DE19620778C1 - Verfahren zur Regelung des Druckes im Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Druckes im Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff der An­ sprüche 17 oder 18.

Es ist aus der DE 39 39 754 A1 eine Brennkraftmaschine mit einem Abgas-Turbolader bekannt, dessen vom Abgasstrom ange­ triebene Turbine einen Verdichter im Ansaugkanal der Brenn­ kraftmaschine antreibt. Die Turbine im Abgasstrang ist von einer Bypass-Leitung überbrückt, die durch ein Bypass-Ven­ til abgesperrt werden kann. Die Regelung des Druckes im An­ saugkanal auf einen vorgegebenen Druck-Sollwert erfolgt durch Einstellung einer Drosselklappe im Ansaugkanal sowie durch Betätigung des Bypass-Ventiles, über das der der Tur­ bine des Abgasturboladers zugeführte Abgasstrom eingestellt werden kann. Die Stellung der Drosselklappe und des Bypass- Ventils wird von einer Steuereinheit in Abhängigkeit des Lastzustandes der Brennkraftmaschine bestimmt. Hierfür wer­ den in einer Steuereinheit Stellsignale für Stellantriebe erzeugt, die der Drosselklappe bzw. dem Bypass-Ventil zuge­ ordnet sind. Um den Druck im Ansaugkanal auf den gewünsch­ ten Sollwert einzustellen, wird zunächst im Niederlast­ bereich der Brennkraftmaschine die Drosselklappe in Rich­ tung einer vollständigen Öffnung des Ansaugkanales ver­ schwenkt. Ist auch nach Erreichen der maximalen Drossel­ klappen-Öffnungsstellung ein weiterer Druckanstieg im An­ saugkanal erforderlich, so wird das Bypass-Ventil von der Steuereinheit aus seiner bis dahin bestehenden Öffnungs­ stellung lastabhängig in seine Schließstellung versetzt; mit zunehmender Last wird daher die Bypass-Leitung abge­ sperrt, so daß ein zunehmender Abgasstrom den Turbolader beaufschlagt und dadurch ein höherer Solldruck im Ansaugka­ nal erreicht werden kann.

Je nach Lastzustand der Brennkraftmaschine beaufschlagt der in der Steuereinheit realisierte Regler entweder die Dros­ selklappenstellung oder die Stellung des Bypass-Ventils. Im Übergangsbereich von Teillast zu Vollast der Brennkraft­ maschine ist hierdurch nur eine beschränkte Dynamik des Druckaufbaus im Ansaugkanal zu erreichen. Durch die zeit­ lich hintereinander geschaltete Betätigung von Drossel­ klappe und Bypass-Ventil, bedingt durch einen gemeinsamen Regler für beide Ventileinrichtungen, ist eine Totzeit bei der Regelung unvermeidbar. Infolge der Eigendynamik von Drosselklappe und Bypass-Ventil ist bei jedem Übergang der Betätigung einer der beiden Ventileinrichtungen eine zeitliche Verzögerung gegeben. Weiterhin ist nachteilig, daß der Regler nur für eine der beiden Ventileinrichtungen optimal eingestellt werden kann, so daß keine optimale Regelung des jeweils anderen Ventils möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, mit dem bzw. mit der der Druck im Ansaugkanal einer Brenn­ kraftmaschine insbesondere bei Verwendung mehrerer Ventil­ einrichtungen mit einem für jeden Lastzustand geeigneten dynamischen Verhalten aufgebaut werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 und bei der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des An­ spruches 18 gelöst.

Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung ist vorgesehen, daß die Einstellung des Druckes im Ansaugkanal nach dem Prinzip einer Steuerung mit überlagerter Regelung erfolgt. Das Stellsignal setzt sich zusammen aus einem Steuersignal, das einem Steuerkennfeld in Abhängigkeit eines korrigierten Druck-Sollwerts entnommen wird, und einem Reglersignal, das dem Steuersignal bedarfsweise überlagert wird, um eine exakte Druckeinstellung auf den gewünschten Sollwert zu erreichen. Die permanent aktive Steuerung stellt sicher, daß die Ventileinrichtung ununterbrochen mit einem Stell­ signal beaufschlagt wird und es insofern keine zeitliche Verzögerungen infolge eines dynamischen Ansprechverhaltens der Ventileinrichtung gibt. Das Steuersignal kann speziell auf das dynamische Verhalten der Ventileinrichtung abge­ stimmt werden.

Die bedarfsweise zugeschaltete, überlagerte Regelung stellt sicher, daß der vorgegebene Druck-Sollwert exakt und ohne stationäre Abweichung eingestellt werden kann.

Ist eine zweite Ventileinrichtung zur Regulierung des An­ saugdruckes vorgesehen, so wird zweckmäßig von der Steuer­ einheit ein vom ersten Stellsignal unabhängiges, zweites Stellsignal erzeugt, das einem zweiten, auf die zweite Ventileinrichtung zugeschnittenen Steuerkennfeld entnommen wird. Diesem zweiten Steuersignal kann wiederum ein eigenes Reglersignal überlagert werden, das in einem zweiten Regler erzeugt wird. Die Reglersignale von erstem und zweitem Reg­ ler sind vollständig unabhängig, wobei vorteilhaft in Ab­ hängigkeit der anstehenden Last nur einer der beiden Regler aktiviert wird. Über ein vom vorgegebenen Druck-Sollwert abhängiges Schaltsignal kann einer der beiden Regler akti­ viert werden. Vorzugsweise ist hierbei der erste Regler dem Teillastbereich und der zweite Regler dem Vollastbereich zugeordnet.

Da beiden Reglern jeweils ein Steuerkennfeld mit daraus entnommenem, permanent auf die Ventileinrichtungen einwir­ kendem Steuersignal zugeordnet ist, können beide Ventilein­ richtungen im Übergangsbereich zwischen Teillast und Vollast unabhängig voneinander betrieben werden, wodurch sich ein günstiger dynamischer Druckaufbau im Ansaugkanal ergibt. Zugleich erlaubt die getrennte Regelung eine an die jeweilige Ventileinrichtung angepaßte Bestimmung der Re­ gelungsparameter.

Vorzugsweise geht in die Berechnung des Druck-Sollwerts die Motordrehzahl und die Leistungsanforderung des Fahrers ein, die den Lastzustand der Brennkraftmaschine charakterisiert. Als weitere Einflußgrößen können Umgebungsbedingungen wie Umgebungsluftdruck, Temperatur der Ansaugluft und Tempera­ tur des Kühlwassers mit einbezogen werden. Sämtliche Ein­ flußgrößen können in Form von Kennfeldern bestimmt sein, wobei für jede Einflußgröße mehrere Kennfelder vorliegen können, die den verschiedenen Lastbereichen der Brennkraft­ maschine zugeordnet sind. Die Aktivierung des jeweiligen Kennfeldes erfolgt über ein Schaltsignal, das den Lastzu­ stand der Brennkraftmaschine widerspiegelt.

Zweckmäßig wird ein PI-Reglersignal erzeugt, das sich da­ durch auszeichnet, daß keine stationäre Regelabweichung be­ stehen bleibt.

Der Druck-Sollwert wird zweckmäßig einem Schaltsignalgeber zugeführt, in dem als Schaltkurve zur lastabhängigen Akti­ vierung einer der beiden Regler eine Hysteresekurve reali­ siert ist. Die Hysteresekurve liegt zwischen einem unteren und einem oberen Druck-Grenzwert. Ein Schaltwechsel zwi­ schen den Reglern erfolgt dann, wenn der Druck-Sollwert einen der beiden Grenzwerte erreicht.

Als zusätzliche Bedingung kann ein Schaltwechsel auch dann erfolgen, wenn das Reglersignal entweder des ersten oder des zweiten Reglers einen vorgegebenen Regler-Grenzwert über- oder unterschreitet. Durch diese zusätzliche Schalt­ bedingung wird sichergestellt, daß in jedem Fall der ge­ wünschte Saugrohrdruck erreicht wird, auch wenn einzelne Motorkomponenten nicht korrekt arbeiten, beispielsweise in­ folge von Verschmutzung. Die zusätzliche Schaltbedingung stellt sicher, daß rechtzeitig zum Erreichen des Soll- Druckes auf den Regler für den höheren Lastbereich umge­ schaltet wird, auch wenn dies gemäß der im Schaltsignal-Ge­ ber abgelegten Schaltkurve noch nicht notwendig wäre.

Gemäß der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist als erste Ventileinrichtung die Drosselklappe im Ansaugka­ nal und als weitere Ventileinrichtung das Bypass-Ventil in der den Turbolader überbrückenden Bypass-Leitung vorgese­ hen. Die Steuereinheit, die die Stellsignale für die Regu­ lierung der Drosselklappe und des Bypass-Ventils liefert, umfaßt einen Sollwert-Geber zur Bestimmung des Druck-Soll­ wertes und eine Reglereinheit. Die Reglereinheit besteht aus einem Speicher mit jeweils einem Steuerkennfeld für die Drosselklappe und das Bypass-Ventil und jeweils einem Reg­ ler; die Regler sind über einen Schaltsignalgeber und ein Schaltglied, die ebenfalls Teil der Reglereinheit sind, zu aktivieren.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Weiterbildungen sind den weiteren Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftma­ schine mit Abgas-Turbolader und zwei von einer Steuereinheit zu regulierenden Ventileinrichtungen,

Fig. 2 ein Ablaufschema zur Berechnung des Soll-Druckwer­ tes,

Fig. 3 ein Ablaufschema zur Berechnung der Stellgrößen für jede Ventileinrichtung,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Schaltbedingungen zur Umschaltung zwischen den Reglern.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 1, die als Diesel-Brennkraftmaschine ausgeführt ist. Der Brennkraft­ maschine 1 wird über den Ansaugkanal 2 Verbrennungsluft zu­ geführt. Weiterhin ist ein Abgas-Turbolader 4 vorgesehen, dessen Turbine 5 im Abgasstrang 3 der Brennkraftmaschine 1 angeordnet ist und von den Abgasen betrieben wird. Die Turbine 5 treibt einen Verdichter 6 des Turboladers an, der im Ansaugkanal 2 stromauf einer ersten Ventileinrichtung 20 angeordnet ist. Die Ventileinrichtung 20 ist im Ausfüh­ rungsbeispiel eine Drosselklappe DK, die zum Erreichen eines gewünschten Ansaugdrucks im Ansaugkanal 2 von einem Stellglied 18 in die erforderliche Position verschwenkt wird.

Im Abgasstrang 3 ist zur Überbrückung der Turbine 5 des Turboladers 4 eine Bypass-Leitung 7 vorgesehen, die strom­ auf der Turbine 5 vom Abgasstrang 3 abzweigt und stromab der Turbine 5 wieder in den Abgasstrang mündet. Die Bypass- Leitung 7 ist von einer zweiten Ventileinrichtung 21 abzu­ sperren, die im Ausführungsbeispiel als Bypass-Ventil BV ausgeführt ist. Das Bypass-Ventil BV ist über ein Stell­ glied 19 zwischen einer Öffnungsstellung, in der der Quer­ schnitt der Bypass-Leitung 7 vollständig geöffnet ist, und einer Schließstellung, in der die Bypass-Leitung vollstän­ dig versperrt ist, zu verschwenken. In Schließstellung des Bypass-Ventils BV wird der gesamte Abgasstrom durch die Turbine 5 des Turboladers 4 geleitet, der hierdurch seine maximale Leistung entfaltet. Die Schließstellung des By­ pass-Ventils BV ist daher dem Hochlastbereich bzw. Vollast­ bereich der Brennkraftmaschine zugeordnet, wohingegen in Öffnungsstellung des Bypass-Ventils BV die Brennkraft­ maschine 1 sich im Niederlastbereich befindet.

Weiterhin ist eine Steuereinheit 8 vorgesehen, die einen Sollwert-Geber 9 zur Bestimmung des Druck-Sollwertes und eine Reglereinheit 10 umfaßt, die bei einer Abweichung des aktuellen Drucks P2_ist im Ansaugkanal 2 vom vorgegebenen Sollwert P2_soll eine Stellspannung U_DK bzw. U_BV an das Stellglied 18 bzw. 19 der Drosselklappe DK bzw. des Bypass- Ventiles BV liefert.

Die Eingangsgrößen des Sollwert-Gebers 9 der Steuereinheit 8 sind die Leistungsanforderung M_eW des Fahrers, die pro­ portional zum aktuellen Lastzustand der Brennkraftmaschine ist, sowie die aktuelle Drehzahl N. Der Sollwert-Geber 9 liefert als Ausgangsgrößen einen einzuregelnden (absoluten) Druck-Sollwert P2_soll sowie einen relativen Druck-Sollwert P2_RK, wobei der Einfluß des Umgebungsluftdrucks P_atm, der Temperatur T_L der Ansaugluft sowie der Temperatur T_W des Motorkühlmittels zur Korrektur des Druck-Sollwerts berück­ sichtigt wird.

Der absolute und der relative Druck-Sollwert ist der Reg­ lereinheit 10 zugeführt, in der ein Vergleich zwischen dem Soll-Druckwert und dem aktuellen Druck P2_ist stattfindet. Der aktuelle Druck P2_ist wird über einen Sensor 42 im An­ saugkanal 2 aufgenommen und über eine Meßleitung 43 der Reglereinheit 10 zugeführt. Als Ausgang liefert die Regler­ einheit 10 die Stellspannungen U_DK und U_BV, die über wei­ tere Meßleitungen 44, 45 den entsprechenden Stellgliedern 18 bzw. 19 zugeführt werden.

Fig. 2 zeigt das Ablaufschema zur Bestimmung der Druck- Sollwerte im Sollwert-Geber 9 der Steuereinheit 8. Die Leistungsanforderung M_eW des Fahrers und die aktuelle Dreh­ zahl N der Brennkraftmaschine werden eingelesen und über ein erstes Kennfeld 22 in einen Solldruck-Grundwert P2₀ transformiert. In einem Summierer 32 wird durch Subtraktion eines einstellbaren Referenzdruckes P_ref ein relativer Solldruck-Grundwert P2_R0 erzeugt; P_ref beträgt vorzugsweise 1000 mbar.

Um den Einfluß von Umgebungsbedingungen erfassen zu können, wird der relative Solldruck-Grundwert P2_R0 in hintereinan­ der geschalteten Multiplizierern 37, 38, 39 mit Korrektur­ faktoren beaufschlagt, die den Einfluß von Umgebungsbe­ dingungen wie Umgebungsluftdruck P_atm, Temperatur T_L der Ansaugluft und Temperatur T_W des Motorkühlmittels wieder­ geben. Zusätzlich kann für jede Einflußgröße noch unter­ schieden werden, ob die Brennkraftmaschine sich im Teil­ lastbereich oder im Vollastbereich befindet. Hierfür ist ein Vergleichsglied 33 mit einer Zweipunkt-Kennlinie vorge­ sehen, die je nach Größe des relativen Solldruck-Grundwer­ tes P2_R0 ein Ausgangssignal S liefert, das den aktuellen Lastzustand der Brennkraftmaschine wiedergibt. Ist der re­ lative Solldruck-Grundwert P2_R0 < 0 (Teillastbereich, Re­ gelung soll über Drosselklappe DK erfolgen), so liefert das Vergleichsglied 33 für S einen Wert gleich Null. Für P2_R0 0 (Vollastbereich, Druckregelung über Bypass-Ventil BV), so ist das Schaltsignal S = 1.

Das Schaltsignal S wird den in Reihe geschalteten Schalt­ gliedern 34, 35, 36 zugeführt, die für S = 1 die dem By­ pass-Ventil BV zugeordneten Kennfelder 23a, 24a, 25a der Umgebungs-Kenngrößen P_atm, T_L, T_W aktivieren und für S = 0 entsprechend die der Drosselklappe zugeordneten Kennfelder 23b, 24b, 25b. Nach Multiplikation der Umgebungs-Kenngrößen mit dem relativen Solldruck-Grundwert P2_R0 erhält man den korrigierten relativen Druck-Sollwert P2_RK, der abgegriffen und der Reglereinheit zugeführt wird.

Zur Bestimmung des absoluten Druck-Sollwertes wird zusätz­ lich der korrigierte relative Druck-Sollwert P2_RK in einem Summierer 40 mit dem aktuellen Umgebungsluftdruck P_atm be­ aufschlagt, woraus sich der korrigierte absolute Sollwert P2_K ergibt. In einem nachfolgenden Vergleichsglied 41 wird der absolute Sollwert P2_K durch eine Minimalwertfunktion auf einen maximalen P2-Grenzwert beschränkt, wobei über ein zusätzliches Kennfeld 26 eine Anpassung in Abhängigkeit des Umgebungsluftdruckes P_atm und der aktuellen Drehzahl N stattfindet. Die Beschränkung des P2-Grenzwertes durch die Minimalwertfunktion dient zum Schutz des Turboladers vor Überdrehzahlen in größeren Höhen. Als Ausgangsgröße nach dem Vergleichsglied 41 erhält man daraufhin den einzu­ regelnden Druck-Sollwert P2_soll.

In Fig. 3 ist das Ablaufschema zur Bestimmung der Stell­ signale in der Reglereinheit 10 der Steuereinheit 8 darge­ stellt. Die vom Sollwert-Geber gelieferten Druck-Sollwerte P2_soll, P2_RK werden als Eingangsgrößen der Reglereinheit 10 zugeführt und in dieser verarbeitet.

Der korrigierte relative Druck-Sollwert P2_RK wird als Ein­ gangsgröße den parallel geschalteten Steuerkennfeldern 11 und 13 von Drosselklappe bzw. Bypass-Ventil zugeführt, wo­ bei die Steuerkennfelder 11 und 13 als Ausgangsgröße ein Steuersignal TV_SDK bzw. TV_SBV liefern. Als weitere Ein­ gangsgröße wird die aktuelle Drehzahl N bei der Ermittlung der Steuersignale berücksichtigt. Die Steuerkennfelder 11, 13 sind während des gesamten Betriebes der Brennkraftma­ schine aktiv und liefern die Steuersignale TV_SDK bzw. TV_SBV (Tastverhältnis), unabhängig davon, ob die Regelung ein- oder ausgeschaltet ist. Da beide Ventileinrichtungen - Drosselklappe und Bypass-Ventil - permanent mit Steuer­ signalen beaufschlagt werden, entstehen keine Probleme wie beispielsweise zeitliche Verzögerungen, bedingt durch das eigendynamische Verhalten der Drosselklappe bzw. des By­ pass-Ventiles.

Der absolute Druck-Sollwert P2_soll wird einem Summierer 28 zugeführt, in dem durch Subtraktion des aktuellen Drucks P2_ist die Regeldifferenz dP2 gebildet wird. Die Regel­ differenz dP2, die die Abweichung des tatsächlichen Druckes P2_ist vom vorgegebenen Solldruck P2_soll darstellt, wird einem ersten Regler 12 für die Drosselklappe und einem parallelgeschalteten, zweiten Regler 14 für das Bypass-Ven­ til als Eingangsgröße zugeführt. Die Regler 12, 14 sind im Ausführungsbeispiel als PI-Regler ausgeführt, wobei die Konstanten des Proportionalanteils und des Integralanteils jeweils auf das dynamische Verhalten von Drosselklappe bzw. Bypass-Ventil angepaßt werden.

Die Regler 12, 14 von Drosselklappe bzw. Bypass-Ventil lie­ fern jeweils ein Reglersignal TV_RDK bzw. TV_RBV, welches im weiteren Verlauf jeweils einem Summierer 29, 30 zugeführt ist. In dem Summierer 29 wird das Drosselklappen-Stell­ signal TV_DK durch Summation des Steuersignals TV_SDK und des Reglersignals TV_RDK gebildet; entsprechend wird im Summie­ rer 30 das Bypass-Ventil-Steuersignal TV_BV durch Summation des Steuersignals TV_SBV und des Reglersignals TV_RBV gebil­ det.

Den Summierern 29 bzw. 30 sind jeweils Multiplizierer 31, 32 nachgeordnet, in denen die Stellsignale TV_DK bzw. TV_BV mit einer Batteriespannung U_Batt multipliziert werden. Von den Multiplizierern 31, 32 werden die entsprechenden Aus­ gangsgrößen Endstufen 46, 47 zugeführt, in denen eine in Abhängigkeit der Stellsignale TV_DK bzw. TV_BV Stellspannung U_DK bzw. U_BV erzeugt wird, die - wie zu Fig. 1 beschrie­ ben - den Stellgliedern 18, 19 für die Drosselklappe DK bzw. das Bypass-Ventil BV zugeleitet wird.

Je nach Lastzustand der Brennkraftmaschine wird jeweils ei­ ner der Regler 12 bzw. 14 aktiviert, jedoch nicht beide gleichzeitig. Die Entscheidung, welcher Regler aktiviert wird bzw. wessen Reglersignale zum jeweiligen Summierer durchgeschaltet werden, wird in einem Schaltsignalgeber 15 getroffen, dem als Eingangsgröße der relative Druck-Soll­ wert P2_RK zugeführt ist. Die Größe des relativen Druck- Sollwertes P2_RK wird als Entscheidungskriterium herangezo­ gen, in welchem Lastzustand die Brennkraftmaschine sich aktuell befindet. Im Teillastbereich wird der Regler 12 für die Drosselklappe aktiviert, im Vollastbereich wird der Regler 14 für das Bypass-Ventil aktiviert.

Die Schaltkurve des Schaltsignalgebers 15 ist als Hysteresekurve realisiert, die zwischen einem vorgegebenen unteren und einem oberen Druck-Grenzwert P_T0, P_T1 liegt. Die Ausgangsgröße des Schaltsignalgebers 15, das Schalt­ signal T, kann entweder den Wert 0 oder den Wert 1 anneh­ men, wobei beim Wert 0 (Drosseln) die Reglersignale der Drosselklappe durchgeschaltet werden und beim Wert 1 (Laden) die Reglersignale des Bypass-Ventiles durchgeschal­ tet werden.

Ein Schaltwechsel von einem Regler auf den anderen Regler erfolgt immer dann, wenn der relative Druck-Sollwert P2_RK einen der Grenzwerte P_T0 oder P_T1 erreicht.

Unmittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine befindet sich die Brennkraftmaschine im Teillastbereich, d. h. Schaltsignal T = 0. P2_RK nimmt einen Wert ein, der kleiner als der obere Grenzwert P_T1 der Schaltkurve ist. Mit zuneh­ mender Last und steigender Drehzahl steigt auch der rela­ tive Druck-Sollwert P2_RK Sobald der obere Druck-Grenzwert P_T1 erreicht wird, schaltet das Schaltsignal um von T = 0 auf T = 1; die Brennkraftmaschine befindet sich nun im Vollastbereich, in dem die Regelung für das Bypass-Ventil aktiviert wird.

Wird nun die Last zurückgenommen, so sinkt auch der relati­ ve Druck-Sollwert P2_RK. Bei Erreichen des unteren Grenzwer­ tes P_T0 schaltet das Schaltsignal wiederum auf den Wert T = 0; die Maschine befindet sich im Teillastbereich, in dem die Drosselklappenregelung aktiv ist.

Neben dem vom Druck-Sollwert P2_RK abhängigen Schaltwechsel ist es zweckmäßig, weitere Schaltbedingungen zu berück­ sichtigen. Als weitere Schaltbedingung kann eingeführt wer­ den, daß ein Schaltwechsel vom Drosselklappenregler 12 auf den Bypass-Ventilregler 14 immer dann erfolgen soll, wenn das vom Drosselklappenregler 12 gelieferte Reglersignal TV_RDK einen vorgegebenen Regler-Grenzwert TV_DKO über­ schreitet. Umgekehrt erfolgt ein Schaltwechsel vom Bypass- Ventilregler 14 auf den Drosselklappenregler 12 immer dann, wenn das vom Bypass-Regler 14 gelieferte Reglersignal TV_RBV einen vorgegebenen Regler-Grenzwert TV_BVU unterschreitet. Zweckmäßig sind hierbei die Regler-Grenzwerte TV_DKO, TV_BVU quantitativ gleich groß und mit entgegengesetzten Vorzei­ chen versehen.

Mit dieser zusätzlichen Schaltbedingung ergibt sich das in Fig. 4 dargestellte Schaltschema. Hierin bedeutet T = 0, daß der Drosselklappenregler 12 aktiviert ist, für T = 1 ist der Bypass-Ventilregler 14 aktiviert. Unmittelbar nach dem Start befindet sich die Brennkraftmaschine im Schaltzu­ stand A, in welchem der Druck-Sollwert P2_RK kleiner als der obere Druck-Grenzwert P_T1 ist und das Schaltsignal T = 0 beträgt. Als primäre Schaltbedingung wird die Größe des Druck-Sollwertes P2_RK herangezogen, wobei wie vorgeschrie­ ben ein Schaltwechsel auf T = 1 erfolgt, sobald der Druck- Sollwert P2_RK den oberen Druck-Grenzwert P_T1 überschreitet; es erfolgt ein Schaltwechsel von A nach B. Umgekehrt er­ folgt ein Schaltwechsel von B nach A, also von Bypass-Ven­ tilregelung auf Drosselklappenregelung, sobald der relative Druck-Sollwert P2_RK den unteren Druck-Grenzwert P_T0 unter­ schreitet.

Dieser primären Schaltbedingung ist eine weitere Schaltbe­ dingung überlagert. Demnach ist ein Schaltwechsel von T = 0 auf T = 1 auch dann möglich, wenn zwar der relative Druck- Sollwert P2_RK den oberen Druck-Grenzwert P_T1 noch nicht er­ reicht hat, aber das Reglersignal TV_RDK der Drosselklappe den Regler-Grenzwert TV_DKO überschreitet; es erfolgt ein Schaltwechsel von A nach C, in welchem das Schaltsignal auf T = 1 steht, obwohl der relative Druck-Sollwert P2_RK klei­ ner als der obere Druck-Grenzwert P_T1 ist.

Übersteigt nun der Druck-Sollwert P2_RK den oberen Druck- Grenzwert P_T1, so wechselt der Schaltzustand von C nach B, wobei hiermit kein Wechsel des Schaltsignales T verbunden ist. Andererseits kann auch ein Wechsel von Schaltzustand C nach A erfolgen, wenn der im Schaltzustand C aktivierte By­ pass-Ventilregler 14 ein Reglersignal TV_RBV liefert, das unter dem vorgegebenen Grenzwert TV_BVU liegt.

Vom Schaltzustand B (Bypass-Ventilregler aktiv) aus kann der Schaltzustand D (Drosselklappenregler aktiv) erreicht werden, obwohl der Druck-Sollwert P2_RK über dem unteren Druck-Grenzwert P_T0 liegt. Der Schaltwechsel von B nach D erfolgt, sobald das Reglersignal TV_RBV des Bypass-Ventil­ reglers unter dem entsprechenden Regler-Grenzwert TV_BVU liegt. Umgekehrt ist auch ein Wechsel von Schaltzustand D nach Schaltzustand B möglich, wenn der im Schaltzustand D aktivierte Drosselklappenregler ein Reglersignal RV_RDK lie­ fert, das oberhalb des Regler-Grenzwertes TV_DKO liegt.

Vom Schaltzustand D ist auch ein direkter Wechsel nach A möglich, wenn der Druck-Sollwert P2_RK unter den unteren Druck-Grenzwert P_T0 fällt; ein Schaltsignalwechsel und da­ mit verbundener Reglerwechsel findet hierbei aber nicht statt.

Die Einführung der zusätzlichen Schaltbedingung gewähr­ leistet, daß eine Reglerumschaltung auch dann stattfindet, wenn das Ansaugsystem bzw. der Turbolader beispielsweise durch Verschmutzung verstimmt ist. Dies soll durch das fol­ gende Beispiel verdeutlicht werden:

Bei einem Umgebungsluftdruck P_atm = 1000 mbar und einem vorgegebenen Druck-Sollwert P2_soll = 970 mbar nimmt der re­ lative Druck-Sollwert einen Wert von -30 mbar an (ohne Ein­ fluß der Umgebungsbedingungen). Aufgrund des negativen Wer­ tes (P2_RK kleiner P_T1) wird der Drosselklappenregler akti­ viert. Bei einem aktuellen Ansaugdruck P2_ist = 950 mbar - was z. B. durch ein verschmutztes Luftfilter verursacht sein kann - beträgt die Regelabweichung dP2 = +20 mbar. In diesem Fall kann die Regelabweichung durch die Drossel­ klappe nicht ausgeglichen werden. Es muß eine Umschaltung auf den Bypass-Ventilregler erfolgen, obwohl der relative Druck-Sollwert P2_RK den oberen Grenzwert P_T1 noch nicht erreicht hat. Die Umschaltung auf den Bypass-Ventilregler erfolgt durch Übergang von Schaltzustand A nach Schaltzu­ stand C, indem das Reglersignal des Drosselklappenreglers den Grenzwert TV_DKO überschreitet.

Das Schaltsignal T wird gemäß Fig. 3 einem der Drossel­ klappe zugeordneten Schaltglied 16 und einem dem Bypass- Ventil zugeordneten Schaltglied 17 zugeführt. Das Drossel­ klappen-Schaltglied 16 ist dem Regler 12 unmittelbar nach­ geschaltet und führt für T = 0 das Reglersignal TV_RDK dem dem Schaltglied 16 nachgeordneten Summierer 29 zu. Anderen­ falls liefert für T = 1 das Schaltglied 16 anstelle des Reglersignals TV_RDK einen Wert 0, so daß in diesem Fall das Stellsignal TV_DK mit dem Steuersignal TV_SDK identisch ist.

In analoger Weise führt das Schaltglied 17, das zwischen dem Bypass-Ventilregler 14 und dem Summierer 30 angeordnet ist, bei einem Schaltsignal T = 1 die Reglersignale TV_RBV dem Summierer 30 zu. Für T = 0 führt das Schaltglied 17 dem Summierer den Wert 0 zu, so daß das Stellsignal TV_BV iden­ tisch ist mit dem Steuersignal TV_SBV.

Das Schaltsignal T wird den Reglern 12, 14 auch direkt zu­ geführt. Dies ist notwendig, um den jeweils aktivierten Regler nach einem Schaltwechsel neu zu initialisieren, um unerwünschte Sprünge im Reglersignal zu vermeiden. Hierfür ist es notwendig, daß das Reglersignal TV_RDK bzw. TV_RBV im Moment des Zuschaltens den Wert 0 annimmt. Dies wird da­ durch erreicht, daß der Integralanteil des Reglers gleich­ gesetzt wird mit dem negativen Proportionalanteil des glei­ chen Reglers.

Die Stellsignale TV_DK der Drosselklappe bzw. TV_BV des By­ pass-Ventils werden in Multiplizierern 31 bzw. 32 mit der Batteriespannung U_batt multipliziert, die zum Ausgleich von Unterschieden in der Spannungsversorgung über eine Kenn­ linie 27 korrigiert werden kann. In nachgeschalteten End­ stufen 46 bzw. 47 werden die Signale auf die endgültigen Stellspannungen U_DK bzw. U_BV transformiert, die gemäß Fig. 1 die Stellglieder 18 und 19 für die Drosselklappe DK bzw. das Bypass-Ventil BV beaufschlagen.

Zweckmäßig sind alle Kennlinien bzw. Kennfelder sowohl des Sollwert-Gebers 9 als auch der Reglereinheit 10 als Daten­ werte in einem Speicher abgelegt; bei dieser Methode können die aus Messungen und Erfahrungen gewonnenen Daten indivi­ duell auf jede Ventileinrichtung angepaßt werden. Darüber­ hinaus ist es aber auch möglich, anstelle abgespeicherter Datenwerte eine mathematische Funktion vorzugeben, die für jeden Eingangswert genau einen Ausgangswert liefert.

Anstelle der vorbeschriebenen zwei Ventileinrichtungen kön­ nen auch weitere Ventileinrichtungen vorgesehen sein, über die der Ansaugdruck P2 einstellbar ist, wobei jeder Ventil­ einrichtung ein Steuerkennfeld und ein Regler zugeordnet ist. Es ist auch möglich, nur eine einzige Ventilein­ richtung vorzusehen, beispielsweise nur die Drosselklappe oder nur den Turbolader, und entsprechend nur ein Steuer­ kennfeld mit überlagertem Regler vorzusehen.

Gegebenenfalls können auch das Vergleichsglied 33 im Soll­ wertgeber 9 und der Schaltsignalgeber 15 in der Reglerein­ heit 10 zusammengefaßt werden, um ein einheitliches Schalt­ signal zur Bestimmung des Lastzustandes der Brennkraftma­ schine zu erzeugen.

Als weitere Ausführungsvariante der vorstehend beschrie­ benen Erfindung kann anstelle eines PI-Reglers auch ein PID-Regler oder ein sonstiger geeigneter Reglertyp einge­ setzt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann nicht nur - wie im Ausführungsbeispiel beschrieben - bei einer Dieselbrenn­ kraftmaschine, sondern darüber hinaus auch bei Otto-Brenn­ kraftmaschinen eingesetzt werden.

Claims (23)

1. Verfahren zur Regelung des Druckes im Ansaugkanal einer Brennkraft­ maschine (1) mit Abgas-Turbolader (4), mit einer Steuereinheit (8), die in Abhängigkeit der aktuellen Last einen Druck-Sollwert bestimmt, wobei der aktuelle Druck (P2_ist) im Ansaugkanal (2) von einer Ventilein­ richtung (21) auf den einzuregelnden Druck-Sollwert (P2_soll) eingestellt wird, und die Ventileinrichtung (21) in Abhängigkeit eines von der Steuereinheit (8) erzeugten Stellsignals (TV_BV) betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellsignal (TV_BV) als Steuersignal (TV_SBV) einem in der Steuereinheit (8) gespeicherten Steuerkennfeld (13) in Abhängigkeit eines korrigierten relativen Druck-Sollwerts (P2_RK) entnommen wird, und daß dem Steuersignal (TV_SBV) bedarfsweise ein in einem Regler (14) erzeugtes Reglersignal (TV_RBV) überlagert wird, wobei eine Eingangsgröße des Reglers (14) ein aus der Addition des aktuellen Druckes (P2_ist) und dem Sollwert (P2_soll) gebildetes Signal (dP2) ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Ermittlung des kor­ rigierten relativen Druck-Sollwerts (P2_RK) die Drehzahl (N) der Brennkraftmaschine (1), die Leistungsanfor­ derung (Me_W) des Fahrers und der Einfluß von Um­ gebungsbedingungen wie Umgebungsluftdruck (P_atm), Temperatur (T_L) der Ansaugluft und Temperatur (T_W) des Motorkühlmittels einbezogen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem Saugrohrdruck- Grundwert (P2₀) ein relativer Grundwert (P2_R0) durch Subtraktion eines Referenzdruckes (P_ref) erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der einzuregelnde Druck- Sollwert (P2_soll) in Abhängigkeit des Umgebungsluft­ druckes (P_atm) und der Motordrehzahl (N) ermittelt und durch eine Minimalwertfunktion auf einen Maximalwert beschränkt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Druck-Sollwerte (P2_soll, P2_RK) bestimmenden Kenngrößen (Me_W, N, P_atm, T_L, T_W) als Kennfeld (22 bis 26) vorliegen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Über- bzw. Unterschrei­ ten eines Grenzwertes (P_T0, P_T1) des korrigierten rela­ tiven Druck-Sollwertes (P2_RK) in einem Schaltsignal­ geber (15) ein Schaltsignal (T) erzeugt wird, über das der Regler (14) zu- oder abgeschaltet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Ventilein­ richtung (20) zur Druckregulierung von einem Stell­ signal (TV_DK) beaufschlagt wird, das das Steuersignal (TV_SDK) eines zweiten Steuerkennfeldes (11) umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Reglersignal (TV_RDK) von einem weiteren Regler (12) für die zweite Ventileinrichtung (20) erzeugt und dem Steuersignal (TV_SDK) überlagert wird, wobei das im Schaltsignalgeber (15) erzeugte Schaltsignal (T) entweder nur den ersten Regler (14) der ersten Ventileinrichtung (21) oder nur den zweiten Regler (12) der zweiten Ventileinrichtung (20) aktiviert.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Schaltwechsel der aktivierte Regler (12, 14) ein Anfangs-Reglersignal (TV_RDK, TV_RBV) mit dem Initialwert 0 liefert, wobei der Integralanteil des Reglers (12, 14) gleich dem negati­ ven Proportionalanteil gesetzt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Regler (14) dem Hochlastbereich und der zweite Regler (12) dem Nieder­ lastbereich der Brennkraftmaschine zugeordnet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkurve des Schalt­ signalgebers (15) eine Hysteresekurve ist, die zwischen dem vorgegebenen unteren und oberen Druck-Grenzwert (P_T0, P_T1) liegt, wobei ein Schaltwechsel erfolgt, wenn der relative korrigierte Druck-Sollwert (P2_RK) einen der Grenzwerte (P_T0, P_T1) erreicht.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltwechsel erfolgt, wenn das vom ersten bzw. zweiten Regler (12, 14) gelie­ ferte Reglersignal (TV_RDK, TV_RBV) einen vorgegebenen Regler-Grenzwert (TV_DKO, TV_BVU) überschreitet oder unterschreitet.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des korri­ gierten relativen Druck-Sollwertes (P2_RK) den beiden Ventileinrichtungen (20, 21) jeweils unterschiedliche Kennfelder (23a, b; 24a, b; 25a, b) für den Einfluß der Umgebungsbedingungen zugeordnet werden, wobei die Kennfelder in Abhängigkeit eines den Lastzustand der Brennkraftmaschine (1) beschreibenden Schaltsignales (S) angesteuert werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltsignal (S) durch das Vorzeichen des relativen Solldruck-Grundwertes (P2₀) bestimmt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellsignale (TV_DK, TV_BV) für jede Ventileinrichtung (20, 21) mit einem der Batteriespannung (U_Batt) entsprechenden Wert multipli­ ziert werden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der der Batteriespannung (U_Batt) entsprechende Wert zum Ausgleich von Spannungs­ unterschieden über eine Kennlinie (27) korrigiert wird.

17. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Re­ gelung des Druckes im Ansaugkanal einer Brennkraft­ maschine mit einem im Abgasstrang (3) angeordneten Ab­ gas-Turbolader (4) einer über ein Bypass-Ventil (BV) absperrbaren Bypass-Leitung (7) zur Überbrückung des Turboladers (4) und einer Steuereinheit (8) zur lastab­ hängigen Einstellung des Bypass-Ventils (BV), wobei die Steuereinheit (8) einen Sollwertgeber (9) und eine Reglereinheit (10) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Reglereinheit (10) einen Speicher mit jeweils einem Steuerkennfeld (13) für das Bypass-Ventil (BV) und einen Regler (14) beinhaltet und die Reglereinheit (10) einen ersten Summierer (28) zur Bildung der Regel­ differenz (dP2) aus einzuregelndem Druck-Sollwert (P2_soll) und aktuellem Druck (P2_ist) umfaßt.

18. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Re­ gelung des Druckes im Ansaugkanal einer Brennkraft­ maschine, mit einer Drosselklappe (DK) im Ansaugkanal (2), einem im Abgasstrang (3) angeordneten Abgas-Tur­ bolader (4), einer über ein Bypass-Ventil (BV) absperr­ baren Bypass-Leitung (7) zur Überbrückung des Turbola­ ders (4) und einer Steuereinheit (8) zur lastabhängigen Einstellung der Drosselklappe (DK) und des Bypass-Ven­ tils (BV), wobei die Steuereinheit (8) einen Sollwertgeber (9) und eine Reglereinheit (10) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Reglereinheit (10) einen Speicher mit jeweils einem Steuerkennfeld (11, 13) für die Drosselklappe (DK) und das Bypass-Ventil (BV) und jeweils einen Reg­ ler (12, 14) beinhaltet, wobei über einen Schaltsignal­ geber (15) und ein Schaltglied (16, 17) der Reglerein­ heit (10) in Abhängigkeit vorgegebener Schaltkriterien einer dieser Regler (12, 14) aktivierbar ist und die Reglereinheit (10) einen ersten Summierer (28) zur Bildung der Regel­ differenz (dP2) aus einzuregelndem Druck-Sollwert (P2_soll) und aktuellem Druck (P2_ist) umfaßt.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Regler (12, 14) jeweils einen Eingang für das Signal der Regeldifferenz (dP2) aufweisen und vorzugsweise als PI-Regler oder PID-Reg­ ler ausgebildet sind.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß den Steuerkennfeldern (11, 13) der relative Druck-Sollwert (P2_RK) zugeführt ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das der Drosselklappe (DK) bzw. dem Bypass-Ventil (BV) zugeordnete Steuerkennfeld (11, 13) und der entsprechende Regler (12, 14) parallel geschaltet sind, wobei in einem nachgeschalteten Summierer (29,30) das Stellsignal (TV_DK, TV_BV) aus dem Steuersignal (TV_SDK, TV_SBV) und dem Reglersignal (TV_RDK, TV_RBV) gebildet ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertgeber (9) der Steuereinheit (8) ein im Speicher abgelegtes Kennfeld (22) umfaßt, einen nachgeschalteten Summierer (32) zur Bildung eines relativen Solldruck-Grundwertes (P2_R0), ein Vergleichsglied (33) zur Bestimmung des Lastzustan­ des der Brennkraftmaschine (1), zumindest ein Schalt­ glied (34, 35, 36) zur lastabhängigen Umschaltung zwi­ schen den Kennfeldern (23, 24, 25) der Umgebungskenn­ größen (P_atm, T_L, T_W), zumindest einen Multiplizierer (37, 38, 39) zur Beaufschlagung des relativen Soll­ druck-Grundwertes (P2_R0) mit den Signalen der Kennfel­ der (23, 24, 25), einen weiteren Summierer (40) zur Addition des Umgebungsluftdrucks (P_atm) und ein Ver­ gleichsglied (41) zur Begrenzung des absoluten Druck- Sollwerts (P2_soll) in Abhängigkeit eines Kennfeldes (26).

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselklappe (DK) und dem Bypass-Ventil (BV) jeweils ein Stellglied (18, 19) zugeordnet ist und jedem Stellglied (18, 19) das Stell­ signal (TV_DK, TV_BV) als Stellspannung (U_DK, U_BV) der Steuereinheit (8) zugeführt ist.