DE19905420A1 - Ladedruck-Regelverfahren für einen Abgasturbolader - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ladedruck-Regelverfahren für einen Abgasturbolader mit verstellbaren Turbinenschaufeln, bei dem der Ladedruck mittels zumindest eines auf eine Verstelleinrichtung wirkenden Regler auf einen Ladedrucksollwert geregelt wird, wobei die Reglerparameter über Kennlinien bzw. Kennfelder abhängig von Betriebsparameter eingestellt werden. DOLLAR A Zur Erreichung einer besseren Verstelldynamik des Regelkreises und zur Anpassung des Reglers an die sich ändernden Regelstrecken-Charakteristiken wird vorgeschlagen, daß der Regelparameter zumindest eines Reglers zusätzlich in Abhängigkeit der Regelabweichung zwischen Ladedruck-Istwert und Ladedruck-Sollwert kontinuierlich angepaßt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ladedruck-Regelverfahren für einen Abgasturbola­ der gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Aufladung eines Verbrennungsmotors mit einem Abgasturbolader ist all­ gemein bekannt. Ein Abgasturbolader besteht im wesentlichen aus den Hauptteilen Laufzeug, Lagergehäuse, Turbinen- und Verdichtergehäuse. Das Laufzeug wiederum besteht aus einem Turbinenrad mit Welle und Ver­ dichterrad. Für eine bessere Ladedruckregelung sind die Turbinenschaufeln oftmals verstellbar, beispielsweise pneumatisch oder elektrisch. In der Regel wird der Ladedruck-Istwert über Regler, z. B. mit einem digitalen PI-Regler (Proportional-Integral-Regler) oder alternativ oder zusätzlich mit einem D- Regler oder DT-Regler (Differentialregler) auf einen Ladedruck-Sollwert ein­ geregelt. Meist werden die Reglerparameter der verschiedenen eingesetzten Regler dabei über Kennlinien oder Kennfelder abhängig von verschiedenen Betriebswerten, wie Drehzahl, Fahrgeschwindigkeit, Getriebestufen, etc., bestimmt.

Problematisch ist bei solchen Regelungen jedoch der sich ständig ändernde Betriebspunkt bzw. die sich ständig ändernde Betriebsweise, so daß nicht von einer einheitlichen Regelstrecken-Charakteristik ausgegangen werden kann. Überdies existieren ausgeprägte Nichtlinearitäten und Totzeiten der Regelstrecke. So ist es herkömmlicherweise mit einem Abgasturbolader mit verstellbarer Turbinengeometrie nicht möglich, über den gesamten Betriebs­ bereich bzw. bei allen Betriebsbedingungen ein befriedigendes Einregelver­ halten mit hoher Verstelldynamik und homogenem Ladedruckaufbau zu er­ reichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Demgemäß ist ein erfindungsgemäßes Merkmal darin zu sehen, daß die Regelparameter zumindest eines Reglers zusätzlich in Abhängigkeit von der Regelabweichung zwischen Ladedruck-Istwert und Ladedruck-Sollwert kon­ tinuierlich angepaßt werden.

Vorzugsweise wird die Anpassung mittels eines Kennfeldes durchgeführt, in dem je nach Abweichung zwischen Ladedruck-Istwert und Ladedruck- Sollwert ein entsprechender Wert für eine Anpassung entnommen wird.

Alternativ kann als Eingangsgröße für das Kennfeld auf die Änderung der Differenz oder die Geschwindigkeit der Änderung der Differenz zwischen Ladedruck-Istwert und Ladedruck-Sollwert abgestellt werden.

Die obengenannte Maßnahme wird im folgenden anhand eines Differential- Reglers erläutert. Dieser hat die Funktion, ein Überschwingen des Ladedruc­ kes beim Ladedruckaufbau - und damit eine übermäßige Motorbelastung - zu verhindern.

Der Differential-Regler löst seine Aufgabe dadurch, daß die Ausgangsgröße des Reglers (D-Anteil) für eine Verstelleinheit der Turbinenschaufeln (z. B. einen Unterdruckwandler oder einen Elektro-Motor) abhängig von der Ge­ schwindigkeit der Regelabweichung zwischen Ladedruck-Istwert und Lade­ druck-Sollwert reduziert wird. Wenn sich also der Ladedruck-Istwert beim Beschleunigen dem Ladedruck-Sollwert annähert, wird bereits die Verstell­ größe für die Ansteuerung der Verstelleinheit der Turbinenschaufeln redu­ ziert und zwar umso mehr, je schneller der Ladedruckaufbau vor sich geht. Um eine möglichst breitbandige Anpassung eines solchen Reglers an den gesamten Betriebsbereich zu erreichen, ist es notwendig, vorliegend den D- Anteil bereits zu Beginn des Ladedruckaufbaus aufzuschalten und durchge­ hend wirken zu lassen.

Durch dieses Gegenhalten des Differential-Reglers geht jedoch das Potential des variablen Abgasturboladers in Richtung eines möglichst schnellen Lade­ druckaufbaus verloren. Im schlimmsten Fall findet sogar eine Überkompen­ sation statt. Wird der Differential-Regler in erfindungsgemäßer Weise jedoch abhängig von der Regelabweichung adaptiert, ist es möglich, im Bereich großer Regelabweichungen den D-Anteil im Interesse eines möglichst schnellen Ladedruckaufbaus möglichst gering zu halten oder sogar negativ einzustellen. Erst kurz vor Erreichen des Solldruckes, also bei kleinen Re­ gelabweichungen, wird der D-Anteil wirksam aufgeschaltet. Mit dieser Maß­ nahme ist eine deutlich bessere Anpassung des Reglers an eine durch den Betriebspunkt sich ändernde Regelstrecken-Charakteristik über den gesam­ ten Regelbereich möglich.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand eines einfachen Aus­ führungsbeispiels und mit Bezug auf die einzige Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt ein schematisches Blockdiagramm für eine Regelpara­ meteradaption.

Vorliegend wird der Ladedruck mit einem nicht dargestellten PID-Regler ge­ regelt. Der PID-Regler besitzt jeweils einen Eingang für die P-Verstärkung, die I-Verstärkung und die D-Verstärkung, wobei aufgrund der einzelnen Ver­ stärkungsgrade ein zugehöriges Signal für die Verstelleinheit der Turbinen­ schaufeln eines variablen Abgasturboladers erzeugt wird. Die jeweilige Ver­ stärkung, also P-Verstärkung, I-Verstärkung und D-Verstärkung, resultiert jeweils aus einem Kennfeld, nämlich einem P-Kennfeld, einem I-Kennfeld und einem D-Kennfeld, aus denen entsprechend der Eingabe von Betrieb­ sparametern A die Verstärkungsfaktoren als Ausgabewerte ausgelesen wer­ den.

Die jeweiligen Ausgabewerte der Kennfelder werden dann in einer jeweils zugeordneten Multiplikationsstufe verändert, wobei jeweils eine P-Adaption, eine I-Adaption und eine D-Adaption stattfindet. Die jeweiligen Adaptionen hängen wiederum von Betriebsparametern B ab, welche als lnputvariablen in die entsprechenden Adaptionsverfahren eingehen. Die Betriebsparameter A und B sind jeweils aus einem Satz von im Fahrzeug vorhandenen Betriebs­ parametern zusammengesetzt.

Zusätzlich wird bei der Differenz-Adaption eine Regelabweichungsverände­ rung eingelesen, aufgrund der die Differenz-Adaption über die Multiplikation den D-Anteil und damit den Regelvorgang beeinflußt. Bei einer geeigneten Kennfeldwahl für die Regelabweichungsveränderung wird nun der D-Anteil in der Weise geändert, daß er bei großen Regelabweichungen klein, bei klei­ nen Regelabweichungen jedoch groß ist. Damit ist es möglich, im Bereich großer Regelabweichungen einen möglichst schnellen Ladedruckaufbau einzustellen. Der Ladedruckaufbau wird erst kurz vor Erreichen des Solldruckes wirksam gebremst.

Natürlich können auch andere Parameter als diejenigen eines Differential- Reglers von der vorgenannten Parameteradaption erfaßt sein.

Claims (4)

1. Ladedruck-Regelverfahren für einen Abgasturbolader mit verstellba­ ren Turbinenschaufeln, bei dem der Ladedruck mittels zumindest ei­ nes auf eine Verstelleinrichtung wirkenden Reglers auf einen Lade­ drucksollwert geregelt wird, wobei die Reglerparameter über Kennlini­ en bzw. Kennfelder abhängig von Betriebsparameter eingestellt wer­ den, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelparameter zumindest eines Reglers zusätzlich in Ab­ hängigkeit von der Regelabweichung zwischen Ladedruck-Istwert und Ladedruck-Sollwert oder in Abhängigkeit von der Änderung der Re­ gelabweichung zwischen Ladedruck-Istwert und Ladedruck-Sollwert kontinuierlich angepaßt wird.

2. Ladedruck-Regelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassung mittels eines Kennfeldes durchgeführt wird.

3. Ladedruck-Regelverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Reglern um einen Proportional-Regler (P-Regler), einen Integral-Regler (I-Regler), einen Differential-Regler (D-Regler) oder eine Kombination von solchen Reglern handelt.

4. Ladedruck-Regelverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfluß eines Differential-Reglers proportional zur Regelab­ weichung verändert wird.