DE102011055452A1 - Method for adjusting boost pressure of e.g. single-level internal combustion engine of motor car, involves adjusting boost pressure by regulating and/or control circuits, which provide reference variable and disturbance variable - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung eines Ladedruckes einer Verbrennungskraftmaschine gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.The present invention relates to a method for adjusting a boost pressure of an internal combustion engine according to the features in the preamble of
Sowohl die gesetzlichen als auch die Markterfordernisse und die daraus resultierenden Ansprüche an heutzutage entwickelte Kraftfahrzeuge begründen sich in geringem Kraftstoffverbrauch und geringer Umweltbelastung. Hierzu ist seit einigen Jahren das Prinzip des Downsizings bekannt, bei dem mit gleichbleibendem Hubraum eine deutlich höhere Leistungsausbeute zu verzeichnen ist oder aber eine im Wesentlichen gleiche Leistungsausbeute, bei deutlich verringertem Hubraum, realisiert werden kann. Hierzu werden Verbrennungskraftmaschinen ein- oder mehrstufig aufgeladen, so dass entsprechend der Zylinderfüllgrad pro Verbrennungstakt steigt. Aufgrund des bei gleichbleibender Leistung deutlich reduzierten Hubraumes reduziert sich entsprechend die Reibleistung einer Verbrennungskraftmaschine, weshalb der effektive Wirkungsgrad in Bezug auf die gebotene Leistung steigt. In der Folge wird bei der Bereitstellung von annähernd der gleichen Leistung, also der Wandlung von chemischer im Kraftstoff enthaltener Energie in Bewegungsenergie, eindeutig weniger Kraftstoff verbraucht. Durch den geringen Kraftstoffverbrauch geht auch ein entsprechend geringer Schadstoffausstoß, insbesondere CO2-Ausstoß, einher.Both the legal and market requirements and the resulting demands on motor vehicles developed today are based on low fuel consumption and low environmental impact. For this purpose, the principle of downsizing has been known for some years, in which a much higher power output is recorded with constant displacement or else a substantially equal power output, with significantly reduced displacement, can be realized. For this purpose, internal combustion engines are charged one or more stages, so that correspondingly increases the cylinder filling per combustion cycle. Due to the significantly reduced engine capacity while maintaining the same performance, the friction loss of an internal combustion engine is correspondingly reduced, which is why the effective efficiency with respect to the required power increases. As a result, the supply of approximately the same power, ie the conversion of chemical energy contained in the fuel into kinetic energy, clearly consumes less fuel. The low fuel consumption is also accompanied by a correspondingly low emission of pollutants, in particular CO 2 emissions.
Aus dem Stand der Technik sind hierzu verschiedene Aufladeverfahren bekannt. Beispielsweise ist es möglich, eine Verbrennungskraftmaschine mittels eines Turboladers aufzuladen. Hierbei wird die im Abgas enthaltene Restenergie dazu genutzt, die zur Verbrennung angesaugte und benötigte Frischluft zu verdichten und somit den Zylinderfüllungsgrad zu erhöhen.Various charging methods are known from the prior art for this purpose. For example, it is possible to charge an internal combustion engine by means of a turbocharger. In this case, the residual energy contained in the exhaust gas is used to compress the fresh air sucked in and needed for combustion and thus to increase the degree of cylinder filling.
Weiterhin ist beispielsweise aus dem Stand der Technik der Kompressor bekannt. Bei dem Kompressor wird ein Verdichter durch eine mechanische Kopplung, mit beispielsweise der Kurbelwelle, der Verbrennungskraftmaschine eingesetzt, wobei der Verdichter ebenfalls die zur Verbrennung benötigte Frischluft komprimiert, so dass der Zylinderfüllungsgrad steigt.Furthermore, for example, from the prior art, the compressor is known. In the compressor, a compressor is used by a mechanical coupling, for example, the crankshaft, the internal combustion engine, wherein the compressor also compresses the fresh air required for combustion, so that the cylinder filling degree increases.
Ebenfalls ist aus dem Stand der Technik der Druckwellenlader bekannt, bei dem das von der Verbrennung ausgestoßene Abgas im direkten Gaskontakt dazu genutzt wird, die angesaugte Frischluft zu verdichten und der Verbrennungskraftmaschine wiederum zuzuführen. Der Druckwellenlader besitzt hierzu einen Zellrotor, der rotierende Zellen besitzt, wobei ein in den Zellen zuvor genannter Komprimierungsvorgang, bei direktem Gaskontakt von Abgas und angesaugter Frischluft, stattfindet.Also known from the prior art, the pressure wave supercharger, in which the exhaust gas emitted from the combustion is used in direct gas contact to compress the fresh air sucked and in turn supply the internal combustion engine. For this purpose, the pressure wave loader has a cell rotor which has rotating cells, wherein a compression process mentioned in the cells takes place, with direct gas contact of the exhaust gas and the intake of fresh air.
Während des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine nimmt diese eine Vielzahl verschiedene Betriebspunkte ein, wobei zwischen dem Übergang der einzelnen Betriebspunkte kein funktioneller Zusammenhang gegeben ist. Bei konstanter Geschwindigkeit ergibt sich beispielsweise schon ein Betriebspunktwechsel durch das Befahren einer Steigung, so dass ein entsprechend höherer Lastpunkt eingenommen wird. Ebenfalls bei Lastsprüngen, hervorgerufen durch den punktuellen Bedarf von mehr oder aber auch gar keiner Antriebsleistung, erfolgt ein Betriebspunktwechsel. In direktem Zusammenhang mit dem Betriebspunktwechsel steht jedoch die Ladungswechselanforderung der Verbrennungskraftmaschine selber. Dies bedeutet einlassseitig die benötigte Menge an Frischluft bzw. Frischluft-Kraftstoff-Gemisch und auslassseitig einen entsprechenden Abgasausstoß.During operation of the internal combustion engine, this assumes a multiplicity of different operating points, whereby there is no functional connection between the transition of the individual operating points. At a constant speed, for example, an operating point change already results from driving on a gradient, so that a correspondingly higher load point is assumed. Also at load jumps, caused by the occasional need for more or no drive power, there is a change of operating point. In direct connection with the operating point change, however, is the charge change request of the internal combustion engine itself. This means the inlet side, the required amount of fresh air or fresh air-fuel mixture and the exhaust side a corresponding exhaust emissions.
Ein Druckwellenlader selber weist einen Kanal 1 zum Ansaugen von Frischluft, einen Kanal 2 zum Abführen komprimierter Frischluft, einen Kanal 3 zum Zuführen von Abgas und einen Kanal 4 zum Abführen von Abgas auf. Für den Ladungswechselvorgang bedeutet dies, dass der Druckwellenlader über den Kanal 2 direkt mit dem Einlassbereich der Verbrennungskraftmaschine und über den Kanal 3 direkt mit dem Auslassbereich der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt ist. Ein Wechsel des Betriebspunktes und damit eine Veränderung des gasdynamischen Verhaltens sowie der thermodynamischen Zustandsgrößen wirken sich also auch direkt auf den Verdichtungsprozess im Druckwellenlader selber aus.A pressure wave loader itself has a
Aus dem Stand der Technik gibt es daher verschiedene Ansätze zur Regelung und/oder Steuerung von Druckwellenladern selber. Beispielsweise ist aus der
Hierbei sind jedoch die zur Korrektur des Regelungs- und/oder Steuerungskreises herangezogenen physikalischen Parameter an Verbrennungsmotoren für die Fluide Luft und Abgas empirisch ermittelt. Eine Änderung der Betriebsparameter der Druckwellenmaschine oder aber der Verbrennungskraftmaschine führt hier zu einem Zustand, der allenfalls über entsprechende Steuerungs- und/oder Regelungsalgorithmen iterativ oder aber mit einer Fuzzylogik aufgefangen werden kann.In this case, however, the physical parameters used to correct the control and / or control circuit are determined empirically on internal combustion engines for the fluids air and exhaust gas. A change in the operating parameters of the pressure wave machine or the internal combustion engine leads here to a state that at best via appropriate control and / or Control algorithms can be collected iteratively or with a fuzzy logic.
Kommt es darüber hinaus zu einer Änderung der stofflichen Eigenschaften der an der Verbrennung beteiligten Fluide, kommt es unter Umständen zu einem unbestimmten Steuerungszustand, der einen Fluiddurchbruch durch die Zellen des Zellrotors und damit eine entsprechend uneffektive Verbrennung zur Folge haben kann. So kann es beispielsweise vorkommen, dass zur Komprimierung eingesetztes Abgas durch die Zelle durchbricht und dem Verbrennungstakt der Verbrennungskraftmaschine erneut zugeführt wird. Hierdurch wird der Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine gerade nicht erhöht, sondern im Gegenteil herabgesetzt. Aufgrund der allenfalls für einige Betriebszustände möglichen iterativen Annäherung käme es zu einem entsprechend hohen Rechenaufwand von potenziell hinterlegten Zahlenwertgleichungen, die eine schnelle, insbesondere Echtzeitregelung, innerhalb weniger Millisekunden erschwert.In addition, if there is a change in the material properties of the fluids involved in the combustion, it may lead to an indeterminate control state, which can result in a fluid breakthrough by the cells of the cell rotor and thus a correspondingly ineffective combustion. For example, it may happen that exhaust gas used for compression breaks through the cell and is fed back into the combustion cycle of the internal combustion engine. As a result, the efficiency of the internal combustion engine is not just increased, but reduced on the contrary. Due to the possible iterative approximation possible for some operating states, there would be a correspondingly high computation outlay of potentially stored numerical value equations, which makes fast, in particular real-time control, within a few milliseconds more difficult.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Einstellung eines Ladedruckes in einer Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, dem ein physikalisch begründbarer Druckwellenvorgang als Regelalgorithmus zugrunde liegt und das gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren verbessert ist.The object of the present invention is therefore to provide a method for setting a charge pressure in an internal combustion engine, which is based on a physically justifiable pressure wave process as a control algorithm and which is improved compared to known from the prior art method.
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Einstellung eines Ladedruckes an einer Verbrennungskraftmaschine gemäß den Merkmalen in Patentanspruch 1 gelöst.The above object is achieved with a method for adjusting a boost pressure to an internal combustion engine according to the features in
Vorteilhafte Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der abhängigen Patentansprüche.Advantageous embodiments of the present invention are part of the dependent claims.
Das Verfahren zur Einstellung eines Ladedruckes einer Verbrennungskraftmaschine, wobei der Ladedruck durch einen Druckwellenlader aufgebaut wird und an den Druckwellenlader ein Kanal 1 zum Ansaugen von Frischluft, ein Kanal 2 zum Abführen der komprimierten Frischluft, ein Kanal 3 zum Zuführen von Abgas und ein Kanal 4 zum Abführen von Abgas angeschlossen sind und der Druckwellenlader ein Kaltgasgehäuse, an dem Kanal 1 und Kanal 2 angeschlossen sind, und ein Heißgasgehäuse, an dem Kanal 3 und Kanal 4 angeschlossen sind, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Ladedruckes über einen Regelungskreislauf oder Steuerungskreislauf erfolgt, wobei der Regelungskreislauf oder der Steuerungskreislauf einen Regler, ein Stellglied, eine Regelstrecke und ein Messglied aufweist und eine Führungsgröße und eine Störgröße eingebracht werden.The method for adjusting a boost pressure of an internal combustion engine, wherein the boost pressure is built up by a pressure wave supercharger and to the pressure wave supercharger, a
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung des Druckwellenladers ist dabei vorzugsweise auf ein elektrisches Steuergerät implementiert und auf die grundsätzlichen Belange der elektrischen Stellglieder, Druckwellenmaschine bzw. eines Druckwellenladers abgestimmt. Es ermöglicht, den Druckwellenvorgang selbst als physikalisch begründbare Prozedur abzubilden, so dass entsprechend alle eintretenden Betriebszustände annähernd über den Regelalgorithmus selbst abgebildet werden können. Hierdurch ergeben sich entsprechend kurze Regelungs- und/oder Steuerungszeiten, so dass entsprechend sensitiv und reaktionsschnell der Druckwellenlader selbst auf den Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine einstellbar ist.The inventive method for controlling the pressure wave supercharger is preferably implemented on an electrical control unit and adapted to the basic concerns of the electric actuators, pressure wave machine or a pressure wave supercharger. It makes it possible to map the pressure wave process itself as a physically justifiable procedure, so that correspondingly all entering operating states can be approximately mapped via the control algorithm itself. This results in correspondingly short control and / or control times, so that the pressure wave loader can be adjusted to the operating state of the internal combustion engine in a correspondingly sensitive and responsive manner.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante wird der Ladedruck im Kanal 2 als Regelgröße erfasst und auf die Führungsgröße rückgeführt, wobei als Führungsgröße ein Ladedrucksollwert vorgegeben wird. Der Ladedruck im Kanal 2 ist dabei der sich einstellende Druck, den das komprimierte Medium, insbesondere die komprimierte Frischluft, aufweist. Dieser Druck unterscheidet sich maßgebend von dem Umgebungsdruck bzw. dem Druck im Kanal 1, den die angesaugte Frischluft aufweist. Der Regler wird dabei zum Folgen der Führungsgröße verwendet und das Messglied zur Erfassung der Störgröße.In a preferred embodiment, the boost pressure in the
Störgrößen sind dann, besonders bevorzugt im Rahmen der Erfindung, alle physikalischen, chemischen und thermodynamischen Zustandseigenschaften der durch den Aufladevorgang des Druckwellenladers beteiligten Fluide. Insbesondere sind dies das Abgas sowie die angesaugte Frischluft.Disturbance variables are then, particularly preferably in the context of the invention, all physical, chemical and thermodynamic state properties of the fluids involved in the charging process of the pressure wave supercharger. In particular, these are the exhaust gas and the intake fresh air.
Bei der Führungsgröße handelt es sich um den zu erreichenden Betriebspunkt, der sich entsprechend über entweder ein Tableau oder aber entsprechend hinterlegte Algorithmen, beispielsweise von einer Fahrpedalstellung unter Berücksichtigung der Ist-Zustände, welche wiederum beispielsweise durch Motordrehzahl, Geschwindigkeit oder Ähnliches wiedergegeben sein können, umrechnen lässt. Die Führungsgröße ist also der Sollwert, der in dem Regelungs- oder Steuerungsprozess erreicht werden soll.The reference variable is the operating point to be reached, which can be converted accordingly via either a tableau or appropriately stored algorithms, for example, an accelerator pedal position taking into account the actual conditions, which in turn may be reproduced for example by engine speed, speed or the like leaves. The command variable is thus the target value which is to be achieved in the control or regulation process.
In der Ausführungsvariante, in dem der im Kanal 2 vorhandene Ladedruck als Regelgröße erfasst wird und auf die Führungsgröße zurückgeführt wird, kann es sich beispielsweise bei der Führungsgröße um einen Ladedrucksollwert handeln. Durch entsprechende Regelung und/oder Steuerung der elektronischen Komponenten des Druckwellenladers mittels des Stellgliedes über die Regelstrecke ist es somit möglich, den entsprechenden Kreis zu schließen. In der Regelstrecke wird wiederum die Störgröße über das Messglied erfasst und bevorzugt auf die Regelgröße geführt, wobei die Regelgröße dann wiederum auf die Führungsgröße rückgeführt wird. Ein solcher Regelungskreislauf und/oder Steuerungskreislauf ist unempfindlich gegenüber transienten Vorgängen.In the embodiment in which the boost pressure present in the
Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin vorstellbar, für die Regelung des Druckwellenprozesses selbst, auf die Regelgröße der Druckerhöhung, also des Druckes des von dem Kanal 1 in den Kanal 2 strömenden Fluids, neben den stoffspezifischen kinematikrelevanten Eigenschaften der Fluide und der druckwellenrelevanten Länge des Druckwellenerzeugers die Stellgrößenöffnungszeit und -verschlusszeit der jeweiligen Kanalöffnungen sowie die Störgröße Differenzdruck zwischen den Fluiden in den Kanälen 2 bis 4, also von Kanal 4 zu Kanal 2 und/oder von Kanal 4 zu Kanal 3, aufzunehmen, wobei der Druck im Kanal 2 als Regelgröße erfasst und auf die Führungsgröße rückgeführt wird. Im Rahmen der Erfindung bietet es sich hier insbesondere an, mit dem Verfahren entsprechende Stellglieder der Kanalöffnungsquerschnitte zu regeln und/oder zu steuern. Hierbei kann es sich beispielsweise um autark angetriebene Ventile handeln, die beispielsweise wiederum elektrisch, elektromechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder anderweitig betätigbar sind. Insbesondere sollten die Kanalöffnungsstellglieder jeweils einzeln und unabhängig ansteuerbar sein, so dass jeder Kanal einzeln ansteuerbar ist.In the context of the invention, it is also conceivable for the regulation of the pressure wave process itself, the controlled variable of pressure increase, ie the pressure of the fluid flowing from the
Hierzu werden als Stellgröße bevorzugt mindestens die Öffnungszeit und/oder Verschlusszeit einer Kanalöffnung der Kanäle 1 bis 4 genutzt, vorzugsweise werden die Öffnungszeiten der vier Kanäle 1 bis 4 und die Verschlusszeiten der vier Kanäle 1 bis 4 als Stellgrößen genutzt, besonders bevorzugt werden die Stellgrößen unabhängig voneinander angesteuert. Hierdurch ist es im Rahmen der Erfindung möglich, den Druckwellenlader entsprechend in einem höheren Wirkungsgradniveau zu betreiben, da zusätzlich zu bereits bekannten Regelungsmöglichkeiten, wie Motordrehzahl des Zellrotors oder aber Gehäuseversatz, aktiv in die Regelung und/oder Steuerung eingegriffen werden kann, indem ein jeweiliges Stellglied bzw. die jeweilige Stellgröße, Öffnungszeiten und/oder Verschlusszeiten individuell und unabhängig voneinander einstellbar sind.For this purpose, preferably at least the opening time and / or shutter speed of a channel opening of the
Weiterhin bevorzugt wird als Störgröße ein Druck in einem der Kanäle 1 bis 4 und/oder eine Temperatur in einem der Kanäle 1 bis 4 und/oder ein Differenzdruck zwischen zwei der Kanäle verwendet. Hierdurch ist es wiederum möglich, über die entsprechenden Druckmessungen bzw. Differenzdruckmessungen die thermodynamische Zustandseigenschaft eines jeden Fluids genau zu erfassen und erfindungsgemäß in ein Regelungs- und/oder Steuerungsverfahren einzubinden.Further preferred as a disturbance variable is a pressure in one of the
Weiterhin bevorzugt werden als Parameter für die Regelstrecke die stoffspezifischen, thermodynamischen und/oder kinematischen Eigenschaften der angesaugten Frischluft verwendet.Furthermore, the substance-specific, thermodynamic and / or kinematic properties of the intake fresh air are preferably used as parameters for the controlled system.
Weiterhin bevorzugt wird als Parameter für die Regelstrecke die druckwellenrelevante Länge des Druckwellenladers verwendet. Hierbei handelt es sich um die akustische Länge des Druckwellenladers, also die Länge, die die Druckwellen selbst zur Ausbreitung und somit zur Überwindung eines Längenabschnittes benötigen. Weiterhin bevorzugt wird in dem Regler selber ein Prozessmodel genutzt, das nach dem Prinzip einer Fuzzylogik arbeitet.Furthermore, the pressure wave-relevant length of the pressure wave charger is preferably used as the parameter for the controlled system. This is the acoustic length of the pressure wave loader, ie the length that the pressure waves themselves require to spread and thus to overcome a length section. Further preferably, a process model is used in the controller itself, which operates on the principle of fuzzy logic.
Weiterhin bevorzugt wird zur Beobachtung der Regelstrecke ein Parallelmodel genutzt, wobei in dem Parallelmodel die Störgröße geschätzt wird. Vorzugsweise weist das Parallelmodel einen linear-quadratischen Regulator und/oder ein linear-quadratischen Estimator auf. Insbesondere erfolgt in diesem Zusammenhang die Schätzung der Störgrößen Druck und/oder Temperatur wahlweise in einem der Kanäle 1 bis 4 mittels eines Kalman-Filters. Der Regler und das Stellglied in dem Aktuatorregelkreis werden dem Regelungs- und/oder Steuerungskreis unterlagert. Bei den Aktuatoren kann es sich wiederum um elektrische, pneumatische und/oder hydraulische Stellelemente an oder in dem Druckwellenlader und/oder mit dem Druckwellenprozess verbundene handeln. Insbesondere handelt es sich um entsprechend unabhängig voneinander und eigenständig ansteuer- und betätigbare Ventile. Der Aktuatorregelkreis zur Betätigung dieser Ventile kann daher auch als modellbasierter Regler oder auch als klassischer PID-Regler mit der Einstellung gemäß einem symmetrischen Optimum entworfen sein. In diesem Fall ist die Phasenreserve der Ortskurve des unterlagerten Aktuatorregelkreises größer gleich Pi/8 und kleiner gleich Pi/4.Further preferably, a parallel model is used to observe the controlled system, wherein in the parallel model the disturbance is estimated. The parallel model preferably has a linear-quadratic regulator and / or a linear-quadratic estimator. In particular, in this context, the estimation of the interference variables pressure and / or temperature takes place optionally in one of the
Im Rahmen der Erfindung ist es insbesondere möglich, den Druckwellenlader mit einzeln voneinander zu betätigenden Ventilen zu regeln und/oder zu steuern, wobei jedem der Kanäle 1 bis 4 ein Ventil zugeordnet ist, bei dem eine jeweilige Schließzeit und Öffnungszeit eingestellt wird. Die Ventile sind dabei erfindungsgemäß, wie bereits zuvor erwähnt, entsprechend unabhängig und einzeln voneinander ansteuerbar, so dass sich hierüber eine entsprechend zusätzliche Möglichkeit gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ergibt, bei der die stofflichen Größen der Fluide bisher in keinem der bekannten Regel- oder Steuerungsverfahren zum Auslösen und Führen des Druckwellenvorgangs oder zum Betreiben der Druckwellenmaschine selbst berücksichtigt sind.In the context of the invention, it is particularly possible to regulate the pressure wave supercharger with individually operable valves and / or to control, each of the
Weiterhin bevorzugt wird als Ersatzmodel für den Druckwellenprozess ein linearer Feder-Masse-Schwinger genutzt. Hierdurch wird vermieden, dass eine Änderung der Betriebsparameter des Druckwellenladers, der Brennkraftmaschine oder eine Änderung einer relevanten stofflichen Eigenschaft bereits eines der Fluide auf einen unbestimmten Steuerungszustand führt. Es wird in Analogie zur periodischen Anregung ein linear gekoppelter Feder-Masse-Schwinger der Druckwellenvorgang anhand der kinematikrelevanten Eigenschaften der beteiligten kompressiven Fluide beschrieben, welche durch die physikalischen Größen Kompressionsmodul, Massen-Dichte-Belag und Viskosität gegeben sind.Further preferably, a linear spring-mass oscillator is used as a replacement model for the pressure wave process. This avoids a change in the operating parameters of the Pressure wave supercharger, the internal combustion engine or a change of a relevant material property already one of the fluids leads to an indeterminate control state. In analogy to the periodic excitation, a linearly coupled spring-mass oscillator of the pressure wave process is described on the basis of the kinematically relevant properties of the compressive fluids involved, which are given by the physical parameters of the compression modulus, mass-density coating and viscosity.
Die Periodendauer bzw. die Frequenz der periodischen Ventilschaltfolge wird dabei in Abhängigkeit der sich aus den, kinematikrelevanten stofflichen Eigenschaften der Fluide ergebenden, thermoakustischen Kreisfrequenz geregelt. Die Öffnungszeiten und die Schließzeiten der in periodischer Abfolge zu betätigenden Ventile sind in Abhängigkeit der Fluiddrücke in den speisenden und sammelnden Kanälen zu regeln. Die Öffnungsweite bzw. der Durchflussquerschnitt der Kanalöffnungen, welcher durch die Ventile freigegeben wird, ist in Abhängigkeit der dynamikrelevanten stofflichen Eigenschaften der Fluide selbst zu regeln. Als Ursprung der Periode der Kreisfrequenz ist der Zeitpunkt zu definieren, in dem das Ventil des druckreicheren speisenden Kanals zum Laden der Verbrennungskraftmaschine öffnet.The period duration or the frequency of the periodic valve switching sequence is regulated as a function of the thermoacoustic angular frequency resulting from the kinematic-relevant material properties of the fluids. The opening times and the closing times of the valves to be operated in periodic sequence are to be regulated as a function of the fluid pressures in the feeding and collecting channels. The opening width or the flow cross-section of the channel openings, which is released by the valves, is to be regulated as a function of the dynamics-relevant material properties of the fluids themselves. The origin of the period of the angular frequency is defined as the point in time when the valve of the higher-pressure feeding channel for charging the internal combustion engine opens.
Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, die Öffnungszeiten und die Schließzeiten der Ventile in Abhängigkeit zumindest eines Druckes in einem Kanal zu regeln.In the context of the invention, it is possible to regulate the opening times and the closing times of the valves as a function of at least one pressure in a channel.
Im Rahmen der Erfindung ist es daher möglich, mit dem Regelungs- und/oder Steuerungsverfahren auf die Regelgröße der Druckerhöhung des Druckes von Kanal 1 zu Kanal 2 bzw. des Absolutdruckes im Kanal 2 ein thermodynamisches begründetes und mathematisch geschlossenes Druckwellenverfahren abzubilden, das als Regelalgorithmus auf beliebige 4-Kanal-Druckwellenlader anwendbar ist. Der Betrieb des Druckwellenladers ist dabei mit beliebigen Fluiden bei zeitlich veränderlichen und transienten thermodynamischen Betriebszustände der jeweiligen Fluide anwendbar, ohne stark iterative und/oder in sonstiger Weise rechenlastige Berechnungsschritte zu beinhalten.In the context of the invention, it is therefore possible with the control and / or control method on the controlled variable of the pressure increase of the pressure of
Weitere Vorteile, Merkmale, Aspekte und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausführungsvarianten werden in den Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:Further advantages, features, aspects and characteristics of the present invention are part of the following description. Preferred embodiments are shown in the figures. These are for easy understanding of the invention. Show it:
In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.In the figures, the same reference numerals are used for the same or similar components, even if a repeated description is omitted for reasons of simplicity.
In
- – der Zeit- bzw. Phasenversatz (φ zwischen dem Abgas und dem Frischluftdruck), aus dem sich ein Stellwinkel α für den Kantenschieber bzw. die Steuerscheibe ergibt, nachdem der Aktuator des
Kantenschiebers 13a eingestellt wird. - – die für beide in dem Zellrad befindlichen Gassäulen, also Frischluft und Abgas, eine identische Zykluszeit bzw. Kreisfrequenz (ω), abgebildet auf die Drehzahl n des Zellrotors selber
- – das Verhältnis der Druckamplituden r von Abgas zu Frischluft, abgebildet auf die Stellung γ des
Gastaschenventils 17 .
- - The time or phase offset (φ between the exhaust gas and the fresh air pressure), from which results in a setting angle α for the edge slider or the control disk, after the actuator of the
edge slider 13a is set. - - For both located in the cell wheel gas columns, ie fresh air and exhaust gas, an identical cycle time or angular frequency (ω), mapped to the speed n of the cell rotor itself
- - The ratio of the pressure amplitudes r of exhaust gas to fresh air, shown in the position γ of the
gas pocket valve 17 ,
Ein Vorteil des beschriebenen Verfahrens unter Einbeziehung eines modellbasierten Reglers nach dem Prinzip der Fuzzylogik gemäß
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Führungsgrößecommand variable
- 22
- Regelgrößecontrolled variable
- 33
- DifferenzdruckmesswandlerDifferential pressure transducer
- 44
- Regler/RechentableauController / computing Tableau
- 5V1 5V 1
-
Parameterventil 1
Parameter valve 1 - 5V2 5V 2
-
Parameterventil 2
Parameter valve 2 - 5V3 5V 3
-
Parameterventil 3
Parameter valve 3 - 5V4 5V 4
-
Parameterventil 4
Parameter valve 4 - 66
- Steuereinheitcontrol unit
- 77
- Phasenreglerphase controller
- 88th
- KreisfrequenzreglerAngular frequency regulator
- 99
- Amplitudenregleramplitude controller
- 1010
- Steuersignal ZeitversatzControl signal time offset
- 1111
- Steuersignal KreisfrequenzControl signal angular frequency
- 1212
- Steuersignal DruckamplitudeControl signal pressure amplitude
- 13a13a
- Stellaktuator KantenschieberAdjusting actuator edge slider
- 13b13b
- Stellaktuator KanalventilActuator channel valve
- 13c13c
- Stellaktuator GastaschenventilActuator Gastaschenventil
- 1414
- DruckwellenladerPressure wave supercharger
- 1515
- Steuerscheibecontrol disc
- 1616
- Kanalventilchannel valve
- 1717
- GastaschenventilGas pocket valve
- 1818
- Steuergerät VerbrennungskraftmaschineControl unit internal combustion engine
- FF
- Kraftforce
- mm
- MasseDimensions
- cc
- Federkonstantespring constant
- dd
- Dämpfungskonstantedamping constant
- to1 t o1
-
Öffnungszeit Kanal 1 bzw. Ventil 1
Opening time channel 1 orvalve 1 - ts1 t s1
-
Schließzeit Kanal 1 bzw. Ventil 1
Closing time channel 1 orvalve 1 - to2 t o2
-
Öffnungszeit Kanal 2 bzw. Ventil 2
Opening time channel 2 orvalve 2 - ts2 t s2
-
Schließzeit Kanal 2 bzw. Ventil 2
Closing time channel 2 orvalve 2 - to3 t o3
-
Öffnungszeit Kanal 3 bzw. Ventil 3
Opening time channel 3 orvalve 3 - ts3 t s3
-
Schließzeit Kanal 3 bzw. Ventil 3
Closing time channel 3 orvalve 3 - to4 t o4
-
Öffnungszeit Kanal 4 bzw. Ventil 4
Opening time channel 4 orvalve 4 - ts4 t s4
-
Schließzeit Kanal 4 bzw. Ventil 4
Closing time channel 4 orvalve 4 - p1p1
-
Druckkanal 1 Kanal 1
Pressure channel 1channel 1 - p2p2
-
Druckkanal 2 Kanal 2
Pressure channel 2channel 2 - p3p3
-
Druckkanal 3 Kanal 3
Pressure channel 3channel 3 - p4p4
-
Druckkanal 4 Kanal 4
Pressure channel 4channel 4 - K1K1
-
Kanal 1
Channel 1 - K2K2
-
Kanal 2
Channel 2 - K3K3
-
Kanal 3
Channel 3 - K4K4
-
Kanal 4
Channel 4 - φφ
- Zeitversatz bzw. PhasenversatzTime offset or phase offset
- αα
- Stellwinkel der Steuerscheibe bzw. des KantenschiebersSetting angle of the control disk or the edge slider
- nn
- Drehzahl des ZellrotorsSpeed of the cell rotor
- rr
- Druckamplitudepressure amplitude
- γγ
- Stellung des GastaschenventilsPosition of the gas pocket valve
- ωω
- Zykluszeit bzw. KreisfrequenzCycle time or angular frequency
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102006020522 A1 [0008] DE 102006020522 A1 [0008]
Claims (16)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102011055452A DE102011055452A1 (en) | 2011-11-17 | 2011-11-17 | Method for adjusting boost pressure of e.g. single-level internal combustion engine of motor car, involves adjusting boost pressure by regulating and/or control circuits, which provide reference variable and disturbance variable |
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---|---|
DE102011055452A1 true DE102011055452A1 (en) | 2013-05-23 |
Family
ID=48221756
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-
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