DE4107693A1 - System zur regelung und steuerung eines laders - Google Patents
System zur regelung und steuerung eines ladersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein System zur Regelung und Steuerung eines
Laders gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.
Ein solches System ist aus dem SAE Paper 8 60 487 bekannt. Dort wird
ein System zur Regelung und Steuerung eines Laders beschrieben. Ein
Steuergerät bestimmt abhängig von verschiedenen Betriebsparametern
ein Ansteuersignal für ein Stellwerk. Bei diesem Stellwerk handelt
es sich vorzugsweise um ein sogenanntes Wastegate. Ein solches
Wastegate ist üblicherweise ein Ventil, mit dem der Abgasstrom wahl
weise über den Turbolader bzw. direkt zum Auspuff geleitet wird. Das
Wastegate ist üblicherweise in einer Umgehungsleitung, die den Tur
bolader überbrückt, angeordnet. In diesem Fall gelangt das Abgas bei
geschlossenem Wastegate zum Turbolader.
Bei solchen Regelsystemen treten Probleme auf, wenn der Sollwert für
den Lagedruckregelkreis kurzzeitig abfällt. Dieser Abfall hat zur
Folge, daß das Wastegate öffnet, und die Drehzahl des Turboladers
abfällt. Wird anschließend an die Absenkung des Sollwerts erneut ein
erhöhter Ladedruck gefordert, so dauert es eine gewisse Zeit bis der
entsprechende Ladedruck wieder zur Verfügung steht. Der Abfall des
Ladedrucks führt zu einem schlechten dynamischen Verhalten der
Brennkraftmaschine.
Eine solche kurzfristige Absenkung des Sollwerts für den Ladedruck
tritt im laufenden Betrieb der Brennkraftmaschine sehr häufig auf.
So sinkt bei jedem Schaltvorgang die Last kurzfristig ab. Dies be
wirkt einen Abfall des Ladedrucksollwerts mit den oben beschriebenen
Nachteilen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und
einer Einrichtung zur Regelung eines Laders der eingangs genannten
Art eine Möglichkeit aufzuzeigen, das dynamische Verhalten des Re
gelsystems zu verbessern.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Einrichtung
hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, daß bei plötzlich
absinkender Last das Wastegate geschlossen bleibt und somit der La
dedruck nicht abfällt. Dadurch steht bei anschließendem höheren La
dedruckbedarf der volle Ladedruck sehr schnell wieder zur Verfügung.
Dadurch ergibt sich ein wesentlich besseres dynamisches Verhalten.
Gleichzeitig werden Ruckelerscheinungen die sehr oft nach dem
Schaltvorgang auftreten deutlich reduziert.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung darge
stellten Ausführungsform erläutert. Es zeigen die Fig. 1 eine
schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einem Lader,
Fig. 2 ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Systems.
Die Fig. 1 zeigt schematisch eine Darstellung des erfindungsgemäßen
Systems. Die zur Verbrennung benötigte Luft gelangt über eine
Frischluftleitung 10 zu den einzelnen Zylindern einer Brennkraft
maschine 100. Über eine Abgasleitung 20 wird das Abgas zu einem La
der geleitet. Das Abgas treibt eine Turbine 30 des Laders an. Die
Turbine 30 treibt wiederum einen Verdichter 40 an, der die Ansaug
luft verdichtet. Der Lader kann mittels eines Stellwerks 50, das
auch als Wastegate bezeichnet wird, gesteuert werden. Dieses Stell
werk zur Steuerung und Regelung des Ladedrucks befindet sich vor
zugsweise in einer Umgehungsleitung, die die Turbinen 30 überbrückt.
Bei betätigtem Ladedruckventil gelangt das Abgas direkt zum Auspuff,
zur Turbine 30 gelangt je nach Stellung des Ladedruckregelventils
nur noch eine geringere Abgasmenge.
Das Wastegate 50 wird von einer Steuereinheit 60 mit entsprechenden
Steuersignalen beaufschlagt. Um eine Regelung des Ladedrucks zu er
möglichen, erfaßt ein Ladedrucksensor 70 den tatsächlichen Ladedruck
in der Ansaugleitung 10. Zur Berechnung des Ladedrucksollwert erhält
die Steuereinheit 60 Signale von einem Drehzahlsensor 80, einem
Lastgeber 90 sowie von weiteren Sensoren 95.
Ausgehend von dem Drehzahlsignal und einem Lastsignal sowie von
Signalen von weiteren Sensoren berechnet die Steuereinheit 60 einen
Sollwert für den Ladedruck. Abhängig von dem Vergleich zwischen dem
vom Ladedrucksensor 70 erfaßten tatsächlichen Ladedruck und dem
Sollwert bestimmt die Steuereinheit 60 ein Steuersignal zur Ansteu
erung des Wastegates 50. Ist der Ladedruck zu hoch, so öffnet das
Wastegate die Umgehungsleitung, und der Ladedruck fällt ab.
In bestimmten Betriebszuständen kann nun der Fall eintreten, daß das
Lastsignal sehr stark abfällt. Dies hat zur Folge, daß der Sollwert
für den Ladedruck ebenfalls stark abfällt. Eine solche Sollwertab
nahme bewirkt ein Stellsignal zum Öffnen des Wastegates 50. Nach
Öffnen des Wastegates fällt die Laderdrehzahl sehr stark ab. Wird
anschließend erneut eine hohe Last angefordert, so schließt das
Wastegate die Umgehungsleitung und das gesamte Abgas wird wieder auf
die Turbine geleitet. Nach einer Verzögerungszeit baut sich wieder
ein entsprechender Ladedruck auf.
Da das gesamte System sehr langsam reagiert, steht der volle Lade
druck erst nach einer unerwünschten Verzögerungszeit zur Verfügung,
hierdurch wird das dynamische Verhalten der Brennkraftmaschine ver
schlechtert.
Solche kurzzeitigen Lastabfälle mit anschließendem hohen Lastbedarf
treten insbesondere beim Schalten auf. Beim Schaltvorgang läßt üb
licherweise der Fahrer das Fahrpedal los. Ein nicht betätigtes Fahr
pedal signalisiert der Steuereinheit 60 eine niedere Last. Betätigt
der Fahrer nach dem Schaltvorgang das Fahrpedal, so ergibt sich wie
der ein erhöhtes Lastsignal. Insbesondere beim Hochschalten, einem
Gangwechsel in einen höheren Gang, wird nach dem Schaltvorgang eine
höhere Last angefordert als vor dem Schaltvorgang.
In Fig. 2 ist eine detaillierte Ausführung der Steuereinheit 60 auf
gezeigt. Elemente die auch in Fig. 1 auftreten, sind in Fig. 2 mit
entsprechenden Bezugszeichen versehen. Eine Sollwertberechnung 110
bestimmt abhängig von dem Lastsensor 80, dem Drehzahlgeber 90 und
den weiteren Sensoren 95 einen Sollwert. Dieser wird zu einem Addi
tionspunkt 130 geführt. Das Ausgangssignal des Lastgebers 90 gelangt
weiterhin zu einer Vorsteuerung 120, die ebenfalls ein Ausgangs
signal an den Additionspunkt 130 oder einen Additionspunkt 155 ab
gibt. Die Summe der beiden Signale wird mittels eines Begrenzers 140
auf einen höchstzulässigen Wert begrenzt. Im Summationspunkt 145
wird dieses Signal mit dem tatsächlichen Ladedruck und dem Ausgangs
signal des Ladedrucksensors 70 verglichen. Das Vergleichssignal ge
langt zu einem Regler 150, der ein Stellsignal für das Wastegate 50
ausgibt.
Die Funktionsweise dieses Systems ist nun wie folgt. Im statischen
Betrieb, dies bedeutet, es liegen nur geringe, langsame Laständerun
gen vor, arbeitet das System wie ein herkömmlicher Ladedruckregler.
Die Sollwertberechnung 110 berechnet abhängig von verschiedenen
Signalen einen Sollwert, der durch einen Begrenzer 140 auf einen
höchstzulässigen Wert begrenzt wird. In einem Summationspunkt 145
wird dieses Signal mit dem Istwert, dem Ausgangssignal des Lade
drucksensors 70 verglichen. Abhängig von dem Vergleich bestimmt der
Regler 150 dann ein Stellsignal zur Ansteuerung des Wastegates 50.
Die Vorsteuerung 120 ist nur im dynamischen Betrieb aktiv. Die Vor
steuerung 120 gibt ein zusätzliches Sollsignal aus, wenn sie einen
plötzlichen Abfall des Lastsignals erkennt. Eine solche starke Ab
nahme der Last liegt zum Beispiel vor, wenn der Fahrer das Fahrpedal
während des Schaltvorgangs losläßt. In diesem Fall gibt die Vorsteu
erung 120 ein solches Signal an den Additionspunkt 130 aus, daß das
Wastegate schließt.
Im einfachsten Fall wählt die Vorsteuerung dieses Signal so, daß der
Sollwert auf seinem bisherigen Wert bleibt. Eine besonders vorteil
hafte Ausgestaltung sieht vor, daß die Vorsteuerung bei einem er
kannten plötzlichen Lastabfall einen bestimmten festen Wert vorgibt.
Vorzugsweise wird dieser Wert so gewählt, daß das Wastegate ge
schlossen bleibt bzw. schließt.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen, bei denen die Sollwertbe
rechnung bei losgelassenem Fahrpedal nur einen sehr kleinen Lade
druck-Sollwert vorgibt, hält die Vorsteuerung den Sollwert bei jedem
Gangwechsel auf einem solchen Wert, daß das Wastegate schließt oder
wenigstens in seiner bisherigen Position verbleibt. Durch diese Vor
gehensweise wird erreicht, daß bei plötzlichem Lastabfall der Soll
wert nicht abfällt. Somit bleibt das Wastegate beim Gangwechsel ge
schlossen. Steigt die Last wieder an, so steht der volle Ladedruck
sofort wieder zur Verfügung.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Ausgangssignal
der Vorsteuerung 120 unter Umgehung des Reglers 150 zum Additions
punkt 155 gelangt. Die Vorsteuerung gibt also direkt ein Stellsignal
zur Ansteuerung des Stellwerks 50 vor. Besonders vorteilhaft wird
dieses Stellsignal so gewählt, daß das Wastegate schließt. Um unde
finierte Zustände des Reglers zu vermeiden ist bei dieser Ausgestal
tung vorgesehen, daß der Regeler 150 abgeschaltet wird. Diese Aus
gestaltung ist in der Fig. 2 gestrichelt eingezeichnet.
Eine weitere Ausgestaltung, die ebenfalls gestrichelt eingezeichnet
ist, sieht einen Tiefpaß 92 für das Lastsignal vor. Ein solcher
Tiefpaß filtert kurzfristige Abfälle des Lastsignals aus. Das Last
signal reagiert damit nicht auf kurzfristige Lastabfälle.
Eine schnelle Laständerung kann besonders vorteilhaft durch eine
Differentiation des Lastsignals erkannt werden. Hierzu wird in der
Vorsteuerung 120 das Lastsignal differenziert. Übersteigt das dif
ferenzierte Lastsignal eine vorgegebene Schwelle, so erkennt die
Vorsteuerung einen plötzlichen Lastabfall und gegebenenfalls einen
Gangwechsel.
Eine Realisierung sieht vor, daß als Vorsteuerung 120 ein DT1-Glied
dient. Ein solches DT1-Glied differenziert das anliegende Lastsignal
und gibt je nach Höhe des differenzierten Lastsignals einen ent
sprechenden Vorsteuerwert aus.
Als Lastsignal wird vorzugsweise die Fahrpedalstellung ausgewertet,
da der Fahrer beim Schaltvorgang üblicherweise das Fahrpedal los
läßt. Bei Fahrzeugen mit Automatikgetrieben ist dies nicht möglich.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht daher vor, das als Lastsignal
ein Mengensignal für die einzuspritzende Kraftstoffmenge ausgewertet
wird. Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung gelangt das
Lastsignal, das zur Ladedruck-Sollwert-Berechnung herangezogen wird,
zur Auswertung. Die Sollwertberechnung 110 und die Vorsteuerung 120
werten das gleiche Lastsignal aus.
Bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen wird als Lastsignal ein
Signal, das die Drosselklappenstellung kennzeichnet, herangezogen.
Das Ausgangssignal der Vorsteuerung gelangt zur Additionsstelle 130.
Im Additionspunkt 130 werden Ladedrucksollwert und Vorsteuersignal
addiert. Dies hat zur Folge, daß das Wastegate aufgrund des kurz
zeitig angehobenen Sollwerts geschlossen bleibt. Dadurch wird ermög
licht, daß bei einer nachfolgenden Lastzunahme der volle Ladedruck
sofort wieder zur Verfügung steht.
Damit werden schnelle Lastwechsel mit Ladedruckabsenkung, insbeson
dere während Schaltvorgängen, ausgeblendet. Bei Lastzunahme ist der
Vorsteuerwert positiv bzw. Null. Im Stationärbetrieb oder bei lang
samen Laständerungen ist der Vorsteuerwert ebenfalls Null, der Soll
wert bleibt in diesem Fall unkorrigiert.
Mit dem erfindungsgemäßen System ergibt sich eine verbesserte Last
aufnahme bei schnellen Lastwechseln insbesondere bei Schaltvorgän
gen. Desweiteren besitzt die Vorrichtung den Vorteil, daß kein zu
sätzliches Signal erforderlich ist, das einen Schaltvorgang anzeigt.
Ein solches Signal ist zum Beispiel ein Ausgangssignal eines Schal
ters der einen Gangwechsel anzeigt. Ein solcher Schalter kann zum
Beispiel im Getriebe oder der Kupplung angeordnet sein. Auch ist
keine besondere Überwachungslogik für eine bleibende Ladedruckregel
abweichungen bei betätigter Kupplung notwendig. Ferner hat dieses
System keinen Einfluß auf den Ladedrucksollwert im stationären Be
trieb und damit auch nicht auf die Emissionen des Fahrzeugs.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise läßt sich ohne weiteres auch auf
andere Lader übertragen, die mittels anderer Stellwerke gesteuert
werden.
Claims (10)
1. System zur Regelung und Steuerung eines Laders einer Brennkraft
maschine, wobei ein vorgegebener Sollwert des Ladedrucks mit einem
Istwert verglichen wird und abhängig von diesem Vergleich ein Stell
signal zur Ansteuerung eines Stellwerks gebildet wird, wobei der
Sollwert wenigstens von einem Drehzahlsignal und einem Lastsignal
abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die bei
einer bestimmten Änderung des Lastsignals den Ladedruck anheben.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer
Vorsteuerung der Sollwert angehoben wird.
3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer
Vorsteuerung das Stellsignal angehoben wird.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anhebung vorzugsweise bei einem Gangwechsel erfolgt.
5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Anhebung bei einer schnellen Änderungen des Last
signals erfolgt.
6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung
von schnellen Änderungen des Lastsignals oder des Gangwechsels das
Lastsignal differenziert wird.
7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anhebung
erfolgt, wenn das differenzierte Lastsignal eine Schwelle über
schreitet.
8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Ausgangssignal der Vorsteuerung von dem Lastsignal
abhängt und die Vorsteuerung DT1 Verhalten aufweist.
9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Vorsteuerung den Sollwert auf einen konstanten
Wert hält.
10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorsteuerung den Sollwert auf dem bisherigen Sollwert hält.
Priority Applications (2)
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DE4107693C2 (de) | 1994-10-06 |
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