DE3002701A1

DE3002701A1 - Aufladesystem fuer eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3002701A1
Application number: DE19803002701
Authority: DE
Inventors: Dieter Hirt; Günter 8900 Augsburg Maisch
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1980-01-25
Filing date: 1980-01-25
Publication date: 1981-07-30
Also published as: JPS56110521A; DK21381A; FR2474591A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Aufladesystem für eine Brennkraftmaschine nach den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Regelung des Aufladeprozesses nach Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch

Die fortschreitende Leistungssteigerung bei Brennkraftmaschinen, insbesondere selbstzündenden Brennkraftmaschinen, durch höhere Aufladung erfordert Maßnahmen, die geeignet sind, um deren Lastverhalten in den einzelnen Lastbereichen, insbesondere im Teillastbereich, zu verbessern. Es gilt dabei besonders den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemission zu verringern sowie die Beschleunigung und das Drehmomentverhalten der Brennkraftmaschine zu verbessern. Dies erfordert eine besondere Anpassung des Aufladesystems an das gewünschte Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine. Als hierzu bekannte Maßnahmen sind zu nennen die verdichterseitige Drosselung der Ladeluft, das turbinenseitige bzw. verdichterseitige Abblasen von Abgasen bzw. Ladeluft oder das Verstellen eines Leitapparates in der Turbine des Abgasturboladers im Aufladesystem.

Eine optimale Ausführung dieser Maßnahmen scheiterte bislang an der NichtVerfügbarkeit geeigneter, kostengünstiger Steuerungs- und Regeleinrichtungen. Bekannte Steuerungsund Regelungseinrichtungen kamen bisher völlig getrennt voneinander zum Einsatz und waren auch meist nur in zwei

schenstellungen, betreibbar.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einem Aufladesystem der eingangs genannten Art eine Ladeprozeßsteuerung zuzu ordnen, die in der Lage ist, unter Berücksichtigung des

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Gesichtspunktes einer weitgehenden Motorbetriebsoptimierung mehrkreisige Regeleingriffe an verstellbaren Mechanismen des Aufladesystems koordiniert auszuführen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Aufladesystem nach den Merkmalen des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Regelung des Aufladeprozesses nach den Merkmalen des Anspruches 20 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Lösung sind in den UnteranSprüchen gekennzeichnet.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines aufladesystemeigenen elektronischen Computers ist es möglich, den gesamten Ladeprozeß genau koordiniert zu steuern und zu überwachen. Darüber hinaus ist es möglich, durch den elektronischen Computer auch hoch beanspruchte Teile des Aufladesystems zu überwachen und unzulässige Abweichungen derselben anzuzeigen. Durch die Benützung eines elektronischen Computers ist es möglich, folgende Steuerfunktionen auszuführen, nämlich eine Anpassung des Ladeprozesses an die jeweils herrschenden bzw. geforderten Motorbetriebszustände durch Verstellen des Turbinenleitapparates, durch Abblasen vor der Turbine des Abgasturboladers, durch Drosseln vor dem Verdichter des Abgasturboladers, durch Vordransteuerung, durch Abblasen nach dem Verdichter des Abgasturboladers und durch Regelung der Ladeluftkühlung. Darüber hinaus lassen sich durch die computerseitige Steuerung Anlaufvorgänge im Aufladesystem verbessern, nämlich durch Steuern eines Laderhilfsantriebes oder durch Steuern eines Vorsatzgebläses mit Absperrschieber. Bei der computerseitigen überwachung der hoch beanspruchten Aufladesystembauteile werden diese hinsichtlich Temperatur, Vibration,

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Verschleiß und dergleichen tiberprüft» Im Betrieb werden erfindungsgemäß in den aufladesystemeigenen elektronischen Computer eine Vielzahl von verschiedenen, fortlaufend durch entsprechende Überwachungselemente ermittelten Betriebs-, Verbrennungsprozeß- und Ladeprozeßparametern eingespeist und dort anhand einprogrammierter Daten, insbesondere nach einprogrammierten ein- und mehrdimensionalen Betriebskennfeldern verarbeitet mit dem Ergebnis, daß gegenseitig genau aufeinander abgestimmte Befehle an angeschlossene Regel- und Steuerelemente ausgegeben werden, durch die die Betriebsfaktoren des Aufladeprozesses beeinflussende Mechanismen gegenseitig genau aufeinander abgestimmt in solche Betriebszustände gebracht werden, bei denen alle Parameter des Aufladeprozesses allen unterschiedlichen Lastzuständen der Brennkraftmaschine und den damit verbundenen Betriebsfaktoren optimal angepaßt sind.

Nachstehend ist die Erfindung anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel

eines Aufladesystems für eine Brennkraftmaschine,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel

eines Aufladesystems für eine Brennkraftmaschine.

Zueinander identische Bauteile beider Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung mit gleichen Bezugszeichen versehen«

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In der Zeichnung ist eine Brennkraftmaschine, hier eine dreizylindrige selbstzündende Brennkraftmaschine, mit und ein Abgasturbolader, hier ein einstufig ausgebildeter Abgasturbolader, mit 2 bezeichnet. Obschon in der Zeichnung nur ein einstufiger Abgasturbolader dargestellt ist, ist die Erfindung nicht auf diese Bauart beschränkt, sondern jederzeit auch bei mehrstufigen Abgasturboladern anwendbar.

Die mit 3, 4 und 5 bezeichneten Zylinder der Brennkraftmaschine 1 sind über Zuleitungen 6, 7 und 8 an eine Ladeluftleitung 9 sowie über Abgasleitungen 10, 11 und 12 mit einer Abgassammelleitung 13 verbunden. Die Ladeluftleitung 9 ist an den Austritt eines Verdichters 14 des Abgasturboladers 2, die AbgasSammelleitung 13 dagegen an dessen Turbine 15 angeschlossen. Die nicht dargestellten Räder des Verdichters 14 und der Turbine 15 sind über eine Welle 16 starr miteinander verbunden, die drehbar in Lagern 17 bzw. 18 gelagert ist. Diese Lager sind geschmiert und wie durch Pfeile angedeutet an eine Schmierölversorgung angeschlossen. Am Ladelufteinlaß des Verdichters 14 ist ein Ladeluftansaugkanal 19 mit Schalldämpfer 20 angeschlossen. Dem Verdichter 14 des Abgasturboladers 2 ist außerdem ein Laderhilfsgebläse 21 vorgeschaltet, dessen Gebläseausgang an den Ladeluftansaugkanal 19 angekoppelt ist. In letzterem ist unmittelbar vor dem Eintritt des Verdichters 14 eine Drallregler-Drosselklappe 22 angeordnet, die an einen Stellmotor angeschlossen, von diesem verstellbar ist und zum Drosseln der angesaugten Ladeluft sowie zur Vordrallsteuerung dient. Im Ladeluftansaugkanal 19 ist außerdem ein Absperrschieber 24 längs verschieblich angeordnet, der bei Betrieb des Laderhilfsgebläses 21 zur Absperrung

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des vom Schalldämpfer 20 in den Ladeluftansaugkanal 19 einmündenden Ladeluftweges dient, an einen Stellmotor angekoppelt und von diesem verstellbar ist.

Alternativ zum Laderhilfsgebläse 21 kann als Laderhilfsantrieb ein direkt an die Welle 16 des Abgasturboladers ankoppelbarer drehzahlvariabler Elektromotor vorgesehen sein, durch den bei Bedarf der Abgasturbolader 2 zur hinreichenden Förderung von Ladeluft insbesondere im unteren Lastbereich der Brennkraftmaschine 1 antreibbar ist. Ein weiterer Stellmotor 26 ist einem motorisch verstellbaren Abblaseventil 27 zugeordnet, das in der Ladeluftleitung 9 zwischen dem Austritt des Verdichters 14 und einem Ladeluftkühler 28 angeordnet ist ο Der Ladeluftkühler 28 ist von Kühlmittel durchflossen, das innerhalb eines Kühlmittelleitungssystemes 29 zirkuliert. In dieses Kühlmittelleitungssystem 29 ist in Flußrichtung vor dem Ladeluftkühler 28 ein Kühlmittelmengendurchflußstellglied 30 eingeschaltet, das an einen Stellmotor 31 angekoppelt, von diesem verstellbar ist und zur Variierung der den Ladeluftkühler 28 durchströmenden Kühlmittelmenge dient. Ein weiterer Stellmotor 32 dient zur Einbzw. Verstellung eines in der Turbine 15 des Abgasturboladers 2 angeordneten verstellbaren Leitapparates 33, der wiederum wie an sich bekannt unter anderem die Strömungsbedingungen des der Turbine 15 zugeführten Abgases beeinflußt. In der Abgassammelleitung 13 ist ferner vor der Turbine 15 des Abgasturboladers ein weiteres Abblaseventil 34 eingeschaltet, das ebenfalls an einen Stellmotor 35 angekoppelt und von diesem verstellbar ist. Ein weiterer Elektromotor, nämlich ein drehzahlvariabler Antriebsmotor 36, schließlich ist als Antriebseinrichtung

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für das Laderhilfsgebläse 21 vorgesehen und an dieses angekoppelt.

Das Laderhilfsgebläse 21, die Drallregler-Drosselklappe 22, der Absperrschieber 24, die beiden Abblaseventile und 34, das Kühlmittelmengendurchflußstellglied 30 und der verstellbare Leitapparat 33 stellen Mechanismen dar, die durch Regelbefehle in bestimmte Funktionsstellungen betätigbar sind und dadurch die Betriebsfaktoren eines Aufladeprozesses den unterschiedlichen Lastzuständen der Brennkraftmaschine angepaßt beeinflussen. Die Stell- bzw. Antriebsmotoren 23, 25, 26, 31, 32, 35 und 36 stellen dabei Steuerelemente dar, die elektrische Regelbefehle in entsprechende mechanische Ein- bzw. Verstellbewegungen der angeschlossenen Mechanismen umwandeln.

Erfindungsgemäß ist zur exakt koordinierten Steuerung aller dieser vorstehend genannten verstellbaren Mechanismen des Aufladesystems ein diesen allen gemeinsamer elektronischer Computer 37 vorgesehen. Dieser Computer umfaßt einen Mikroprozessor 38 mit Speichereinheiten, eine Eingabeeinheit 39 für Parametereingaben in die Speichereinheiten, eine Ein- und Ausgabeeinheit 40 für Dialogverkehr mit einem nicht dargestellten Leitstand der Brennkraftmaschine, und außerdem Melde- und Abfragestationen 41 und 42. Die Eingabeeinheit 39 ist mit dem Mikroprozessor 38 über einen Dateneingabekanal 43 verbunden, während die Ein- und Ausgabeeinheit 40 mit dem Mikroprozessor 38 über je einen Eingabekanal 44 und einen Ausgabekanal 45 verbunden ist. Die Melde- bzw. Abfragestationen 41 und 42 sind über je einen Taktkanal 46 bzw. 47 sowie je einen Abfragekanal 48 bzw.

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mit dem Mikroprozessor 38 verbunden» Letzterer besitzt eine Reihe von Befehlsausgängen, die mit 50, 51, 52, 53, 54, 55 und 56 bezeichnet sind. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist jeder dieser Befehlsausgänge 50 bis 56 des Mikroprozessors 38 über einen jeweils daran angeschlossenen Steuerkanal mit einem ersten Eingang einer elektrischen bzw. elektronischen Befehlssteuerschaltung 57, 58, 59, 60, 61, 62 und 63 verbunden, von denen jede einem der Stell= bzw. Antriebsmotoren 23, 25, 26, 31, 32, 35 und 36 vorgeschaltet und als Nachlaufregelschaltung ausgebildet ist. Darüber hinaus ist jedem der Stell- bzw. Antriebsmotoren 23, 25, 26, 31, 32, 35 und 36 ein Überwachungselement 64, 65, 66, 67, 68, 69 und 70 nachgeordnet, das zur überwachung der vollständigen Ausführung eines computerseitig vorgegebenen Steuerbefehls dient und über eine Rückmeldeleitung an einen zweiten Eingang der dem jeweiligen Antriebs- bzw. Stellmotor zugehörigen Befehlssteuerschaltung angeschlossen ist. Jedes dieser Überwachungselemente 64 bis 70 meldet die Stellbewegungen ihres zugehörigen, durch einen Steuerbefehl über die zugehörige Befehlssteuerschaltung aktivierten Antriebs- bstv. Stellmotors über die Rückmeldeleitung an die zugehörige Befehlssteuerschaltung, in der das rückgemeldete Stellsignal mit dem computerseitig vorgegebenen Befehlssignal verglichen wird bis Koinzidenz derselben erreicht ist. Liegt eine derartige Koinzidenz dann vor, gibt die jeweilige Befehlssteuersehaltung 57 bis 63 an den zugehörigen Stell- bzw. Antriebsmotor einen Stoppbefehl aus, so daß dieser in seiner momentan eingenommenen Betriebsstellung stehen bleibt und somit auch der vom Stell- bzw. Antriebsmotor betätigte Mechanismus 21, 22, 24, 27, 30, 32 und 33 in

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einer bestimmten Funktionsstellung, die er aufgrund der vorausgegangenen motorischen Ein- bzw. Verstellung eingenommen hat, verbleibt.

Eine Alternative zu dieser vorbeschriebenen Lösung, bei der die Befehlsausführung von computerseitig ausgegebenen Steuerbefehlen durch externe Befehlssteuerschaltungen und Überwachungselemente überwacht wird, ist in Fig. 2 gezeigt.

Bei dieser Ausführungsvariante ist jedem der Stell- bzw. Antriebsmotoren 23, 25, 26, 31, 32, 35 und 36 für jeden der ein- bzw. verstellbaren Mechanismen 21, 22, 24, 27, 30, 33 und 34 eine Leistungsverstärkerschaltung 71, 72, 73, 74, 75, 76 und 77 vorgeschaltet, von denen jede über einen Steuerkanal an einem der Befehlsausgänge 50 bis 56 des Mikroprozessors 38 angeschlossen ist. Außer einer dieser Leistungsverstärkerschaltungen 71 bis 77 ist jedem der Antriebs- bzw. Stellmotoren 23, 25, 26, 31, 32, 35 und 36 ein Überwachungselement 78, 79, 80, 81, 82, 83 und 84 zugeordnet, von denen jedes über einen Rückmeldekanal mit einem Eingang der Melde- und Abfragestation 42 verbunden ist. Jedes der Überwachungselemente 78 bis 84 dient zur überwachung der vollständigen Ausführung eines computerseitig vorgegebenen Steuerbefehls, durch den der angeschlossene Antriebs- bzw. Stellmotor 23, 25, 26, 31, 32, 35 bzw. 36 zur Ein- bzw. Verstellung des nachgeordneten Mechanismus 21, 22, 24, 27, 30, 33 bzw. 34 aktiviert wird, wobei jedes der überwachungselemente 78 bis 84 fortlaufend die Ein- bzw. Verstellbewegungen des zugehörigen Antriebs- bzw. Stellmotors in die Melde- und Abfragestation 42 meldet, von der die digitalisierten Werte dieser Stellbewegungen vom Mikroprozessor 38 fort-

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laufend abgefragt werden; liegt Koinzidenz zwischen dem rückgemeldeten Stellsignal und dem vom Mikroprozessor 38 ausgegebenen Befehlssignal vor, so wird der aktivierte Antriebs- bzw. Stellmotor in seiner nunmehr eingenommenen Betriebsstellung angehalten, mit der Folge, daß auch der an ihn angekoppelte Mechanismus 21, 22, 24, 27, 30, 33 bzw. 34 in seiner neuen Funktionsstellung arretiert bleibt.

Der elektronische Computer 37 arbeitet anhand von in den Mikroprozessor 38 und dessen Speichereinheiten einprogrammierten Daten, insbesondere nach einprogrammierten ein- und mehrdimensionalen Betriebskennfeldern. Um alle Parameter des Aufladeprozesses den Betriebsfaktoren der Brennkraftmaschine 1 in allen unterschiedlichen Lastzuständen derselben optimal anpassen und hierzu die ein- bzw. verstellbaren Mechanismen 21, 22, 24, 27, 30, 33 bzw. 34 des Aufladesystems gegenseitig genau aufeinander abgestimmt in entsprechende Funktionsstellungen bringen zu können, werden von einer Vielzahl von an den verschiedensten Stellen des Aufladesystems und der Brennkraftmaschine angeordneten Überwachungselementen fortlaufend Betriebs-, Verbrennungsprozeß- und Ladeprozeßparameter in den elektronischen Computer eingespeist und von diesem anhand der in ihn einprogrammierten Betriebskennlinienfeldern verarbeitet. Die Anordnung der nachstehend näher erläuterten Überwachungselemente ist in beiden AusführungsVarianten gleich, so daß in beiden Figuren hierfür die gleichen Bezugszeichen verwendet sind. Zur Lieferung von Verbrennungsprozeßparametern sind wenigstens folgende Überwachungselemente vorgesehen, nämlich

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- ein Sensor 85 in der Abgassammelleitung 13 zur Messung der Abgastemperatur vor der Turbine 15 des Abgasturboladers 2,

- ein Sensor 86 in der Abgassammelleitung 13 zur Messung des Abgasdruckes vor der Turbine 15 des Abgasturboladers 2,

- eine Lambda-Sonde 87 zur Messung der Abgaszusammensetzung des Abgases in der Abgasleitung 88 nach der Turbine 15 des Abgasturboladers 2.

Zur Lieferung von Motorbetriebsparametern ist wenigstens eine die Motordrehzahl aufzeigende überwachungseinrichtung 89 vorgesehen.

Zur Lieferung von Ladeprozeßparametern sind folgende überwachungselemente vorgesehen, nämlich

- ein Sensor 90 zur Ermittlung des Ladeluftdruckes in der Ladeluftleitung 9 zwischen dem Ausgang des Verdichters 14 des Abgasturboladers 2 und dem vor dem Ladeluftkühler 28 sitzenden Abblaseventil 27,

- ein Sensor 91 zur Ermittlung des Ladeluftdruckes in der Ladeluftleitung 9 nach dem Ladeluftkühler 28,

- ein Sensor 92 zur Ermittlung der Ladelufttemperatur in der Ladeluftleitung 9 nach dem Ladeluftkühler 28.

Darüber hinaus übernimmt der elektronische Computer auch die überwachung des Abgasturboladerbetriebes im Hinblick auf dessen einwandfreien Betriebszustand oder etwaige Betriebsstörungen. Hierzu sind zur Lieferung von Betriebsdaten am Abgasturbolader folgende Überwachungselemente vorgesehen, nämlich

- ein Sensor 93 zur Feststellung der Turboladerdrehzahl mit dem Zweck, ein längeres Betreiben des Abgas-

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turboladers in kritischen Drehzahlbereichen, beispielsweise Bereichen mit starker Schwingungsanregung der Turbinen- bzw. Verdichterschaufeln zu vermeiden, wobei das Herausfahren aus diesen kritischen Drehzahlbereichen computerseitig per Programm gesteuert ist,

- mehrere Sensoren 94 und 95 zur Feststellung der Schmieröltemperatur in den Lagern 17 bzw= 18 des Abgasturboladers 2,

- mehrere Sensoren 96 und 97 zur Feststellung des Schmieröldruckes in den Lagern 17 bzw» 18 des Abgasturboladers 2,

- mehrere Sensoren 98, 99 „ 100 und 101 zur Feststellung unzulässiger Abweichungen von Normalzuständen bestimmter Abgasturboladerbauteile beispielsweise zur Feststellung von Abnützungen der Lager 17 bzw. 18 oder Feststellung von ünwuchten der Turboladerräder verursacht durch Schaufelverschmutzung bzw. mechanische Beschädigung der Schaufeln.

Die zur Lieferung von Verbrennungsprozeßparametern und Motorbetriebsparametern dienenden überwachungselemente 85, 86, 87 und 89 sind jeweils über einen Meldekanal mit der Melde- und Abfragestation 41 verbunden, von der die gemeldeten Werte durch den Mikroprozessor per Programm gesteuert abgerufen und verarbeitet werden. Die zur Lieferung von Ladeprozeßparametern und von Betriebsparametern des Abgasturboladers dienenden Überwachungselemente dagegen sind jeweils über einen Meldekanal mit einem Eingang der Melde- und Abfragestation 42 verbunden, von der die gemeldeten Daten bzw. Werte ebenfalls durch den Mikroprozessor 38 per Programm gesteuert abgerufen und verarbeitet werden. Anstelle der beiden Melde- und Abfragestationen 41 bzw. 42 kann auch eine einzige zentrale Abfragestation vorgesehen sein, an die sämtliche

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der vorstehend beschriebenen Überwachungselemente angeschaltet sind. Darüber hinaus kann der Mikroprozessor im Informationsverbund mit anderen Computern, beispielsweise, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, mit jenem für die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung zuständigen Computer 102, stehen und von diesem Informationen übernehmen bzw. an diesen ausgeben.

Durch die programmseitige Verarbeitung der in den Computer eingespeisten Betriebs-, Ladeprozeß- und Verbrennungsprozeßparameter durch den Mikroprozessor ist es möglich, den gesamten Ladeprozeß genau koordiniert zu steuern und zu überwachen. Außerdem ist es mit Hilfe des elektronischen Computers auch möglich, die hoch beanspruchten Teile des Aufladesystems zu überwachen und unzulässige Abweichungen derselben anzuzeigen, wobei die Informationen über diese Überwachungen vom Mikroprozessor aus über die Ein- und Ausgabeeinheit 40 an den nicht dargestellten Leitstand und dort an entsprechende Anzeigeelemente bzw. Instrumente weitergeleitet werden. Durch die programmseitige Verarbeitung der zugeführten Informationen sind vom Mikroprozessor über dessen Befehlsausgänge 50 bis Steuerbefehle an die angeschlossenen Steuer- und Regelelemente ausgebbar, durch die die ein- bzw. verstellbaren Mechanismen beeinflußt werden und innerhalb des Aufladesystems zur Beeinflussung des Ladeprozesses folgende Wirkungen hervorrufen, die exakt an die jeweils herrschenden bzw. geforderten Motorbetriebszustände angepaßt sind, nämlich

- die Regelung der Ladeluftkühlung durch entsprechende Steuerung des Kühlmittelmengendurchflußstellgliedes 30,

- ein Abblasen von Abgas vor der Turbine 15 des Abgasturboladers 2 durch entsprechende Steuerung des Abblaseventiles 34,

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- eine Drosselung der Ladeluft mit Vordrallsteuerung im Ladeluftkanal 19 vor dem Verdichter 14 des Abgasturboladers durch entsprechende Steuerung der Drallreglerdrosselklappe 22,

- eine Steuerung des Laderhilfsantriebes durch entsprechende Ein- bzw. Verstellung der Drehzahl des das Laderhilfsgebläse 21 antreibenden Antriebsmotores 36,

- eine Steuerung des Absperrschiebers 24 bei Betrieb des Laderhilfsgebläses 21,

- ein Abblasen von Ladeluft nach dem Verdichter 14 durch entsprechende Steuerung des Abblaseventiles 27 und

- eine Beeinflussung der Strömungsverhältnisse des der Turbine 15 zugeführten Abgases durch Verstellen des Leitapparates 33.

Die Befehle, die vom Mikroprozessor zur Ein- bzw. Verstellung dieser Mechanismen ausgegeben werden, sind gegenseitig genau aufeinander abgestimmt, so daß diese Mechanismen in solche bestimmte Betriebszustände gebracht werden, bei denen alle Parameter des Aufladeprozesses allen, unterschiedlichen Lastzuständen der Brennkraftmaschine und den damit verbundenen Betriebsfaktoren optimal angepaßt sind. Es ist somit im Gegensatz zu den bisher getrennt angewandten, meist halbautomatischen Einzelsteuerungsverfahren mit Hilfe des elektronischen Computers nunmehr möglich, den gesamten Aufladeprozeß tatsächlich echt zu optimieren. Die Programme sowie die ein- und mehrdimensionalen Betriebskennfelder, die in die Speicher des elektronischen Computers einprogrammiert sind und diesem als Arbeitsgrundlage dienen, basieren dabei sowohl auf wissenschaftlichen Erkenntnissen als auch Ergebnissen technischer Praxisversuche und außerdem auf den technisch-konstruktiven Gegebenheiten

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der an das Aufladesystem angeschlossenen Brennkraftmaschine.

Abschließend sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr besteht beispielsweise auch ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen die Möglichkeit, daß entweder nicht alle der vorstehend beschriebenen Mechanismen 21, 22, 24, 27, 30, 33, 34, die die Betriebsfaktoren eines Aufladeprozesses beeinflussen, in einem Aufladesystem vorhanden sein müssen oder aber zu den genannten Mechanismen bei Bedarf noch weitere hinzugefügt werden, die dann ebenfalls funktionsseitig vom elektronischen Computer gesteuert werden.

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L e e r s e i t e

Claims

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft Stadtbachstraße 1, 8900 Augsburg

PB 3031/1442 23.01.80

Aufladesystem für eine Brennkraftmaschine

iy Aufladesystem für eine Brennkraftmaschine, insbesondere selbstzündende Brennkraftmaschine, die über Ladeluft- und Abgasleitungen an einen Abgasturbolader angeschlossen ist, mit mehreren, durch Befehle von Regel- und Steuerelementen in bestimmte Funktionsstellungen betätigbaren Mechanismen, durch die Betriebsfaktoren eines Aufladeprozesses den unterschiedlichen Lastzuständen der Brennkraftmaschine angepaßt beeinflußbar sind,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Regel- bzw. Steuerelemente (57 bis 63, 71 bis 77; 23, 25, 26, 31, 32, 35, 36) der besagten Mechanismen (21, 22, 24, 27, 30, 33, 34) des Aufladesystems an einen systemeigenen elektronischen Computer (37) angeschlossen sind, der unter Verarbeitung einer Vielzahl von in ihn eingespeister, von Überwachungselementen (85 bis 87, 89 bis 101) gelieferten Betriebs-, Verbrennungsprozeß- und Ladeprozeßparametern anhand in ihn einprogrammierter Daten automatisch die Regelbzw. Steuerelemente des Aufladesystems dahingehend

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beeinflußt, daß alle Parameter des Aufladeprozesses bei allen unterschiedlichen Lastzuständen der Brennkraftmaschine (1) den Betriebsfaktoren derselben optimal angepaßt und hierzu die besagten Mechanismen (21, 22, 24, 27, 30, 33, 34) des Aufladesystems gegenseitig genau aufeinander abgestimmt in entsprechende Funktionsstellungen betätigbar sind.
2. Aufladesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Computer (37) einen Mikroprozessor (38) mit diversen Speichereinheiten, Ein- und Ausgabeeinheiten (39, 40) sowie Melde- und Abfragestationen (41, 42) umfaßt und nach einprogrammierten ein- und mehrdimensionalen Betriebskennfeldern arbeitet.
3. Aufladesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Befehle des elektronischen Computers (37) von den Regel- und Steuerelementen (57 bis 63, 71 bis 77; 23, 25, 26, 31, 32, 35, 36) in bestimmte Funktionsstellungen betätigbaren Mechanismen aus folgenden Teilmechanismen bestehen, nämlich

- einem in einer Turbine (15) des Abgasturboladers (2) angeordneten verstellbaren Leitapparat (33),

- einem in der zur Turbine (15) des Abgasturboladers (2) führenden Abgassammelleitung (13) angeordneten Abblaseventil (34),

- einer Drallregler-Drosselklappe (22) im Ladeluftansaugkanal (19) vor dem Verdichter (14) des Abgasturboladers (2) zur Ladeluftvordrallsteuerung,

- einem Absperrschieber (24) im Ladeluftansaugkanal (19) zur Absperrung des vom Schalldämpfer (20) her in den Ladeluftansaugkanal (19) einmündenden Ladeluftweges,

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- einem Abblaseventil (27) in der Ladeluftleitung (9) zwischen dem Austritt des Verdichters (14) des Abgasturboladers (2) und einem Ladeluftkühler (28),

- einem Kühlmittelmengendurchflußstellglied (30) zur Regelung der den Ladeluftkühler durchströmenden Kühlmittelmenge,

- einem dem Ladeluftansaugkanal (19) vor dem Verdichter (14) des Abgasturboladers (2) zuschaltbaren Laderhilfsgebläse (21).
4. Aufladesystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der genannten Mechanismen (21, 22, 24, 27, 30, 33, 34) an einen elektrischen Antriebs- bzw. Stellmotor (23, 25, 26, 31, 32, 35, 36) angekoppelt und von diesem für die Ein- bzw« Verstellung antreibbar ist.
5. Aufladesystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der einen der genannten Mechanismen (21, 22, 24, 27, 30, 33, 34) antreibenden Antriebs- bzw. Stellmotoren (23, 25, 26, 31, 32, 35, 36) als Regelelement eine elektrische bzw. elektronische Befehlssteuerschaltung (57 bis 63) mit Leistungsverstärker vorgeschaltet ist (Fig. 1).
6. Aufladesystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der einen der besagten Mechanismen (21, 22, 24, 27, 30, 33, 34) antreibenden Antriebs- bzw. Stellmotoren (23, 25, 26, 31, 32, 35, 36) als Regelelement eine Leistungsverstärkerschaltung (71 bis 77) vorgeschaltet ist (Fig. 2).

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7. Aufladesystem nach Anspruch 5/ dadurch gekennzeichnet, daß jede Befehlssteuerschaltung (57 bis 63) mit einem ersten Eingang über einen Steuerkanal mit einem Befehlsausgang (50 bis 56) des Mikroprozessors (38) verbunden ist (Fig. 1).
8. Aufladesystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leistungsverstärkerschaltung (71 bis 77) über einen Steuerkanal mit einem Befehlsausgang (50 bis 56) des Mikroprozessors (38) verbunden ist (Fig. 2).
9. Aufladesystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der einen Mechanismus (21, 22, 24, 27, 30, 33, 34) antreibenden Stell-bzw. Antriebsmotoren (23, 25, 26, 31, 32, 35, 36) ein überwachungselement (64 bis 70; 78 bis 84) zur überwachung der vollständigen Ausführung eines computerseitig vorgegebenen Steuerbefehles nachgeordnet ist.
10. Aufladesystem nach den Ansprüchen 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Überwachungselement (64 bis 70) über eine Rückmeldeleitung an einen zweiten Eingang der dem jeweiligen Antriebs- bzw. Stellmotor (23, 25, 26, 31, 32, 35, 36) zugehörigen Befehlssteuerschaltung (57 bis 63) angeschlossen ist, in der das rückgeir.eldete Stellsignal mit dem computerseitig vorgegebenen Befehlssignal verglichen wird bis Koinzidenz erreicht ist (Fig. 1).
11. Aufladesystem nach den Ansprüchen 6, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Überwachungselement (78 bis 84) über einen Rückmeldekanal mit einem Eingang

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einer Melde- und Abfragestation (42) verbunden ist, die einen Teil des elektronischen Computers (37) bildend dessen Mikroprozessor (38) vorgeschaltet und fortlaufend von diesem abfragbar ist (Fig. 2).
12. Aufladesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lieferung von Verbrennungsprozeßparametern folgende Überwachungselemente vorgesehen sind, nämlich

- ein Sensor (85) in der Abgassammelleitung (13) zur Messung der Abgastexnperatur vor der Turbine (15) des Abgasturboladers (2),

- ein Sensor (86) in der Abgassammelleitung (13) zur Messung des Abgasdruckes vor der Turbine (15) des Abgas turbolader s (-2) und

- eine Lambda-Sonde (87) zur Messung der Abgaszusammensetzung des Abgases in der Abgasleitung (88) nach der Turbine (15) des Abgasturboladers (2).
13. Aufladesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lieferung von Motorbetriebsparametern wenigstens eine die Motordrehzahl aufzeigende überwachungseinrichtung (89) vorgesehen ist.
14. Aufladesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lieferung von Ladeprozeßparametern folgende Überwachungselemente vorgesehen sind, nämlich

- ein Sensor (90) zur Ermittlung des Lädeluftdruckes in der Ladeluftleitung (9) zwischen dem Austritt des Verdichters (14) des Abgasturbolader (2) und dem vor dem Ladeluftkühler (28) sitzenden Abblaseventil (27) ,

- ein Sensor (91) zur Ermittlung des Ladeluftdruckes in der Ladeluftleitung (9) nach dem Ladeluftkühler (28) und

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- ein Sensor (92) zur Ermittlung der Ladelufttemperatur in der Ladeluftleitung (9) nach dem Ladeluftkühler (28) .
15. Aufladesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lieferung von Betriebsdaten des Abgasturboladers folgende tiberwachungselemente vorgesehen sind, nämlich

- ein Sensor (93) zur Feststellung der Turboladerdrehzahl,

- mehrere Sensoren (94, 95) zur Feststellung der Schmieröltemperatür in den Lagern (17, 18) des Abgasturboladers (2) ,

- mehrere Sensoren (96, 97) zur Feststellung des Schmieröldruckes in den Lagern (17, 18) des Abgasturboladers (2) und

- mehrere Sensoren (98 bis 101) zur Feststellung unzulässiger Abweichungen von Normalzuständen bestimmter Turboladerbauteile, beispielsweise zur Feststellung von unzulässigen Schwingungen, Lagerabnützungen, ünwuchten, Schaufelverschmutzungen oder dergleichen.
16. Aufladesystem nach den Ansprüchen 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Überwachungselement (85 bis 101) über einen Meldekanal mit einem Eingang einer Melde- und Abfragestation (41, 42) verbunden ist, die einen Teil des elektronischen Computers (37) bildend dessen Mikroprozessor (38) vorgeschaltet und fortlaufend von diesem abfragbar ist.

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17. Aufladesystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die überwachungselemente (85 bis 101) an mehrere verschiedene Melde- und Abfragestationen (41, 42) oder eine einzige zentrale Abfragestation angeschlossen sind.
18. Aufladesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (38) des elektronischen Computers im Informationsverbund mit anderen Computern, beispielsweise mit jenem Computer (102) für die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung, steht und von diesen Informationen übernimmt bzw. an diese ausgibt.
19. Aufladesystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Verwendung zur Aufladeprozeßregelung ein- oder mehrstufiger Abgasturbolader.
20. Verfahren zur Regelung des Aufladeprozesses bei einem Aufladesystem für eine über Ladeluft- und Abgasleitungen an einen Abgasturbolader angeschlossene Brennkraftmaschine, insbesondere selbstzündende Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß in einen aufladesystemeigenen elektronischen Computer (37) eine Vielzahl von verschiedenen, fortlaufend durch entsprechende Überwachungselemente (85 bis 101) ermittelten Betriebs-, Verbrennungsprozeß- und Ladeprozeßparametern eingespeist und dort anhand einprogrammierter Daten verarbeitet werden mit dem Ergebnis, daß gegenseitig genau aufeinander abgestimmte Befehle an angeschlossene Regel- und Steuerelemente (57 bis 63, 71 bis 77; 23, 25, 26, 31, 32, 35, 36) ausgegeben werden, durch die Betriebsfaktoren des Aufladeprozesses beeinflussende Mechanismen (21, 22, 24, 27, 30, 33, 34)

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in solche Betriebszustände gebracht werden, bei denen alle Parameter des Aufladeprozesses allen unterschiedlichen Lastzuständen der Brennkraftmaschine (1) und den damit verbundenen Betriebsfaktoren optimal angepaßt sind.

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