LDDIAN
für die
negative Nachführung
des Korrekturwertes abgelegt ist. Ist die Bedingung B_ldimxn nicht
erfüllt
(entspricht einer logischen 0 am Ausgang des UND-Gatters AN2), so schaltet
der Schalter SS auf einen Speicher SP2 um, in dem die Schrittweite
LDDIAP für
eine positive Nachführung
des Korrekturwertes abgelegt ist.
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Für
eine schrittweise positive Nachführung des
Korrekturwertes sind folgende drei Bedingungen zu erfüllen:
- – Wie schon
bei der negativen schrittweisen Nachführung muß, wie vorangehend beschrieben,
am Ausgang des UND-Gatters AN1 eine logische 1 anliegen.
- – Außerdem muß die Regelabweichung
lde größer 0 sein,
wobei schon eine sehr kleine Abweichung von 0 ausreicht. Ein Schwellenwertentscheider
SE4 erzeugt an seinem Ausgang eine logische 1, wenn diese Bedingung
erfüllt
ist.
- – Schließlich muß der aktuelle
Integral-Anteil ldity der Stellgröße größer sein als der aktuelle Grenzwert Idimx.
Wie schon zuvor beschrieben, wird diese Bedingung mit dem Komparator
K2 überprüft.
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Sowohl der Ausgang dieses Komparators
K2 als auch der Ausgang des Schwellenwertentscheiders SE4 als auch
der Ausang des UND-Gatters AN1 sind an ein UND-Gatter AN3 gelegt.
An seinem Ausgang liegt eine logische 1 an, wenn die drei zuvor
genannten Bedingungen erfüllt
sind.
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Das Ausgangssignal des UND-Gatters
AN3, die Bedingung B_ldimxp für
die schrittweise positive Nachführung
des Korrekturwertes, wird über
ein Verzögerungsglied
VZ3 geführt,
dessen Verzögerungszeit
gleich einer Entprellzeit ist, die aus einer von der Motordrehzahl
nmot abhängigen
Kennlinie TLDIAPN entnommen wird. Die Bedingung B_ldimxn für die negative
schrittweise Nachführung
des Korrekturwertes und die Bedingung B_ldimxp für die positive schrittweise
Nachführung
liegen beide an den Eingängen des
OR-Gatters OR1 an. Sein Ausgangssignal, das an dem Eingang 2 des
Summierers SU anliegt, signalisiert dem Summierer SU, ob eine positive
oder negative schrittweise Nachführung
des an seinem Eingang 1 anliegenden Korrekturwertes vorgenommen
werden soll.
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Der am Ausgang des Summierers SU
anliegende Korrekturwert dplguldia wird auch einem Eingang 5 eines
Funktionsblocks AS zugeführt,
in dem eine Adaption des Korrekturwertes erfolgt. Diese Adaptionn
wird nur dann vorgenommen, wenn zum einen Vollastbetrieb der Maschine
gegeben ist und zum anderen die Bedingung für eine positive oder eine negative
schrittweise Nachführung
des Korrekturwertes erfüllt
ist. Eine Information über
den Vollastbetrieb kann am Ausgang des oben beschriebenen Schwellenwertentscheiders
SE3 abgegriffen werden. Die Information darüber, ob eine positive oder
schrittweise Nachführung
des Korrekturwertes erfolgt, kann dem Ausgangssignal des ODER-Gatters
OR1 entnommen werden. Sowohl das Ausgangssignal des Schwellenwertentscheiders
SE3 als auch das Ausgangssignal des ODER-Gatters OR1 werden den Eingängen eines
UND-Gatters AN4 zugeführt.
Bei Erfüllung
der beiden genannten Bedingungen ist das Ausgangssignal B_ldimxa
des UND-Gatters AN4 eine logische 1. Die Bedingung B_ldimxa für eine Adaption
des Korrekturwertes liegt am Eingang 6 des Funktionsblockes
AS an. Immer wenn die Bedingung B_ldimxa = 1 ist, wird der aktuelle
Wert des Summierers SU in eine entsprechende Speicherzelle des Funktionsblocks
AS übernommen,
in dem eine Vielzahl von eine Adaptionskennlinie nachbildenden Werten
abgespeichert ist.
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Die Stützstellen stldea für die Adaption
des Korrekturwertes im Funktionsblock AS werden von einem Funktionsblock
R3 geliefert. Der Funktionsblock R3 gibt außerdem eine Information B_stldw über Stützstellenwechsel
ab.
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Einem Eingang 1 des Summierers
SU für
die Bildung des Korrekturwertes dplguldia wird entweder der adaptierte
Korrekturwert ldimxa vom Ausgang des Funktionsblocks AS oder ein
adaptierter Konekturwert Idimxaa zugeführt, bei dem in negative Richtung
auftretende Sprünge
auf einen Minimalwert begrenzt worden sind. Über einen Schalter SG wird
die Auswahl zwischen dem adaptierten Konekturwert ldmixa und dem
begrenzten adaptierten Konekturwert Idimxaa getroffen. Der Schalter
SG schaltet auf den nicht begrenzten adaptierten Konekturwert Idimxa
zu Beginn der Aktivierung der Ladedruckregelung, das heißt unmittelbar
nach Erscheinen einer Anstiegsflanke der Bedingung B_ldr für die Ladedruckregelung.
Die Anstiegsflanke des Signals B_ldr erkennt ein Flip-Flop AF. Ansonsten
liegt der Schalter SG in der anderen Position und führt dem
Eingang 1 des Summierers SU den begrenzten adaptierten
Konekturwert ldimxaa zu.
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Ein Eingang 3 des Summierers
SU erhält vom
Ausgang eines ODER-Gatters OR2 die Information, ob eine Anstiegsflanke
des Ladedruck-Aktivierungssignals B_ldr vorliegt oder ob das Signal B_stldw
Stützstellenwechsel
in dem Funktionsblock R3 anzeigt.
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Der begrenzte adaptierte Korrekturwert
ldimxaa wird folgendermaßen
gebildet. Von dem am Ausgang des Funktionsblocks AS anliegenden
adaptierten Konekturwert ldimxa wird in einem Verknüpfungspunkt
V10 der vom Summierer SU ausgegebene aktuelle Korrekturwert dplguldia
subtrahiert. Das Differenzsignal ldimxad wird einer Begrenzungsstufe
BG2 zugeführt.
Die Begrenzungsstufe BG2 begrenzt negative Sprünge des Differenzsignals ldimxad
auf einen vorgegebenen Grenzwert LDMXNN. Das begrenzte Differenzsignal
ldimxab am Ausgang der Begrenzerstufe BG2 wird im Verknüpfungspunkt
V11 zum aktuellen Konekturwert dplguldia wieder hinzuaddiert, so
daß daraus
schließlich
der begrenzte adaptierte Korrekturwert ldimxaa entsteht.
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In der 7 ist
der Verlauf a einer Regelkennlinie dargestellt. Dabei zeigt die
Kennlinie die Abhängigkeit
der Regelgröße – des Ladedrucks
pvdk – von
der Stellgröße ldtv.
Die Kennlinie a hat normalerweise einen nichtlinearen Verlauf, der
hauptsächlich
durch das Stellglied, bestehend aus einem elektropneumatischen Taktventil
einer davon angesteuerten federbelasteten Druckdose und des von
dieser betätigten
Bypass-Ventils, verursacht wird. Wegen ihrer Nichtlinearität besitzt
die Kennlinie a bei weiter auseinander liegenden Arbeitspunkten
A1 und A2 unterschiedliche Steilheiten, wie in der 7 angedeutet ist. Wäre z.B. der Regler auf den
Arbeitspunkt A1 eingestellt, dann würde eine Änderung der Stellgröße um den
Wert Δldtv
eine Ladedruckänderung Δpvdkl von
40 Millibar hervorrufen. Käme
es nun zu einer Arbeitspunktverlagerung nach A2, so würde dieselbe Änderung Δldtv der
Stellgröße eine
erheblich größere Veränderung
des Lade drucks um den Wert Δpvdk2
von ca. 220 Minibar hervorrufen. Es würde sich also bei einer Arbeitspunktverlagerung von
A1 nach A2 bei der Ladedruckregelung ein Überschwinger von ca. 180 Minibar
einstellen. Ein solcher unerwünschter
Effekt läßt sich
dadurch vermeiden, daß die
nichtlineare Kennlinie a in eine lineare Kennlinie b transformiert
wird. Bei einer linearen Kennlinie b würde eine Änderung der Stellgröße ldty
um einen Wert Δldtv
dieselbe Ladeddruckänderung
hervorrufen.
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Eine Linearisierung der Regelkennlinie
kann durch folgende Maßnahme
erreicht werden: Wie in der 2 dargestellt,
wird die Stellgröße ldty
am Ausgang des Verknüpfungspunktes
VS einem Kennfeld KFLD zugeführt.
In diesem Kennfeld KFLD wird für
jeden möglichen
Arbeitspunkt die vom Regler ermittelte Stellgröße auf einen solchen Wert transformiert,
daß schließlich zwischen
den transformierten Werten der Stellgröße ldty und dem Ladedruck pvdk ein
linearer Zusammenhang besteht. Die während der Applikation des Reglers
aus der bekannten nichtlinearen Kennlinie a heraus abgeleiteten
Transformationswerte werden in dem Kennlinienfeld KFLD abgespeichert,
so daß während des
normalen Betriebs des Reglers jedem berechneten Wert der Stellgröße ein entsprechender
transformierter Wert zugeordnet werden kann.
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An Stelle des Kennfeldes KFLD für die Transformation
der Stellgröße ldty
kann auch der zu der Stellgröße ldtv
führende
Proportional-Anteil ldpty in einem Kennfeld KFPT und/oder der Differenzial-Anteil
ldrdty in einem Kennfeld KFDT und/oder der Integral-Anteil lditv in einem
Kennfeld KFIT transformiert werden. Es können auch alle Kennfelder KFPT, KFDT,
KFIT in einem einzigen Kennfeld zusammengefaßt werden. Auch kann zusätzlich zu
den genannten Kennfeldern das Kennfeld KFLD für die resultierende Stellgröße ldty
vorhanden sein. Eine weitere Alternative ist die, daß der Maximalwert
ldimx für
den Integral-Anteil Iditv in einem Kennfeld KFMX transformiert wird.
Die aufgeführten
Kennfelder KFLD, KFPT, KFDT, KFIT, KFMX können allein oder in Kombination
mit anderen vorgesehen werden; in jedem Fall sind sie so zu applizieren,
daß letztendlich
zwischen der Stellgröße ldty
und dem Ladedruck pvdk ein zumindest annähernd linearer Zusammenhang
besteht.
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Die Stützstellen stldea für die Adaption
des Korrekturwertes im Funktionsblock AS werden von einem Funktionsblock
R3 geliefert, der anhand der 6 weiter
unten noch beschrieben wird. Der Funktionsblock R3 gibt außerdem eine
Information B stldw über
Stützstellenwechsel
ab.
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Wie die Stützstellen sdldea, welche dem Funktionsblock
AS für
die Adaption am Eingang 7 zugeführt werden, gebildet werden,
kann man der G entnehmen. Es sind
beispielsweise vier eine Hysterese erzeugende Schaltung H1, H2,
H3 und H4 vorgesehen. Eine an allen Schaltungen H1 bis H4 anliegende
Hysteresekonstante LDHIA gibt die Hysteresebreite vor. Die Hysteresen
der vier Schaltungen H1 bis H4 sind bezüglich der Drehzahl nmot so
verteilt, daß jede
Hysterese einen von vier Drehzahlbereichen abdeckt. Diese drehzahlabhängige Lage
der einzelnen Hysteresen wird durch Konstanten STLDIA1, STLDIA2,
STLDIA3 und STLDIA4 den einzelnen Hystereseschaltungen H1 bis H4
vorgegeben. Je nachdem in welchem der vier Drehzahlbereiche sich
die aktuelle Drehzahl nmot befindet, tritt am Ausgang der Hystereseschaltung
H1 oder H2 oder H3 oder H4 ein Signal aus. Jedes der Ausgangssignale
steuert einen Schalter S7, S8, S9 und S10. An den Eingängen der
Schalter S7, S8, S9 und S10 liegen fünf Stützwerte 1.0, 2.0, 3.0, 4.0
und 5.0. Je nach Schalterstellung, das heißt in Abhängigkeit vom aktuellen Drehzahlbereich
nmot, wird einer der fünf
Stützstellen
als Ausgangssignal stldia durchgeschaltet und gelangt an den Eingang 7 der
Adaptionsschaltung AS. Je nach Größe der Stützstelle stldea wird die Steilheit
der Adaptionskennlinie vergrößert oder verringert;
der adaptierte Korrekturwert ldimxa wird also größer oder kleiner durch die
Adaption.
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In den Hystreseschaltungen H1...H4
gibt es einen rechten Schaltpunkt STLDIA1...4 und einen linken Schaltpunkt
STLDIA1...4 – LDHIA.
Bei steigender Drehzahl, das heißt wenn nmot ≥ STLDIA1...4
ist, wird der Ausgang der betreffenden Hystreseschaltung H1...4
auf „1" geschaltet. Danach
folgt eine Rückschaltung
auf „0", wenn nmot ≤ STLDIA1...4 – LDHIA
ist.
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Die Information über den Stützstellenwechsel B stldw wird
mit Hilfe eines Komparators K3 gewonnen. Dieser vergleicht den aktuellen
Stützstellenwert
stldia mit dem einen Zeittakt zuvor ermittelten Stützstellenwert
stldia (i–1).
Ein Verzögerungsglied VZ4
stellt den vorangehenden Stützwert
stldia(i-1) bereit für
den Komparator K3. Unterscheiden sich die beiden an den Eingängen des
Komparators K3 anliegenden Stützstellenwerte
stldia und stldia(i–1)
voneinander, so gibt der Komparator K3 an seinem Ausgang die Information
eines Stützstellenwechsels B_stldw
ab.
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Der im Schaltblock R2 ermittelte
Korrekturwert dplguldia wird wie in 2 dargestellt,
einem weiteren Schaltblock R10 zugeführt. Der Schaltblock R10 ermittelt
aus dein Korrekturwert dplguldia, der Motordrehzahl nmot, einer
Ansauglufttemperatur tsel, einer Applikationshöhe FHBASAPP über Normalnull
und einer aktuellen Höhe
fho der Brennkraftmaschine 10 über Normalnull den korrigierten
Grundladedruck plgruk. Dieser wird wiederum dem Schaltblock R2 zugeführt und
dort wie beschrieben im Verknüpfungspunkt
V20 vom Soll-Ladedruck plsol abgezogen, um den relativen Soll-Ladedruck
plsolr zu bilden.
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Der Aufbau und die Funktionsweise
des Schaltblockes R10 wird anhand des Funktionsdiagramms nach 5 beschrieben. Dabei wird
abhängig
von der Motordrehzahl nmot gemäß einer
Kennlinie PLGUB der Grundladedruck plgru in der Applikationshöhe FHBASAPP
ermittelt. Dabei wurde die Kennlinie PLGUB in der Applikationshöhe FHBASAPP
beispielsweise auf einem Motorenprüfstand adaptiert. Die Applikationshöhe FHBASAPP
kann beispielsweise nahe Normalnull liegen. Der Grundladedruck plgru
bezeichnet dabei den minimal darstellbaren Ladedruck bei voll geöffneter
Drosselklappe mit einem Tastverhältnis
von 0% als Stellgröße, das
die untere Stellgrenze der Regelstrecke kennzeichnet.
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Mit Hilfe einer weiteren Kennlinie
DPLGU wird aus der Motordrehzahl nmot ein auf die Applikationshöhe FHBASAPP
bezogener Korrekturgrundladedruck kplgru berechnet, der multipliziert
mit der aktuellen Höhendifferenz
HD zwischen der aktuellen Höhe
fho und der Applikationshöhe
FHBASAPP die Änderung
des Grundladedruckes plgru mit der Höhe beschreibt. Dabei kann die
Kennlinie DPLGU den Korrekturgrundladedruck kplgru beispielsweise
bis zu einer Höhendifferenz
HD von etwa 2500 Metern liefern. Die aktuelle Höhendifferenz HD wird in einem Verknüpfungspunkt
V40 durch Subtraktion der aktuelle Höhe fho von der Applikationshöhe FHBASAPP ermittelt.
Die aktuelle Höhendifferenz
HD wird dann in einem Verknüpfungspunkt
V30 mit dem Korrekturgrundladedruck kplgru multipliziert. Somit
ergibt sich ein höhenkorrigierter
Grundladedruck plgruhk. Dabei ist der Korrekturgrundladedruck kplgru
negativ, so dass sich für
aktuelle Höhen
fho größer der
Applikationshöhe
FHBASAPP ein positiver höhenkorrigierter Grundladedruck
plgruhk ergibt. Für
aktuelle Höhen fho
kleiner der Applikationshöhe
FHBASAPP ergeben sich entsprechend negative höhenkorrigierte Grundladedrücke plgruhk.
In einem Verknüpfungspunkt
V25 wird dann vom Grundladedruck plgru der höhenkonigierte Grundladedruck
plgruhk und der Korrekturwert dplguldia subtrahiert. Der Korrekturwert
dplguldia stellt dabei eine für
die Adaption des Grenzwertes ldimx erforderlichen Korrekturgrundladedruck
dar. Weiterhin kann es optional vorgesehen sein, das Ergebnis der
Subtraktion im Verküpfungspunkt
V25 mit einem Korrekturfaktor KF in einem Verknüpfungspunkt V35 zu multiplizieren,
um Temperatureinflüsse
zu berücksichtigen.
Der Korrekturfaktor KF wird dabei aus einem Kennfeld K10 in Abhängigkeit
der Motordrehzahl nmot und der Ansauglufttemperatur tsel ermittelt.
Am Ausgang des Verknüpfungspunktes
V35 steht dann der korrigierte Grundladedruck plgruk.
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Die Adaption des Grenzwertes ldimx
erfolgt nun nicht mehr direkt als Tastverhältnisoffset auf den Vorsteuerwert
ldimxr zu addieren, sondern in Form des Offset- oder Korrekturwerts
dplguldia vom Grundladedruck plgru zu subtrahieren.
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Ein beispielsweise leicht positiver
Korrekturwert dplguldia reduziert den errechneten Grundladedruck
plgru, so dass ein steigender relativer Solladedruck plsolr errechnet
wird. Dieser steigende relative Solladedruck plsolr bewirkt im Kennfeld
KFLDIMX einen steigenden Vorsteuerwert ldimxr. Eine anschließende direkte
Korrektur des Vorsteuerwertes ldimxr durch einen Adaptionswert entfällt nun,
so dass bei eingeschwungener Adaption dann der Grenzwert Idimx trotzdem
wieder dem Stellgrößen- bzw.
Tastverhältnisbedarf
ldity des Integral-Anteils des Reglers entspricht.
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In 8 ist
der Verlauf des Integral-Anteils Idity über dem relativen Soll-Ladedruck
plsolr dargestellt. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
ergibt sich dabei unter Berücksichtigung
der nachfolgend durchgeführten
oben beschriebenen Linearisierung der Regelkennlinie nach 7 der ideale Verlauf VERL1
ohne Offset des Tastverhältnisses,
der zu der um X nach oben verschobenen Kennlinie VERL2 führen würde.
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Für
relative Soll-Ladedrücke
plsolr kleiner oder gleich Null, d.h. für absolute Soll-Ladedrücke kleiner
oder gleich dem korrigierten Grundladedruck plgruk ergibt sich somit
Idealerweise das Tastverhältnis
0% für
den Integral-Anteil lditv. Dies gilt beispielsweise auch für einen
absoluten Soll-Ladedruck plsol, der einem Umgebungsdruck pu entspricht,
der kleiner als der korrigierte Grundladedruck plgruk ist.
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In diesem Beispiel stellt der Sollwert
einer Betriebskenngröße gemäß den Ansprüchen der Soll-Ladedruck
dar, der Istwert der Betriebskenngröße den Istladedruck, die erste Betriebskenngröße ebenfalls
den Soll-Ladedruck, die zweite Betriebskenngröße die Motordrehzahl und die
dritte Betriebskenngröße die Drosselklappenstellung
und die die aktuellen Umgebungsbedingungen charakterisierenden Größe die Ansauglufttemperatur
und/oder die aktuelle Höhe
der Brennkraftmaschine.
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Selbstverständlich können zur Realisierung der Erfindung
auch andere als die beschriebenen Größen verwendet werden.