DE3531744A1

DE3531744A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern des aufladedrucks fuer einen turbolader

Info

Publication number: DE3531744A1
Application number: DE19853531744
Authority: DE
Inventors: Toshimi Yokohama Kanagawa Abo; Takashi Yokosuka Kanagawa Ueno
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1984-09-05
Filing date: 1985-09-05
Publication date: 1986-03-13
Also published as: US4671067A; JPS6165021A; JPH0344207B2; DE3531744C2

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Aufladedruekes bei Turboladern.

Ein Turbolader ist derart ausgebildet, daß eine Auspuffturbine durch das Auspuffgas hoher Temperatur und hoher Druckenergie gedreht wird, so daß der Druck innerhalb eines Ansaugkrümmers über den Atmosphärendruck zunimmt, wenn die Drehzahl eines Kompressors in dem Turbolader zunimmt. Als Ergebnis hiervon wird die Zufuhr einer großen Ansaugluftmenge zu der Brennkraftmaschine durch den so erhaltenen Aufladedruck möglich,mit dem Ergebnis, daß ein hohes Drehmoment, eine hohe Ausgangsleistung und eine Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs ermöglicht werden.

Bei einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug mit einem weiten Drehzahlbereich kann man auf ausreichend sichere Art und Weise den Aufladedruck in Betriebsbereichen mit mittleren und hohen Drehzahlen festlegen. Allerdings ist es bei niedrigen Drehzahlbereichen schwierig, einen ausreichenden Auspuffgasdruck zu erhalten, so daß das Drehmoment ohne Erzeugung des Aufladedruekes bei niedrigen Drehzahlen unzureichend ist. Für diesen Fall ist es bekannt, daß eine bestimmende Größe des Aufladedruekes für den unteren Drehzahlbereich das Verhältnis von A/R ist, wobei A die Querschnittsfläche des Spiralganges und R der Radius vom Mittelpunkt des Spiralganges des Turboladers ist. Wenn demgemäß die Querschnittsfläche für den Betriebsbereich der unteren Drehzahlen mit einer niedrigen Auspuffgasmenge klein gemacht werden kann, kann der Aufladedruck durch

Steigerung der Turbinendrehzahl angehoben werden.

Deshalb wurde bereits ein Turbolader mit veränderlicher Kapazität mit einer Kapazitätsänderungseinrichtung mit veränderbarem Verhältnis A/R der Turbine durch den Anmelder der vorliegenden Anmeldung, beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung 58-162918 vorgeschlagen, bei dem ein ausreichender Aufladedruck selbst dann erzeugt werden kann, wenn der Turbolader des Typs mit veränderbarer Kapazität im unteren Drehzahlbereich betrieben wird.

Bei der in dem oben beschriebenen Turbolader verwendeten Aufladedrucksteuerung wird ein Betätigungsglied zum Antreiben der Kapazitätsänderungseinrichtung des Turboladers verwendet, wobei während des Betriebes der Aufladedruck auf einem Arbeitsdruck bzw. Betriebsdruck liegt, der stromabwärts eines Kompressors erzeugt wird, und wobei der Aufladedruck konstant gehalten wird, indem das Lastverhältnis eines Magnetventils gesteuert wird, welches den Betriebsdruck zur Umgebung hin entlädt.

Bei der Steuerkennlinie eines Elektromagnetventils, wobei die X-Achse den Lastwert darstellt, (siehe z.B. Fig.5), bezeichnet der Lastwert die Öffnungszeit des Ventils pro vorbestimmter Zeiteinheit, wobei ein Wert von 100 Prozent anzeigt, daß das Ventil vollständig geöffnet ist und wobei die Querschnittsfläche A in diesem Fall mittels des Betätigungsgliedes und der Kapazitätsänderungseinrichtung auf einen minimalen Wert eingestellt ist, um die Turbinendrehzahl zu steigern.

Wenn andererseit der Lastwert Null ist, bezeichnet dies den vollständig geschlossenen Zustand des Magnetventils, was zur Folge hat, daß die Querschnittsfläche A maximal ist und daß die Turbinendrehzahl gesenkt wird, wodurch der Ladedruck konstant gesteuert wird. Bei der tatsächlichen Steuerung ist es in diesem Fall zum Vermeiden von Steuerabweiehungen aufgrund verschiedener Abweichungsfaktoren üblich, eine Rückkoppelungssteuerung in Reaktion auf einen tatsächlich erfaßten Wert durchzuführen. In diesem Fall wird ein Rückkoppelungskorrekturwert aus der Abweichung zwischen dem tatsächlichen Aufladedruck und dem Soll-Aufladedruck errechnet und der Lastwert um diesen Betrag korrigiert.

Die Kapazitätsänderungseinrichtung der vorhergehend beschriebenen Art ist vorgesehen, um einen ausreichenden Aufladedruck im unteren Drehzahlbereich und im unteren Lastbereich der Brennkraftmaschine sicher zu stellen. Im Hochlastbetriebsbereich jedoch wird die Turbinendrehzahl zu groß, um den Aufladedruck zu steuern. Demgemäß ist es üblich, stromabseitig der Turbine ein Auspuffgas-Umleitungsventil vorzusehen, um den Druck am Turbineneinlaß zum Entladen vorbei zu führen, damit verhindert wird, daß der Aufladedruck einen zulässigen Maximalwert überschreitet. Jedoch mag das Vorsehen einer solchen Vielzahl von Steuereinrichtungen zum Steuern des Aufladedruckes, wie es beschrieben wurde, zu unerwünschten Nachteilen als Ergebnis von Störungen dieser zwei Steuerungsarten führen. Die Kapazitätsänderungseinrichtung und das Auspuffgas-Umleitungsventil sind beides Steuereinrichtungen für den Aufladedruck, so daß die Betätigung einer Einrichtung die andere beeinflußt. Wenn beispielsweise die Kapazitätsänderungseinrichtung von der Schließrichtung, d.h. der Richtung zunehmenden Aufladedruckes von einem optimalen Wert ab-

weicht, wird das Auspuffgas-Umleitungsventil in Öffnungsrichtung abweichen, d.h. in Richtung den Aufladedruck bei dem optimalen Wert zu halten und der Aufladedruck bleibt insgesamt bei einem vorbestimmten Druck. 5

Um, wie vorhergehend beschrieben, zu erreichen, daß der Aufladedruck bei dem vorbestimmten Druck bleibt, gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, die Steuerung der Kapazitätsänderungseinrichtung und des Auspuffgas-Umleitungsventils vorzunehmen. Um jedoch die maximale Betriebsweise der Brennkraftmaschine herbeizuführen, ist es für die Kapazitätsänderungseinrichtung und das Auspuffgas-Umleitungsventil erforderlich, daß diese jeweils in ihre optimalen Stellungen eingestellt werden, während der Aufladedruck bei dem vorbestimmten Wert gehalten wird.

Es ist deshalb ein Ziel der Erfindung, ein Steuerverfahren für den Aufladedruck bei einem Turbolader anzugeben, bei dem eine Rückkoppelungssteuerung in einem vorbestimmten Betriebsbereich mittels der Kapazitätsänderungseinrichtung und/oder dem Auspuffgas-Umleitungsventil durchgeführt wird, um eine Beeinträchtigung bzw. Verwechslung der Steuerung aufgrund der überlappenden Rückkoppelungssteuerung zu verhindern.

Eine weitere Zielsetzung der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Steuerung des Aufladedruckes bei einem Turbolader zu schaffen, bei der eine unabhängige Rückkoppelungssteuerung in dem betreffenden vorbestimmten Bereich mittels einer Vielzahl von Steuerungseinrichtungen zum Steuern des Aufladedruckes durchgeführt wird und keine Störungen auftreten, da keine überlappende Steuerung stattfindet.

Eine weitere Zielsetzung der Erfindung besteht darin, eine Steuerungsvorrichtung für den Aufladedruck anzugeben, bei der die Kapazitätsänderungseinrichtung zur Änderung der Auspuffgasmenge zu der Auspuffgasturbine und das Auspuffgas-Umleitungsventil unabhängig entsprechend den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine und dem festgestellten tatsächlichen Aufladedruck gesteuert werden,und ein Bereich, bei dem die Steuerung mittels der Kapazitätsänderungseinrichtung durchgeführt wird, und ein anderer Bereich ausgewählt wird, bei dem die Steuerung mittels des Auspuffgas-Umleitungsventils in Übereinstimmung mit dem Feststellungsergebnis durchgeführt wird, welches durch Feststellungsmittel zum Feststellen eines jeden zu steuernden Betriebsbereiches erhalten werden.

Eine weitere Zielsetzung der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Aufladedruckes anzugeben, bei dem eine proportionale Steuerung oder eine proportionale plus eine integrale Steuerung wahlweise bei jedem der Betätigungsglieder für die Kapazitätsänderungseinrichtung und für das Auspuffgas-Umleitungsventil über unabhängige Steuerungsschleifen gemäß den Steuerungssignalen von einer einen Mikroprozessor umfassenden elektronischen Steuerungseinheit durchgeführt wird.

Ein Merkmal des Verfahrens zum Steuern des Aufladedruckes bei einem Turbolader gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß es die Schritte umfaßt:

Einstellen eines ersten vorbestimmten Aufladedruckwertes nahe jedoch unterhalb eines voreingestellten Aufladedruckes, unabhängige Durchführung einer proportionalen Steuerung bei einer Kapazitätsänderungseinrichtung, um die Auspuffgasströmung zu einer Turbine

eines Turboladers zu steuern, und bei einem Auspuffgas-Umleitungsventil, zur Auspuffgasumleitung in einem ersten Bereich, der mit dem Zeitpunkt der Betätigung eines Beschleunigers beginnt und dauert, bis der tatsächliche erfaßte Aufladedruck den ersten vorbestimmten Aufladedruck erreicht, Durchführen einer proportionalen plus einer integralen Steuerung nur bei der Kapazitätsänderungseinrichtung für die Turbine in einem zweiten Bereich, welcher mit dem ersten, vorbestimmten Aufladedruck nahe bei jedoch unterhalb des voreingestellten Aufladedruckes beginnt und dauert, bis die tatsächliche, erfaßte Luftströmungsmenge eine erste vorbestimmte Luftströmungsmenge erreicht, wobei die proportionale Steuerung an dem Auspuffgas-Umleitungsventil beibehalten wird, und Durchführen der proportionalen plus integralen Steuerung nur an dem Auspuffgas-Umleitungsventil in einem dritten Bereich, nach dem Erreichen der vorbestimmten Luftströmungsmenge, wobei die proportionale Steuerung an der Kapazitätsänderungseinrichtung beibehalten wird.

Ein anderes Merkmal der Vorrichtung zum Steuern des Aufladedruckes bei einem Turbolader nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt:

eine Vielzahl von Erfassungseinrichtungen zum Erfassen von Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise der Luftdurchflußmenge, des Aufladedruckes, der Drosselventilöffnung und des Kurbelwellenwinkels; eine Kapazitätsänderungseinrichtung, die in einem Führungsweg eines Auspuffrohres vorgesehen ist und ein Wellenglied aufweist, welches über eine Arm- und Stabeinrichtung mit einer ersten Betätigungseinrichtung gekoppelt ist; ein Auspuffgas-Umleitungsventil, welches in einem Auspuffkrümmer vorgesehen ist, der eine Verbindungseinrichtung mit einem Arm und Stangen

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aufweist, die mit einer zweiten Betätigungseinrichtung gekoppelt sind; ein erstes Magnetventil, welches bei einem ersten Verbindungsrohr vorgesehen ist, um die erste Betätigungseinrichtung in Übereinstimmung mit einem ersten Steuersignal zu steuern; ein zweites Magnetventil, welches in einem zweiten Verbindungsrohr vorgesehen ist, um die zweite Betätigungseinrichtung in Übereinstimmung mit einem zweiten Steuersignal zu steuern; und eine elektronische Steuereinheit mit einem Mikroprozessor, der eine CPU, einen ROM und einen RAM, einenA/D-Umwandler und eine Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle zunErzeugen des ersten und zweiten Steuersignals und zur wahlweisen Steuerung des ersten und zweiten Magnetventils in Übereinstimmung mit den Parametern des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine aufweist, die von der Vielzahl von Erfassungseinrichtungen erfaßt worden sind.

Diese und andere Zielsetzungen, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind besser aus der folgenden ins Einzelne gehenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verständlich.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 Ein Grundkonzept der Bauweise der Steuervorrichtung für den Aufladedruck für einen Turbolader gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein gesamtes Brennkraftmaschinensystem mit einem Turbolader, bei dem das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung angewandt werden,

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Fig. 3 eine vergrößerte Querschnittsdarstellung eines spiralförmigen Abschnittes des Turboladers mit einem beweglichen, zungenförmigen Glied, das als Kapäzitätsänderungsvorrichtung dient,

Fig. 4 eine funktionale Bauweise der in Fig.2 gezeigten elektronischen Steuereinheit,

Fig. 5 eine Kennlinie einer auslesbaren Tabelle

für den Zusammenhang zwischen dem Lastwert und der Luftdurchflußmenge, wobei die entsprechenden Daten vorhergehend in dem ROM eines Mikroprozessors der Steuereinheit gespeichert worden sind,

Fig. 6 ein Flußdiagramm des Verfahrens zum Steuern des Aufladedruckes nach der Erfindung, und

Fig. 7 den zeitlichen Betriebsablauf des 'Öffnens

des Drosselventils, der Ansaugluftdurchflußmenge, des Aufladedruckes und des Lastwertes von Steuersignalen mit der verstrichenen Zeit zur Erörterung eines tatsächlichen Brennkraftmaschinenbetriebes.

Fig.1 zeigt eine Grundkonzeption der Bauweise der Vorrichtung zum Steuern des Aufladedruckes bei einem Turbolader nach der Erfindung. Die Vorrichtung umfaßt eine Erfassungseinrichtung 1 zum Erfassen der Betriebszustände einer Brennkraftmaschine, eine Aufladedruckerfassungseinrichtung 2, eine Berechnungseinrichtung für einen ersten Steuerwert, eine Berechnungseinrichtung 4 für einen zweiten Steuerwert, eine erste Steuereinrichtung 5, eine zweite Steuereinrichtung 6,

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eine Kapazitätsänderungseinrichtung 7, eine Auspuffgas-Umleitungsventileinrichtung 8, eine Berechnungseinrichtung 9 für eine Abweichung, eine Erfassungseinrichtung 10 für Betriebsbereiche und eine Brenn-

δ kraftmaschine 11.

Die Erfassungseinrichtung 1 für den Betriebszustand ermittelt die Betriebszustände der Brennkraftmaschine 11, beispielsweise die Ansaugluftdurchflußmenge als einer der Parameter zum Darstellen der Betriebszustände der Brennkraftmaschine. Die Aufladedruckerfassungseinrichtung 2 ermittelt den tatsächlichen,von einem nicht dargestellten Kompressor erzeugten Aufladedruck, die Berechnungseinrichtung 9 für eine Abweichung berechnet die Abweichung zwischen dem erfaßten, tatsächlichen Aufladedruck und dem voreingestellten oder Soll-Aufladedruck.

Eine Vielzahl von Steuerschleifen zum Steuern des Aufladedruckes besteht aus einer Steuerschleife zum Steuern der Auspuffgasmenge zu einer nicht dargestellten Auspuffgasturbine, welche durch die Kapazitäts änderungseinrichtung 7 veränderbar ist, und aus einer anderen Steuerschleife zum Steuern der Auspuffgasmenge durch die Auspuffgas-Umleitungsventileinrichtung 8. Die Einrichtungen 3 und H für den ersten und zweiten Steuerwert berechnen nämlich den Steuerwert für die Kapazitätsänderungseinrichtung 7 bzw. die Auspuffgas-Umleitungsventileinrichtung 8 für die Turbine gemäß den den Betriebszustand der Brennkraftmaschine darstellenden Parametern unter Einschluß von wenigstens der Abweichung. Die erste und zweite Steuereinrichtung 5 und 6 steuern die Kapazitätsänderungseinrichtung und die Auspuffgas-Umleitungsventileinrichtung 8 gemäß den Steuergrößen, die in den Recheneinrichtungen 3 und

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4 für die erste und zweite Steuergröße berechnet worden sind. Mit der Mehrfachsteuereinrichtung zum Durchführen der entsprechenden Rückkoppelungssteuerung in Übereinstimmung mit der Abweichung wird der tatsächliche Aufladedruck auf den vorbestimmten Aufladedruck gesteuert.

Die Betriebsbereich-Erfassungseinrichtung 10 ermittelt einen Betriebsbereich, bei dem eine Rückkoppelungssteuerung durchgeführt werden soll, von einem anderen, z.B. ermittelt sie einen vorbestimmten Betriebsbereich gemäß der Ansaugluftmenge und dem von der Aufladedruckerfassungseinrichtung 2 ermittelten Aufladedruck und ermöglicht, daß die Berechnung der Steuergröße in Abhängigkeit von der Abweichung wahlweise durch entweder die Berechnungseinrichtung 3 oder 4 für die erste bzw. zweite Steuergröße gemäß dem Erfassungsergebnis durchgeführt wird.

Mit diesem Aufbau nach der Erfindung kann in einem Betriebsbereich, wo die Steuerung durch die Kapazitätsänderungseinrichtung 7 durchgeführt wird, die Berechnung der Steuergröße nur von einer Berechnungseinrichtung für die erste Steuergröße gemäß der Abweichung durchgeführt werden, und die Aufladedrucksteuerung wird durch die Kapazitätsänderungseinrichtung 7 gemäß der derart erhaltenen Steuergröße durchgeführt.

In einem anderen Betriebsbereich, wo die Steuerung durch das Auspuffgas-Umleitungsventil 8 durchgeführt wird, wird die Berechnung der Steuergröße nur durch eine Berechnungseinrichtung 6 für eine zweite Steuergröße.gemäß der Abweichung vorgenommen und die Aufladedrucksteuerung wird durch das Auspuffgas-Umleitungsventil 8 in Übereinstimmung mit der derart erhaltenen

Steuergröße durchgeführt. Als Ergebnis hiervon können bei dem System nach der Erfindung keine Störungen zwischen den unabhängigen Steuerschleifen auftreten, da eine unabhängige Rückkoppelungssteuerung in den jeweiligen, vorbestimmten Bereichen durch eine Vielzahl von Steuereinrichtungen zur Steuerung des Aufladedruckes durchgeführt wird, und es entstehen keine sich überlappenden Steuerungsbereiche.

Fig.2 zeigt das gesamte Brennkraftmaschinensystem mit einem Turbolader, bei dem die Erfindung angewendet wird. Bei dem Brennkraftmaschinensystem wird Luft einer Brennkraftmaschine 21 über das Ansaugrohr 22 und einen Ansaugkrümmer 23 zugeführt, und das Auspuffgas wird über einen Auslaßkrümmer 24 und ein Auspuffrohr 25 abgeführt.

Am Ende des Ansaugrohres 22 ist ein Luftdurchflußmeßgerät 31 zum Messen der Luftdurchflußmenge pro Zeiteinheit Qa vorgesehen, wobei am entgegengesetzten Ende des Ansaugrohres 22 ein Kompressor 35 angeordnet ist, welcher einen Teil des Turboladers bildet und der die durch das Luftdurchflußmeßgerät 31 hindurch gelieferte Ansaugluft zu der Brennkraftmaschine 21 nach dem Verdichten der Luft führt.

An dem unteren Endabschnitt des Ansaugrohres 22 nahe dem Einlaßkrümmer 25 liegt ein Drosselventil 32; ein Entleerungsventil 29 ist zwischen dem Kompressor 35 und dem Drosselventil 32 vorgesehen. Eine Turbinenkammer 38 ist am Boden des Auslaßrohres 25 ausgebildet, und eine Turbine 37 befindet sich innerhalb der Turbine 38, die mit dem Kompressor 35 über eine Verbindungswelle 36 verbunden ist. Die Turbinenkammer 38 weist einen spiralförmigen Gang 39 auf, der die Tür-

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bine umgibt, wie es in Fig.3 dargestellt ist . Der spiralförmige Gang 39 ist derart ausgebildet, daß dessen Querschnittsfläche in Richtung stromabwärts nach und nach von einem Führungsweg 40 aus abnimmt, welcher durch den Pfeil F angegeben ist.

An dem Zusammenflußpunkt zwischen dem Führungsweg 40 zu dem spiralförmigen Gang 39 und dem Ende 41 des spiralförmigen Ganges ist eine bewegliche Zunge 45 vorgesehen, die als Kapazitätsänderungseinrichtung dient und ein Klappenventil darstellt. Die bewegliche Zunge 45 ist verschwenkbar mittels einer Welle 46 gelagert, damit die Querschnittsfläche des Führungsweges 40 eingestellt werden kann. Die bewegbare Zunge 45 liegt „ innerhalb des Auslaßrohres 25 in der Figur nahe des strömungsaufwärtigen Endes des Führungsweges 40 in der Turbine 37- Die Welle 56, die die bewegbare Zunge 45 verschwenkbar trägt, ist mit dem oberen Ende einer Stange 48 über einen Arm 47 verbunden, wobei das untere Ende der Stange 46 mit einer Membran 52 verbunden ist, die ein Betätigungsglied 50 zum Antreiben der bewegbaren Zunge 45 bildet.

Ein Gehäuse 51 mit der Membran 52 ist durch die Membran 52 in eine Atmosphärendruckkammer 53 und eine Überdruckkammer 54 unterteilt. Die Atmosphärendruckkammer 53 ist mit einer Feder 55 versehen, welche so zusammengedrückt ist, daß sie die Membran 52 in Richtung zu der Überdruckkammer 54 drückt. Die überdruckkammer 54 steht mit dem Ansaugrohr 22, das stromabwärts des Kompressors 35 liegt, über ein Verbindungsrohr 56 in Verbindung, so daß der Aufladedruck, der durch den Kompressor 35 erzeugt wird, zur Überdruckkammer 54 geführt wird und die Membran 52 zur Atmosphärendruckkammer 53 gegen die Feder 55 verstellt.

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Ferner ist ein Magnetventil 57 zwischen dem Ansaugrohr 22 und dem Verbindungsrohr 56 vorgesehen, das bei seiner Betätigung durch ein Steuersignal von einer Steuereinheit 80 geöffnet wird. Das Verbindungsrohr 56 steht über das Magnetventil 47 mit der Atmosphäre in Verbindung. Demzufolge wird der Druck innerhalb der Überdruckkammer 56 abgesenkt. Da insbesondere das Magnetventil 57 mittels der Steuereinheit 80 derart bezüglich des Lastverhältnisses gesteuert wird, daß beim Erhöhen des Lastverhältnisses das Magnetventil 57 weiter geöffnet wird, wird ein weiteres Absenken des Druckes der Überdruckkammer 54 vorgenommen. Demgemäß wird die Membran durch die Wirkung der Feder 55 in der Atmosphärendruckkammer nach unten bewegt, und diese Bewegung wird auf die bewegbare Zunge 45 über die Stange 48, den Arm 47 und die Welle 46 übertragen, so daß die bewegliche Zunge 45 in Richtung des Verringerns des Führungsweges 40 für das Abgas zur Turbine 37 verschwenkt wird, d.h. in der Richtung des Verschließens des Führungsweges Als Ergebnis hiervon steigt die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, welches zur Turbine 37 geführt wird, an, so daß der Aufladedruck des Kompressors 35, der der Brennkraftmaschine 21 zugeführt wird, ebenfalls ansteigt.

Andererseits wird mit Absenkung des Lastwertes der Öffnungsgrad des Magnetventils 57 verringert, mit der Folge, daß der Druck in der Überdruckkammer 54 ansteigt, woraufhin sich die Membran 52 nach oben entgegen der

gO Kraft der Feder 55 bewegt und die Zunge 45 in öffnungsric'htung bezüglich des Führungsweges 40 verschwenkt. Als Ergebnis hiervon sinkt die Strömungsgeschwindigkeit des zur Turbine 37 zugeführten Auspuffgases ab, so daß der Auflagedruck des Kompressors 35, der der Brenn-

gc kraftmaschine 21 zugeführt wird, ebenfalls absinkt.

Ein Abgasventil oder Auspuffgas-Umleitungsventil 60 ist an dem Verbindungspunkt zwischen einem Auspuffgas-Umleitungsweg 26, um an der Turbine 37 vorbeizuleiten, und dem Auspuffkrümmer 24 vorgesehen. Das Auspuffgas-Umleitungsventil 60 ist mit einem Ende einer Stange 63 über einen Arm 61 und ein Verbindungsglied 62 verbunden, und das andere Ende der Stange 63 ist mit einer Membran 72 in einem Betätigungsglied 70 so verbunden, daß das Umleitungsventil 60 angesteuert wird. Ein Gehäuse 71 mit der Membran 72 ist in eine Atmosphärendruckkammer 73 und eine Überdruckkammer 74 durch die Membran 72 unterteilt. Die Atmosphärendruckkammer 72 hat eine Feder 75, die gegen die Membran 72 in Richtung zur Überdruckkammer 74 vorgespannt ist.

Die Überdruckkammer 74 steht mit dem Einlaßrohr 22 stromabwärts des Kompressors 35 über ein Verbindungsrohr 76 in Verbindung. Der durch den Kompressor 35 erzeugte Druck wird zur Überdruckkammer 74 geführt.

Ein weiteres Magnetventil 77 liegt an einem Verbindungsrohr 76. Beim öffnen des Magnetventils 77 mittels eines Steuersignals von der Steuereinheit 80 wird das Verbindungsrohr 76 mit der Atmosphäre über das Magnetventil 77 verbunden, so daß der Druck innerhalb der Überdruckkammer 74 verringert wird. Insbesondere wird das Magnetventil 77 durch die elektronische Steuer einheit 80 in Abhängigeit von einem Lastwert gesteuert, so daß beim Ansteigen des Lastwertes der Öffnungsgrad des Magnetventils 77 zunimmt. Als Ergebnis hiervon wird der Druck in der Überdruckkammer 74 verringert und die Membran 72 wird durch die Wirkung der Feder 75 innerhalb der Atmosphärendruckkammer 73 nach unten bewegt. Die nach unten gerichtete Bewegung der Membran 72 wird über die Stange 63, das Verbindungsglied 62 und den Arm 61 auf das Abgasventil oder Auspuffgas-Umleitungsventil

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6θ übertragen, und das Ventil 60 wird in Richtung des Schließens des Umleitungsweges 26 betätigt.

Andererseits wird mit Verminderung des Lastwertes der Öffnungsgrad des Magnetventils 77 verringert, so daß der Druck in der Überdruckkammer 74 zunimmt. Als Ergebnis hiervon wird die Membran 72 nach oben gegen die Wirkung der Feder 75 bewegt, wobei die Aufwärtsbewegung der Membran die Betätigung des Auslaß-Umleitungsventils 60 in Öffnungsrichtung bewirkt. Die Funktion des Ventils 60 besteht darin, die Brennkraftmaschine 21 vor einem Schaden aufgrund eines übermäßigen Anstieges des Einlaßaufladedrucks zu der Brennkraftmaschine 21 zu bewahren, wenn die Brennkraftmaschine 21 mit hoher Drehzahl und hoher Last betrieben wird. Aus diesem Grund wird ein Anteil des Auspuffgases von der Brennkraftmaschine 21 nach außen abgegeben und ein geeigneter Aufladedruck der Brennkraftmaschine 21 durch Verringern des der Turbine 37 zugeführten Auspuffgases zugeführt.

Die elektronische Steuereinheit 80 enthält einen Mikroprozessor mit einer zentralen Steuereinheit (CPU), einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) und einen Festwertspeicher (ROM) sowie einen A/D-Umwandler und eine Eingangs-Ausgangs-Schnittstelle (sämtliche nicht dargestellt). Die Meßsignale von dem Luftdurchflußmeßgerät 31, dem Kurbelwellenwinkelfühler 30, dem Drosselventil 32 und dem Aufladedruckfühler 33 werden der Steuereinheit 80 zugeführt und in Digitaldaten entsprechend der Einlaßluftflußmenge Qa, der Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine, der Drosselventilöffnung Q und des Aufladedrucks P2 mittels des A/D-Umwandlers in der Steuereinheit in an sich bekannter Weise umgewandelt.

Der nicht dargestellte Mikroprozessor in der Steuer-' einheit 80 berechnet die jeweiligen Lastwerte der den Magnetventilen 57 und 77 zugeführten Steuersignalen, um diese in Übereinstimmung mit den Meßsignalen zu betreiben. Als Ergebnis der Steuerung der Magnetventile 57 und 77 wird die bewegbare Zunge 45 gesteuert,und die Querschnittsfläche des Führungsweges 40 für das Auspuffgas zu der Turbine 37 kann verändert werden, wodurch die Auspuffgasmenge zu der Turbine 37 verändert werden kann, wobei die Auspuffgasmenge zu der Turbine 37 durch Steuerung des Auspuffgas-Umleitungsventils 60 geändert wird. Durch diese Steuerungen wird der der Brennkraftmaschine 21 zugeführte Einlaßaufladedruck in geeigneter Weise in Reaktion auf die Einlaßluftmenge pro Zeiteinheit Qa gesteuert, so daß das Drehmoment von dem Betriebsbereich mit niedriger Drehzahl zum Betriebsbereich mit hoher Drehzahl ansteigt.

Fig.4 zeigt den Aufbau der Steuereinheit 80 gemäß Fig.2 sowie der zugeordneten Steuerelemente und der Brennkraftmaschine 21. Gemäß der Figur berechnen die Berechnungseinrichtungen 81 und 82 für den ersten und zweiten Grundsteuerwert jeweils Grundsteuerwerte BASE 1 und BASE 2 des Lastverhältnisses zum Betreiben der Magnetventile 57 und 77 durch Auslesen eines Wertes aus einer Tabelle in Übereinstimmung mit der durch den Luftdurchflußmesser 31 gemessenen Ansaugluftmenge pro Zeiteinheit Qa, wobei der entsprechende Wert der Steuereinheit 80 als ein Betriebsparameter zugeführt wird.

Das Magnetventil 5 7 wird in Übereinstimmung mit dem Grundsteuerwert BASE 1 geöffnet. Der Aufladedruck wird auf den voreingestellten Wert des Soll-Aufladedrucks, z.B. 375 mmHg mittels des Betätigungsgliedes 50 und des bewegbaren Zungengliedes 45 hin geregelt. Ähnlich wird

das Magnetventil 77 in Übereinstimmung mit dem Grundsteuerwert BASE 2 geöffnet und der Aufladedruck wird zu dem voreingestellten Wert des Soll-Ladedrucks durch das Betätigungsglied 70 und das Auspuffgas-Umleitungs-

g ventil 60 hin geregelt. Insbesondere wurde jeder der Lastwerte zum Betreiben der Magnetventile 57 und 77 vorher experimentell gegenüber der Ansaugluftmenge Qa vorberechnet, und die erhaltenen Ergebnisse wurden in dem ROM des nicht dargestellten Mikroprozessors ge-•j^Q speichert. Dann können geeignete Lastwerte, die für jeden Betriebszustand der Brennkraftmaschine 21 notwendig sind, durch Zugreifen auf die Tabelle berechnet werden, so daß der tatsächliche Aufladedruck auf den voreingestellten Aufladedruckwert hin gesteuert wird.

Fig.5 zeigt ein Beispiel der Kennlinie einer Tabelle von

Lastwerten zur Verwendung beim Tabellenzugreifbetrieb, wobei die ausgezogene Linie BASE 1 und die unterbrochene Linie BASE 2 darstellt. Die entsprechenden Daten sind -₀ auch in dem ROM gespeichert. Der Grundsteuerwert BASE 1 wird in einem weiteren Bereich als der Wert der Luftdurchflußmenge Qa1 festgelegt, während der Basissteuerwert BASE 2 in einem größeren Bereich als der Wert für die Luftdurchflußmenge Qa2 (QA2 > QA1) festgesetzt ist.

Es wird erneut auf die Fig.4 Bezug genommen. Eine Rück koppelungssteuerung wird durchgeführt, um eine stationäre Abweichung aufgrund verschiedener, streuender Faktoren zu beseitigen. Die Berechnungseinrichtung 83

für eine Abweichung umfaßt eine Subtraktionseinrichtung 30

und berechnet die Abweichung Δ Ρ (Δ^ρ = ^{p set} - P2) zwischen dem tatsächlichen mit dem Aufladedruckfühler 33 gemessenen Aufladedruck P2 und einem Soll-Aufladedruck P _t· Eine Korrekturwert-Berechnungseinrichtung

zum Berechnen des jeweiligen Rückkoppelungskorrektur-35

. wertes besteht aus einer Berechnungseinrichtung 84 für

as-

einen proportionalen Anteil und einer Berechnungseinrichtung 86 für einen integralen Anteil zur proportionalen und integralen Steuerung bezüglich der Steuerung des verschwenkbaren Zungengliedes 45 (Fig.4) und aus einer Berechnungseinrichtung 85 für einen proportionalen Anteil und einer Berechnungseinrichtung 87 für einen integralen Anteil bezüglich der Steuerung mit dem Auspuffgas-Umleitungsventil 60. Die Berechnungseinrichtungen 84 und 85 für den proportionalen Anteil berechnen den proportionalen Anteil P0RP1 = K1# 4P, wobei K1 eine Konstante ist, und dem proportionalen Anteil PR0P2 = K25^P (mit K2 einer zweiten Konstanten), wobei jeweils die Amplitude der Abweichung ^P proportional ist. Die Berechnungseinrichtungen 86 und 87 für den integralen Anteil berechnen jeweils den integralen Anteil INT1 = Κ3-Σ ^P (mit K3, einer dritten Konstanten) und einen weiteren integralen Anteil INT2 = K4.£^P (mit K4, einer vierten Konstanten), wobei jeweils eine dem integralen Wert der Abweichung ^P proportionale Amplitude vorliegt.

Die Addierer 88 und 90, die als Korrekturberechnungseinrichtung dienen, addieren den ersten proportionalen Anteil und ersten integralen Anteil PR0P1 bzw. INT1 zu dem ersten Grundsteuerwert BASE 1 und den zweiten proportionalen und integralen Anteil P0RP2 und INT2 zu dem zweiten Grundsteuerwert BASE 2. Durch dieses Addieren kann die Rückkoppelungssteuerung zum Beseitigen von stationären Abweichungen realisiert werden, und der tatsächliche Aufladedruck kann auch zu dem Soll-Aufladedruck hin durch die zwei Steuerungsschleifen gesteuert werden.

l-. Eine Erfassungseinrichtung 92 für Betriebsbereiche bestimmt den Betriebsbereich, innerhalb dessen eine integrale Steuerung mit den zwei Steuerschleifen gemäß der gemessenen Ansaugluftdurchflußmenge Qa pro Zeiteinheit vorzunehmen ist, die einender Betriebszustände der Brennkraftmaschine 21 darstellt, wobei der tatsächliche Aufladedruck P2 durch den Aufladedruckfühler 33 erfaßt wird. Der Betriebsbereich wird derart eingestellt, daß die integrale Steuerung mittels des verschwenkbaren Zungen-

•,Q gliedes 45 in dem Bereich durchgeführt wird, der größer als ein vorbestimmter Wert nahe dem Soll-Aufladedruck, z.B. 320 mmHg und kleiner als die vorbestimmte Ansaugluftdurchflußmenge Qa2 ist. Die integrale Steuerung wird auch mit dem Auspuffgas-Umleitungsventil 60 in dem Bereich durchgeführt, der größer als der Aufladedruck und größer als eine vorbestimmte Luftdurchflußmenge Qa2 ist.

Schalteinrichtungen 93 bis 96 als Ein/Aus-Einrichtungen lassen den Ausgang .von den--Berechnungse-inrichtungen · 84 bis 87 hindurch oder sperren diesen, indem die Schaltkontakte in Übereinstimmung mit dem Ergebnis der vorbeschriebenen Berechnungen ein- oder ausgeschaltet werden. In diesem Fall wird in dem Betriebsbereich, wo eine integrale Steuerung durch das bewegbare Zungenglied 45

durchgeführt wird, die Schaltereinrichtung 95 geschlossen, während in dem Betriebsbereich, wo die integrale Steuerung durchgeführt wird, die Schaltereinrichtung 96 geschlossen wird. Die Schaltereinrichtungen 93 und 94 sind _n stets in dem Betriebsbereich geschlossen, wo eine Rückkoppelungssteuerung durchgeführt wird. In der beschriebenen, erfindungsgemäßen Weise wird der Betriebsbereich in einen Bereich, wo die integrale Steuerung durch das bewegbare Zungenglied 45 durchgeführt wird und __ einen anderen Bereich unterteilt, wo die Steuerung durch

-Vidas Auspuffgas-Umleitungsventil 6Q durchgeführt wird.

Nachfolgend wird die Betriebsweise der Vorrichtung zum Steuern des Aufladedrucks für einen Turbolader unter Bezugnahme auf ein Steuerflußdiagramm gemäß Fig.6 erörtert.

Beim Beginn der Steuerung wird die Ansaugluftmenge pro Zeiteinheit Qa durch das Luftdurchflußmeßgerät 31 gemessen und der von dem Aufladedruckfühler 33 gemessene Aufladedruck P2 wird beim Verfahrensschritt S1 abgefragt. Daraufhin geht die Steuerung zum Verfahrensschritt S2, wo die jeweiligen Grundsteuerwerte BASE 1 und BASE 2 der Lastwerte für die Magnetventile 57 und 77 durch Auslesen aus der Tabelle gemäß der Luftdurchflußmenge pro Zeiteinheit Qa berechnet werden. Nach dieser Berechnung geht das Programm zu dem Verfahrensschritt S3, wo die Abweichung λΡ = P _ni. ^ P2

~* set

zwischen dem Soll-Auflädedruck P . und dem tatsächlichen Aufladedruck P2 berechnet wird. Dann geht das Programm zu dem Verfahrensschritt S4, wo die proportionalen Anteile PR0P1 == K1 ^P und PR0P2 = K2 ^P in Übereinstimmung mit der derart erhaltenen Abweichung ^P berechnet werden. Nach dieser Berechnung geht das Programm zu dem Verfahrensschritt S5, wo eine Bestimmung oder Entscheidung vorgenommen wird, ob der tatsächliche gemessene Aufladedruck P2 größer als ein vorbestimmter Wert z.B. 320 mmHg nahe dem Soll-Aufladedruck ist. Wenn das Ergebnis bei der Entscheidung im Verfahrensschritt S5 JA ist, d.h. wenn P2 größer als der vorbestimmte Wert von 320 mmHg ist, geht das Programm zu dem Verfahrensschritt S9, wo eine weitere Entscheidung getroffen wird, ob die tatsächliche Ansaugluftdurchflußmenge pro Zeiteinheit Qa größer als ein vorbestimmter Wert Qa2 des voreingestellten Aufladedruckes ist.

Wenn das Ergebnis bei der Entscheidung im Verfahrensschritt S9 NEIN lautet, d.h. Qa < Qa2 ist, dann geht ■ das Programm zu dem Verfahrensschritt S10, wo der integrale Anteil ΙΝΊΊ (= Κ3·£ /^P) in Übereinstimmung mit der Abweichung /\P berechnet wird, da sich der Betrieb in dem Bereich befindet, wo die integrale Steuerung durch das verschwenkbare Zungenglied ^5 erfolgen sollte. Nach dieser Berechnung geht das Programm zu dem Schritt S11, wo der derart erhaltene integrale Anteil IQ INT1 auf einen gewissen Wertebereich begrenzt wird, damit er nicht zu groß wird. Nach diesem Vorgang erfolgt als nächster Verfahrensschritt der Schritt S7.

Wenn das Entscheidungsergebnis beim Verfahrensschritt IQ S9 JA lautet, d.h. Qa > Qa2 ist, geht das Programm nun zu dem Schritt S12, wo der integrale Anteil INT2 (= K4.X ^P) berechnet wird in Übereinstimmung mit der Abweichung ^P, da der Betrieb in dem Bereich liegen sollte, wo die integrale Steuerung mittels des Auspuff-

2Q gas-Umleitungsventils 60 durchgeführt werden sollte.

Nach dieser Berechnung geht das Programm zu dem Schritt S13, wo ähnliche Begrenzungen wie beim Schritt S11 an dem derart erhaltenen integralen Anteil INT2 durchgeführt werden, um zu verhindern, daß der Wert INT2 übermäßig groß wird. Nach diesem Vorgang geht das Programm zu dem nächsten Schritt Sl.

Es wird nun zu der Entscheidung beim Schnitt S5 zurückgekehrt. Wenn das Entscheidungsergebnis NEIN lautet,

QQ d.h. P2 ^. 320 mmHg ist, geht das Programm zu dem nächsten Schritt S6, wo INT1 und INT2 auf Null gesetzt werden und keine Berechnung bei diesem Schritt in Bezug auf die integralen Anteile durchgeführt wird, d.h. INT1 = 0 und INT2 = 0, und dann geht das Programm zu dem

og nächsten Schritt S7·

Beim Schritt S7 werden der erste proportionale Anteil und der erste integrale Anteil PROP 1 und INT1 zu dem ersten Grundsteuerwert BASE1 addiert und der letztendliche Lastwert OUT 1 = BASE1 + PROP1 + INT1 wird be- ' rectnet.Auch die zweiten proportionalen und integralen Anteile PROP2 und INT2 werden zu dem zweiten Grundsteuerwert BASE2 addiert und der letztendliche Lastwert OUT 2 = BASE2 + PROP2 + INT2 wird auch beim Schritt S7 berechnet wird. Nach diesen Berechnungen geht das Programm zu dem Schritt S8, wo, nachdem die Lastwerte OUT 1 und OUT 2 in Übereinstimmung mit dem Lastwert erzeugt worden sind, Steuersignale erzeugt und an die Magnetventile 57 und 77 angelegt werden , um diese mit den jeweiligen proportionalen bzw. integralen Steueranteil zu betreiben.

Ein tatsächlicher Brennkraftmaschinenbetrieb wird nun in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf Fig.7 beschrieben, in der Änderungen des Öffnungsgrades des Drosselventils 32, der tatsächlichen Ansaugluftdurchflußmenge pro Zeiteinheit Qa, des tatsächlichen Äufladedruckes P2 und des Lastwertes OUT 1 für das Magnetventil 57 und des Lastwertes OUT 2 für das Magnetventil 77 als Funktion der'Zeit dargestellt sind.

Wenn das nicht dargestellte Gaspedal zum Zeitpunkt T1 betätigt und mit der Beschleunigung begonnen wird, nimmt der tatsächliche Aufladedruck P2 nach und nach zu, wie es Fig.7 zeigt, und die proportionale Steuerung wird sowohl für das bewegbare Zungenglied 45 als auch das Auspuff-Umleitungsventil 60 durchgeführt, bis der Druck P2 den vorbestimmten Wert von 320 mmHg erreicht. In diesem Bereich oder Abschnitt sind die proportionalen Anteile PR0P1 und PR0P2 relativ große positive Werte und zusätzlich sind die Grundsteuerwerte von BASE1 und BASE2 auch groß, wie es Fig.1 zeigt. Demgemäß überschrei-.

ten die Summe aus ER0P1 und BASE1 sowie aus PR0P2 und BASE2 100%. Wenn die Summe 100% überschreitet, wird jeder der Lastwerte OUT 1 und OUT 2 auf 100% gesteuert, um den Aufladedruck so weit wie möglich zu erhöhen. 5

In dem Bereich nach dem Zeitpunkt 12 wird die integrale Steuerung hinzugefügt bis zum Erreichen des Zeitpunktes T3, wo die tatsächliche Luftdurchflußmenge pro Zeiteinheit Qa die vorbestimmte Luftdurchflußmenge pro Zeiteinheit Qa2' erreicht, wobei währenddessen die integrale Steuerung nur mittels des bewegbaren Zungengliedes 45 in Übereinstimmung mit einem Steuersignal durchgeführt wird, welches den Lastwert OÜT 1 aufweist, mit dem Ergebnis, daß der tatsächliche Aufladedruck P2 zu einem großen vorbestimmten Wert von 375 mmHg als vorbestimmter Aufladedruck in Übereinstimmung mit dem stark signifikanten Steuerwert aufgrund des integralen Anteils von INT1 gesteuert wird.

Wenn jedoch der Zeitpunkt T3 verstrichen ist, wird die tatsächliche Luftdurchflußmenge pro Zeiteinheit Qa nun größer als der vorbestimmte Wert für Qa2, und die integrale Steuerung wird nur zu dem Auspuffgas-Umleitungsventil 60 in Übereinstimmung mit einem zweiten Steuersignal hinzugefügt, welches den Lastwert OUT 2 aufweist, wobei ein sehr signifikanter Steuerwert von INT2 hinzuaddiert wird. Dies hat zum Ergebnis, daß der tatsächliche Aufladedruck P2 auf den vorbestimmten Wert von 375 mmHg als vorbestimmter Aufladedruck gesteuert wird.

In Fig.7 bedeutet bezüglich OUT 1 und OUT 2 die ausgezogene Linie den Bereich, wo nur die proportionale Steuerung durchgeführt wird und die unterbrochene Linie zeigt den Bereich an, wo die proportionale plus die integrale^' Steuerung durchgeführt wird.

34 35317U

Gemäß der Erfindung wird jede integrale Steuerung, die einen beträchtlichen Steuerwert aufweist, durch zwei Steuereinrichtungen nahe einem vorbestimmten Wert als vorbestimmter oder Soll-Aufladewert durchgeführt.

In diesem Fall sind die zu steuernden Betriebsbereiche in unabhängige Bereiche aufgeteilt, so daß eine pptima-Ie Rückkoppelungssteuerung zu dem vorbestimmten oder Soll-Aufladedruck hin in Übereinstimmung mit dem integralen Anteil durchgeführt werden kann, der einen recht beträchtlichen Steuerwert in jedem Betriebsbereich aufweist.

Infolgedessen ist es bei der Aufladedrucksteuerung nach der Erfindung möglich, eine Störung in überlappenden Bereichen zu vermeiden. Sonst stört eine Steuerung die andere Steuerung in den überlappten Bereichender zwei Steuerungen, wenn zwei Steuereinrichtungen unabhängig voneinander verwendet werden ,und eine genaue Steuerung in den überlappten Bereichen ist beim Stand der Technik gestört. Somit ist es möglich, die"jeweils hohe Steuergenauigkeit, welche bei jeder Steuereinrichtung unabhängig vorgesehen ist, in der Steuergenauigkeit beizubehalten.

Ferner ist im Rahmen der Erfindung die proportionale Steuerung von der integralen Steuerung getrennt und eine Rückkoppelungssteuerung mit dem proportionalen Anteil.beginnt im Betriebsbereich relativ niedriger Drehzahlen. In diesem Fall spricht der Aufladedruck zu einer unmittelbaren Erhöhung gut an, da der Unterschied zwischen dem tatsächlichen und dem Soll-Aufladedruck in dem niederen Drehzahlbereich groß ist und die proportionale Steuerung in dem Bereich durchgeführt wird, der auf dem relativ großen Unterschied basiert.

Gemäß der Erfindung beginnt, nachdem der niedere Drehzahlbereich überschritten worden ist, die integrale Steuerung etwas nach der proportionalen Steuerung. In dem Bereich nahe dem Soll-Aufladedruck, wo die integrale Steuerung durchgeführt wird, kann die optimale Rückkoppelungssteuerung auf den Soll-Aufladedruck mit dem Wert des integralen Anteils durchgeführt werden. Als Ergebnis hiervon kann erfindungsgemäß der schlechte Einfluß der integralen Steuerung in dem unteren Dreh-

,Q zahlbereich verhindert werden, der äonst beim Stand der Technik auftritt, nämlich der Anteil der mit einem frühen Beginn der integralen Steuerung verbunden ist, wobei, je früher die Rückkoppelungssteuerung beginnt, um so größer -der integrale Anteil wird. Die fortlaufen-

, _c de Steuerung aufgrund des großen integralen Anteils in dem Bereich nahe dem Soll-Aufladedruck bewirkt, daß die Korrekturgröße unnötigerweise groß wird, selbst wenn der Unterschied zwischen dem tatsächlichen Aufladedruck und dem Soll-Aufladedruck klein ist. Dies führt wiederum

zu einem Hinausschwingen der Steuerung des tatsächlibhen 20

Aufladedrucks über den Soll-Aufladedruck aufgrund des übergroßen Korrekturwertes.

Ferner wird die proportionale Steuerung stets bei dem

__ Steuersystem durchgeführt,und das Einschalten, d.h. 25

das Beginnen der integralen Steuerung, kann glatt durchgeführt werden.

Wie vorhergehend beschrieben, wird erfindungsgemäß jede Rückkoppelungssteuerung derart durchgeführt, daß die

Kapazitätsänderungseinrichtung zum Ändern der Auspuffgasmenge zu der Auspuffgasturbine und das Auspuffgas-Umleitungsventil unanbhängig voneinander und in Übereinstimmung mit den Betriebszuständen der Brennkraftmaschine und in Übereinstimmung mit dem tatsächlich ge-

messenen Aufladedruck gesteuert werden. Der Bereich, wo die Steuerung mit der Kapazitätsänderungseinrichtung durchgeführt wird und der andere Bereich, wo die Steuerung mittels des Auspuffgas-Umleitungsventils durchc geführt wird, werden in Übereinstimmung mit dem Ergebnis der Ermittlungen ausgewählt, welche durch eine Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen der jeweiligen Betriebsbereiche, welche rückkopplungsgesteuert werden sollen, bestimmt worden sind. Somit wird das Auftreten von irgendeinem überlappungszustand der Steuerung vermieden und die Verbesserung der Rückkoppelungssteuerungsgenauigkeit wird über einen weiten Bereich der Betriebsbereiche realisiert.

,_ Während die Erfindung unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel erläutert worden ist, wird darauf hingewiesen, daß Begriffe lediglich zu Zwecken der Erläuterung und nicht zum Beschränken des Schutzumfanges gewählt worden sind, und daß verschiedene Ab-

Wandlungen und Abänderungen i'nnerhalb des Schutzberei-

ches der beiliegenden Ansprüche möglich sind, ohne daß dadurch der tatsächliche Schutzbereich und der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung unter dessen weitesten Gesichtspunkten verlassen wird.

Claims

GRÜNECKER. KINKELDEY, STOCKMAIR & PARTNER

Nissan Motor Co., Ltd.

2 Takara-cho, Kanagawa-ku,

Yokohama-shi, Kanagawa-ken,

Japan

PATENTANWÄLTE

EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

A. GRÜNECKER, oipl-ino

DR H. KINKELDEY. oipl-ing

DR W. STOCKMAIR, cxpl-ing aee [Caltechi

DR K. SCHUMANN, dipl-ph«

P. H JAKOB. oipl-ing

DR. G. BEZOLD. wpl-chem

W MEISTER. oipl-ing

H. HILGERS. dipl-ino

DR H. MEYER-PLATH. dipl.-ing

DR M BOTT-BODENHAUSEN.'oiplphys

DR U- KINKELDEY. dipl.biol

• LICE-^ClE EN DHOIT DE LUNIV DE GENEVE

8OOO MÜNCHEN 22

MAXlMiLtANSTRASSE SB

5.9.1985

P 19 798-06/MW

15 Verfahren und Vorrichtung zum Steuern des Aufladedrucks für einen Turbolader

Patentansprüche

Verfahren zum Steuern des Aufladedrucks für einen Turbolader, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

(a) Auslesen von grundsätzlichen Steuerwerten BASE1 und BASE2 aus einer Tabelle in Abhängigkeit von einer Ansaugluftmenge pro Zeiteinheit Qa,

(b) Berechnen der Abweichung /\P = P set - P2 zwischen einem vorbestimmten Aufladedruck Pset und dem tatsächlichen, erfaßten Aufladedruck P2 sowie Erhalten jeweils der proportionalen

Anteile PR0P1 = K-^P und PR0P2 = K2

aus der derart erhaltenen Abweichung wobei K1 und K2 eine erste bzw. zweite Konstante ist,

(c) Bestimmen, ob der tatsächliche Aufladedruck P2 größer als ein vorbestimmter Aufladedruckwert ist,

(d) Bestimmen, ob die tatsächliche Luftdurchflußmenge pro Zeiteinheit Qa größer als ein vorbestimmter Wert Qa2 ist aus dem Ergebnis der ersten Bestimmung,

(e) wahlweises Berechnen der jeweiligen Integralanteile INT1 = Κ3·Σ ^P und INT2 = Κ4-Σ ^P, wobei K3 und K4 eine dritte bzw. eine vierte Konstante ist,

(f) ferner wahlweises Berechnen der jeweiligen

Lastwerte OUT 1 = BASE1 + PROPI + INT1 und OUT 2 = BASE2 + PR0P2 + INT2 in Übereinstimmung mit dem Ergebnis der ersten und zweiten Bestimmungen und

(g) wahlweises Steuern erster und zweiter Magnetventile für eine Kapazitätsänderungseinrichtüng und eine Auspuffgas-Umleitungsventileinrichtung in Übereinstimmung mit ersten und zweiten Steuersignalen mit den derartig be

rechneten Lastwerten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Verfahren ferner den Verfahrensschritt des Begrenzens der integralen Steuer-

größen INT1 bzw. INT2 auf vorbestimmte Wertbereiche, umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennzeichnet, daß der vorbestimmte Wert des Aufladedrucks 320 mmHg ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g ekennzeichnet , daß der Soll-Aufladedruck P set 375 mmHg beträgt.

5. Verfahren zum Steuern des Aufladedrucks für einen Turbolader, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

(a) Einstelleneines ersten vorbestimmten Wertes

(P2 = 320) für den Aufladedruck nahe jedoch unterhalb eines Soll-Aufladedrucks (P set) ,

(b) unabhängiges Durchführen einer proportionalen

Steuerung an einer Kapazitätsänderungseinrichtung (45) zur Steuerung der Auspuffgasströmungsmenge zu einer Turbine eines Turbo-_O1-laders und an einem Auspuffgas-Umleitungs-

ventil (60) zum Umgehen der Auspuffgasströmung innerhalb eines ersten Bereiches, der mit dem Zeitpunkt (T1) der Betätigung einer Beschleunigungseinrichtung beginnt und bis dahin reicht, wenn der tatsächliche erfaßte Aufladedruck den ersten vorbestimmten Wert (P2 = 320 bei T2) erreicht, in Übereinstimmung mit ersten und zweiten Steuersignalen, die die Lastwerte OUT 1 und OUT 2 aufweisen,

(c) Durchführen einer proportionalen plus einer

integralen Steuerung nur an der Kapazitätsänderungseinrichtung für die Turbine in einem zweiten Bereich, der von dem ersten vorbe-

. stimmten Wert (P2 = 320 bei T2) bis dahin

reicht, wenn die gemessene tatsächliche LUf tdurchflußmenge pro Zeiteinheit (Qa) eine erste vorbestimmte Luftdurchflußmenge pro Zeiteinheit (Qa2 bei T3) in Übereinstimmung mit dem ersten Steuersignal erreicht, wobei die proportionale

Steuerung an dem Auspuffgas-Umleitungsventil in Reaktion auf das zweite Signal beibehalten wird, und

(d) Durchführen einer proportionalen plus integralen Steuerung nur an dem Auspuffgas- Umleitungsventil in einem dritten Bereich (T3<" T), nachdem die vorbestimmte Luftdurchflußmenge pro Zeiteinheit in Übereinstimmung mit dem zweiten Steuersignal erreicht worden

ist, wobei nur die proportionale Steuerung an der Kapazitätsänderungseinrichtung in Reaktion auf das erste Steuersignal beibehalten wird.
25

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der erste vorbestimmte Wert 320 mmHg und der Soll-Aufladedruck 375 mmHg ist.

7- Steuerungsvorrichtung für den Aufladedruck für einen Turbolader, gekennzeichnet durch:

(a) eine Vielzahl Erfassungseinrichtungen (30, 31» 32, 33) zum Erfassen der Betriebszustände der Brennkraftmaschine, wie des Kur-

35317A

belwellenwinkels, der Luftdurchflußmenge pro

Zeiteinheit, des Aufladedrucks, des Drosselventilöffnungsgrades,

(b) eine Kapazitätsänderungseinrichtung (45), die bei einem Führungsweg (40) eines Auspuffgasrohres vorgesehen ist und ein Wellenglied (46) aufweist, welches über eine Arm- und Stangeneinrichtung (47,48) an ein erstes Betätigungsglied (50) gekoppelt ist,

(c) ein Auspuffgas-Umleitungsventil (60), das an einem Auspuffkrümmer vorgesehen ist und über einen Arm und Stangen umfassende Verbindungsmittel (61,62,63) an ein zweites Betätigungs

glied (70) gekoppelt ist,

(d) ein erstes Magnetventil (57), welches an einem ersten Verbindungsrohr (56) zur Steuerung des ersten Betätigungsgliedes in Übereinstimmung

mit einem ersten Steuersignal vorgesehen ist, welches den Lastwert von OUT 1 aufweist,

(e) ein zweites Magnetventil (77), welches bei

einem zweiten Verbindungsrohr (76) zur Steue

rung des zweiten Betätigungsgliedes in Überein stimmung mit einem zweiten Steuersignal vorgesehen ist, welches den Lastwert von OUT 2 aufweist, und

(f) eine elektronische Steuereinheit (80), mit einem Mikroprozessor, der eine CPU, ein ROM, ein RAM sowie einen A/D-Umwandler und eine Eingangs/Ausgangs-Schnittstelle aufweist, um das erste und zweite Steuersignal zu er-

zeugen und wahlweise das erste und zweite

Magnetventil in Übereinstimmung mit den Betriebszustandsparametern der Brennkraftmaschine zu steuern, welche von der Vielzahl Erfassungseinrichtungen gemessen werden.

8. Vorrichtung zum Steuern des Aufladedrucks nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß verschiedene numerische Daten, die den Steuerverfahrensschritten nach einem der Ansprüche 1 bis 6 entsprechen, vorab in dem ROM als ein Steuerprogramm abgespeichert sind.

9- Vorrichtung zum Steuern des Aufladedrucks nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Tabelle für die grundsätzlichen Steuerwerte BASE1 und BASE2 bezüglich der Einlaßluftdurchflußmenge pro Zeiteinheit und des Lastwertes vorab in dem ROM gespeichert ist.
20

10. Vorrichtung zum Steuern des Aufladedrucks für einen Turbolader, gekennzeichnet durch:

(a) eine Einrichtung (10) zum Erfassen der Betriebszustände der Brennkraftmaschine (21),

(b) eine Aufladedruckerfassungseinrichtung (33) zum Messen des Aufladedrucks,

(c) eine Berechnungseinrichtung (83), zum Berechnen der Abweichung zwischen dem -tatsächlichen, gemessenen Aufladedruck und einem Soll-Aufladedruck,

(d) Berechnungseinrichtungen (81,82) zum Berechnen einer ersten und zweiten Steuer-

größe jeweils für die Steuergröße für die

Kapazitätsänderungseinrichtung .(7)bzw. das Auspuffgas-Umleitungsventil (8) in Übereinstimmung mit Parametern,die die Abweichung umfassen und die Betriebszustände der Brenn

kraftmaschine (21) darstellen, und

(e) eine Betriebsbereich-Bestimmungseinrichtung, um einen besonderen Betriebsbereich zu be-

!0 stimmen, bei dem eine Rückkoppelungssteue-

rung vorzunehmen ist, damit die Steuergröße in den Berechnungseinrichtungen für die erste und zweite Steuergröße in Übereinstimmung mit der Abweichung und aufgrund des Ergebnisses

^g der Bestimmung berechnet wird.

11. Vorrichtung zum Steuern des Aufladedrucks nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß bei den Berechnungen der Steuergrößen entsprechend

2Q der Abweichung nur die Berechnung eines integralen Anteils der dem integralen Wert der Abweichung proportional ist, wahlweise in der Berechnungseinrichtung für die erste Steuergröße oder in der Berechnungseinrichtung für die zweite Steuergröße in Übereinstimmung mit dem

2g Ergebnis der Bestimmung in der Betriebsbereich-Erfassungseinrichtung durchgeführt wird.