DE19804466A1 - Verfahren zur Steuerung eines Abgasturboladers mit variabler Turbinengeometrie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Abgasturboladers, welcher eine Brennkraftmaschine auflädt und eine variabel einstellbare Turbinengeometrie aufweist, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Abgasturbolader zur Aufladung von Brennkraftmaschinen be­ stehen bekanntlich aus einer vom Abgasstrom der Brennkraft­ maschine getriebenen Turbine und einem von der Turbine an­ getriebenen Verdichter, welcher abhängig von seiner Dreh­ zahl einen Frischluftstrom für die Brennkraftmaschine vor­ verdichtet. Mit der erhöhten Dichte der zugeführten Ver­ brennungsluft wird ein erhöhter Luftdurchsatz der Brenn­ kraftmaschine und damit eine proportional erhöhte Leistungsabgabe erzielt. Die Turbine und der Verdichter sind durch eine Laderwelle verbunden und rotieren synchron. Die jeweiligen Strömungsquerschnitte der Turbine und des Verdichters legen ein Druckübersetzungsverhältnis fest, mit dem der Staudruck des Abgases vor der Turbine auf den Lade­ luftstrom hinter dem Verdichter übertragen wird.

Mit einer verstellbaren Turbinengeometrie z. B. durch ver­ stellbare Leitschaufeln der Turbine kann bekanntlich der Anströmquerschnitt der Turbine verändert werden und damit das Durchströmverhalten der Turbine (Turbinenleistung), wo­ durch der Ladedruck hinter dem Verdichter des Abgasturbola­ ders, welcher mit gleicher Drehzahl wie die Turbine um­ läuft, variierbar ist. Die Turbinengeometrie kann dabei zwischen der Öffnungsstellung mit maximalem Anströmquer­ schnitt und der Schließstellung mit minimalem Anströmquer­ schnitt jede beliebige Stellung einnehmen. In jedem sta­ tionären Betriebszustand der Brennkraftmaschine befindet sich die Turbinengeometrie in einer Stellung mit einem spezifischen Anströmquerschnitt, mit dem der Abgasturbola­ der den für den vorliegenden Betriebspunkt der Brennkraft­ maschine erforderlichen Ladedruck erzeugt. Der Anström­ querschnitt wird mit zunehmender Maschinenleistung redu­ ziert, so daß entsprechend mit einer erhöhten Verdichter­ leistung der Ladedruck dem jeweils vorliegenden stationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine angepaßt ist. Im Unterschied zu Abgasturboladern mit fest liegender Turbi­ nengeometrie, deren Übersetzungsverhältnis lediglich in be­ grenzten Kennfeldbereichen eine optimale Aufladung der Brennkraftmaschine erreichen kann, ist mit einer verstell­ baren Turbinengeometrie des Abgasturboladers eine optimale Anpassung des Druckübersetzungsverhältnisses zwischen Tur­ bine und Verdichter und somit der Laderdrehzahl in jedem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine ermöglicht. Mit der Ladedruckanpassung ist eine Betriebspunktanpassung des Luftverhältnisses bei der Gemischbildung und eine Ver­ ringerung der Ladungswechselarbeit der Brennkraftmaschine erreichbar.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Abgasturbolader mit variabel einstellbarer Turbinengeometrie ist ein ver­ bessertes Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine im dyna­ mischen Betrieb, d. h. beim Lastsprung zwischen zwei sta­ tionären Betriebszuständen. Insbesondere bei einer Last­ aufschaltung mit einer angeforderten Zunahme der Betriebs­ last wird durch die Überführung der Turbinengeometrie in eine den Anströmquerschnitt auf die Turbine verringernde Stellung ein rascher Aufbau des Ladedruckes und des Dreh­ momentes der Brennkraftmaschine erreicht.

Die Reduzierung des Anströmquerschnitts auf die Turbine bei einer Lastaufschaltung bewirkt eine Drosselung des Abgas­ stroms der Brennkraftmaschine und somit einen Anstieg des Turbineneintrittsdrucks, so daß der Abgasturbolader rasch beschleunigt und den Ladedruck erhöht. Aus der DE 40 25 901 C1 ist bereits ein Verfahren zur Steuerung des Ladedruckes einer Brennkraftmaschine mittels eines Ab­ gasturboladers mit verstellbarem Turbinenleitapparat be­ kannt, welches im Stationärbetrieb der Brennkraftmaschine einen vorgegebenen betriebspunktabhängigen Ladedrucksoll­ wert einstellt. Zur Erhöhung des Ladedruckes bei einer Lastaufschaltung sieht das bekannte Verfahren vor, während des instationären Betriebes die Stellung des Turbinenleit­ apparates nach einer vorgegebenen Kennlinie zu verstellen, der die Stellgröße zur Ansteuerung des Turbinenleitappara­ tes in Abhängigkeit der momentanen tatsächlichen Abweichung des Ladedruckistwertes vom Ladedrucksollwert entnehmbar ist. Da bei der Beschleunigung des Abgasturboladers der Turbineneintrittsdruck erheblich schneller ansteigt als der Ladedruck hinter dem Verdichter und ein zu hoher Abgas­ staudruck die Kolbenarbeit zum Ausschub der Abgase aus den Zylindern der Brennkraftmaschine erhöht und somit Ladungs­ wechselverluste verursacht, wird bei dem bekannten Verfah­ ren oberhalb eines vorgegebenen Schwellwertes für den Ab­ gasgegendruck die Stellgröße zur Ansteuerung des Turbinen­ leitapparates einer zweiten Kennlinie entnommen.

Es wird bei Brennkraftmaschinen, welche von Abgasturbola­ dern mit variabel einstellbarer Turbinengeometrie aufgela­ den werden, immer wieder beobachtet, daß sich nach einem mehr oder weniger langen Betriebszeitraum das dynamische Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine bei einer Lastauf­ schaltung verschlechtert. Das Beschleunigungsvermögen des Abgasturboladers läßt nach und der Aufbau des Ladedruckes und des Drehmomentes der Brennkraftmaschine erfolgt lang­ samer als bisher.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung eines Abgasturboladers mit variabel einstellbarer Turbinengeometrie zu schaffen, welches ein optimales Be­ triebsverhalten des Abgasturboladers insbesondere im Dyna­ mikbetrieb über einen beliebig langen Betriebszeitraum si­ chert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß nach einer gewissen Betriebszeit des Abgasturboladers durch den nicht zu vermeidenden Verschleiß der bewegten Teile die Drossel­ wirkung des durch den Turbinenleitapparat verringerten An­ strömquerschnitts auf die Turbine herabgesetzt ist. Sowohl im Laderlaufzeug als auch im Turbinenleitapparat nimmt durch den Verschleiß das Spiel der bewegten Teile zu, mit dem eine Zunahme der Spaltverluste in der Turbine einher­ geht. Das Abgas strömt dabei nicht mehr ausschließlich planmäßig wirksam in Längsrichtung der Schaufeln, sondern auch zunehmend seitlich an den Schaufeln vorbei. Der effektive Drosselquerschnitt des Leitapparates nimmt ab, so daß die bei der Lastaufschaltung dynamisch gesteuerte Ein­ stellung der Turbinengeometrie nicht mehr die gleiche Wir­ kung in der entsprechenden Stellung wie im Neuzustand er­ reichen kann. Die Auslegungsbeschleunigung des Turboladers wird dadurch herabgesetzt und der Anstieg des Ladedruckes erfolgt langsamer.

Erfindungsgemäß wird zur Diagnose des verschleißbedingten Rückgangs der Regelgüte der Turbinengeometrie bei einer Lastaufschaltung aus dem Anstieg des Ladedruckistwertes ein Regelgütewert der Turbinengeometrie ermittelt. Dabei kann eine Ausregelzeit für die Regelabweichung des Ladedruckes bis zum Erreichen eines vorgegebenen Stellwertes gemessen werden. Eine zuverlässige Aussage über die momentane Regel­ güte der Turbinengeometrie ist möglich, wenn die Ausregel­ zeit den Regelgütewert bildet und die Regelabweichung des Ladedruckes mit einem Bezugsdruck normiert wird. Vorteil­ haft kann der Regelgütewert auch durch Integration der Werte der Regelabweichung über der Ausregelzeit berechnet werden. Ein möglichst kleiner Wert des Integrals entspricht dabei dem optimalen, d. h. neuwertigen Laderzustand. Der ermittelte Regelgütewert wird mit einem vorgegebenen Idealwert, der dem Auslegungszustand des Turboladers ent­ spricht, verglichen und abhängig von der sich ergebenden Abweichung das Steuersignal für den Turbinenleitapparat verstärkt. Vorteilhaft werden aus einem Kennfeld in Ab­ hängigkeit des Regelgütewertes Korrekturfaktoren ausgele­ sen, mit denen das dem Auslegungszustand entsprechende Steuersignal multipliziert und verstärkt wird. Die erfin­ dungsgemäße Diagnose der Regelgüte der Turbinengeometrie zur Ausregelung der verschleißbedingten Abweichungen vom Neuzustand kann bei Lastaufschaltungen sowohl mit als auch ohne Drehzahländerung der Brennkraftmaschine erfolgen.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung wird darin gesehen, daß bei Vorliegen größerer Abweichungen des ermit­ telten Regelgütewertes von dem Idealwert auf eine nicht durch angleichende Verstärkungsmaßnahmen des Steuersignals ausgleichbare Fehlfunktion des Turboladers geschlossen wer­ den kann, welche beispielsweise durch Verbrennungsabla­ gerungen in der Turbine, auf Fremdkörper, welche den Tur­ binenleitapparat blockieren, verursacht ist oder auch auf den Bruch der Übertragungsglieder zurückführbar sein kann. Es wird daher ein Kennwert für die Abweichung des Regel­ gütewertes von dem Idealwert vorgegeben, bei dessen Über­ schreitung der mechanische Defektfall des Turboladers ver­ mutet werden muß und zur Vermeidung von Folgeschäden (Überschreitung der Zylinderdruckgrenze) die Leistung der Brennkraftmaschine reduziert wird. Gleichzeitig kann in der Fahrerkabine eines von der Brennkraftmaschine getriebenen Fahrzeuges die Funktionsstörung der variablen Tur­ binengeometrie durch ein entsprechendes Alarmsignal ange­ zeigt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an­ hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Brennkraftma­ schine mit einem Abgasturbolader, dessen Turbinen­ geometrie bei einer Lastaufschaltung der Brenn­ kraftmaschine dynamisch gesteuert wird,

Fig. 2 einen Wirkungsplan einer Reglereinheit des Turbola­ ders, dessen Ausgangssignal von einer Korrekturein­ heit beeinflußt wird,

Fig. 3 in einem Schaubild den zeitlichen Verlauf der Re­ gelabweichung des Ladedruckes während des dynami­ schen Betriebes.

Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1, welche von einem Abgasturbolader 5 aufgeladen wird. Der Abgasturbolader 5 besteht aus einer Turbine 7, welche im Auslaßtrakt der Brennkraftmaschine 1 angeordnet ist und vom Abgasstrom an­ getrieben wird, und einen Verdichter 8 im Einlaßtrakt 2. Die Turbine 7 und der Verdichter 8 sind durch eine Lader­ welle mechanisch verbunden und laufen daher synchron um, wodurch der Verdichter 8 die angesaugte Frischluft zu einem Ladeluftstrom 11 im Einlaßtrakt 2 verdichtet. Die Geometrie der Turbine 7 ist durch Verstellung des Leitapparates 17, z. B. verstellbare Leitschaufeln, variierbar. Ein Stellan­ trieb 9 wirkt dabei auf den Leitapparat 17 ein und kann die Turbinengeometrie zwischen einer Öffnungsstellung, in der ein maximaler Anströmquerschnitt auf die Turbine 7 einge­ stellt wird, und einer Schließstellung mit minimalem An­ strömquerschnitt variabel einstellen. Die Turbinengeometrie wird betriebspunktspezifisch eingestellt, wobei ein An­ strömquerschnitt der Turbine 7 zur Beaufschlagung mit dem Abgasstrom freigegeben wird, welcher mit dem festgelegten Anströmquerschnitt des Verdichters 8 ein bestimmtes Über­ setzungsverhältnis bildet, mit der in jedem beliebigen sta­ tionären Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 der je­ weils erforderliche Ladedruck im Einlaßtrakt 2 erzeugt wird.

Ein Steuersignal 24 für den Stellantrieb 9 des Leitappara­ tes 17 wird von einer Reglereinheit 10 erzeugt, welche im Ausführungsbeispiel mit der Turbinengeometrie als Stell­ glied den Ladedruck p2s_ist auf einen vorgegebenen Sollwert regelt. Es ist auch möglich, andere Betriebsparameter der Aufladung der Brennkraftmaschine 1 zu regeln als dem Lade­ druck und beispielsweise das Druckgefälle zwischen dem Ein­ laßtrakt 2 und dem Auslaßtrakt 3, d. h. den Druckunterschied zwischen Ladedruck hinter dem Verdichter 8 und Abgasdruck vor der Turbine 7, als Regelgröße einzusetzen. Der herrschende Istwert des Ladedruckes p2s_ist wird von einem Drucksensor 15 im Einlaßtrakt 2 der Brennkraftmaschine 1 gemessen und der Reglereinheit 10 eingegeben. In einem La­ dedruckkennfeld 12 sind Sollwerte des Ladedruckes in Ab­ hängigkeit von der Last und der Drehzahl der Brenn­ kraftmaschine elektronisch abgespeichert und werden von der Reglereinheit 10 in Abhängigkeit von der Lastanforderung ausgelesen und als Führungsgröße vorgegeben. Das Lastanforderungssignal wird von einem entsprechenden Signalwertgeber, beispielsweise einem verstellbaren Gaspe­ dal 16 erzeugt und der Reglereinheit 10 eingegeben. Die Reglereinheit 10 hat PI-Übertragungsverhalten, wobei sowohl für den Proportionalanteil als auch den Integralanteil des Ausgangssignals jeweils ein Kennfeld 13 und 14 zum Auslesen bereitsteht.

Wird die Lastanforderung an die Brennkraftmaschine erhöht und dies durch die Stellungsänderung des Gaspedals 16 der Reglereinheit 10 angezeigt, so erzeugt diese das Stell­ signal 24 für den Stellantrieb 9 des Turbinenleitapparates 17, welcher den Anströmquerschnitt auf die Turbine 7 ver­ ringert. Um den Abgasturbolader bei einer Lastaufschaltung möglichst rasch zu beschleunigen und den Ladedruck ent­ sprechend schnell auf den angeforderten stationären Wert zu erhöhen, ist vorgesehen, die Turbinengeometrie zunächst in Richtung Schließstellung zu verstellen und anschließend in einer öffnenden Stellbewegung in die dem angeforderten Be­ triebszustand der Brennkraftmaschine 1 entsprechende Stel­ lung zu überführen. Zweckmäßig wird die Turbinengeometrie in die Schließstellung gebracht. Wird sie in dieser Stel­ lung mit minimalem Anströmquerschnitt kurzzeitig gehalten, so wird eine größtmögliche Beschleunigung des Turboladers und somit eine rasche Ladedruckzunahme erreicht. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, die Turbinengeometrie nicht bis zum Erreichen des Schließanschlages zu verstellen, um schädliche Überhöhungen des Abgasgegendruckes zu verhin­ dern. Die mit der Turbinenversperrung verbundene Drosselung des Abgasstroms bewirkt einen Anstieg des Turbinenein­ trittsdrucks, welcher eine sofortige Beschleunigung der Turbine und damit auch des Verdichters veranlaßt, so daß die Brennkraftmaschine unmittelbar auf die Erhöhung der Lastanforderung anspricht. Die Regelung verhält sich im Dy­ namikbetrieb des Abgasturboladers zur Lastaufschaltung ähn­ lich einer Steuerung und erzeugt das Steuersignal 24 für den Stellantrieb 9 in Abhängigkeit von der Regelabweichung des Istwertes von dem Sollwert des Ladedruckes für den an­ geforderten stationären Betriebszustand. Das Steuersignal 24 ist ein Pulsweiten-Signal, dessen Stärke abhängig von der ermittelten Regelabweichung des Ladedruckes bestimmt ist, wobei der Stellantrieb 9 aus der Stärke des Pulswei­ ten-Signals den entsprechenden Stellweg des Turbinenleit­ apparates 17 ableitet. Die Stellbewegungen des Turbinen­ leitapparates werden derartig abgestimmt, daß der Turbinen­ eintrittsdruck durch die Aufstauung des Abgases vor der Turbine einerseits möglichst hoch ist, um eine möglichst rasche Beschleunigung des Laders zu erreichen und anderer­ seits nicht so hoch ansteigt, daß ein ungünstiges Druckge­ fälle zwischen dem Ladedruck und dem Abgasdruck entsteht, welche die Ladungswechselarbeit der Brennkraftmaschine un­ zulässig erhöhen würde. Die Sollwerte des Ladedruckes, auf die die Reglereinheit 10 zurückgreift, werden also auf die Einhaltung eines bestimmten Höchstwertes des Turbinenein­ trittsdrucks abgestimmt in dem Kennfeld abgelegt, so daß bei einer Lastaufschaltung ein schnellstmöglicher Aufbau des Ladedruckes und des Drehmomentes ohne Beeinträchtigung des Wirkungsgrades der Brennkraftmaschine erfolgen kann.

Mit der Bezugsziffer 4 ist eine Korrektureinheit bezeich­ net, welche den Verschleißzustand der Turbine 7 des Abgas­ turboladers 5 diagnostiziert und durch entsprechende Korrektur der Turbinengeometrie das optimale, d. h. neu­ wertige Betriebsverhalten des Abgasturboladers sichert. Nach einem mehr oder weniger langen Betriebszeitraum nimmt oft aufgrund von Verschleißerscheinungen das Spiel der be­ wegten Teile des Laderlaufzeuges, des Leitapparates 17 und des Stellantriebes 9 zu, so daß sich Spaltverluste in der Strömungsmaschine ergeben. Die Reglereinheit 10 erzeugt ihr Ausgangssignal auf der Grundlage von Kennfelddaten, welche auf den Neuzustand des Turboladers 5 ausgelegt sind und die Korrektureinheit 4 erzeugt nun einen Korrekturwert, mit dem das Ausgangssignal der Reglereinheit 10 zum Ausgleich des verschleißbedingten Unterschieds verstärkt wird. Die Korrektureinheit 4 bestimmt die verschleißbedingte Verschlechterung der Regelgüte der variablen Turbi­ nengeometrie und bestimmt daraus einen entsprechenden Kor­ rekturfaktor, mit dem das Pulsweiten-Signal 24 der Regler­ einheit 10 über ein Multiplizierglied 28 beeinflußt wird.

Die Arbeitsweise der Reglereinheit 10 und der Korrekturein­ heit 4 wird nachstehend anhand der Fig. 2 näher erläutert. Die Reglereinheit entnimmt wie bereits beschrieben in Ab­ hängigkeit von der Lastanforderung an die Brennkraftmaschi­ ne - angezeigt durch die Stellung des Gaspedals 16 und der aktuellen Motordrehzahl - einem Sollkennfeld 14 den Soll­ wert des Ladedruckes p2s_soll dem der gemessene Istwert p2s_ist gegengekoppelt wird. Ergibt sich aus diesem Soll­ wert/Istwert-Vergleich eine Regelabweichung Δp2s, so wird aus einem P-Kennfeld 12 und einem I-Kennfeld 13 in Ab­ hängigkeit der Regelabweichung Δp2s ein Proportionalanteil P und gleichsam ein Integralanteil I ausgelesen, mit denen die Stärke des ausgehenden Pulsweiten-Signals 24 für den Stellantrieb des Turbinenleitapparates bestimmt wird. Die Proportionalanteile P im Proportionalkennfeld 12 und ent­ sprechend die Integralwerte I im Integralkennfeld 13 sind zusätzlich zur Regelabweichung Δp2s in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine im voraus abgestimmt und elektronisch abgespeichert. Der Proportionalanteil und der Integralanteil des Pulsweiten-Signals werden additiv zusammengeführt, wobei im Wirkungsweg des Integralanteils ein Summenspeicher 23 angeordnet ist. Die Regeleinheit um­ faßt weiter eine Vorsteuerung, aus deren Kennfeld 20 in Abhängigkeit von der Drehzahl sowie dem Lastzustand der Brennkraftmaschine ein Vorsteueranteil auslesbar ist, wel­ cher dem Pulsweiten-Signal zugegeben wird und die dy­ namischen Stellbewegungen der Turbinengeometrie verbessert. Im Wirkungsweg zum Stellglied ist letztlich eine Begren­ zungseinrichtung 27 angeordnet, der ein maximaler Stellweg S_max für den Turbinenleitapparat vorgegeben ist, welcher die Schließstellung der Turbinengeometrie softwareseitig definiert und einen Stellanschlag überflüssig macht.

Die Korrektureinheit 4 diagnostiziert den Verschleißzustand des Abgasturboladers und erzeugt bei einer festgestellten Verschlechterung des dynamischen Betriebsverhaltens des Ab­ gasturboladers bei einer Lastaufschaltung einen Korrektur­ faktor P_K, mit dem der P-Anteil des Pulsweiten-Signals 24 über ein Multiplizierglied 28 verstärkt wird. Die Diagnose des Verschleißzustandes und die Berechnung des ausgleichen­ den Korrekturfaktors, mit dem ein Betriebsverhalten des Ab­ gasturboladers wie im Neuzustand erreicht wird, erfolgt, wenn folgende Bedingungen bei der Lastaufschaltung erfüllt sind:

• a) Die Erhöhung der Lastanforderung an die Brennkraftma­ schine erfolgt plötzlich.
• b) Der Lastsprung erfolgt aus dem Teillastbereich der Brennkraftmaschine unterhalb eines vorgegebenen Last­ punktes in den Vollastbetrieb.
• c) Die Drehzahl N der Brennkraftmaschine bleibt während des dynamischen Betriebes bis zum Erreichen des ange­ forderten Stationärwertes des Ladedruckes in einem vor­ gegebenen Drehzahlbereich.
• d) die Lastanforderung an die Brennkraftmaschine wird wäh­ rend des dynamischen Betriebsintervalls nicht geändert.

Die Erfüllung der Bedingungen a) und b) wird von einer Sprungerkennung 18 geprüft, der ein Fahrpedalwert-Gradient eingegeben wird, welcher zur Erfüllung der Bedingung a) größer sein muß als ein applizierbarer Schwellenwert, der beispielsweise 200%/Sek betragen kann. Ebenfalls aus dem Lastanforderungssignal des Gaspedals 16 wird das Kriterium der Bedingung b) ermittelt, wobei ein zur Diagnose des Ver­ schleißzustandes geeigneter Lastsprung aus einem Teillast­ bereich vorzugsweise unterhalb 2% bis 10% Last erfolgen soll. Die Bedingungen c) und d) werden von einer Sprung­ überwachung 19 während der Dauer des dynamischen Betriebes bei der Lastaufschaltung geprüft. Die Sprungüberwachung 19 verarbeitet dabei die Lastanforderung L, erzeugt vom Gas­ pedal 16, die Drehzahl N der Brennkraftmaschine, die Regel­ abweichung Δp2s und ein Zeitsignal t. Für die Drehzahlüber­ wachung wird die Vorgabe eines zulässigen Drehzahl­ änderungsbereiches von maximal 50 l/min als zweckmäßig er­ achtet, was dem Fahren in einer hohen Gangstufe entspricht.

In einem Korrekturkennfeld 29 sind Korrekturfaktoren P_K zum Ausgleich der verschleißbedingten Verschlechterung des La­ derbetriebsverhaltens abgelegt, welche in Abhängigkeit eines vorher in der Korrektureinheit 4 ermittelten Regel­ gütewertes auslesbar sind. Der Regelgütewert der Turbinen­ geometrie wird bei einer Lastaufschaltung aus dem Anstieg des Ladedruckistwertes ermittelt. Dabei wird zur Bestimmung des Regelgütewertes eine Ausregelzeit t_A gemessen, welche beim diagnostizierten Lastsprung des Abgasturboladers für die Veränderung der Regelabweichung des Ladedruckes bis zum Erreichen eines vorgegebenen Schwellwertes benötigt wird. Als Schwellwert zur Begrenzung der Ausregelzeit t_A wird eine Abweichung des Istwertes vom Sollwert von etwa 10% als zweckmäßig gesehen. Die Möglichkeiten zur Bestimmung der Regelgüte der variabel verstellbaren Turbinengeometrie ist aus der grafischen Darstellung der Fig. 3 ersichtlich. Der oben dargestellte Funktionsverlauf entspricht der Re­ gelabweichung des Ladedruckes Δp2s, welche mit einem Be­ zugsdruck von hier 3.500 mbar normiert wird und prozentual aufgetragen ist. Im stationären Betriebszustand beträgt da­ bei die Regelabweichung 0% und als Regelgütewert wird die Ausregelzeit t_A gemessen, bis die normierte Regelabweichung des Ladedruckes in das vorgegebene Schwellintervall des Ladedruckes von 10% einläuft.

Alternativ zur Ausregelzeit t_A kann der Regelgütewert durch Integration der Werte der Regelabweichung Δp2s über der Ausregelzeit t_A berechnet werden. Der Wert dieses Integrals entspricht anschaulich der Regelfläche RF, welche im unteren Funktionsschaubild der Fig. 3 von dem Funktions­ graphen des Soll-Ladedrucks p2s_soll und dem Istwert des La­ dedruckes p2s_ist eingeschlossen wird.

Wiederum in Fig. 2 ist dargestellt, daß der ermittelte Re­ gelgütewert einem entsprechenden Idealwert gegengekoppelt wird und die Differenz als Auslesekriterium für das Kor­ rekturkennfeld 29 verwendet wird. In dem Fall, daß Ver­ schleißerscheinungen des Abgasturboladers seine Korrektur erforderlich machen, wird dies durch eine Abweichung des ermittelten Regelgütewertes, also entweder der Ausregelzeit t_A oder der Regelfläche RF, erkannt und ein entsprechender Korrekturfaktor P_K aus dem Korrekturkennfeld 29 ausgelesen. Im Wirkungsplan der Korrektureinheit 4 ist eine Korrektur­ zweigwahl 26 aufgenommen, welche die alternative Wahl der Ausregelzeit t_A oder der Regelfläche RF als Regelgütewert darstellt. Die Idealwerte der Ausregelzeit t_AS bzw. der Re­ gelfläche RF_S, welche dem Neuzustand des Abgasturboladers entsprechen, sind in einer Regelgütekennlinie 22, 22' in Abhängigkeit von der Drehzahl n der Brennkraftmaschine ab­ gelegt.

Bei der Integration 21 können zur Berechnung genauer und aussagefähiger Regelgütewerte die zu integrierenden Werte der Regelabweichung des Ladedruckes mit der seit Inte­ grationsbeginn verstrichenen Zeit gewichtet werden (RF = ∫Δ P_2stdt). Außerdem wird die Quadrierung der Regelabweichung vor der Integration 21 zur Berechnung verläßlicher Ergeb­ nisse der Regelfläche als vorteilhaft gesehen (RF = ∫(Δ P_2s)²dt).

Alternativ zur beschriebenen Steuerung des Korrekturfaktors P_K durch Auslesen von Kennfelddaten in Abhängigkeit von den Idealwerten der Regelgüte kann der Korrekturfaktor P_K in einer weiteren Ausgestaltung mit dem Idealwert der Regel­ güte (Ausregelzeit t_A/Regelfläche RF) als Führungsgröße ge­ regelt werden. Die hierzu vorgesehene Regelschaltung 6 ist in der Zeichnungsfigur punktiert angedeutet und hat Zugriff auf die Regelgütekennlinien 22 bzw. 22'.

Sowohl bei einem Vergleich der momentan möglichen Regelgüte mit dem Neuzustand mittels des Soll/Istwertvergleichs der Ausregelzeit t_A als auch alternativ des Wertevergleichs der Regelfläche RF wird bei einer Vergrößerung des ermittelten Istwertes der Regelgüte ein Korrekturfaktor P_K aus dem Kennfeld 29 bestimmt, welcher durch Verstärkung des Stell­ signals für den Turbinenleitapparat die Regelgüte des Neu­ zustandes selbsttätig wiederherstellt, so daß über die ge­ samte Lebensdauer des Abgasturboladers optimale Aufladungs­ verhältnisse geschaffen sind. Wird jedoch bei der Diagnose des Verschleißzustandes des Abgasturboladers während einer Lastaufschaltung festgestellt, daß die gemessene Ausregel­ zeit bzw. der integrierte Regelflächenwert kleiner ist als der Sollwert, so wird daraus geschlossen, daß der Laststrom von einem überhöhten Ladedruckniveau in dem definierten Teillastbereich ausging, so wird auf einen mechanischen Schaden des Abgasturboladers geschlossen. Beispielsweise kann ein solcher Defektzustand eintreten, wenn der Turbi­ nenleitapparat in der Schließstellung blockiert oder etwa der Stellantrieb in der Bewegung gehemmt ist. Bei einem solchen Diagnoseergebnis erzeugt die Korrektureinheit 4 ein Defektanzeigesignal 25, welche eine Reduzierung der Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine veranlaßt, um Folge­ schäden zu vermeiden.

Claims (14)

1. Verfahren zur Steuerung eines Abgasturboladers (5), welcher eine Brennkraftmaschine (1) auflädt und eine variabel einstellbare Turbinengeometrie aufweist, wobei eine Steuer- oder Reglereinheit (10) beim Wechsel des stationären Betriebszustandes der Brennkraftmaschine (1) unter Zunahme der Betriebslast (Lastaufschaltung) in Abhängigkeit von einer Regelabweichung (Δp2s) eines ermittelten Istwertes (p2s_ist) des Ladedruckes von einem Sollwert (p2s_soll), welcher für den angeforderten stationären Betriebszustand vorgegeben ist, Steuer­ signale (24) für einen Stellantrieb (9) erzeugt, wel­ cher einen Turbinenleitapparat (17) in eine den An­ strömquerschnitt auf die Turbine (7) verringernde Stel­ lung überführt, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Lastaufschaltung aus dem Anstieg des Ladedruck-Istwertes (p2s_ist) ein Regelgütewert (t_A, RF) der Turbinengeometrie ermittelt und abhängig von dessen Abweichung von einem vorge­ gebenen Idealwert (t_AS, RF_S) das Steuersignal (24) ver­ stärkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorliegen größerer Ab­ weichungen des Regelgütewertes (t_A, RF) von dem Ideal­ wert (t_AS, RF_S) als einem vorgegebenen Kennwert oder bei Ermittlung eines den Idealwert (t_AS, RF_S) über­ steigenden Regelgütewertes (t_A, RF) die Leistung der Brennkraftmaschine (1) reduziert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Regel­ gütewertes eine Ausregelzeit (t_A) für die Veränderung der Regelabweichung des Ladedruckes (Δp2s) bis zum Er­ reichen eines vorgegebenen Schwellwertes gemessen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelabweichung des La­ dedruckes (Δp2s) mit einem Bezugsdruck normiert wird und die Ausregelzeit (t_A) den Regelgütewert bildet.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelgütewert durch Integration (21) der Werte der Regelabweichung (Δp2s) über der Ausregelzeit (t_A) berechnet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelabweichung (Δp2s) vor der Integration (21) quadriert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zu integrierenden Werte der Regelabweichung (Δp2s) mit der seit Integrationsbe­ ginn verstrichenen Zeit gewichtet werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem Kennfeld (26) in Abhängigkeit des Regelgütewertes (t_A, RF) Korrektur­ faktoren (P_K) ausgelesen werden, mit denen das Steuer­ signal (24) verstärkt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturfaktoren (P_K) im Kennfeld (26) zusätzlich in Abhängigkeit der Dreh­ zahl (n) der Brennkraftmaschine (1) abgespeichert sind.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Reglereinheit (10) PI-Übertragungsverhalten aufweist und mit dem Korrekturfaktor (P_K) der Proportionalanteil (P) des Steuersignals (24) multipliziert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturfaktor (P_K) mit dem Idealwert (t_AS, RF_S) der Regelgüte als Füh­ rungsgröße geregelt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Idealwert (t_AS, RF_S) der Regelgüte einer Sollkennlinie (22) in Abhängigkeit der Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine (1) entnommen wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbinengeometrie bei einer Lastaufschaltung zunächst in Richtung Schließ­ stellung verstellt und anschließend in einer öffnenden Stellbewegung in die dem angeforderten Betriebszustand entsprechende Stellung überführt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal (24) korrigiert wird, wenn folgende Bedingungen bei der Lastaufschaltung erfüllt sind:

• a) die Erhöhung der Lastanforderung erfolgt plötzlich;
• b) der Lastsprung erfolgt aus dem Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine (1) unterhalb eines vorgegebenen Lastpunkts in den Vollastbetrieb;
• c) die Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine (1) bleibt während des dynamischen Betriebs bis zum Erreichen des angeforderten Stationärwertes des Ladedruckes in einem vorgegebenen Drehzahlbereich;
• d) die Lastanforderung an die Brennkraftmaschine (1) wird während des dynamischen Betriebsintervalls nicht geändert.