DE19813531A1 - Verfahren zur Verbesserung der Dynamik von AGR-Regelungen - Google Patents

Verfahren zur Verbesserung der Dynamik von AGR-Regelungen

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Abstract

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Regeln der Abgasrückführrate bei einer Brennkraftmaschine ist dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher innerer Regelkreis zum Regeln der Stellung des AGR-Ventils vorgesehen ist. Dazu wird die Rückmeldung des AGR-Ventils über seine Stellung mit einem Sollwert für die AGR-Ventilstellung verglichen und ein entsprechendes Stellsignal für das AGR-Ventil erzeugt. Durch den schnellen inneren Regelkreis wird automatisch eine meßtechnische Begrenzung des äußeren Regelkreises der AGR-Regelung gewährleistet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß dem Oberbe­ griff von Patentanspruch 4 zum Regeln der Abgasrückführrate bei einer Brennkraftmaschine.
Eine Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung (AGR) ist z. B. aus der DE 196 15 545 C1 bekannt. Bei derartigen Brennkraft­ maschinen - insbesondere bei Dieselmotoren - ist es aus ver­ brennungstechnischen Gründen notwendig, über den gesamten Ar­ beitsbereich definierte Abgasrückführraten zu gewährleisten. Die Abgasrückführrate (AGR-Rate) stellt sich aufgrund der Differenz zwischen dem Ladedruck auf der Ansaugseite und dem Abgasgegendruck auf der Abgasseite in Abhängigkeit von der Stellung eines AGR-Ventils ein. Die jeweils erforderliche Ab­ gasrückführrate ist vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine abhängig und wird über eine kennfeldabhängige Regelung einge­ stellt.
Dazu 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 AGR-Regelung.
In bekannter Weise wird ein Teil eines eine Brennkammer - üb­ licherweise einen Zylinder - verlassenden Abgasmassenstroms über einen Abgasrückführungskanal als AGR-Massenstrom zurück zur Ansaugseite geführt, wo sich der AGR-Massenstrom mit Frischluft vermischt. Der restliche Teil des Abgasmassen­ stroms gelangt über einen Abgaskrümmer und ein Ladedruck-Stell­ glied zu einer Abgasturbine, die mechanisch mit einer im Ansaugbereich angeordneten Verdichterturbine gekoppelt ist. Das Ladedruck-Stellglied kann auch in einem parallel zu der Abgasturbine geschalteten Bypass angeordnet sein. Die Ver­ dichterturbine erzeugt ansaugseitig einen Ladedruck für den Ansaugmassenstrom, der dem Zylinder zugeführt wird. Zum Re­ geln des Ladedrucks ist in bekannter Weise ein Ladedruck-Re­ gler vorgesehen, der durch eine Motorsteuerung als Füh­ rungsgröße einen Sollwert für den Ladedruck erhält.
Durch die Druckdifferenz zwischen Ladedruck und Abgasdruck bildet sich im Abgasrückführungskanal der AGR-Massenstrom (Abgasrückführrate) aus, der über ein AGR-Ventil beeinflußbar ist. Das AGR-Ventil wird üblicherweise als Drosselklappe aus­ geführt und über einen AGR-Regler geregelt.
Fig. 3 zeigt eine AGR-Regelung in detaillierter Form, die auch bei dem Regelsystem in Fig. 2 Verwendung findet.
Der AGR-Regler ermittelt in bekannter Weise rechnerisch den Istwert des AGR-Massenstroms und vergleicht ihn mit einem Sollwert, der durch die Motorsteuerung vorgegeben wird und als Kennfeld hinterlegt worden ist.
Die bisher bekannten AGR-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 Bereiches wirkt sich jedoch nega­ tiv 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 Regeln der Abgasrückführrate anzugeben, bei dem die beim Stand der Technik auftretenden Nachteile vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Einrichtung gemäß Patentanspruch 1 und gemäß Patentanspruch 4 gelöst. Vorteil­ hafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind den Unteransprü­ chen zu entnehmen.
Die Erfindung ist durch eine Kaskadenregelung mit einem inne­ ren Regelkreis gekennzeichnet, bei dem eine Rückmeldung eines AGR-Stellglieds, z. B. eines AGR-Ventils, über die Ventilstel­ lung, d. h. ein Positions-Istwert des AGR-Ventils mit einem Sollwert für die AGR-Ventilstellung in einem Positionsregler verglichen wird. Bei Abweichungen erzeugt der Positionsregler ein Stellsignal zum Nachstellen des AGR-Ventils. Dieser schnelle innere Regelkreis ermöglicht ein verbessertes dyna­ misches Verhalten der gesamten AGR-Regelung. Insbesondere können für das Regelverhalten nachteilige Nichtlinearitäten vermieden werden.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figu­ ren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße AGR-Regelung;
Fig. 2 ein bekanntes Regelsystem mit einer AGR-Regelung;
Fig. 3 eine detailliertere Darstellung der AGR-Regelung aus Fig. 2.
Anhand der Fig. 2 und 3 wurde bereits die Arbeitsweise einer bekannten AGR-Regelung beschrieben. Nachfolgend wird anhand von Fig. 1 die Erfindung erläutert, wobei Fig. 1 einen ähnli­ chen Aufbau aufweist wie Fig. 3.
Fig. 1 zeigt ein als Stellglied dienendes AGR-Ventil, das von einem Positionsregler mittels eines PWM-Signals (PWM - pulse width modulation, Pulsbreitenmodulation) angesteuert wird. Die Ist-Position, d. h. der Istwert der AGR-Ventilstellung wird als Positions-Istwert zum Positionsregler rückgeführt und mit einer Soll-Position, d. h. einem Sollwert der AGR-Ven­ tilstellung (Positions-Sollwert) verglichen. Der Positi­ ons-Sollwert wird in herkömmlicher Weise von einem AGR-Regler ausgegeben, der einen Istwert des AGR-Massenstroms mit einem kennfeldabhängigen Sollwert des AGR-Massenstroms vergleicht.
Der den Istwert bildende, tatsächliche AGR-Massenstrom stellt sich aufgrund der Druckdifferenz zwischen Ansaug- und Ab­ gasseite in Abhängigkeit von der tatsächlichen Stellung des AGR-Ventils (Positions-Istwert) ein.
Die gegenüber dem Stand der Technik zusätzliche schnelle Rückführung des Positions-Istwertes der AGR-Ventilstellung und Ausregelung durch den Positionsregler ermöglicht es, daß ein Verlassen des linearen Aussteuerbereiches der Regelung vermieden werden kann. Dadurch werden automatisch die meß­ technische Begrenzung des äußeren Regelkreises gewährleistet und die dynamischen Eigenschaften des Regelprozesses verbes­ sert.
Je nach Anwendungsfall haben sich für den Positionsregler und den AGR-Regler PI-Regler als zweckmäßig erwiesen.

Claims (4)

1. Einrichtung zum Regeln der Abgasrückführrate bei einer Brennkraftmaschine, mit
  • - einer Einrichtung zum Bestimmen eines Istwerts der Abgas­ rückfürrate in Abhängigkeit von mindestens einer Betriebsgrö­ ße der Brennkraftmaschine;
  • - einem die Abgasrückführrate beeinflussenden Stellglied; und mit
  • - einem Regler, dessen Regelgröße die Abgasrückführrate ist und dessen Stellgröße einem Positions-Sollwert für die Stel­ lung 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 das Stellglied ein Abgasrückführ-Ventil ist.
3. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Regler oder Positi­ onsregler als Proportional-Integral-Regler ausgebildet ist.
4. Verfahren zum Regeln der Abgasrückführrate bei einer Brennkraftmaschine, bei dem ein Istwert der Abgasrückführrate in Abhängigkeit von mindestens einer Betriebsgröße der Brenn­ kraftmaschine bestimmt wird, ein Sollwert der Abgasrückführ­ rate vorgegeben wird und ein Positions-Sollwert für die Stel­ lung eines Stellglieds von einem Regler in Abhängigkeit von der Abweichung von Soll- und Istwert der Abgasrückführrate angegeben 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.
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