DE19804361A1 - Verfahren zur Verbesserung der Regelgüte bei EGR-Regelungen von Brennkraftmaschinen - Google Patents
Verfahren zur Verbesserung der Regelgüte bei EGR-Regelungen von BrennkraftmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Abgas
rückführrate bei einer Brennkraftmaschine, bei dem ein Ist-
Wert der Abgasrückführrate in Abhängigkeit von mindestens ei
ner Betriebsgröße der Brennkraftmaschine bestimmt wird, ein
Soll-Wert der Abgasrückführrate vorgegeben wird und ein
Stellsignal für ein Stellglied von einem Regler in Abhängig
keit von der Abweichung von Soll- und Ist-Wert ausgegeben
wird.
Die Abgasrückführrate (AGR- oder EGR-Rate; EGR = Exhaust Gas
Recirculation) wird aus der Differenz zwischen Ladedruck und
Abgasgegendruck sowie der Stellung eines AGR-Ventils be
stimmt. Bei Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren,
ist es aus verbrennungstechnischen Gesichtspunkten notwendig,
über dem gesamten Arbeitsbereich der Brennkraftmaschine, also
für niedrige und hohe Drehzahlen sowie für niedrige und hohe
Belastung, genau definierte EGR-Raten zur Verfügung zu stel
len.
Diese definierten EGR-Raten können mittels einer Regelung
eingestellt werden. Hierzu werden auf einem Prüfstand für den
jeweiligen Brennkraftmaschinentyp unter verschiedenen Bedin
gungen für Drehzahl und Last durch statische Untersuchungen
Sollwerte ermittelt und in einem drehzahl- und lastabhängigen
Kennlinienfeld abgelegt. Die so ermittelten EGR-Raten liegen
abhängig von dem jeweiligen Brennkraftmaschinen- bzw. Motor
typ und einem Betriebspunkt für Drehzahl und Last zwischen
etwa 0 und 50%.
Fig. 3 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine mit einem
Motor 1, einem Ansaugrohr 2, einem Auspuff 3 und einem ein
EGR-Ventil 5 aufweisenden EGR-Rohr 4. Im Ansaugrohr 2 ist ein
Luftmassenmesser 6 zum Messen des Luftmassenstromes m_gem
vorgesehen, während zwischen EGR-Rohr 4 und dem Motor 1 auf
der Ansaugseite ein Ladedrucksensor 7 zum Messen des Ansaug
druckes angeordnet ist.
Fig. 4 zeigt für die Brennkraftmaschine der Fig. 3 schema
tisch deren Regelstrecke, wobei hier angedeutet ist, wie der
Ansaugdruck p_ansaug von dem instationären Massenstrom m_rohr
bzw. der Saugrohrfüllung, der Gaskonstante Ran der Ansaug
luft, der Temperatur Tan der Ansaugluft sowie dem Volumen Van
des Ansaugrohres abhängt, während der Abgasdruck p_abgas
durch die Gaskonstante des Abgases Rabg, die Temperatur Tabg
des Abgases sowie das Volumen Vabg des Abgasrohres beeinflußt
wird. Weitere Eigenschaften der Brennkraftmaschine sind sche
matisch durch den Leitwert G-zyl der Zylinder bzw. den Mas
senstrom m_zyl in den Zylindern sowie durch den Leitwert
G_abg der Abgasanlage veranschaulicht.
Mittels des Ladedrucksensors 7 und des Luftmassenmessers 6
werden der Ansaugdruck p_ansaug und der Luftmassenstrom m_gem
gemessen. Mit Hilfe der Gasgleichung wird dann aus dem An
saugdruck p_ansaug der Massenstrom m_zyl in den Zylinder und
der instationäre Massenstrom m_rohr berechnet.
Damit liegen die an einem Knoten 8 auftretenden Massenströme
fest, da von den dort auftretenden vier Masseströmen drei be
kannt sind und der EGR-Massenstrom m_egr bzw. die EGR-Rate
berechnet werden kann.
Aus dem Ansaugdruck p_ansaug und dem angenommenen Abgasdruck
p_abgas wird eine Druckdifferenz p_delta über dem EGR-Ventil 5 gebildet, die unter Berücksichtigung des Leitwertes G_vent des EGR-Ventiles 5 zu einem EGR-Massenstrom m_egr führt, der zur Ansaugseite rückzuführen ist.
p_abgas wird eine Druckdifferenz p_delta über dem EGR-Ventil 5 gebildet, die unter Berücksichtigung des Leitwertes G_vent des EGR-Ventiles 5 zu einem EGR-Massenstrom m_egr führt, der zur Ansaugseite rückzuführen ist.
Wie Fig. 4 zeigt, ist die EGR-Rate, also der Anteil des EGR-
Massenstromes m_egr an dem Gesamtluftmassenstrom (Summe aus
m_egr und dem gemessenen Luftmassenstrom m_gem) abhängig von
der Differenz zwischen dem Ladedruck p_ansaug und dem Abgas
gegendruck p_abgas sowie der Stellung des EGR-Ventiles 5 bzw.
von dessen Leitwert G_vent.
Für die beschriebene Regelstrecke wurde bisher ein nicht li
nearer PI-Regler verwendet, dessen Parameter über Kennfelder
aufgespannt sind. Der PI-Regler erhält als Führungsgröße ei
nen EGR-Sollwert m_egr_Soll und als Rückführung den Istwert
m_egr. Der Regler beaufschlagt das EGR-Ventil 5 und somit
dessen Leitwert G_vent.
Diese bestehende Regelung weist Probleme insoweit auf, als
Schwankungen in der EGR-Rate aufgrund veränderlicher Druck
differenzen über dem EGR-Ventil 5 deutlich größer sind als
Änderungen der Führungsgröße, d. h. dem Sauerstoff-Gehalt, im
dynamischen Motorbetrieb.
Auch wirkt sich eine Änderung der Druckdifferenz p_delta un
mittelbar auf die EGR-Rate aus, während eine durch den Regler
eingeleitete Positionsänderung des EGR-Ventiles 5 notwendi
gerweise verzögerungsbehaftet ist. Insgesamt ergibt sich
hieraus ein unbefriedigendes Störverhalten der Regelstrecke,
was in Fig. 4 durch die Einwirkung einer Störgröße Z angedeu
tet ist.
Zur Lösung des obigen Problems wurde bisher daran gedacht,
nichtlineare PI-Algorithmen mit verbesserten kennlinien- bzw.
kennfeldabhängigen Parametern zu realisieren. Der Aufwand
hierfür ist aber beträchtlich, da ein "PTn-Verhalten" (mit n
< 2) zu approximieren ist.
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren zur Verbesserung der Regelgüte bei EGR-
Regelungen von Brennkraftmaschinen zu schaffen, dessen Stör
verhalten infolge des zeitlich verzögerten Ansprechens des
EGR-Ventiles auf Änderungen in der Führungsgröße verbessert
ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der ein
gangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Stellsignal nach
Ausgabe aus dem Regler in Abhängigkeit von dem Ist-Wert kor
rigiert wird.
Die Erfindung beschreitet also einen vom bisherigen Stand der
Technik, bei dem allenfalls daran gedacht wird, den nicht
linearen PI-Algorithmus zu verbessern, vollkommen abweichen
den Weg, um eine Optimierung für die verschiedensten Störun
gen zu erreichen: das von dem Regler abgegebene Stellsignal
wird zusätzlich durch den Ist-Wert (errechnete EGR-Rate) be
aufschlagt, so daß die Kreisverstärkung sowohl für die Füh
rungsübertragung als auch für die Störungsübertragung gesenkt
wird. Dies führt dazu, daß sich Änderungen der Druckdifferenz
weniger auswirken und die Reglerverstärkung höher gewählt
werden kann. Damit ist die Regelgüte deutlich verbesserbar.
Besonders vorteilhaft kann das Verfahren sein, wenn das kor
rigierte Stellsignal aus der Differenz des vom Regler ausge
gebenen Stellsignals und des mit einem vorgegebenen Faktor
multiplizierten Ist-Wertes ermittelt wird. Dabei ist es
zweckmäßig, wenn das Stellglied ein Abgasrückführ-Ventil und
der Regler ein linearer PI-Regler ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm zur Erläuterung des erfindungsge
mäßen Verfahrens,
Fig. 2 ein Blockdiagramm, das veranschaulicht, wie das
erfindungsgemäße Verfahren sich von einem bestehenden Verfah
ren unterscheidet,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Brennkraftma
schine und
Fig. 4 ein Blockdiagramm mit der Regelstrecke zur Erläu
terung des bestehenden Verfahrens.
In den Fig. 1 und 2 sind einander entsprechende Teile mit
den gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 3 und 4 verse
hen.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren der Ist-Wert des EGR-Massenstromes m_egr-Ist über
ein Proportionalglied HR, beispielsweise einen linearen Ver
stärker, zum Eingang der Regelstrecke 9 rückgeführt. Außerdem
wird der Ist-Wert m_egr-Ist - wie bereits bekannt - mit einem
in einem Kennfeld gespeicherten Soll-Wert m_egr-Soll des EGR-
Massenstromes m_egr verglichen und einem linearen PI-
Algorithmus unterworfen.
Fig. 2 zeigt, wie das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Fig. 1
bei der anhand der Fig. 4 erläuterten bestehenden Regelstrec
ke zur Anwendung gelangen kann.
Die Erfindung führt also unmittelbar die berechnete EGR-Rate
m_egr-Ist zum Eingang der Regelstrecke 9 über das Proportio
nalglied HR zurück und bewirkt eine Absenkung der Kreisver
stärkung sowohl für die Führungsübertragung als auch für die
Störungsübertragung, so daß sich Änderungen in der Druckdif
ferenz über dem EGR-Ventil 5 weniger auswirken.
Claims (4)
1. Verfahren zum Regeln der Abgasrückführrate bei einer
Brennkraftmaschine, bei dem ein Ist-Wert (m_egr-Ist) der Ab
gasrückführrate in Abhängigkeit von mindestens einer Be
triebsgröße der Brennkraftmaschine bestimmt wird, ein Soll-
Wert (m_egr-Soll) der Abgasrückführrate vorgegeben wird-und
ein Stellsignal für ein Stellglied von einem Regler in Abhän
gigkeit von der Abweichung von Soll- und Ist-Wert ausgegeben
wird, dadurch gekennzeichnet, daß
das Stellsignal nach Ausgabe aus dem Regler in Abhängigkeit
von dem Ist-Wert korrigiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das korrigierte Stellsignal aus der Differenz des vom Regler
ausgegebenen Stellsignals und des mit einem vorgegebenen Fak
tor (HR) multiplizierten Ist-Wertes ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Stellglied ein Abgasrückführ-Ventil (5) ist.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Regler als PI-Regler ausgebildet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19804361A DE19804361A1 (de) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | Verfahren zur Verbesserung der Regelgüte bei EGR-Regelungen von Brennkraftmaschinen |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19804361A DE19804361A1 (de) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | Verfahren zur Verbesserung der Regelgüte bei EGR-Regelungen von Brennkraftmaschinen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE19804361A1 true DE19804361A1 (de) | 1999-08-05 |
Family
ID=7856610
Family Applications (1)
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DE19804361A Ceased DE19804361A1 (de) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | Verfahren zur Verbesserung der Regelgüte bei EGR-Regelungen von Brennkraftmaschinen |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19804361A1 (de) |
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