DE19812691A1

DE19812691A1 - Einrichtung und Verfahren zur Verbesserung der Dynamik von Ladedruckregelungen

Info

Publication number: DE19812691A1
Application number: DE19812691A
Authority: DE
Inventors: Dirk Heinitz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1998-03-23
Publication date: 1999-09-30

Abstract

Eine Einrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine ist dadurch gekennzeichnet, daß ein innerer Regelkreis zum Regeln der Stellung eines Stellglieds vorgesehen ist, das den Querschnitt eines Abgaskanals vor einer Abgasturbine beeinflußt. Dazu wird eine Rückmeldung des Stellglieds über seine Stellung mit einem Sollwert für die Stellgliedstellung verglichen und ein entsprechendes Stellsignal für das Stellglied erzeugt. Durch den schnellen inneren Regelkreis werden die dynamischen Eigenschaften der Regelung erheblich verbessert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, sowie ein Verfahren gemäß dem Oberbe griff von Patentanspruch 5 zum Steuern einer Brennkraftma schine.

Aus der DE 43 44 960 A1 ist ein System zur Regelung der Auf ladung einer Brennkraftmaschine bekannt. Mittels eines Reg lers wird abhängig von der Abweichung zwischen einer ge wünschten Aufladung und der tatsächlichen Aufladung eine Stellgröße erzeugt, die ein die Aufladung der Brennkraftma schine beeinflussendes Stellglied ansteuert. Bei derartigen Regelanordnungen ist es notwendig, eine Regelstrategie zu entwerfen, die sowohl ein schnelles Ändern der Führungsgröße als auch ein optimales Reagieren auf Störungen ermöglicht.

Fig. 2 zeigt in vereinfachter Darstellung ein Regelsystem mit einer Ladedruckregelung für eine variable Turbinengeome trie (VTG-Regelung).

In bekannt er Weise wird ein eine Brennkammer - üblicherweise einen Zylinder - verlassender Abgasmassenstrom über einen Ab gaskrümmer zu einer Abgasturbine geführt, die mechanisch mit einer im Ansaugtrakt angeordneten Verdichterturbine gekoppelt ist. Der der Turbine zugeführte Abgasmassenstrom wird über ein VTG-Stellglied gesteuert. Das VTG-Stellglied beeinflußt den Querschnitt des zu dem Turbinenlaufrad führenden Abgaska nals. Vorzugsweise besteht daher das VTG-Stellglied aus den feststehenden Statorschaufeln bzw. Leitblechen der Turbine, die derart verschwenkbar sind, daß sich der Querschnitt des Abgaskanals ändert. Zum Regeln des Ladedrucks ist in bekann ter Weise ein Ladedruckregler vorgesehen, der durch eine Mo torsteuerung als Führungsgröße einen Sollwert für den Lade druck erhält und die Abweichung zwischen dem Sollwert und ei nem von einem Drucksensor ermittelten Ladedruck-Istwert aus regelt. Als Stellgröße gibt der Ladedruckregler einen Positi ons-Sollwert für die Stellung des VTG-Stellglieds aus.

Fig. 3 zeigt eine VTG-Regelung in detaillierterer Form, wie sie auch bei dem Regelsystem aus Fig. 2 Verwendung findet.

Der Öffnungsquerschnitt des Abgaskrümmers ist zur Beeinflus sung des Abgasmassenstroms und des Abgasdrucks zur Turbine hin veränderlich. Die Querschnittsänderung erfolgt - wie be reits beschrieben - durch das VTG-Stellglied, dessen Sollpo sition über den Ladedruckregler eingestellt wird.

Die bisher bekannten VTG-Regelungen weisen den Nachteil auf, daß der mathematisch zur Verfügung stehende Ansteuerbereich durch die im Regelkreis vorhandenen elektrischen, mechani schen oder pneumatischen Bauelemente nicht linear abgebildet wird. Das bedeutet, daß der theoretisch nutzbare Ansteuerbe reich in der Praxis nur teilweise genutzt werden kann. Ein Überschreiten des linearen Bereichs wirkt sich jedoch negativ auf die Dynamik des gesamten Regelprozesses aus. Wie sich herausgestellt hat, ist auch ein Begrenzen des Reglerausgangs aufgrund von Bauelementetoleranzen nur eingeschränkt möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung und ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine anzu geben, bei der die beim Stand der Technik auftretenden Nach teile vermieden werden. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Einrichtung gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfah ren gemäß Patentanspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterent wicklungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entneh men.

Die Erfindung ist durch eine Kaskadenregelung mit einem inne ren Regelkreis gekennzeichnet, bei dem ein Positionsregler vorgesehen ist, dessen Führungsgröße einem Positions-Sollwert für die Stellung des VTG-Stellglieds und dessen Regelgröße die Stellung des VTG-Stellglieds ist. Seine Stellgröße wirkt auf das Stellglied ein. Bei Abweichungen zwischen Führungs- und Regelgröße erzeugt daher der Postitionsregler ein Stell signal zum Nachstellen des VTG-Stellglieds. Der schnelle in nere Regelkreis ermöglicht ein verbessertes dynamisches Ver halten der gesamten VTG-Regelung. Insbesondere können für das Regelverhalten nachteilige Nichtlinearitäten vermieden wer den.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figu ren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße VTG-Regelung;

Fig. 2 ein bekanntes Regelsystem mit einer VTG-Regelung;

Fig. 3 eine detailliertere Darstellung der VTG-Regelung aus Fig. 1.

Anhand der Fig. 2 und 3 wurde bereits die Arbeitsweise und der Aufbau einer bekannten VTG-Regelung beschrieben. Nachfol gend wird anhand von Fig. 1 die Erfindung erläutert, wobei Fig. 1 einen ähnlichen Aufbau aufweist wie Fig. 3.

Fig. 1 zeigt ein als Stellglied dienendes VTG-Stellglied, das von einem Positionsregler mittels eines PWM-Signals (PWM-pulse width modulation, Pulsbreitenmodulation) angesteuert wird. Die Ist-Position, d. h. der Istwert der VTG-Stell gliedstellung wird als Positions-Istwert zum Positions regler rückgeführt und von dem Positionsregler mit einer Soll-Position, d. h. einem Sollwert für die VTG-Stell gliedstellung (Positions-Sollwert) verglichen. Der Posi tions-Sollwert wird in herkömmlicher Weise von dem Ladedruck regler ausgegeben, der einen Istwert des Ladedrucks mit einem kennfeldabhängigen Sollwert des Ladedrucks vergleicht.

Die gegenüber dem Stand der Technik zusätzliche schnelle Rückführung des Positions-Istwertes der VTG-Stell gliedstellung und Ausregelung durch den Positionsregler ermöglicht es, daß ein Verlassen des linearen Aussteuerberei ches der Regelung vermieden werden kann. Dadurch werden auto matisch die meßtechnische Begrenzung des äußeren Regelkreises gewährleistet und die dynamischen Eigenschaften des Regelpro zesses verbessert.

Je nach Anwendungsfall haben sich für den Positionsregler und den Ladedruckregler PI-Regler als zweckmäßig erwiesen.

Claims

1. Einrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit

- einem Drucksensor in einem Ansaugtrakt zum Erfassen eines Ladedrucks;
- einer den Ladedruck beeinflussenden Aufladeeinrichtung, der ein Stellglied zugeordnet ist; und mit
- einem Ladedruckregler, dessen Regelgröße der Ladedruck ist und dessen Stellgröße einem Positions-Sollwert für die Stellung des Stellglieds entspricht,
gekennzeichnet durch
einen Positionsregler,
- dessen Führungsgröße dem Positions-Sollwert entspricht;
- dessen Regelgröße die Stellung des Stellglieds ist, und
- dessen Stellgröße auf das Stellglied einwirkt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladedruckregler und/oder der Positionsregler ein Propor tional-Integral-Regler ist.

3. Einrichtung nach einem vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Aufladeeinrichtung eine Abgasturbine aufweist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied nicht-rotierende Turbinenleitschaufeln der Ab gasturbine umfaßt.

5. Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine, bei dem

- ein Ist-Wert für einen Ladedruck in einem Ansaugtrakt be stimmt wird,
- ein Sollwert für den Ladedruck vorgegeben wird;
- ein Positions-Sollwert für die Stellung eines Stellglieds von einem Ladedruckregler in Abhängigkeit von der Abweichung von Soll- und Istwert des Ladedrucks ausgegeben wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Positionsregler in Abhängigkeit von dem Positions-Soll wert und einem der tatsächlichen Stellung des Stellglieds entsprechenden Positions-Istwert ein Stellsignal für das Stellglied ausgibt.