DE19935900A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine beschrieben. Ausgehend von Betriebskenngrößen wird ein Sollwert für einen Ladedruck vorgegeben. Ein Istwert des Ladedrucks wird erfaßt. Ausgehend von dem Vergleich zwischen dem Ist- und dem Sollwert gibt ein Regler ein Ansteuersignal zur Beaufschlagung eines Stellgliedes zur Beeinflussung des Ladedrucks vor. Der Sollwert wird zeitlich verzögert.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine sind aus der DE 196 07 071 bekannt. Bei der dort beschriebenen Vorrichtung wird ausgehend von Betriebskenngrößen ein Sollwert für den Ladedruck vorgegeben. Ein Regler bestimmt ausgehend von dem Vergleich zwischen dem Sollwert und einem Istwert ein Ansteuersignal zur Beaufschlagung eines Stellgliedes zur Beeinflussung des Ladedrucks. Bei dieser Regelstruktur ist das Verhalten des Regelkreises nicht optimal.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art, das Verhalten des Regelkreises zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteile der Erfindung

Mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ergibt sich ein verbessertes Regelverhalten des Ladedruckregelkreises.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig. 2 eine detaillierte Darstellung des Reglers.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung am Beispiel einer selbstzündenden Brennkraftmaschine dargestellt. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise kann aber auch bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen eingesetzt werden, in diesem Fall sind die Steller und Sensoren entsprechend zu modifizieren.

In Fig. 1 ist die Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine 100 dargestellt. Die Luft gelangt über eine Zuführleitung 105 zur Brennkraftmaschine 100. Über eine Abgasleitung 110 gibt sie Abgase ab. Eine Rückführleitung 115 verbindet die Abgasleitung 110 mit der Zuführleitung 105. In der Rückführleitung ist ein Abgasrückführventil 120 angeordnet, das die Menge an rückgeführtem Abgas beeinflußt.

In der Zuführleitung ist ein Verdichter 125 angeordnet, der die zugeführte Luft verdichtet. Mittels eines Drosselklappenstellers 130 kann die angesaugte Frischluftmenge über eine Drosselklappe variiert werden. Der Druck P2, unter dem die der Brennkraftmaschine zugeführte Luft steht, wird mittels eines Sensors 135 erfaßt. Die Menge ML der dem Verdichter zugeführten Luft kann mittels eines Sensors 138 erfaßt werden.

Der Verdichter 125 wird von einer in der Abgasleitung 110 angeordneten Turbine 140 angetrieben. Mittels eines Ladedruckstellers 141 kann der Wirkungsgrad des Laders, und somit die Menge bzw. der Druck der verdichteten Luft geregelt werden. Eine Steuerung 150 beaufschlagt den Drosselklappensteller 130 mit einem Ansteuersignal AD, den Kraftstoffmengensteller 145 mit einem Signal QK, das Abgasrückführventil 120 mit einem Signal AV und den Ladedrucksteller 140 mit einem Signal LV. Die Steuerung 150 wertet die Ausgangssignale eines Drehzahlsensors 165, eines Fahrpedalstellungsgebers 160, des Ladedrucksensors 135 und ggf. weitere Signale von weiteren Sensoren, beispielsweise eines Luftmassensensors 138, aus.

Das Ausgangssignal FP des Fahrpedalstellungsgebers 160 und das Drehzahlsignal N des Drehzahlgebers 165 werden von einer Kraftstoffmengensteuerung 152 verarbeitet, die dann den Kraftstoffmengensteller 145 mit dem Ansteuersignal QK beaufschlagt. Desweiteren gibt die Kraftstoffmengensteuerung 152 ein Signal S bezüglich des Sollwertes für den Ladedruck, das Kraftstoffmengensignal QK sowie das Drehzahlsignal N an eine Ladedruckregelung in einem Luftsystem 154 weiter. Das Luftsystem 154 verarbeitet ferner das Ausgangssignal I des Ladedrucksensors 135. Das Luftsystem 154 stellt das Signal AV für das Abgasrückführventil 120, das Signal AD für den Drosselklappensteller 130 sowie das Signal LV für den Ladedrucksteller 141 zur Verfügung.

Diese Einrichtung arbeitet nun wie folgt: Die über die Zuführleitung 105 zugeführte Frischluft wird von dem Verdichter 125 verdichtet. Mittels des Drosselklappenstellers 130 kann die Drosselklappe derart angesteuert werden, daß die zugeführte Luftmenge gedrosselt bzw. ungedrosselt zur Brennkraftmaschine 100 gelangt. Die Abgase, die über die Abgasleitung 110 abgeführt werden, treiben die Turbine 140 an, die wiederum den Verdichter 125 antreibt. Mittels des Ladedruckstellers 141 kann der Witkungsgrad der Turbine und damit indirekt der Wirkungsgrad des Verdichters beeinflußt werden. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Waste-Gate handeln, mittels dem ein Teil des Abgases von der Abgasleitung unmittelbar, unter Umgehung der Turbine 140 in den Auspuff gelangt. Desweiteren kann vorgesehen sein, daß die Turbine eine variable Geometrie aufweist, womit die Drehzahl der Turbine steuerbar ist.

Ein Teil des Abgases gelangt über die Rückführleitung 115 in die Zuführleitung 105. Mittels des Abgasrückführventils 120 ist der Querschnitt dieser Rückführleitung veränderbar und damit ist der Anteil der rückgeführten Abgasmenge an der der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge einstellbar.

Die Kraftstoffmengensteuerung 152 berechnet ausgehend vom Fahrerwunsch FP, der mittels des Fahrpedalstellungsgebers 160 erfaßt wird, der Drehzahl N und ggf. weiteren Betriebskenngrößen ein Ansteuersignal QK, das die einzuspritzende Kraftstoffmenge festlegt. Mit diesem Signal wird der Kraftstoffmengensteller 145 angesteuert. Ferner gibt die Kraftstoffsteuerung 152 ausgehend von verschiedenen Betriebskenngrößen, wie beispielsweise der Drehzahl N der Brennkraftmaschine und/oder der einzuspritzenden Kraftstoffmenge QK, einen Sollwert S für den Ladedruck vor. Dieser Sollwert für den Ladedruck entspricht der gewünschten Luftmenge, die zur Verbrennung der Kraftstoffmenge QK erforderlich ist. Das Luftsystem 154 steuert den Drosselklappensteller 130 und das Abgasrückführventil 120 derart an, daß bei Teillast die Abgasrückführräte für optimale Emissionen erfüllt ist; sowie den Ladedrucksteller 141 derart an, daß sich der entsprechende Ladedruck P2 einstellt.

Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung zeigt lediglich eine Ausgestaltung. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise kann auch bei weiteren Ausgestaltungen der Einrichtung eingesetzt werden. So kann beispielsweise vorgesehen sein, daß die Einrichtung keine Drosselklappe und/oder keine Abgasrückführung aufweist.

In Fig. 2 ist die Ladedruckregelung innerhalb des Luftsystems 154 detaillierter dargestellt. Bereits in Fig. 1 beschriebene Elemente sind mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Der Ladedrucksensor 135 liefert ein Signal P2, das dem Istwert I des Ladedruckreglers entspricht. Die Kraftstoffmengensteuerung 152 liefert einen Sollwert 5 für den Ladedruck.

Der Istwert I und der Sollwert S werden in dem Verknüpfungspunkt 220 verknüpft und wenigstens einem ersten Regler 230 mit proportionalem Verhalten und/oder einem Regler 240 mit differentialen Verhalten zugeleitet. Ferner gelangt der Sollwert S über eine Verzögerung 240 zu einem zweiten Verknüpfungspunkt 225. Am zweiten Eingang des zweiten Verknüpfungspunktes 225 liegt der Istwert I an. Das Ausgangssignal des zweiten Verknüpfungspunktes 225 gelangt zu einem zweiten Regler 250 mit integralem Verhalten.

Die Ausgangsgrößen des zweiten Reglers 250 und des ersten. Reglers 230 und/oder des Reglers 240 werden in einem. Verknüpfungspunkt 260 zu dem Ansteuersignal LV für den Ladedrucksteller 141 verknüpft. Diese Verknüpfung erfolgt vorzugsweise additiv.

In dem Verknüpfungspunkt 220 wird die Regelabweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert S vorzugsweise durch Differenzbildung bestimmt. Der erste Regler 230 bestimmt ausgehend von der Abweichung zwischen dem Istwert I und dem Sollwert S eine Ansteuergröße zur Beaufschlagung des Ladedruckstellers 141. Entsprechend bestimmt der Verknüpfungspunkt 225 vorzugsweise durch Differenzbildung ausgehend von dem Istwert I und einem verzögerten Sollwert eine Regelabweichung, die dem zweiten Regler 250 zugeleitet wird, der ausgehend von der Regelabweichung zwischen dem Istwert und dem verzögerten Sollwert eine Stellgröße zur Beaufschlagung des Ladedruckstellers 141 bildet. Die beiden Stellgrößen werden in dem Verknüpfungspunkt 260 vorzugsweise additiv verknüpft.

Bei einer Beschleunigung eines Fahrzeugs mit einer sprunghaften Änderung der Kraftstoffmasse und einer daraus resultierenden Drehzahlerhöhung steigt üblicherweise der Ladedrucksollwert an. Bei einer Verzögerung eines Fahrzeugs mit einer sprunghaften Änderung der Kraftstoffmasse und eines daraus resultierenden Drehzahlabfall fällt üblicherweise der Ladedrucksollwert ab. Wird der Sollwert für den Regler mit integralem Verhalten nicht verzögert, so hat dies zur Folge, daß aufgrund der großen Abweichung zwischen dem Istwert und dem Sollwert die Stellgröße des Integrators des zweiten Reglers 240 auf einen sehr großen Wert aufintegriert wird.

Dies ist problematisch, da der Istwert I bei einer Änderung des Sollwerts S nur sehr langsam reagiert, da das gesamte System eine große Totzeit aufweist. Dies führt bei sprungförmigen Änderungen der einzuspritzenden.

Kraftstoffmenge bzw. des Moments zu Schwingungen im Regelkreis.

Die Regler 230, 240 und 250 sind in der Fig. 2 als drei Blöcke dargestellt. Bei diesen Blöcken kann es sich auch um verschiedene Anteile mit unterschiedlichem Verhalten eines Reglers handeln. Besonders vorteilhaft ist es, wenn dem integralen Anteil des Reglers eine Regelabweichung zugeführt wird, die mittels eines verzögerten Sollwerts gebildet wird. Wohingegen den übrigen Anteilen des Reglers, insbesondere dem proportionale Anteil 230 und dem differentialen Anteil 240, eine Regelabweichung zugeführt wird, die mittels eines unverzögerten Sollwert gebildet wird.

Durch die erfindungsgemäße Verzögerung des Ladedrucksollwertes S durch die Verzögerung 240 erreicht man durch geeignete Wahl der Verzögerung einen annähernd gleichen Anstieg des Sollwertes und des Istwertes. Die daraus resultierende Regelabweichung weicht nur unwesentlich von dem Wert 0 ab. Dadurch nimmt die Stellgröße des Integralreglers 250 nur einen kleinen Wert an.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Verzögerung 240 an das Zeitverhalten der Regelstrecke angepaßt ist. Dies bedeutet, daß der Verzögerer 240 das gleiche Verhalten aufweist wie die Regelstrecke, die durch den Steller 145, den Lader und den Sensor 135 gebildet wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Verzögerer 240 als PT1-Glied ausgebildet ist. Vorteilhaft ist es, wenn der verzögerte Sollwert und der Regler mit integralem Verhalten das gleiche zeitliche Verhalten aufweisen.

Claims (4)

1. Verfahren zur Regelung einer Brennkraftmaschine, wobei ausgehend von Betriebskenngrößen ein Sollwert für einen Ladedruck vorgebbar ist, wobei ein Istwert des Ladedrucks erfaßt wird, und ausgehend von dem Vergleich zwischen dem Ist- und dem Sollwert ein Regler ein Ansteuersignal zur Beaufschlagung eines Stellgliedes zur Beeinflussung des Ladedrucks vorgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert zeitlich verzögerbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daf~ das zeitliche Verhalten des Sollwerts an das Übertragungsverhalten der Regelstrecke angepaßt ist.

3. Vorrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine, wobei ausgehend von Betriebskenngrößen ein Sollwert für einen Ladedruck vorgebbar ist, wobei ein Istwert des Ladedrucks erfaßt wird, und ausgehend von dem Vergleich zwischen dem Ist- und dem Sollwert ein Regler ein Ansteuersignal zur Beaufschlagung eines Stellgliedes zur Beeinflussung des Ladedrucks vorgibt, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die den Sollwert zeitlich verzögern.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, die den Sollwert verzögern, wenigstens PT1-Verhalten aufweisen.