DE10352572B4 - Method for determining a mean amplitude of air mass oscillations - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Ermittlung einer mittleren Amplitude (E) von Luftmassenschwingungen zur Steuerung eines Soll-Ladedrucks einer Aufladeeinrichtung für einen Verbrennungsmotor, insbesondere eines Abgasturboladers für einen Dieselmotor eines Kraftfahrzeugs, wobei
a. die Luftmassenschwingungen (A) im Ansaugweg der Aufladeeinrichtung erfasst werden,
b. aus den Luftmassenschwingungen (A) ein erster Mittelwert (B) gebildet wird,
c. aus dem ersten Mittelwert (B) und den Luftmassenschwingungen (A) ein Differenzsignal (C) gebildet wird,
d. das Differenzsignal (C) gleichgerichtet wird,
e. aus dem gleichgerichteten Differenzsignal (D) ein zweiter Mittelwert als Maß für die mittlere Amplitude (E) der Luftmassenschwingungen gebildet wird und
f. abhängig von der Differenz aus der mittleren Amplitude (E) der Luftmassenschwingungen und einer vorgegebenen mittleren Soll-Amplitude (SA) der Luftmassenschwingungen ein Korrekturfaktor (K) zur Korrektur eines Soll-Ladedrucks der Aufladeeinrichtung ermittelt wird.Method for determining a mean amplitude (E) of air mass oscillations for controlling a desired charge pressure of a charging device for an internal combustion engine, in particular an exhaust gas turbocharger for a diesel engine of a motor vehicle, wherein
a. the air mass oscillations (A) are detected in the intake path of the charging device,
b. from the air mass oscillations (A) a first mean value (B) is formed,
c. a difference signal (C) is formed from the first mean value (B) and the air mass oscillations (A),
d. the difference signal (C) is rectified,
e. from the rectified difference signal (D) a second average is formed as a measure of the mean amplitude (E) of the air mass oscillations, and
f. Depending on the difference between the mean amplitude (E) of the air mass oscillations and a predetermined mean desired amplitude (SA) of the air mass oscillations, a correction factor (K) for correcting a desired charge pressure of the charging device is determined.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung der Amplitude von Luftmassenschwingungen zur Steuerung einer Aufladeeinrichtung für einen Verbrennungsmotor, insbesondere eines Abgasturboladers für einen Dieselmotor eines Kraftfahrzeugs.The The invention relates to a method for determining the amplitude of air mass oscillations for controlling a charging device for one Internal combustion engine, in particular an exhaust gas turbocharger for a Diesel engine of a motor vehicle.

Ladedrucksteuerungen sind seit langem bekannt. Durch ein Überschreiten eines kritischen Druckverhältnisses zwischen dem Druck vor der Aufladeeinheit und dem Druck nach der Aufladeeinheit kann es innerhalb der Aufladeeinheit zu einem pumpenden Rückströmen der verdichteten Luft auf die Ansaugseite der Aufladeeinheit bzw. des Verdichters kommen. Dieser Effekt ist der sog. Pump-Effekt oder Surging-Effekt. Durch das pumpende Rückströmen der Luft werden Druckschwingungen in der Ansaugluft verursacht, die zu erhöhten Geräuschemissionen und Bauteilebelastungen der Aufladeeinrichtung und der Luftführungsteile führen.Boost pressure control have been known for a long time. By exceeding a critical pressure ratio between the pressure in front of the charger and the pressure after the Charger can pump it to a pumping within the charger Backflow of the compressed air on the suction side of the charger or the Compressor come. This effect is the so-called pump effect or surging effect. By the pumping backflow of the Air pressure oscillations are caused in the intake air, the to increased Noise emissions and Component loads of the charging device and the air guide parts to lead.

Aus der DE 100 10 978 A1 ist bereits ein Verfahren zur Regelung des Ladedrucks einer Aufladevorrichtung durch eine veränderbare Geometrie der Turbine eines Abgasturboladers bekannt. Die Stellgröße für die Turbinengeometrie wird in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen dem im Abgaskanal vor der Turbine herrschenden Abgasgegendruck und einem Ist-Abgasgegendruck ermittelt.From the DE 100 10 978 A1 is already a method for controlling the boost pressure of a charging device by a variable geometry of the turbine of an exhaust gas turbocharger known. The manipulated variable for the turbine geometry is determined as a function of the deviation between the exhaust gas backpressure prevailing in the exhaust duct upstream of the turbine and an actual exhaust backpressure.

Weiter ist aus der DE 199 36 269 C2 ein Verfahren zur Regelung einer Stellgröße für die Ansteuerung einer verstellbaren Kraftfahrzeugkomponente bekannt, bei dem der vorgegebene Ladedruck-Sollwert aufgrund eines Vergleichs mit einem Ist-Wert verändert wird.Next is from the DE 199 36 269 C2 a method for controlling a manipulated variable for the control of an adjustable motor vehicle component, in which the predetermined boost pressure desired value is changed on the basis of a comparison with an actual value.

Schließlich ist aus der EP 0 575 635 B1 ein Verfahren zur Messung des pulsierenden Luftstroms bekannt. Um auftretende Pulsationen detektieren zu können, wird eine Offset-Kompensation beim gemessenen Luftmassen-Messwert durchgeführt und anschließend der Betrag gebildet, der wiederum mit einem Schwellwert verglichen wird.Finally, out of the EP 0 575 635 B1 a method for measuring the pulsating air flow known. In order to detect occurring pulsations, an offset compensation is performed on the measured air mass measured value and then the amount is formed, which in turn is compared with a threshold value.

Aus der DE 24 41 804 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, wodurch das Pumpen der Aufladeeinrichtung vermieden werden soll. Jeweils vor und nach der Aufladeeinrichtung bzw. des Verdichters ist ein Druckgeber, und vor dem Verdichter ist zusätzlich noch ein Mengenmesser angeordnet. Die Messwerte werden einer Auswertungseinheit zugeführt und nach entsprechender Verarbeitung mit einem eingespeicherten Wert einer Pumpgrenzlinie verglichen. Bei Überschreiten der Pumpgrenzlinie wird ein Abblasventil derart angesteuert, dass die Druckdifferenz bzw. der Druck reduziert wird.From the DE 24 41 804 A1 a device is known whereby the pumping of the charging device is to be avoided. Each before and after the supercharger or the compressor is a pressure transducer, and in front of the compressor, a flow meter is additionally arranged. The measured values are fed to an evaluation unit and compared after appropriate processing with a stored value of a surge limit line. When the surge limit line is exceeded, a blow-off valve is triggered in such a way that the pressure difference or the pressure is reduced.

Aus der DE 100 62 350 A1 ist bekannt, dass Schwingungen des Luftmassenstroms im Hinblick auf den Pump-Effekt erfasst und ausgewertet werden. Wird der Pump-Effekt erkannt, wird der Soll-Ladedruck der Aufladeinrichtung herabgesetzt. Bei diesem Verfahren wird lediglich zwischen Pumpen und nicht Pumpen unterschieden; das Ausmaß des Pumpens bleibt unberücksichtigt.From the DE 100 62 350 A1 It is known that vibrations of the air mass flow are detected and evaluated with regard to the pumping effect. If the pumping effect is detected, the target charging pressure of the charging device is reduced. In this method, a distinction is made only between pumps and not pumps; the extent of pumping is ignored.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren anzugeben, welches den Soll-Ladedruck der Aufladeeinrichtung abhängig von den Luftmassenschwingungen steuert.task The invention is to provide a method which the target boost pressure of the charging device dependent of the air mass oscillations.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind die Gegenstände der abhängigen Ansprüche.These The object is achieved by a Method according to claim 1 solved. Advantageous developments are the objects the dependent Claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung einer mittleren Amplitude von Luftmassenschwingungen zur Steuerung eines Soll-Ladedrucks einer Aufladeeinrichtung für einen Verbrennungsmotor, insbesondere eines Abgasturboladers für einen Dieselmotor eines Kraftfahrzeugs ist durch folgende Schritte gekennzeichnet:

  • a) Erfassen der Luftmassenschwingungen im Ansaugweg der Aufladeeinrichtung,
  • b) Bilden eines ersten Mittelwertes aus den Luftmassenschwingungen,
  • c) Bilden eines Differenzsignals aus dem ersten Mittelwert und den Luftmassenschwingungen,
  • d) Gleichrichten des Differenzsignals,
  • e) Bilden eines zweiten Mittelwertes aus dem gleichgerichteten Differenzsignal als Maß für die mittlere Amplitude der Luftmassenschwingungen und
  • f) Ermitteln eines Korrekturfaktors zur Korrektur eines Soll-Ladedrucks abhängig von der Differenz aus der mittleren Amplitude der Luftmassenschwingungen und einer vorgegebenen mittleren Soll-Amplitude der Luftmassenschwingungen.
The inventive method for determining a mean amplitude of air mass oscillations for controlling a desired charge pressure of a charging device for an internal combustion engine, in particular an exhaust gas turbocharger for a diesel engine of a motor vehicle is characterized by the following steps:
  • a) detecting the air mass oscillations in the intake path of the charging device,
  • b) forming a first mean value from the air mass oscillations,
  • c) forming a difference signal from the first mean value and the air mass oscillations,
  • d) rectification of the difference signal,
  • e) forming a second mean value from the rectified difference signal as a measure of the mean amplitude of the air mass oscillations and
  • f) determining a correction factor for correcting a target boost pressure as a function of the difference between the mean amplitude of the air mass oscillations and a predetermined average desired amplitude of the air mass oscillations.

Das Verfahren dient der Vermeidung von Pump-Effekten bei Aufladeeinrichtungen und führt damit zu einer wesentlichen Verbesserung der Geräusch-Emissionen und der Bauteile-Lebensdauer der Aufladeeinrichtung und der Luftführungsteile. Die Luftmassenschwingungen werden durch einen bereits im Fahrzeug vorhandenen Lustmassenmesser detektiert. Durch die erfindungsgemäße Auswertung der Luftmassenschwingungen wird ein Maß für die mittlere Amplitude der Luftmassenschwingungen erzeugt, das wiederum ein Maß für das Pumpen im Ansaugweg der Aufladeeinrichtung darstellt. Das Verfahren wird vorzugsweise in einem bereits vorhandenen elektronischen Steuergerät durchgeführt.The method serves to avoid pumping effects in charging devices and thus leads to a significant improvement of the noise emissions and the component life of the charging device and the air guide parts. The air mass vibrations are detected by an already existing in the vehicle pleasure mass meter. The inventive evaluation of the air mass oscillations produces a measure of the mean amplitude of the air mass oscillations, which in turn represents a measure of the pumping in the intake path of the charging device. The process is preferably in an already existing NEN electronic control unit performed.

Vorteilhafterweise kann der erste Mittelwert mittels eines ersten Tiefpasses mit einer großen ersten Zeitkonstante und der zweite Mittelwert mittels eines Tiefpasses mit einer großen zweiten Zeitkonstante gebildet werden.advantageously, the first mean value can be determined by means of a first low pass with a huge first time constant and the second mean by means of a low pass with a big one second time constant are formed.

Der erste und zweite Tiefpass, sowie die erste und zweite Zeitkonstante können verschieden voneinander sein. Durch das Filtern mittels der Tiefpässe werden aus den Eingangssignalen also aus den Luftmassenschwingungen bzw. aus dem gleichgerichteten Differenzsignal, die Mittelwerte der Eingangsignale gebildet.Of the first and second low pass, as well as the first and second time constants can be different from each other. By filtering by means of low passes from the input signals so from the air mass oscillations or from the rectified differential signal, the mean values of the input signals educated.

Vorteilhafterweise kann die Soll-Amplitude der Luftmassenschwingungen von der Drehzahl des Verbrennungsmotors und/oder der Kraftstoffeinspritzmenge und/oder dem atmosphärischen Luftdruck und/oder der Ansauglufttemperatur abhängig sein. Die vorgegebene Soll-Amplitude der Luftmassenschwingungen wird aus einem Kennfeld bzw. einer Kennlinie, in dem abhängig von der Drehzahl des Verbrennungsmotors und möglicherweise anderen Parametern (Kraftstoffeinspritzmenge, atmosphärischer Luftdruck, Ansauglufttemperatur) unterschiedliche Soll-Amplituden der Luftmassenschwingungen abgelegt sind, ermittelt.advantageously, can the desired amplitude of the air mass vibrations of the speed the internal combustion engine and / or the fuel injection quantity and / or the atmospheric Be dependent on air pressure and / or the intake air temperature. The default Target amplitude of the air mass vibrations is from a map or a characteristic curve in which depends from the speed of the internal combustion engine and possibly other parameters (Fuel injection amount, atmospheric air pressure, intake air temperature) stored different desired amplitudes of the air mass oscillations are determined.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigtIn the drawing is an embodiment of Invention shown. It shows

1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens und 1 a block diagram of the inventive method and

2 die an den verschiedenen Stellen des Verfahrens aus 1 zugehörigen Signale. 2 the at the different points of the procedure 1 associated signals.

In 1 ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung der mittleren Amplitude von Luftmassenschwingungen in einem Blockschaltbild dargestellt. Eingangssignale sind die mittels eines Luftmassensensors ermittelten Luftmassenschwingungen A, die u. a. während des Pumpens auftreten. Das dazugehörige Signal der Luftmassenschwingungen A ist in 2 aufgetragen. Diese Luftmassenschwingungen A werden gemäß 1 mittels eines ersten Tiefpasses 1 gefiltert, wobei die Zeitkonstante t1 frei applizierbar ist. Die Zeitkonstante sollte möglichst groß sein, um ein geglättetes Signal zu erhalten. Durch den ersten Tiefpass 1 wird aus den Luftmassenschwingungen A ein erster Mittelwert B gebildet. Das aus den Luftmassenschwingungen A mittels des ersten Filters 1 entstandene Signal des ersten Mittelwertes ist in 2 dargestellt.In 1 the inventive method for determining the average amplitude of air mass vibrations is shown in a block diagram. Input signals are the air mass oscillations A determined by means of an air mass sensor, which occur inter alia during pumping. The corresponding signal of the air mass oscillations A is in 2 applied. These air mass vibrations A are according to 1 by means of a first low pass 1 filtered, wherein the time constant t1 is freely applicable. The time constant should be as large as possible to obtain a smoothed signal. Through the first low pass 1 From the air mass oscillations A, a first mean value B is formed. That from the air mass oscillations A by means of the first filter 1 resulting signal of the first mean value is in 2 shown.

Von dem ursprünglichen Signal der Luftmassenschwingungen A wird das Signal des ersten Mittelwertes B gemäß 1 mittels einer Einheit 2 subtrahiert, wodurch sich ein Differenzsignal C bildet. Das Differenzsignal C stellt, wie aus 2 ersichtlich ist, eine hinreichende Näherung des Signals der Luftmassenschwingungen A ohne einen Offsetwert O dar (gestrichelte Linie in 2). Das Differenzsignal C wird in 1 mittels einer Einheit 3 gleichgerichtet, wodurch ein gleichgerichtetes Differenzsignal D entsteht. Die Einheit 3 kann bspw. eine Brücken-Gleichrichterschaltung sein, durch die die negativen Anteile des Differenzsignals C -wie aus 2 ersichtlich ist- nach oben in den positiven Bereich geklappt werden. Das gleichgerichtete Differenzsignal D ist ebenfalls in 2 dargestellt (Kombination aus gestrichelter und durchgezogener Linie).From the original signal of the air mass oscillations A, the signal of the first average B according to 1 by means of a unit 2 subtracted, whereby a difference signal C is formed. The difference signal C, as out 2 a sufficient approximation of the signal of the air mass oscillations A without an offset value O (dashed line in FIG 2 ). The difference signal C is in 1 by means of a unit 3 rectified, whereby a rectified difference signal D is formed. The unit 3 may be, for example, a bridge rectifier circuit, through which the negative components of the difference signal C-like out 2 it can be seen that it works upwards in the positive range. The rectified difference signal D is also in 2 shown (combination of dashed and solid line).

Das gleichgerichtete Differenzsignal D wird gemäß 1 mittels eines zweiten Tiefpasses 4 mit einer frei applizierbaren Zeitkonstante t2 gefiltert, wodurch das in 2 dargestellte Signal E als Maß für die mittlere Amplitude der Luftmassenschwingungen gebildet wird. Die frei applizierbare Zeitkonstante t2 sollte möglichst groß sein, um einen geglätteten zweiten Mittelwert zu erhalten. Abhängig von der in der 1 dargestellten Einheit 5 gebildeten Differenz aus der mittleren Amplitude E der Luftmassenschwingungen und einer vorgegebenen Soll-Amplitude SA der Luftmassenschwingungen wird ein Korrekturfaktor K zur Korrektur eines Soll-Ladedrucks der Aufladeeinrichtung (hier nicht dargestellt) ermittelt. Ist die Differenz zwischen der mittleren Amplitude E der Luftmassenschwingungen und der vorgegebenen Soll-Amplitude SA der Luftmassenschwingungen null, ist kein Korrekturwert bzw. keine Änderung des Korrekturwertes notwendig, da das Pumpen bereits kompensiert ist.The rectified difference signal D is according to 1 by means of a second low pass 4 filtered with a freely applicable time constant t2, whereby the in 2 represented signal E is formed as a measure of the mean amplitude of the air mass oscillations. The freely applicable time constant t2 should be as large as possible in order to obtain a smoothed second mean value. Depends on in the 1 represented unit 5 formed difference from the mean amplitude E of the air mass oscillations and a predetermined desired amplitude SA of the air mass oscillations, a correction factor K for correcting a desired boost pressure of the charging device (not shown here) is determined. If the difference between the mean amplitude E of the air mass oscillations and the predetermined target amplitude SA of the air mass oscillations is zero, no correction value or no change in the correction value is necessary since the pump has already been compensated.

Claims (4)

Verfahren zur Ermittlung einer mittleren Amplitude (E) von Luftmassenschwingungen zur Steuerung eines Soll-Ladedrucks einer Aufladeeinrichtung für einen Verbrennungsmotor, insbesondere eines Abgasturboladers für einen Dieselmotor eines Kraftfahrzeugs, wobei a. die Luftmassenschwingungen (A) im Ansaugweg der Aufladeeinrichtung erfasst werden, b. aus den Luftmassenschwingungen (A) ein erster Mittelwert (B) gebildet wird, c. aus dem ersten Mittelwert (B) und den Luftmassenschwingungen (A) ein Differenzsignal (C) gebildet wird, d. das Differenzsignal (C) gleichgerichtet wird, e. aus dem gleichgerichteten Differenzsignal (D) ein zweiter Mittelwert als Maß für die mittlere Amplitude (E) der Luftmassenschwingungen gebildet wird und f. abhängig von der Differenz aus der mittleren Amplitude (E) der Luftmassenschwingungen und einer vorgegebenen mittleren Soll-Amplitude (SA) der Luftmassenschwingungen ein Korrekturfaktor (K) zur Korrektur eines Soll-Ladedrucks der Aufladeeinrichtung ermittelt wird.Method for determining a mean amplitude (E) of air mass oscillations for controlling a desired charge pressure of a charging device for an internal combustion engine, in particular an exhaust gas turbocharger for a diesel engine of a motor vehicle, wherein a. the mass air oscillations (A) in the intake path of the charging device are detected, b. from the air mass oscillations (A) a first mean value (B) is formed, c. a difference signal (C) is formed from the first mean value (B) and the air mass vibrations (A), d. the difference signal (C) is rectified, e. from the rectified difference signal (D) a second average is formed as a measure of the mean amplitude (E) of the air mass oscillations and f. depending on the difference between the mean amplitude (E) of the air mass oscillations and a predetermined mean desired amplitude (SA) of the air mass vibration, a correction factor (K) for correcting a target boost pressure of the charging device is determined. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass der erste Mittelwert (B) mittels eines ersten Tiefpasses (1) mit einer großen ersten Zeitkonstante (t1) gebildet wird.Method according to Patent Claim 1, characterized in that the first mean value (B) is determined by means of a first low-pass filter (B). 1 ) is formed with a large first time constant (t1). Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Mittelwert (E) mittels eines zweiten Tiefpasses (4) mit einer großen zweiten Zeitkonstante (t2) gebildet wird.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the second mean value (E) is determined by means of a second low-pass filter (E). 4 ) is formed with a large second time constant (t2). Verfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Amplitude (SA) der Luftmassenschwingungen von der Drehzahl des Verbrennungsmotors und/oder der Kraftstoffeinspritzmenge und/oder dem atmosphärischen Luftdruck und/oder der Ansauglufttemperatur abhängig ist.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the desired amplitude (SA) of the air mass oscillations of the rotational speed of the internal combustion engine and / or the fuel injection quantity and / or the atmospheric Air pressure and / or the intake air temperature is dependent.
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