DE19812151A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Steuern des Hubes eines elektromagnetischen Stellers, vorzugsweise für die Abgasrückführung bei Verbrennungsmotoren - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Steuern des Hubes eines elektromagnetischen Stellers, vorzugsweise für die Abgasrückführung bei Verbrennungsmotoren

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Abstract

Die Erfindung betrifft Vorrichtung und Verfahren zum Steuern des Hubes eines elektromagnetischen Stellers (1), vorzugsweise für die Abgasrückführung bei Verbrennungsmotoren. DOLLAR A Die Menge des auf die Saugseite des Motors zur Verringerung der Schadstoffemission rückgeführten Abgases muß an die momentane Drehzahl und Last des Motors angepaßt werden. Besonders im unteren Drehzahlbereich und bei sich schnell ändernden Lastbedingungen führt eine zu hohe AGR-Rate zu Instabilitäten im Motorbetrieb. DOLLAR A Es liegt die Aufgabenstellung zugrunde, den die rückzuführende Abgasmenge einstellenden Hub eines elektromagnetischen Stellers (1) während Änderungen des Betriebszustandes so zu steuern, daß die Verbrennungsvorgänge unbeeinflußt oder nicht merklich beeinflußt von der zugeführten Abgasmenge ablaufen. DOLLAR A Zur Lösung dieser Aufgabe wird als zusätzliche Information zu Last (QL) und Drehzahl (n) ein aus der Stellung des Laststellungsgebers (4) gewonnenes Signal benutzt. Die Änderungsgeschwindigkeit und Tendenz dieses Signals wird zur Korrektur (5; 3) der in einem Drehzahl-Last-Kennfeld (2) gespeicherten Weggrößen für den Steller (1) benutzt, bevor sie dem Regler (6) als Eingangsgröße anliegen. Auch werden durch mechanische Veränderungen und Verschmutzungen verursachte Fehlpositionen (z. B. Verklemmen) und verzögertes Verstellen des Stellers (1) mittels des Verfahrens durch Soll-Istwert-Vergleich erkannt. In einer dem Regler (6) nachgeschalteten Steuereinheit (7) wird eine Ansteuerung zum ...

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtung und Verfahren zum Steuern des Hubes eines elektro­ magmagnetischen Stellers vorzugsweise für die Abgasrückführung bei Verbrennungs­ motoren gemäß dem Oberbegriff von Haupt- und Nebenanspruch.
Vorbekannt ist durch die Schrift DE 43 22 270 eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Steuern des Hubes eines elektromagnetischen Stellers, vorzugsweise für die Abgas­ rückführung bei Verbrennungsmotoren, die in einem von einem Laststellungsgeber und von Motorparametern geführten Steuergerät für Motorsteuerung integriert ist. Der Hub des elektromagnetischen Stellers für die in den Ansaugtrakt des Verbren­ nungsmotors zuführende Menge von Abgas ist mittels des Tastverhältnisses seines Ansteuersignals einstellbar.
In einem Kennfeldspeicher sind Weggrößen für den Hub des Stellers abgelegt. An des­ sen Eingängen liegen den momentanen Betriebszustand kennzeichnende Signale an, vorzugsweise für die Ansaugluftmenge und die Motordrehzahl.
Am Ausgang des Kennfeldspeichers liegt die dem momentanen Betriebszustand zuge­ hörige Weggröße für den Hub des Stellers zur Abgasrückführung einer Steuerstufe an, die das entsprechende Tastverhältnis des Ansteuersignals einstellt.
Zwischengeschaltet zwischen Ausgang Kennfeldspeicher und Steuerstufe ist eine Kor­ rekturstufe, in der die jeweile Ansteuersignalgröße in Abhängigkeit von der angesaug­ ten Luft und ggf. anderen Betriebs- bzw. Zustandsgrößen verändert werden kann. Am Ausgang der Steuerstufe ist der Steller direkt oder indirekt angeschlossen. Derartige Ausführungen weisen insbesondere für Ottomotoren mit im unteren Dreh­ zahl- und Leistungsbereich eingestellten Magergemisch-Betriebsbedingungen eine zu geringe Geschwindigkeit für die Drosselung der Abgaszuführung bei schneller Lei­ stungsminderung auf. Dies führt in Übergangsbereichen bei schnell abnehmenden Lastbedingungen zu Instabilitäten im Motorbetrieb.
Ebenso neigen diese Ausführungen zum Überschwingen bei einer Regelung des Stel­ lers zu einer großen Öffnung. Auch dies stört den Übergang des Motors zu dem neuen gewünschten Betriebszustand und verursacht ggf. Instabilitäten des Verbrennungsab­ laufes durch zu hohe Abgaszuführung.
Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, die vom Hub eines elektromagneti­ schen Stellers einstellbare rückzuführende Abgasmenge während Änderungen des Betriebszustandes so zu dosieren, daß die Verbrennungsvorgänge unbeeinflußt oder nicht merklich beeinflußt von der zugeführten Abgasmenge ablaufen.
Erfindungsgemäß wird dies durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebene Verfahrensweise erzielt, die mit einer gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 4 gestalteten Vorrichtung zum Steuern des Stellers günstig realisiert werden kann.
Die aus dem Kennfeldspeicher auslesbaren Weggrößen für das Bilden des jeweiligen Tastverhältnisses für den Hub des Stellers werden mindestens bei Minderung oder auch zusätzlich bei Erhöhung der Laststellung jeweils bis zum Erreichen einer neuen Laststellung vermindert. Bei einem ausreichenden Verharren in der neuen Laststellung wird die Verminderung der ausgegebenen Weggrößen gegen Null verändert, d. h. dann ist jeweils die aus dem Kennfeldspeicher ausgelesene Weggröße wirksam. Damit wird bei Minderung und ggf. auch bei Erhöhung der Laststellung immer ein geringerer Hub des Stellers veranlaßt und folglich auch stets eine geringere Abgasmenge zugeführt als durch den Kennfeldspeicher ausgegeben. Erst nach einer bestimmten Verharrungs­ zeit in der neuen Laststellung wird die zugeführte Abgasmenge bis auf die vom Kenn­ feldspeicher über die Weggröße vorgegebene Abgasmenge schleichend, ohne diese zu Überschreiten, erhöht.
Weiterhin ist in die Regelstrecke des Stellers eine Kontroll- und Hilfsstufe eingefügt, die den Ist-Weg des Stellers anhand der Weggröße sowie der Änderung des Ist-We­ ges auswertet.
Bei einer der Ansteuerungen nicht entsprechendem Ist-Weg bzw. Veränderung des­ selben wird ein Klemmen des Stellers signalisiert und diesem Zustand durch eine be­ sondere Steuerung zum Lockern des Stellers entgegengewirkt.
Die Gegenstände der weiteren Ansprüche sind in der Beschreibung zusammen mit deren Vorteile und Wirkungen benannt.
Anhand einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nachfolgend be­ schrieben, sie zeigt eine schematisierte Schaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Steuern des Hubes eines elektromagnetischen Stellers für die Abgasrückführung bei Verbrennungsmotoren.
Die dargestellte Schaltung ist Bestandteil des Motorsteuergerätes, wobei die Funktio­ nen dieser Schaltungen softwaremäßig oder mit Hardware ausgeführt werden.
Der Steller 1 für Abgasrückführung - AGR - betätigt ein Ventil - nicht dargestellt -, über welches Abgas vom Verbrennungsmotor zu dessen Saugseite zurückgeführt wird. Die zurückgeführte Abgasmenge wird bei konstanter Last und Drehzahl generell vom Kennfeldspeicher 2 durch auslesbare Weggößen WG für den Weg des Stellers 1 zum Öffnen des Ventils zur Abgasrückführung bestimmt. Diese Weggrößen WG werden in Abhängigkeit vom Lastsignal vorzugsweise der Ansaugluftmenge QL und der Motor­ drehzahl n ausgegeben.
Signale für die Weggröße WG gelangen über einen Führungsgrößenregler 5 und eine Korrekturstufe 3 zu einem Regler 6.
Dieser Regler 6 ist als Soll-Ist-Regler für den Weg WGIst des Stellers 1 wirksam, dabei sind eingangsseitig Signale einer geminderten WG Ä5; 3 oder vom Kennfeldspeicher 2 ausgegebenen Weggröße WG und der momentane Stellweg WGIst des Stellers 1 an­ geschlossen.
Sein ausgangsseitiger, mit unterschiedlicher Pulsweite modulierter Ansteuerstrom AS bestimmt den Stellweg WGIst des Stellers 1 und damit auch die Öffnung des Ventils für die rückzuführende Abgasmenge - nicht dargestellt -.
Zwischen Regler 6 und Steller 1 kann eine Kontroll- und Hilfsstufe 7 eingeschaltet sein, die bei korrekter Funktion des Stellers 1 und des Abgasrückführungsventils - nicht dargestellt - den mit unterschiedlicher Pulsweite modulierter Ansteuerstrom AS unver­ ändert weiterleitet.
Auf Einzelheiten von Aufbau, Funktion und Wirkung der Kontroll- und Hilfsstufe 7 wird später eingegangen.
Der Führungsgrößenregler 5 ist eingangsseitig mit den Signalen für den Ist-Stell­ weg WGIst des Stellers 1 und des Kennfeldspeichers 2 ausgegebenen Weggröße WG beschaltet. Bei Veränderungen von Last und Drehzahl, bei denen die rückzuführende Abgasmenge zu vermindern bzw. ggf. auch zu erhöhen ist, ist er wirksam. Ausgangsseitig beeinflußt er dann substraktiv oder multiplikativ die vom Kennwert­ speicher 2 ausgegebenen Weggrößen WG in jedem Falle mindernd.
Das heißt:
Die während der Veränderung von Last und Drehzahl vom Kennwertspeicher 2 aus­ gegebenen, sich vermindernden bzw. ggf. auch erhöhenden Weggrößen WG werden in Abhängigkeit ihrer momentanen Größe und der Größe des Ist-Weges des Stellers 1 gemindert zur Weggröße WG Ä5. Erst nach einer Zeit des Verharrens von Last und Drehzahl in einem konstanten Zustand wird die Minderung der vom Kennfeldspeicher 2 ausgegebenen Weggrößen WG gegen Null verändert, so daß dann die vom Kennfeld­ speicher 2 ausgegebene Weggröße WG ohne Minderung wirksam für den Weg WGIst des Stellers 1 und damit für die rückgeführte Menge von Abgas ist.
Die Korrekturstufe 3 ist eingangsseitig mit den Signalen für die vom Kennfeldspeicher 2 ausgegebenen Weggröße WG und der Stellung α des Laststellers 4 beschaltet.
Ausgangsseitig beeinflußt sie bei Verminderung durch Zurücknehmen des Lastgebers 4 gegen Leerlauf substraktiv oder multiplikativ mindernd die vom Kennwertspeicher 2 ausgegebenen und ggf. vom Führungsgrößenregler 5 geminderten Weggrößen WG A5, um die rückzuführende Abgasmenge zu verringern.
Die Korrekturstufe 3 ist in folgender Weise wirksam:
Ausschließlich bei Verminderung von Last α und Drehzahl n über den Lastgeber 4 - Gaspedal - wird die Korrekturstufe aktiviert. Während ihrer Wirksamkeit verringert sie in Abhängigkeit der Ausgangsstellung α des Lastgebers 4 und der Geschwindigkeit der Veränderung Δα seiner Laststellung α gegen Leerlauf die vom Kennwertspeicher 2 ausgegebenen ggf. vom Führungsgrößenregler 5 geminderten Weggrößen WG Ä5 sehr direkt in Weggrößen WG Ä5, 3.
Damit wird ein schnelles Verringern des Stellweges WG und in Folge eine starke Ab­ senkung erzielt oder deren völlige Abschaltung der zugeführten Abgasmenge. Erst nach einer Zeit des Verharrens von Last α und Drehzahl n in einem konstanten Zustand wird die Minderung der vom Kennwertspeicher 2 ausgegebenen Weggrößen WG gegen Null verändert, so daß die vom Kennfeldspeicher 2 ausgegebenen Weg­ größen WG dann unverändert wirksam für den Weg WGIst des Stellers 1 sind.
Dem Regler 6 ist eine Kontroll- und Hilfsstufe 7 nachgeschaltet, welche den Weg WGIst des Stellers 1 anhand der Ansteuergröße AS sowie die Änderung seines Weges aus­ wertet. Bei einer der Ansteuerungen nicht entsprechendem Weg WGIst bzw. Verände­ rung des Weges wird ein Klemmen des Stellers 1 signalisiert, z. B. über eine Leuch­ te 8. Bei einem signalisierten Klemmen des Stellers 1 wird in der Kontroll- bzw. Hilfs­ stufe 7 nur noch mittelbar abhängig vom Ausgangssignal AS des Reglers 6 ein solches Tastverhältnis für die Ansteuersignale ASK des Stellers 1 wirksam, welches ein Los­ reißen des Stellers 1 aus dem Klemmzustand und sein Schließen bewirkt.
Nach schnell hintereinander folgendem, mehrfachem Klemmen des Stellers 1 werden von der Kontroll- und Hilfsstufe 7 Ansteuersignale ASK einem Tastverhältnis, wie vor­ beschrieben, wirksam und die Abgasrückführung nach dem Erreichen des geschlos­ senen Zustandes des Stellers 1 abgeschaltet.
Bezugszeichenliste
1
Steller
2
Kennfeldspeicher
3
Korrekturstufe
4
Lastgeber
5
Führungsgrößenregler
6
Regler
7
Kontroll- und Hilfsstufe
8
Leuchte
αLaststellung
ΔαVeränderung der Laststellung
QLangesaugte Luftmenge
nDrehzahl- bzw. Drehgeschwindigkeit des Motors (U/min)
WGWeggröße ausgegeben von
2
WG Ä5Weggröße WG gemindert durch
5
WG Ä5;
3
Weggröße WG Ä5 weiter gemindert durch
3
WGIst
;Weg bzw. Stellung von
1
, bestimmt rückgeführte Abgasmenge
(AGR)
ASAnsteuersignal aus
6
für
1
ASKAnsteuersignal aus
7
für
1
beim Klemmzustand

Claims (7)

1. Verfahren zum Steuern eines elektromagnetischen Stellers für die rückzuführende Abgasmenge bei Verbrennungsmotoren, wobei die Vorrichtung zum Steuern des Stellers folgenden Aufbau aufweist:
  • 1. Der Weg des Stellers zum Öffnen der Abgasrückführung für die in den Ansaug­ trakt des Verbrennungsmotors zuführende Menge von Abgas ist mittels des Tastverhältnisses seines Ansteuersignals einstellbar.
  • 2. Ein Regler, dem eingangsseitig eine Weggröße für den Hub des Stellers und ein Wert dessen momentaner Stellung anliegt, bestimmt das Tastverhältnis des von ihm gebildeten und abgegebenen Ansteuersignals für den Steller.
  • 3. Die Weggrößen für das Bilden des jeweiligen Tastverhältnisses für den Hub des Stellers sind aus einem Kennfeldspeicher abhängig von Kenngrößen des momen­ tanen Betriebszustandes auslesbar, vorzugsweise der angesaugten Luftmenge und Drehzahl des Motors und durch verringernde Korrekturen nochmals von Be­ triebsgrößen und deren Änderungsgeschwindigkeiten abhängig veränderbar.
  • 4. Aus dem Signal des Laststellungsgebers bei Änderung Laststellung ein Ände­ rungswert für die Geschwindigkeit dieser Änderung gebildet,
dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Kennfeldspeicher (2) ausgegebenen Weggrößen (WG) für den Steller (1) jeweils während Veränderungen der Laststellung (α) durch Änderungswerte (Ä5; Ä3) eines oder mehrerer zwischengeschalteter Korrekturglieder (3; 5) in verminderte Weg­ größen (WG Ä5; 3) gewandelt werden, wobei nach dem Erreichen einer neuen Last­ stellung (α) und Verharren in dieser die verminderten Weggrößen (WG Ä5; 3) mit zu­ nehmender Verharrungs-Zeit den aus dem Kennfeldspeicher (2) ausgegebenen Weg­ größen (WG) zunehmend angeglichen werden und bei ausreichender Verharrungszeit letztlich gleich sind.
2. Verfahren zum Steuern vorzugsweise nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regler (6) eine Kontroll- und Hilfsstufe (7) nachgeschaltet ist, welche die Stellung des Stellers (1) anhand der Weggröße (WG Ä5; Ä3) und dessen jeweiliger Stellung (WG Ist) sowie deren Änderung (ΔWG) auswertet und bei einer der An­ steuerung nicht entsprechender Stellung (WG Ist) bzw. Veränderung (ΔWG Ist) der Stellung (WG Ist) ein Klemmen des Stellers (1) signalisiert und diesem Zustand durch eine besondere Steuerung zum Lockern des Stellers (1) entgegenwirkt.
3. Verfahren zum Steuern vorzugsweise nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regler (6) eine Kontroll- und Hilfsstufe (7) nachgeschaltet ist, die bei einem erkannten Klemmzustand des Stellers (1) Ansteuersignale (ASK) mit einem auf das Losreißendes Stellers (1) gerichtetem Taktverhältnis abgibt.
4. Vorrichtung zum Steuern des Hubes eines elektromagnetischen Stellers gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1, den folgenden Aufbau aufweist:
  • 1. Der Weg des Stellers zum Öffnen der Abgasrückführung für die in den Ansaug­ trakt des Verbrennungsmotors zuführende Menge von Abgas ist mittels des Tastverhältnisses des Ansteuersignals einstellbar.
  • 2. Die Weggrößen für den Steller sind aus einem Kennfeldspeicher abhängig von Kenngrößen des momentanen Betriebszustandes, vorzugsweise der angesaug­ ten Luftmenge und Drehzahl des Motors auslesbar und durch verringernde Kor­ rekturen nochmals von Betriebsgrößen und deren Änderungsgeschwindigkeiten abhängig veränderbar.
  • 3. Aus dem Signal des Laststellungsgebers wird bei Änderung Laststellung ein Än­ derungswert für die Geschwindigkeit dieser Änderung gebildet,
dadurch gekennzeichnet, daß dem Kennfeldspeicher (2) mehrere Korrekturglieder (3; 5) nachgeschaltet sind, wobei das erste Korrekturglied ein Führungsgrößenregler (5) bei Minderung oder/und Erhöhung der Laststellung (α) und ein zweites Korrekturglied (3) bei Minderung der Laststellung (α), jeweils bis zum Erreichen einer neuen Laststellung und zum ausrei­ chenden Verharren in dieser eine auf Null abnehmende Verminderung der ausgegebe­ nen Weggrößen (WG) bewirken.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regler (6) eine Kontroll- und Hilfsstufe (7) nachgeschaltet ist, welche den Weg (WGIst) des Stellers (1) anhand der Weggröße (WG Ä5; 3) am Eingang des Reg­ lers (6) und seines jeweiligen Weges (WG Ist) sowie dessen Änderung (ΔWG) aus­ wertet und bei einem der Ansteuerung nicht entsprechenden Weg (WG Ist) bzw. Ver­ änderung der Stellung (ΔWG Ist) ein Klemmen des Stellers (1) erkennt und signalisiert.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kontroll- und Hilfsstufe (7) bei erkanntem Klemmen des Stellers (1) ein An­ steuersignal (ASK) für den Steller (1) mit einem auf sein Losreißen bzw. auf einen Weg "Null" (WG Ist) gerichtetes Tastverhältnis abgibt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontroll- und Hilfsstufe (7) bei schnell hintereinander folgendem, mehrfachem Klemmen des Stellers (1) ein Ansteuersignal (ASK) für den Steller (1) wirksam sind, welche ein Losreißen aus dem Klemmzustand und einen Weg "Null" (WG Ist = 0) des Stellers (1) bewirkt, wobei beim Weg "Null" (WG Ist = 0) des Stellers (1) diese Stellung gehalten wird.
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DE10354470A1 (de) * 2003-11-21 2005-06-30 Siemens Ag Verfahren zum Steuern eines Stellelementes einer Abgasrückführeinrichtung für eine Brennkraftmaschine

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