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Die
vorliegende Erfindung pbetrifft ein Verfahren zur Ladedruckregelung
einer Brennkraftmaschine, wobei aus der Regelabweichung zwischen einem
Soll-Ladedruck und einem Ist-Ladedruck eine Stellgröße für ein Stellglied
erzeugt wird, das auf den über
die Turbine eines Abgasturboladers geführten Abgasstrom einwirkt.
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Eine
solche Ladedruckregelung ist z. B. aus der
DE 195 02 150 C1 bekannt.
Als Stellglied für
den Ladedruck dient hier ein Ventil in einem Bypass der Turbine
des Abgasturboladers. Die Stellgröße für das Bypass-Ventil wird von
einem PID-Regler erzeugt, der einen Proportional-, einen Differential-,
und einen Integral-Anteil für
die Stellgröße erzeugt.
Dabei gibt er für
den Integral-Anteil einen Grenzwert vor, der aus Betriebskenngrößen der
Brennkraftmaschine abgeleitet wird.
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Aus
der
DE 37 39 244 C2 ist
ein Verfahren zum Steuern und Regeln des Ladedrucks eines Verdichters
bekannt, der durch das Abgas oder die Abgabeleistung einer Brennkraftmaschine
betrieben wird und bei dem der Ladedruck nach Maßgabe einer Steuerung mit einer überlagerten
Regelung verändert
wird. Dabei wird eine Grenzwertabfrage für ein Steuersignal im Hinblick
auf die Nichtlinearität
einer Membranbetätigungseinrichtung
durchgeführt,
so dass der Wert des Steuersignals zwangsläufig in einem Bereich bleibt,
in dem die Betätigungseinrichtung
eine im wesentlichen lineare Charakteristik hat.
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In
der Regel wird als Stellglied ein Bypass-Ventil zur Turbine des
Abgasturboladers eingesetzt. Als Stellglied kann aber auch eine
Einrichtung verwendet werden, welche die Turbinengeometrie verändert. Bei
all diesen Stellgliedern, insbesondere bei einem Bypass-Ventil,
das über
eine feder belastete Druckdose in Verbindung mit einem elektropneumatischen
Taktventil gesteuert bzw. geregelt wird, besteht ein nichtlinearer
Zusammenhang zwischen dem von dem Turbolader erzeugten Ladedruck
und der Stellgröße für das besagte
Stellglied. Dieser nichtlineare Zusammenhang ist zu vernachlässigen, solange
der Arbeitspunkt des Ladedruckreglers sich nur in sehr engen Grenzen
verschiebt. In diesem Fall kann der Ladedruck als Funktion der Stellgröße nahezu
als linear angesehen werden. Sollte sich aber der Arbeitsbereich
des Ladedruckreglers nicht nur auf einen sehr schmalen Arbeitsbereich
beschränken,
sondern ein weiter Arbeitsbereich, d.h. ein großer Variationsbereich der Stellgröße, gefordert
werden, so wird bei einer größeren Arbeitspunktverlagerung
der Regelvorgang einerseits zu langsam und andererseits kommt es
zu Überschwingungen
bei der Regelung. Sollen die gleichen Komponenten eines Turboladers
bei leistungsverschiedenen Motoren verwendet werden, so muss zwangsläufig die
Ladedruckregelung für
einen weiten Arbeitsbereich ausgelegt sein.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art anzugeben, mit dem die Ladedruckregelung über einen
möglichst
weiten Arbeitsbereich betrieben werden kann, ohne dass es zu einer
Verlangsamung des Regelvorgangs oder zu Überschwingvorgängen bei der
Regelung kommt.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
genannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch
gelöst,
dass die Stellgröße für ein Stellglied,
das auf den über
die Turbine eines Abgasturboladers geführten Abgasstrom einwirkt,
oder eine oder mehrere die Stellgröße bildende andere Größe(n) mit
Hilfe eines Kennfeldes auf solche Werte transformiert wird (werden),
dass nach der Transformation zwischen der Stellgröße und der
Regelgröße – dem Ladedruck – ein zumindest
annähernd
linearer Zusammenhang besteht. Durch diese Maßnahme entsteht eine lineare
Regelkennlinie, durch die unabhängig
von der Lage des Arbeitspunktes eine schnelle und stabile Ladedruckregelung möglich ist.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Danach kann die Stellgröße aus einem
Proportional-Anteil und/oder einem Differential-Anteil und/oder einem Integral-Anteil
gebildet werden. Es ist zweckmäßig, für den Integral-Anteil
einen Grenzwert vorzugeben, der aus einem von mehreren Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine
abhängigen
Grundwert und einem diesem überlagerten
Korrekturwert ermittelt wird, der adaptiv in Abhängigkeit von der Motordrehzahl
bestimmt wird, wobei mehrere Drehzahlbereiche vorgegeben sind.
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An
Stelle der Stellgröße selbst
können
auch der Proportional-Anteil und/oder der Differential-Anteil und/oder
der Integral-Anteil und/oder der Grenzwert für den Integral-Anteil mit Hilfe
eines Kennfeldes transformiert werden.
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Anhand
eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird nachfolgen
die Erfindung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild eines Motors mit einer Ladedruckregelung,
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2 ein
Funktionsdiagramm eines Ladedruck-Reglers,
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3 ein
Funktionsdiagramm zur Ermittlung von Regelparametern,
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4 ein
Funktionsdiagramm zur Ermittlung eines Grenzwertes für einen
Integral-Anteil
einer Ladedruck-Stellgröße und
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5 eine
Regelkennlinie.
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Die 1 zeigt
eine Brennkraftmaschine 10 mit einem Saugrohr 12 und
einem Abgaskanal 13. Im Saugrohr 12 befinden sich
eine Drosselklappe 14 und ein Sensor 15 zur Erfassung
des Öffnungswinkels α der Drosselklappe 14.
Außerdem
ist im Saugrohr 12 abstromseitig der Drosselklappe 14 ein Drucksensor 16 zur
Erfassung des Ist-Ladedrucks pvdk angeordnet. An der Brennkraftmaschine 10 ist ein
Drehzahlsensor 17 zur Erfassung der Motordrehzahl nmot
angebracht. Die Brennkraftmaschine 10 ist mit einem Turbolader
ausgestattet, wobei eine Abgasturbine 18 im Abgaskanal 13 und
ein Verdichter 19 im Saugrohr 12 angeordnet sind.
Der Verdichter 19 wird über
eine Welle 11 (durch eine strichlierte Linie angedeutet)
von der Abgasturbine 18 angetrieben. Die Abgasturbine 18 ist
in bekannter Weise von einer Bypass-Leitung 20 überbrückt, in
der ein Bypass-Ventil 21 angeordnet ist. Das Bypass-Ventil 21 wird
in bekannter Weise über
eine federbelastete Druckdose in Verbindung mit einem elektropneumatischen
Taktventil angesteuert. Die federbelastete Druckdose mit dem elektropneumatischen
Taktventil ist in der 1 durch den Block 22 symbolisiert.
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Ein
weiter unten noch näher
beschriebener Regler 23, der als Eingangssignale den Drosselklappenöffnungswinkel α, den gemessenen
Ist-Ladedruck pvdk und die Motordrehzahl nmot erhält, erzeugt
eine Stellgröße ldtv' für das Bypass-Ventil 21. Genauer
gesagt steuert die Stellgröße ldtv' als pulsbreitenmoduliertes
Signal das elektropneumatische Taktventil, das seinerseits den Druck
für die
federbelastete Druckdose erzeugt, welche wiederum auf das Bypass-Ventil
einwirkt. Der Abgasstrom über
die Turbine 18 kann auch durch Verändern der Turbinengeometrie
gesteuert werden.
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Nachfolgend
wird anhand der 2, 3 und 4 ein
Beispiel für
einen Regler 23 beschrieben. Es handelt sich dabei um einen
PID-Regler. Es kann aber auch jeder andere Reglertyp verwendet werden.
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Wie
dem Funktionsdiagramm in 2 zu entnehmen ist, wird aus
einem Kennfeld KFLDPS in Abhängigkeit
von der Motordrehzahl nmot und der Drosselklappenstellung α ein Soll-Ladedruck
psoll herausgelesen. Außerdem
wird mit einem Drucksensor vor der Drosselklappe der Ist-Ladedruck
pvdk gemessen. In einem Verknüpfungspunkt
V1 wird die Differenz zwischen dem Soll-Ladedruck plsoll und dem
Ist-Ladedruck pvdk bestimmt. Diese Differenz wird als Regelabweichung
lde bezeichnet. Liegt die Bedingung B_ldr für eine Aktivierung der Ladedruckregelung
vor, so wird ein Schalter S1 an den Ausgang des Verknüpfungspunktes
V1 gelegt, so daß am
Ausgang des Schalters S1 als Regelabweichung lde die genannte Differenz
zwischen dem Soll-Ladedruck plsoll und dem Ist-Ladedruck pvdk anliegt.
Ist die Ladedruckregelung nicht aktiv, die Bedingung B_ldr also
nicht gegeben, liegt der Schalter S1 auf 0.0. Die Regelabweichung
lde ist in diesem Fall also Null.
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Ein
Schwellenwertentscheider SE1 legt an den S-Eingang eines SR-Flip-Flops
FF eine logische 1, wenn die Regelabweichung lde eine Schwelle UMDYLDR übersteigt.
Der R-Eingang des RS-Flip-Flops FF ist mit dem Ausgang eines Komparators
K1 verbunden. Dieser Komparator K1 gibt eine logische 1 ab, wenn
die Regelabweichung lde kleiner oder gleich 0.0 ist. Unter den genannten
Bedingungen liegt am Ausgang Q des RS-Flip-Flops FF eine logische
1 an, wenn die Regelabweichung lde die Schwelle UMDYLDR übersteigt,
das heißt
ein Übergang
vom stationären
in den dynamischen Betrieb erfolgt. Falls am R-Eingang des RS-Flip-Flops
FF eine logische 1 anliegt, das heißt die Regelabweichung lde
kleiner 0 ist (der Ist-Ladedruck ist größer als der Soll-Ladedruck),
so wird das Flip-Flop FF zurückgesetzt
und an seinem Ausgang Q liegt eine logische 0 an. Das Ausgangssignal
B_lddy am Q-Ausgang des Flip-Flops FF gibt an, ob dynamischer Betrieb
(logisch 1) oder stationärer
Betrieb (logisch 0) gegeben ist.
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Im
Funktionsblock R1 werden in Abhängigkeit
von der Betriebsbedingung B_lddy und der Motordrehzahl nmot ein
Proportional- ldrkp, ein Differential- ldrkd und ein Integral-Regelparameter
ldrki ermittelt. Die Bestimmung der Regleparameter ldrkp, ldrkd,
ldrki im Funktionsblock R1 wird weiter unten anhand von 3 noch
beschrieben.
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Durch
Produktbildung des Proportional-Reglerparameters ldrkp mit der Regelabweichung
lde im Multiplizierer V2 entsteht ein Proportional-Anteil ldptv für die Stellgröße ldtv' des Turboladers.
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Ein
Differential-Anteil ldrdtv zur Stellgröße ldtv resultiert aus der
Produktbildung im Multiplizierer V3 zwischen dem Differential-Regelparameter
ldrkd und der Ablage zwischen der aktuellen Regelabweichung lde
und der einen Zeittakt (ca. 50 ms) zuvor ermittelten Regelabweichung
lde(i-1). Die Differenz zwischen der aktuellen Regelabweichung lde
und der zuvor bestimmten Regelabweichung lde(i-1) wird im Verknüpfungspunkt
V4 gebildet. Ein Verzögerungsglied
VZ1 liefert die um einen Zeittakt verzögerte Regelabweichung lde(i-1).
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Der
Integral-Anteil lditv zur Stellgröße ldtv' wird von einem Integrator INT gebildet,
welcher das Produkt aus dem Integral-Regelparameter ldrki und der
verzögerten
Regelabweichung lde(i-1) berechnet und dieses Produkt dem im vorhergehenden
Zeittakt bestimmten Integral-Anteil lditv(i-1) überlagert.
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Im
Verknüpfungspunkt
V5 werden schließlich
der Proportional-Anteil ldptv, der Differential-Anteil ldrdtv und
der Integral-Anteil lditv addiert, woraus die Stellgröße ldtv' für ein Bypass-Ventil
des Turboladers resultiert.
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Der
Integral-Anteil lditv wird nach oben hin begrenzt, um Überschwinger
bei der Regelung des Ladedrucks zu vermeiden. Der Grenzwert ldimx
für den
Integral-Anteil lditv wird in einem Schaltblock R2, der weiter unten
anhand von 4 beschrieben wird, ermittelt
und zwar in Abhängigkeit
von der Regelabweichung lde, dem Integral-Anteil lditv, dem Soll-Ladedruck
plsol, der Motordrehzahl nmot und dem Verhältnis zwischen der Sollfüllung und
der Maximalfüllung
der Zylinder vrlsol.
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Der
in 3 dargestellte Funktionsblock R1 enthält drei
von der Motordrehzahl nmot abhängige Kennfelder
oder Kennlinien LDRQ1DY, LDRQ1ST und LDRQ2DY. Liegt die Bedingung
für dynamischen Betrieb
B_lddy an, so wird vom Schalter S2 der Integral-Reglerparameter
ldrki mit Hilfe der Kennlinie LDRQ1DY für dynamischen Betrieb an den
Ausgang durchgeschaltet. Vom Schalter S3 wird mit Hilfe der Kennlinie
LDRQ2DY der Differential-Reglerparameter ldrkd an den Ausgang durchgeschaltet.
Der Proportional-Reglerparameter ldrkp entsteht durch Differenzbildung
im Verknüpfungspunkt
V6 zwischen einem Festwert LDRQOD, der von einem Schalter S4 an
den Verknüpfungspunkt
V6 geschaltet wird, und dem Differential-Reglerparameter ldrkd.
Ist die Bedingung B_lddy für
dynamischen Betrieb nicht gegeben, sondern befindet sich die Maschine
im Stationärbetrieb,
dann wird der Integral-Reglerparameter ldrki aus der Kennlinie LDRQ1ST
entnommen; dementsprechend liegt jetzt der Schalter S2 an der Kennlinie
LDRQ1ST. Der Differential-Reglerparameter ldrkd wird über den
Schalter SR3 auf 0.0 gelegt, und der Proportional-Reglerparameter
ldrkp wird vom Schalter S4 auf einen Festwert LDRQOS gesetzt. Die Festwerte
LDRQOD, LDRQOS und die Kennlinien LDRQ1DY, LDRQ1ST und LDRQ2DY werden
durch Versuche am Motorprüfstand
so appliziert, daß die Laderegelung
im dynamischen und stationären
Betriebszustand optimiert ist.
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In 4 ist
der Funktionsblock R2 dargestellt, welcher aus der Motordrehzahl
nmot, dem Soll-Ladedruck plsol, der Regelabweichung lde, dem Verhältnis von
Sollfüllung
zu Maximalfüllung
der Zylinder vrlsol und dem Integral-Anteil lditv der Stellgröße den Grenzwert
ldimx für
den Integral-Anteil lditv ableitet.
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Der
Grenzwert ldimx setzt sich zusammen aus einem Grundwert ldimxr und
einem diesem im Verknüpfungspunkt
V8 überlagerten
Korrekturwert ldimxak. Zusätzlich
kann dem Grenzwert ldimx im Verknüpfungspunkt 9 noch ein fest
vorgegebener wert LDDIMX hinzuaddiert werden. Dieser Wert LDDIMX
entspricht einem kleinen Bruchteil (ca. 0...5%) des Grenzwertes
ldimx, der sicherstellt, daß dieser kleine
Wert auf keinen Fall unterschritten wird. Ist der aktuelle Integral-Anteil
größer als
der Grenzwert ohne den einen Sicherheitsabstand darstellenden Wert
LDDIMX, so kann auch ohne Anheben des Grenzwertes der Ladedruck
spontan geregelt werden, sofern die auszuregelnde Ladedruckabweichung
keine größeren Werte
als LDDIMX bedingt.
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Eine
Begrenzungsstufe BG1 begrenzt den Grenzwert ldimx auf einen vorgebbaren
Wert TVLDMX, der beispielsweise 95% des Tastverhältnisses der Stellgröße für die Ladedruckregelung
entspricht.
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Der
aktuelle Korrekturwert ldimxak für
den Grenzwert ldimx erscheint am Ausgang eines Summierers SU. In
diesem Summierer SU wird der an seinem Eingang 1 anliegende Korrekturwert
unter gewissen Bedingungen entweder schrittweise verkleinert oder
schrittweise vergrößert.
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Damit
eine schrittweise Verringerung des Korrekturwertes im Summierer
SU vorgenommen wird, sind folgende Bedingungen zu erfüllen:
Die
Laderegelung muß aktiv
sein, das heißt
die Bedingung B_ldr muß gesetzt
sein, und es darf der aktuelle Grenzwert ldimx nicht am oberen oder
unteren Ende der Begrenzungsstufe BG1 liegen. Beide Informationen
liegen an den Eingängen
eines UND-Gatters AN1 an, das eine logische 1 an ein weiteres UND-Gatter
AN2 abgibt, wenn die genannten zwei Bedingungen erfüllt sind.
Eine weitere Bedingung besteht darin, daß der Betrag der Regelabweichung
lde kleiner einer Schwelle LDEIA sein muß. Dazu wird die Regelabweichung
lde einem Betragsbilder BB und anschließend einem Schwellenwertentscheider SE2
zugeführt,
der an seinem Ausgang eine logische 1 an das UND-Gatter AN2 abgibt,
wenn der Betrag der Regelabweichung lde unterhalb der Schwelle LDEIA
liegt. Diese Schwelle LDEIA ist nahezu 0.
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Weiterhin
wird in einem Schwellwertentscheider SE3 überprüft, ob das Verhältnis der
Sollfüllung
zur Maximalfüllung
der Zylinder vrlsol oberhalb einer Schwelle LDRVL liegt. Ist das
der Fall, ist Vollastbetrieb der Maschine gegeben und der Schwellenwertentscheider
SE3 gibt eine logische 1 an einen Eingang des UND-Gatters AN2 ab.
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Als
letzte Bedingung wäre
noch zu erfüllen, daß der Integral-Anteil
lditv kleiner als der Grenzwert ldimx ist. Ein Komparator K2 vergleicht
dementsprechend den Integral-Anteil lditv an der Stellgröße und den
Grenzwert ldimx vor dem Verknüpfungspunkt V9.
Am Ausgang des Komparators K2 erscheint eine logische 1, wenn der
Integral-Anteil lditv größer als der
Grenzwert ldimxr ist. Über
einen Inverter NOT gelangt das Ausgangssignal des Komparators K2
an einen Eingang des UND-Gatters AN2. An diesem Eingang des UND-Gatters
AN2 liegt also eine logische 1 an, wenn der Integral-Anteil lditv
kleiner als der Grenzwert ldimx ist.
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Wenn
alle genannten Bedingungen erfüllt sind,
liegt am Ausgang des UND-Gatters AN2 eine logische 1. Diese Bedingung
B_ldimxn für
eine negative schrittweise Nachführung
des Korrekturwertes im Summierer SU wird in einem Verzögerungsglied VZ2
um eine feste Entprellzeit TLDIAN verzögert an einen Schalter S5 und
an ein ODER-Gatter OR1 geführt.
Ist die Bedingung B_ldimxn für
eine negative schrittweise Nachführung
des Grenzwertes gegeben, so verbindet der Schalter S5 den Eingang
4 des Summierers SU mit einem Festwertspeicher SP1, in dem die Schrittweite
LDDIAN für
die negative Nachführung
des Grenzwertes abgelegt ist. Ist die Bedingung B_ldimxn nicht erfüllt (entspricht
einer logischen 0 am Ausgang des UND-Gatters AN2), so schaltet der
Schalter S5 auf einen Speicher SP2 um, in dem die Schrittweite LDDIAP
für eine
positive Nachführung
des Grenzwertes abgelegt ist.
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Für eine schrittweise
positive Nachführung des
Grenzwertes sind folgende drei Bedingungen zu erfüllen:
- – Wie
schon bei der negativen schrittweisen Nachführung muss, wie vorangehend
beschrieben, am Ausgang des UND-Gatters AN1 eine logische 1 anliegen.
- – Außerdem muss
die Regelabweichung lde größer 0 sein,
wobei schon eine sehr kleine Abweichung von 0 ausreicht. Ein Schwellenwertentscheider
SE4 erzeugt an seinem Ausgang eine logische 1, wenn diese Bedingung
erfüllt
ist.
- – Schließlich muss
der aktuelle Integral-Anteil lditv der Stellgröße größer sein als der aktuelle Grenzwert
ldimx. Wie schon zuvor beschrieben, wird diese Bedingung mit dem
Komparator K2 überprüft.
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Sowohl
der Ausgang dieses Komparators K2 als auch der Ausgang des Schwellenwertentscheiders
SE4 als auch der Ausgang des UND-Gatters AN1 sind an ein UND-Gatter
AN3 gelegt. An seinem Ausgang liegt eine logische 1 an, wenn die
drei zuvor genannten Bedingungen erfüllt sind.
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Das
Ausgangssignal des UND-Gatters AN3, die Bedingung B_ldimxp für die schrittweise
positive Nachführung
des Korrekturwertes, wird über
ein Verzögerungsglied
VZ3 geführt,
dessen Verzögerungszeit
gleich einer Entprellzeit ist, die aus einer von der Motordrehzahl
nmot abhängigen
Kennlinie TLDIAPN entnommen wird. Die Bedingung B_ldimxn für die negative
schrittweise Nachführung
des Grenzwertes und die Bedingung B_ldimxp für die positive schrittweise
Nachführung
liegen beide an den Eingängen des
OR-Gatters OR1 an. Sein Ausgangssignal, das an dem Eingang 2 des
Summierers SU anliegt, signalisiert dem Summierer SU, ob eine positive
oder negative schrittweise Nachführung
des an seinem Eingang 1 anliegenden Grenzwertes vorgenommen werden
soll.
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Der
am Ausgang des Summierers SU anliegende Korrekturwert ldimxak wird
auch einem Eingang 5 eines Funktionsblocks AS zugeführt, in
dem eine Adaption des Korrekturwertes erfolgt. Diese Adaptionn wird
nur dann vorgenommen, wenn zum einen Vollastbetrieb der Maschine
gegeben ist und zum anderen die Bedingung für eine positive oder eine negative
schrittweise Nachführung
des Korrekturwertes erfüllt
ist. Eine Information über
den Vollastbetrieb kann am Ausgang des oben beschriebenen Schwellenwertentscheiders
SE3 abgegriffen werden. Die Information darüber, ob eine positive oder
schrittweise Nachführung
des Korrekturwertes erfolgt, kann dem Ausgangssignal des ODER-Gatters
OR1 entnommen werden. Sowohl das Ausgangssignal des Schwellenwertentscheiders
SE3 als auch das Ausgangssignal des ODER-Gatters OR1 werden den Eingängen eines
UND-Gatters AN4 zugeführt.
Bei Erfüllung
der beiden genannten Bedingungen ist das Ausgangssignal B_ldimxa
des UND-Gatters AN4 eine logische 1. Die Bedingung B_ldimxa für eine Adaption
des Korrekturwertes liegt am Eingang 6 des Funktionsblockes AS an.
Immer wenn die Bedingung B_ldimxa =1 ist, wird der aktuelle Wert
des Summierers SU in eine entsprechende Speicherzelle des Funktionsblocks
AS übernommen,
in dem eine Vielzahl von eine Adaptionskennlinie nachbildenden Werten
abgespeichert ist.
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Die
Stützstellen
stldea für
die Adaption des Korrekturwertes im Funktionsblock AS werden von einem
Funktionsblock R3 geliefert. Der Funktionsblock R3 gibt außerdem eine
Information B_stldw über
Stützstellenwechsel
ab.
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Einem
Eingang 1 des Summierers SU für
die Bildung des Korrekturwertes ldimxak wird entweder der adaptierte
Korrekturwert ldimxa vom Ausgang des Funktionsblocks AS oder ein
adaptierter Korrekturwert ldimxaa zugeführt, bei dem in negative Richtung
auftretende Sprünge
auf einen Minimalwert begrenzt worden sind. Über einen Schalter S6 wird
die Auswahl zwischen dem adaptierten Korrekturwert ldmixa und dem
begrenzten adaptierten Korrekturwert ldimxaa getroffen. Der Schalter
S6 schaltet auf den nicht begrenzten adaptierten Korrekturwert ldimxa
zu Beginn der Aktivierung der Ladedruckregelung, das heißt unmittelbar
nach Erscheinen einer Anstiegsflanke der Bedingung B_ldr für die Ladedruckregelung.
Die Anstiegsflanke des Signals B_ldr erkennt ein Flip-Flop AF. Ansonsten
liegt der Schalter S6 in der anderen Position und führt dem
Eingang 1 des Summierers SU den begrenzten adaptierten Korrekturwert
ldimxaa zu.
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Ein
Eingang 3 des Summierers SU erhält vom
Ausgang eines ODER-Gatters OR2 die Information, ob eine Anstiegsflanke
des Ladedruck-Aktivierungssignals B_ldr vorliegt oder ob das Signal B_stldw
Stützstellenwechsel
in dem Funktionsblock R3 anzeigt.
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Der
begrenzte adaptierte Korrekturwert ldimxaa wird folgendermaßen gebildet.
Von dem am Ausgang des Funktionsblocks AS anliegenden adaptierten
Korrekturwert ldimxa wird in einem Verknüpfungspunkt V10 der vom Summierer
SU ausgegebene aktuelle Korrekturwert ldimxak subtrahiert. Das Differenzsignal
ldimxad wird einer Begrenzungsstufe BG2 zugeführt. Die Begrenzungsstufe BG2
begrenzt negative Sprünge
des Differenzsignals ldimxad auf einen vorgegebenen Grenzwert LDMXNN.
Das begrenzte Differenzsignal ldimxab am Ausgang der Begrenzerstufe
BG2 wird im Verknüpfungspunkt
V11 zum aktuellen Korrekturwert ldimxak wieder hinzuaddiert, so
dass daraus schließlich
der begrenzte adaptierte Korrekturwert ldimxaa entsteht.
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In
der 5 ist der Verlauf a einer Regelkennlinie dargestellt.
Dabei zeigt die Kennlinie die Abhängigkeit der Regelgröße – des Ladedrucks
pvdk – von
der Stellgröße ldtv'. Die Kennlinie a
hat normalerweise einen nicht linearen Verlauf, der hauptsächlich durch
das Stellglied, bestehend aus einem elektropneumatischen Taktventil
einer davon angesteuerten federbelasteten Druckdose und des von
dieser betätigten
Bypass-Ventils, verursacht wird. Wegen ihrer Nichtlinearität besitzt
die Kennlinie a bei weiter auseinander liegenden Arbeitspunkten
A1 und A2 unterschiedliche Steilheiten, wie in der 5 angedeutet
ist. Wäre
z.B. der Regler auf den Arbeitspunkt A1 eingestellt, dann würde eine Änderung
der Stellgröße um den
Wert Δldtv' eine Ladedruckänderung Δpvdk1 von
40 Millibar hervorrufen. Käme
es nun zu einer Arbeitspunktverlagerung nach A2, so würde dieselbe Änderung Δldtv' der Stellgröße eine
erheblich größere Veränderung
des Ladedrucks um den Wert Δpvdk2
von ca. 220 Millibar hervorrufen. Es würde sich also bei einer Arbeitspunktverlagerung von
A1 nach A2 bei der Ladedruckregelung ein Überschwinger von ca. 180 Millibar
einstellen. Ein solcher unerwünschter
Effekt lässt
sich dadurch vermeiden, dass die nichtlineare Kennlinie a in eine
lineare Kennlinie b transformiert wird. Bei einer linearen Kennlinie b
würde eine Änderung
der Stellgröße ldtv
um einen Wert Δldtv
stets dieselbe Ladeddruckänderung
hervorrufen.
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Eine
Linearisierung der Regelkennlinie kann durch folgende Maßnahme erreicht
werden:
Wie in der 2 dargestellt, wird die Stellgröße ldtv' am Ausgang des Verknüpfungspunktes
V5 einem Kennfeld KFLD zugeführt.
In diesem Kennfeld KFLD wird für
jeden möglichen
Arbeitspunkt die vom Regler ermittelte Stellgröße auf einen solchen Wert transformiert,
dass schließlich
zwischen den transformierten Werten ldtv der Stellgröße ldtv' und dem Ladedruck pvdk
ein linearer Zusammenhang besteht. Die während der Applikation des Reglers
aus der bekannten nichtlinearen Kennlinie a heraus abgeleiteten
Transformationswerte werden in dem Kennlinienfeld KFLD abgespeichert,
so dass während
des normalen Betriebs des Reglers jedem berechneten Wert der Stellgröße ein entsprechender
transformierter Wert zugeordnet werden kann.
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An
Stelle des Kennfeldes KFLD für
die Transformation der Stellgröße ldtv' kann auch der zu der
Stellgröße ldtv' führende Proportional-Anteil
ldptv in einem Kennfeld KFPT und/oder der Differenzial-Anteil ldrdtv
in einem Kennfeld KFDT und/oder der Integral-Anteil lditv in einem Kennfeld KFIT
transformiert werden. Es können
auch alle Kennfelder KFPT, KFDT, KFIT in einem einzigen Kennfeld
zusammengefasst werden. Auch kann zusätzlich zu den genannten Kennfeldern
das Kennfeld KFLD für
die resultierende Stellgröße ldtv' vorhanden sein.
Eine weitere Alternative ist die, dass der Maximalwert ldimx für den Integral-Anteil
lditv in einem Kennfeld KFMX transformiert wird. Die aufgeführten Kennfelder KFLD,
KFPT, KFDT, KFIT, KFMX können
allein oder in Kombination mit anderen vorgesehen werden; in jedem
Fall sind sie so zu applizieren, dass letztendlich zwischen der
transformierten Stellgröße ldtv
und dem Ladedruck pvdk ein zumindest annähernd linearer Zusammenhang
besteht.