DE19845524B4 - Vorrichtung zum Steuern des Hubes eines elektromagnetischen Stellers, vorzugsweise für die Abgasrückführung bei Verbrennungsmotoren - Google Patents

Vorrichtung zum Steuern des Hubes eines elektromagnetischen Stellers, vorzugsweise für die Abgasrückführung bei Verbrennungsmotoren Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zum Steuern eines elektromagnetischen Stellers für die rückzuführende Abgasmenge bei Verbrennungsmotoren, die zum Steuern des Stellers folgenden Aufbau aufweist:
– der Weg des Stellers zum Öffnen der Abgasrückführung für die in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zu führende Menge von Abgas ist mittels des Tastverhältnisses seines Ansteuersignals (AS) einstellbar,
– 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 (AS) für den Steller,
– die Weggrößen für das Bilden des jeweiligen Tastverhältnisses für den Hub des Stellers sind aus einem Kennfeldspeicher abhängig von Kenngrößen des momentanen Betriebszustandes auslesbar und durch verringernde Korrekturen nochmals von Betriebsgrößen und deren Änderungsgeschwindigkeiten abhängig veränderbar,
– aus dem Signal des Laststellungsgebers wird bei Änderung der Laststellung ein Änderungswert für die Geschwindigkeit dieser Änderung gebildet,
– dem Kennfeldspeicher (2) sind mehrere Korrekturglieder...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern des Hubes eines elektromagnetischen Stellers, vorzugsweise für die Abgasrückführung bei Verbrennungsmotoren gemäß der Hauptanmeldung DE 198 12 151.2 .
  • Vorbekannt ist durch die Schrift DE 43 22 270 A1 eine Vorrichtung zum Steuern eines elektromagnetischen Stellers, vorzugsweise für die Abgasrückführung bei Verbrennungsmotoren, die in einem von einem Lastgeber und von Motorparametern geführten Steuergerät für Motorsteuerung integriert ist. Der Öffnungsweg des elektromagnetischen Stellers für die in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zuführende Menge von Abgas ist mittels des Tastverhältnisses seines Ansteuersignais einstellbar. In einem Kennfeldspeicher sind Ansteuersignalgrößen für den Öffnungsweg des Stellers abgelegt. An dessen Eingängen liegen, den momentanen Betriebszustand kennzeichnenden, Signale der vom Steuergerät beeinflußten Luftmenge und Drehzahl an. Am Ausgang des Kennfeldspeichers liegt die dem momentanen Betriebszustand zugehörige Größe für den Öffnungsweg des Stellers zur Abgasrückführung an.
  • Zwischen dem Ausgang des Kennfeldspeichers und der Steuerstufe ist eine Korrekturstufe eingeschaltet, in der die jeweilige Größe für den Weg in Abhängigkeit von der angesaugten Luft und ggf. anderen Betriebs- bzw. Zustandsgrößen verändert werden kann. Am Ausgang der Steuerstufe ist der Steller direkt oder indirekt angeschlossen.
  • Derartige Ausführungen weisen besonders für Ottomotoren z. B. mit im unteren Drehzahl- und Leistungsbereich eingestellten Magergemisch-Betriebsbedingungen eine zu geringe Geschwindigkeit für die Drosselung der Abgaszuführung bei schneller Leistungsminderung auf. Dies führt in Übergangsbereichen bei schnell abnehmenden Lastbedingungen zu Instabilitäten im Motorbetrieb.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung bildet ein Gesamtsystem gemäß 1 der Beschreibung.
  • Ein Steller für Abgasrückführung – AGR – betätigt ein Ventil, über welches Abgas vom Verbrennungsmotor zu dessen Saugseite zurückgeführt wird. Die zurückzuführende Abgasmenge wird in Abhängigkeit vom Lastsignal, vorzugsweise der Ansaugluftmenge und der Motordrehzahl, über einen Kennfeldspeicher bestimmt und als Weggröße ausgegeben. Entsprechend dieser Weggröße erfolgt die Ansteuerung des Stellers zum Öffnen des Ventils zur Abgasrückführung.
  • Die Signale für die Weggröße gelangen über einen Führungsgrößenregler und ein Korrekturglied zu einem Soll-Ist-Regler. Dieser bestimmt mit unterschiedlicher Pulsweite des modulierten Ansteuerstromes den Stellweg des Stellers 1 und damit auch die Öffnung des Ventils für die rückzuführende Abgasmenge. Zwischen Regler und Steller ist eine Kontroll- und Hilfsstufe eingeschaltet, die bei korrekter Funktion von Steller und Abgasrückführungsventil den, mit unterschiedlicher Pulsweite modulierten, Ansteuerstrom AS unverändert weiterleitet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, als Bestandteil der Vorrichtung eine Einheit auszugestalten, die den Hub eines elektromagnetischen Stellers zur Einstellung der rückzuführende Abgasmenge überwacht, seine Fehlpositionierung erkennt und letztlich ein Klemmen dieses Stellers signalisiert und ein Losreißen initiiert.
  • Die Aufgabe wird innerhalb der Vorrichtung durch die im Hauptanspruch spezifizierte Einheit gelöst.
  • Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Ein Klemmen des Stellers wird wie folgt erkannt.
  • Signale der aktuellen IST-Position des Stellers werden Tiefpaß-gefiltert und vom aktuellen Signal der IST-Position subtrahiert. Die Differenz ist ein Maß für die Veränderung der Position des Stellers bzw. dessen Bewegung.
  • Erreicht die ermittelte Regelabweichung eine Größe, die außerhalb eines festgelegten Toleranzbereiches liegt, so wird dies als Bewegungsanforderung gewertet. Existiert eine Bewegungsanforderung, jedoch wird keine Bewegung des Stellers erkannt, so liegt ein Klemmen des Stellers vor. Nach dem Erkennen des Klemmens des Stellers wird ein Losreißen in einer weiteren Einheit der Vorrichtung initiiert.
  • Die einzelnen Funktionsgruppen der Vorrichtung können als Hard- oder Software ausgeführt sein.
  • Im Rahmen der Beschreibung werden die Unteransprüche zusammen mit ihren vorteilhaften Wirkungen erläutert.
  • Anhand einer Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
  • Es zeigt:
  • 1 die Vorrichtung zum Steuern des Hubes eines elektromagnetischen Stellers als Gesamtsystem gemäß der Hauptanmeldung.
  • 2 eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kontroll- und Hilfsstufe 7 innerhalb der Vorrichtung.
  • Ein Steller 1 für eine 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 Weggrößen 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 Motordrehzahl n ausgegeben.
  • Signale für die Weggröße WG gelangen über einen Führungsgrößenregler 5 und ein Korrekturglied 3 zu einem Regler 6.
  • Dieser Regler 6 ist als Soll-Ist-Regler für den Weg WG_Ist des Stellers 1 wirksam, dabei sind eingangsseitig Signale einer geminderten WG Ä5; 3 oder vom Kennfeldspeicher 2 ausgegebenen Weggröße WG und der momentane Stellweg WG_Ist des Stellers 1 angeschlossen.
  • Sein ausgangsseitiger, mit unterschiedlicher Pulsweite modulierter Ansteuerstrom AS bestimmt den Stellweg WG_Ist des Stellers 1 und damit auch die Öffnung des Ventils für die rückzuführende Abgasmenge – nicht dargestellt –. Zwischen Regler 6 und Steller 1 ist eine Kontroll- und Hilfsstufe 7 eingeschaltet, die bei korrekter Funktion des Stellers 1 und des Abgasrückführungsventils – nicht dargestellt – den Ansteuerstrom AS unverändert weiterleitet.
  • Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kontroll- und Hilfsstufe 7 mit ihren Einheiten ist in 2 gezeigt.
  • Die Kontroll- und Hilfsstufe 7 dient innerhalb der Vorrichtung zur Erkennung von Verklemmungen des Stellers 1, vornehmlich für ein Ventil zur Abgasrückführung bei Verbrennungsmotoren.
  • Die Regelabweichung RAW wird in Vergleichern 11 und 12 auf das Unterschreiten eines minimalen negativen Schwellwertes RAWV2 und auf das Überschreiten eines maximalen Schwellwertes RAWV1 verglichen. Im Normalbetrieb des Stellers 1 führt dies zu einer Änderung des Tastverhältnisses durch den Regler 6 – siehe 1 – mittels des von ihm erzeugten Signals AS. Das bedeutet, es wird ein neues Tastverhältnis entsprechend der Regelabweichung berechnet und als eine neue Stellgröße AS ausgegeben. Gleichzeitig erfolgt über ein Meßglied die Aktualisierung des Signals WG_Ist entsprechend der Stellung des Stellers. Aus den Signalen WG_Ist und WGÄ5; 3 wird die Regelabweichung berechnet. Weiterhin wird der Wert des Signales WG_Ist zur Beobachtung der Dynamik des Stellerweges benutzt.
  • Das Signal WG_Ist wird in Einheit 16 Tiefpaß-gefiltert und an einer nachfolgenden Summationsstelle vom momentanen Signal WG_Ist abgezogen. Nachfolgend wird der Betrag WGDIFF dieser Differenz in einer Einheit 17 gebildet und in einer weiteren Stufe 18 mit einem Vorgabewert WGDIFFV verglichen. In der Einheit 19 wird kontrolliert ob dieser Vorgabewert WGDIFFV einen definierten Zeitraum lang von WGDIFF unterschritten wird. Dies bedeutet der Steller ist unbewegt und das Signal ΔWG_IST_UNB liegt an. Die Verklemmung des Stellers kann nun über die logische Verknüpfung der ermittelten Dynamik ΔWG_IST_UNB mit der auf eine Toleranzgrenze hin verglichenen Regelabweichung erkannt werden. Existiert eine die Toleranzgrenzen überschreitende Regelabweichung ΔWG_SOLL_BEW, so gibt es eine Bewegungsanforderung an den Steller. Diese wird mit der Information aus der Bewegungserkennung AWG_IST_UNB UND-verknüpft und sind beide Aussagen wahr, dann ist der Steller verklemmt. Es kommt in der Einheit 13 zu einem Eingriff auf das Tastverhältnis, welches auf das Losreißen des Stellers in Richtung geschlossenes AGR-Ventil gerichtet ist.
    • 1
    Steller
    2
    Kennfeldspeicher
    3
    Korrekturglied
    4
    Lastgeber
    5
    Führungsgrößenregler
    6
    Regler
    7
    Kontroll- und Hilfsstufe
    11
    Vergleicher 1 e > V1
    12
    Vergleicher 2 e < V2
    13
    Korrekturglied Tastverhältnis
    14
    ODER – Verknüpfung
    15
    UND – Verknüpfung
    16
    Tiefpaß
    17
    Betrag
    18
    Vergleicher DIFF < V10
    19
    Zeitbegrenzer
    20
    Subtraktionsstelle
    α
    Laststellung
    Δα
    Veränderung der Laststellung
    QL
    angesaugte Luftmenge
    n
    Drehzahl- bzw. Drehgeschwindigkeit des Motors (U/min)
    WG
    Weggröße ausgegeben von 2
    WG Ä5
    Weggröße WG gemindert durch 5
    WG Ä5; 3
    Weggröße WGÄ5 weiter gemindert durch 3
    WG_Ist
    Weg bzw. Stellung von 1, bestimmt rückgeführte Abgasmenge (AGR)
    AS
    Ansteuersignal aus 6 für 1
    ASK
    Ansteuersignal aus 7 für 1 beim Klemmzustand
    WGDIFF
    Absolutbetrag der Differenz aus Tiefpaß-gefiltertem Wert und Ist-Wert der Weggröße
    WGDIFFV
    Voragabewert für den Absolutbetrag der Differenz WGDIFF
    ΔWG_SOLL_BEW
    Änderung des Sollweges liegt vor
    ΔWG_IST_UNB
    Istweg Änderung ist 0 (Steller unbewegt)
    TVV1
    Tastverhältnis Vorgabewert 1
    TVV2
    Tastverhältnis Vorgabewert 2
    TVV3
    Tastverhältnis Vorgabewert 3
    TVV4
    Tastverhältnis Vorgabewert 4
    RAW
    Regelabweichung
    RAWV1
    Regelabweichung Vorgabewert 1
    RAWV2
    Regelabweichung Vorgabewert 2

Claims (4)

  1. Vorrichtung zum Steuern eines elektromagnetischen Stellers für die rückzuführende Abgasmenge bei Verbrennungsmotoren, die zum Steuern des Stellers folgenden Aufbau aufweist: – der Weg des Stellers zum Öffnen der Abgasrückführung für die in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zu führende Menge von Abgas ist mittels des Tastverhältnisses seines Ansteuersignals (AS) einstellbar, – 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 (AS) für den Steller, – die Weggrößen für das Bilden des jeweiligen Tastverhältnisses für den Hub des Stellers sind aus einem Kennfeldspeicher abhängig von Kenngrößen des momentanen Betriebszustandes auslesbar und durch verringernde Korrekturen nochmals von Betriebsgrößen und deren Änderungsgeschwindigkeiten abhängig veränderbar, – aus dem Signal des Laststellungsgebers wird bei Änderung der Laststellung ein Änderungswert für die Geschwindigkeit dieser Änderung gebildet, – dem Kennfeldspeicher (2) sind mehrere Korrekturglieder (3; 5) nachgeschaltet 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 ausreichenden Verharren in dieser eine auf Null abnehmende Verminderung der ausgegebenen Weggrößen (WG) bewirken, – dem Regler (6) ist eine Kontroll- und Hilfsstufe (7) nachgeschaltet, welche den Weg (WG_Ist) des Stellers (1) anhand der Weggröße (WGÄ5; 3) am Eingang des Reglers (6) und seines jeweiligen Weges (WG_Ist) sowie dessen Änderung (ΔWG) auswertet und bei einem der Ansteuerung nicht entsprechenden Weg (WG_Ist) bzw. Veränderung der Stellung (ΔWG_Ist) ein Klemmen des Stellers (1) erkennt und signalisiert nach DE 198 12 151 dadurch gekennzeichnet, daß in einer Einheit (20) die Differenz aus einem Signal für den Weg des Stellers (WG_Ist) mit einem solchen tiefpaßgefilterten gebildet wird, wobei beim Unterschreiten der Differenzwertgröße WGDIFFV am Ausgang einer weiteren Einheit (18) ein Signal für unbewegten Zustand des Stellers (1) anliegt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang einer Einheit (19) das Signal für einen unbewegten Zustand erst anliegt, wenn das Unterschreiten der Differenzwertgröße (WGDIFFV) eine bestimmte Zeitdauer anhält.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal Steller ist unbewegt (ΔWG_IST_UNB) einem UND-Glied angeschalten ist, an dessen weiteren Eingang ein Signal unzulässiger Regelabweichung anliegt (WG_SOLL_BEW), wobei dem Ausgang des UND-Gliedes der Eingang der Hilfsstufe (13) angeschalten ist, welche bei erkannter Verklemmung das Ansteuersignal (AS) zum Losreißen hin modifiziert.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die angesaugte Luftmenge und die Drehzahl die Kenngrößen des momentanen Betriebszustandes sind, von welchen die Weggrößen für das Bilden des jeweiligen Tastverhältnisses für den Hub des Stellers abhängen und die aus dem Kennfeldspeicher in Abhängigkeit von den Kenngrößen auslesbar sind.
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