DE3438176C2

DE3438176C2 - Einrichtung zur Regelung des Ladedrucks einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3438176C2
Application number: DE3438176A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl Ing Buck; Wolf Ing Grad Wessel; Gerhard Dipl Ing Stumpp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1984-10-18
Filing date: 1984-10-18
Publication date: 1995-04-20
Anticipated expiration: 2004-10-19
Also published as: US4597265A; JPH07111143B2; DE3438176A1; JPH0743770U; JPS61101624A; JPH07150959A; JP2507068Y2

Description

Stand der Technik

Bei der Erfindung handelt es sich um eine Einrichtung zur Regelung des Ladedrucks einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Oberbegriffs des Hauptanspruchs.

Es ist bekannt, den Ladedruck einer Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von einem gewünschten Soll-Ladedruck und dem tatsächlichen Ist-Ladedruck zu regeln. Dabei wird z. B. der tatsächliche Ist-Ladedruck mit Hilfe eines Ladedruckfühlers gemessen. Der Ladedruckfühler ist dabei z. B. als Differenzdruckfühler aufgebaut, er mißt also z. B. den Druck zwischen dem an der Brennkraftmaschine anstehenden Ladedruck und dem Atmosphärendruck der Luft, d. h. den relativen Ladedruck. Für eine Ladedruckregelung allein ist dieser relative Ladedruck ausreichend. Für anderweitige Beeinflussungen der Brennkraftmaschine hingegen ist der relative Ladedruck nicht verwendbar, sondern hier werden unter Umständen der Absolutladedruck und/oder Atmosphärendruck der Luft benötigt.

Aus der DE 31 26 365 A1 ist eine Steuerung für Verbrennungskraftmaschinen mit Turbolader bekannt, bei der ein Turbolader abhängig vom Differenzdruck zweier durch eine Membran voneinander getrennte Kammern gesteuert wird. Zur Bildung des Differenzdrucks werden unterschiedliche Druckgrößen herangezogen, abhängig davon, wie groß der Ladedruck ist. Ist der Ladedruck kleiner als ein Schwellwert, so wird die erste Kammer mit Atmosphärendruck und die zweite Kammer mit dem Druck stromauf der Kompressorseite des Turboladers beaufschlagt. Ist der Ladedruck größer als der Schwellwert, so wird die erste Kammer mit dem Ladedruck und die zweite Kammer mit dem Atmosphärendruck beaufschlagt.

Die US-PS 4 476 682 betrifft ein pneumatisches Steuersystem zur Höhenkompensation, das bei einer turboaufgeladenen Brennkraftmaschine einen konstanten Ladedruck einstellt. Bei diesem Steuersystem wird eine Verbindungsleitung zwischen dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine stromab eines Turbokompressors und einem wastegate mittels eines Ventils abhängig vom Umgebungsdruck belüftet und dementsprechend das wastegate mehr oder weniger stark geöffnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optimale Regelung des Ladedrucks einer Brennkraftmaschine zu ermöglichen. Insbesondere soll das Ausgangssignal eines Ladedruckfühlers möglichst optimal genutzt werden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Regelung des Ladedrucks einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat gegenüber dem beschriebenen Stand der Technik den Vorteil, daß aus dem gemessenen Ladedruck andere Druckgrößen abgeleitet werden. Dies wird dadurch erreicht, daß bestimmte Betriebszustände der Brennkraftmaschine erkannt werden, und während dieser Betriebszustände von dem gemessenen Ladedruck auf die anderen Druckgrößen geschlossen wird. Bei dem bestimmten Betriebszustand der Brennkraftmaschine kann es sich z. B. um den Zustand des Leerlaufs der Brennkraftmaschine handeln.

Besonders vorteilhaft ist es, die ermittelten Druckgrößen mit Hilfe eines Luftmengenmessers zu überwachen. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung sind durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen möglich.

Zeichnung

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert sind. Die beiden Figuren der Zeichnung zeigen jeweils eine Möglichkeit der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Regelung des Ladedrucks einer Brennkraftmaschine.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen handelt es sich um eine Ladedruckregelung einer Brennkraftmaschine. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist dabei nicht auf einen bestimmten Brennkraftmaschinentyp festgelegt, kann also bei Diesel-, bei Benzin-, sowie auch bei anderen Brennkraftmaschinen eingesetzt werden. Ebenfalls ist die erfindungsgemäße Einrichtung nicht auf eine bestimmte Ausführungsform beschränkt. Es ist also möglich, die beschriebene Ladedruckregelung in Form einer analogen Schaltung aufzubauen, wie es auch denkbar ist, die gesamte Einrichtung mit Hilfe eines entsprechend programmierten, digitalen Rechners zu realisieren. Demzufolge kann es sich bei den in der folgenden Beschreibung genannten Signalen um analoge Spannungen handeln, wie auch um digitale Signale, so z. B. um Impulsverhältnisse.

In der Fig. 1 der Zeichnung ist ein Ladedruckfühler mit der Kennziffer 10 bezeichnet. Das Ausgangssignal des Ladedruckfühlers 10, das mit PL gekennzeichnet ist, ist einer Umschaltung 11 zugeführt. Die Umschaltung 11 wird von einer Ansteuerung 12 in ihre zwei möglichen Schaltzustände gesteuert. Dabei ist die Ansteuerung 12 mit wenigstens einem Eingangssignal beaufschlagt, bei dem es sich z. B. um ein Signal LL handelt, das den Betriebszustand des Leerlaufs der Brennkraftmaschine anzeigt. Die erste Ausgangsklemme der Umschaltung 11 ist an eine Speicherung 13 angeschlossen, deren Ausgangssignal mit PATM bezeichnet ist. Die zweite Ausgangsklemme der Umschaltung 11 ist einer Speicherung 14 zugeleitet, deren Ausgangssignal die Abkürzung PABS trägt. Eine Differenzbildung ist mit der Bezugsziffer 15 gekennzeichnet. Dieser Differenzbildung 15 ist zum einen das Ausgangssignal PATM der Speicherung 13, sowie zum anderen das Ausgangssignal PABS der Speicherung 14 zugeleitet. Davon abhängig bildet die Differenzbildung 15 ein Ausgangssignal PREL, das eine Ladedruckregelung 16 ansteuert. Diese Ladedruckregelung 16 ist dabei noch von wenigstens einem weiteren Eingangssignal beaufschlagt, so z. B. von einem Signal PSOLL, das den gewünschten Ladedrucksollwert darstellt. In Abhängigkeit von ihren Eingangssignalen erzeugt die Ladedruckregelung 16 ein Ausgangssignal, und steuert damit einen Abgasturbolader 17 an. Bei Änderungen des Ausgangssignals der Ladedruckregelung 16 ändert der Abgasturbolader 17 z. B. seine Geometrie, und damit den an der Brennkraftmaschine anstehenden Ladedruck. Schließlich wird der sich ändernde Ladedruck vom Ladedruckfühler 10 gemessen, womit die Regelschleife geschlossen ist.

Bei der in der Fig. 1 der Zeichnung dargestellten Einrichtung mißt der Ladedruckfühler 10 einen Druck, der dem an der Brennkraftmaschine anstehenden Ladedruck gegen Vakuum entspricht. Es handelt sich also bei dem Signal PL um einen absoluten Druckwert. Befindet sich nun die Brennkraftmaschine im Betriebszustand des Leerlaufs, was durch das Signal LL angezeigt wird, so wird das Signal PL der Speicherung 13 zugeführt. Da sich die Brennkraftmaschine im Leerlauf befindet, also keine Aufladung stattfindet, entspricht in diesem Betriebszustand der vom Ladedruckfühler 10 gemessene Druck dem Atmosphärendruck der Luft PATM. Dieser Atmosphärendruck wird von der Speicherung 13 zwischengespeichert und über die Differenzbildung 15 bei der Ladedruckregelung 16 berücksichtigt. Befindet sich die Brennkraftmaschine hingegen nicht im Leerlauf, so ist das Signal PL an die Speicherung 14 angeschlossen. Da sich die Brennkraftmaschine nicht im Leerlauf befindet, arbeitet der Turbolader, es findet also eine Aufladung der Brennkraftmaschine statt. Aus diesem Grund entspricht in diesem Betriebszustand das Signal PL dem absolut an der Brennkraftmaschine anstehenden Ladedruck PABS. Dieser absolute Ladedruck PABS wird von der Speicherung 14 zwischengespeichert und ebenfalls über die Differenzbildung 15 an die Ladedruckregelung 16 weitergeleitet. Bei dem Ausgangssignal der Differenzbildung 15 handelt es sich um den relativen Ladedruck PREL, der sich aus der Gleichung PREL=PABS-PATM ergibt. Abhängig vom relativen Ladedruck PREL, und damit abhängig vom absoluten Ladedruck PABS und vom Atmosphärendruck der Luft PATM wird dann mit Hilfe der Ladedruckregelung 16 der Abgasturbolader 17 so angesteuert, daß der Druck PREL dem gewünschten Ladedrucksollwert PSOLL entspricht.

Insgesamt ist es also mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung möglich, ausgehend von dem vom Ladedruckfühler 10 gemessenem Drucksignal PL unter bestimmten Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine ein Signal bezüglich des Atmosphärendrucks der Luft PATM, ein Signal bezüglich des absoluten Ladedrucks PABS, sowie ein Signal bezüglich des relativen Ladedrucks PREL zu gewinnen. Verallgemeinert bedeutet dies, daß von dem vom Ladedruckfühler gemessenen Druck weitere charakteristische Druckgrößen abgeleitet werden.

Bei der in der Fig. 1 der Zeichnung dargestellten erfindungsgemäßen Einrichtung ist es nun möglich, daß die Speicherungen 13 und 14 nicht nur die jeweiligen Signale zwischenspeichern, sondern auch gewisse Signalanpassungen durchführen. Es ist auch möglich, daß in bestimmten Anwendungsfällen eine oder gar beide Speicherungen entfallen können. Eine derartige Ausführung zeigt die Fig. 2. Dabei entspricht die Fig. 2 im Prinzip dem Aufbau der Fig. 1, außer daß bei der Fig. 2 die Speicherung 14 nicht mehr vorhanden ist, und dadurch die Umschaltung 11 zu einer Unterbrechung 11 geworden ist. Ansonsten entspricht die Fig. 2 auch in ihrer Funktionsweise im Grunde genommen der beschriebenen Funktionsweise der Fig. 1.

Weiter ist bei der erfindungsgemäßen Einrichtung die Abhängigkeit der Umschaltung 11 bzw. der Unterbrechung 11 über die Ansteuerung 12 nicht nur vom Betriebszustand des Leerlaufs der Brennkraftmaschine möglich, sondern auch von anderen Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine, so z. B. von der Drehzahl der Brennkraftmaschine. In diesem Fall wird der Ladedruckfühler 10 nur dann mit der Speicherung 13 verbunden, wenn sich die Drehzahl der Brennkraftmaschine in einem bestimmten, vorgebbaren Drehzahlbereich befindet. Allgemein kann die Umschaltung bzw. Unterbrechung 11 auch noch von anderen Größen abhängig sein. Wichtig ist dabei nur, daß der Umschaltpunkt so gewählt wird, daß die Speicherung 13 nur dann mit dem Signal PL beaufschlagt ist, wenn der Ladedruckfühler tatsächlich nur den Atmosphärendruck der Luft PATM mißt.

Wie den beiden Figuren der Zeichnung zu entnehmen ist, wird die Ladedruckregelung 16 vom relativen Ladedruck PREL angesteuert. Dabei ist es auch möglich, daß es sich bei diesem Signal um ein anderes, atmosphärendruckabhängiges Drucksignal handelt. Gleichzeitig stehen jedoch bei der erfindungsgemäßen Einrichtung auch noch der Atmosphärendruck PATM und der absolute Ladedruck PABS zur Verfügung. Besonders vorteilhaft ist es nun, diese weiteren zur Verfügung stehenden Druckgrößen zur Steuerung und/oder Regelung anderer Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine zu benutzen. So kann z. B. der absolute Ladedruck PABS zur Rauchbegrenzung bei der Steuerung und/oder Regelung der der Brennkraftmaschine zuzuführenden Kraftstoffmenge verwendet werden. Mit Hilfe des Atmosphärendrucks PATM ist es hingegen möglich, höhenabhängige Korrekturen durchzuführen, so z. B. eine Höhenkorrektur der Abgasrückführung, des Spritzbeginns, der angesaugten Luftmenge, usw.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht in der erhöhten Genauigkeit des relativen Ladedrucks PREL, die aufgrund der Differenzbildung zustande kommt. Diese erhöhte Genauigkeit macht sich vor allem im Bereich kleiner Ladedrücke bemerkbar.

Bei der beschriebenen erfindungsgemäßen Einrichtung ist es notwendig, daß sich die Brennkraftmaschine irgendwann in einem bestimmten Betriebszustand befindet, z. B. dem Leerlauf, um während dieses Betriebszustandes den Atmosphärendruck PATM zu messen. Es besteht nun die Möglichkeit, daß die Brennkraftmaschine z. B. nach dem Start, oder auch während des weiteren Betriebsverlaufs über längere Zeit nicht mehr den besagten Betriebszustand durchläuft. Dies hat zur Folge, daß während dieser Zeitdauer eine Veränderung des Atmosphärendrucks der Luft nicht erkannt, und dadurch die Regelung des Ladedrucks der Brennkraftmaschine verfälscht wird. Besonders vorteilhaft ist es deshalb, einen derartigen fehlerhaften Betriebszustand der Ladedruckregelung mittels anderer Vorgehensweisen und/oder Einrichtungen zu erkennen und gegebenenfalls zu beseitigen.

So ist es z. B. möglich, mit Hilfe des Ausgangssignals eines Luftmengenmessers zu erkennen, ob die Ladedruckregelung außerhalb des Leerlaufs einen derart hohen Wert eingeregelt hat, daß die der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge einen oberen Grenzwert überschritten hat. In diesem Fall würde es sich um einen fehlerhaften Betriebszustand der Ladedruckregelung handeln, der dann entsprechende Reaktionen erfordert, z. B. das Abschalten der Ladedruckregelung.

Besitzt die Brennkraftmaschine nicht nur die beschriebene Ladedruckregelung, sondern zusätzlich auch noch eine Abgasrückführregelung, so hat sich herausgestellt, daß es möglich ist, mit Hilfe des Ausgangssignals des Luftmengenmessers der Abgasrückführregelung fehlerhafte Betriebszustände der Ladedruckregelung zu erkennen, bzw. die Funktion des Ladedruckfühlers 10 zu ersetzen. Befindet sich nämlich die Brennkraftmaschine im Betriebszustand des Leerlaufs bei gleichzeitiger nicht vorhandener Aufladung, sowie nicht vorhandener Abgasrückführung, so ist es in diesem Betriebszustand möglich, aus dem Ausgangssignal des Luftmengenmessers den Atmosphärendruck der Luft zu bestimmen. Dadurch kann mittels eines Luftmengenmessers ein fehlerhafter Betriebszustand der Ladedruckregelung erkannt, und mit Hilfe weiterer Maßnahmen, z. B. der Bestimmung des Atmosphärendrucks über das Ausgangssignal des Luftmengenmessers, behoben werden. Auch kann die Ladedruckregelung direkt in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Luftmengenmessers betrieben werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, nach Erkennung des fehlerhaften Betriebszustandes der Ladedruckregelung, dieselbe einfach abzuschalten. Bei dem Luftmengenmesser kann es sich dabei um einen Klappen-Luftmengenmesser, einen Hitzdraht-Luftmengenmesser, und ähnliches handeln.

Die Ausführung der einzelnen Elemente der erfindungsgemäßen Einrichtung ist bekannt. Schaltungstechnische Vereinfachungen und/oder Veränderungen der beschriebenen Einrichtung sind ebenso möglich, wie die Verwendung der Erfindung im Zusammenhang mit anderen Größen bzw. Signalen und/oder anderen Anwendungsfällen. Der Kern der Erfindung ist die Ableitung verschiedener anderer charakteristischer Druckgrößen aus einem gemessenen Druck.

Claims

1. Einrichtung zur Regelung des Ladedrucks einer Brennkraftmaschine, mit einem den Ladedruck beeinflussenden, verstellbaren Abgasturbolader und einer Ladedruckregelung zur Beeinflussung des Abgasturboladers, sowie mit einem Ladedruckfühler zur Messsung des Ladedrucks und zur Beeinflussung der Ladedruckregelung, dadurch gekennzeichnet, daß

- dem Ausgangssignal des Ladedruckfühlers bei unterschiedlichen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine unterschiedliche Druckwerte (PATM, PABS) zugeordnet werden und
- diese in Form elektrischer Signale vorliegenden unterschiedlichen Druckwerte der Bestimmung wenigstens einer der Größen wie relativer Ladedruck (PREL), Höhenkorrektur der Abgasrückführung, des Spritzbeginns oder der angesaugten Luftmenge dienen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgangssignal des Ladedruckfühlers der absolute Ladedruck zugeordnet wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgangssignal des Ladedruckfühlers der Atmosphärendruck der Luft zugeordnet wird.

4. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Betriebszustand des Leerlaufs dem Ausgangssignal des Ladedruckfühlers der Atmosphärendruck der Luft zugeordnet wird.

5. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Betriebszustandes des Leerlaufs dem Ausgangssignal des Ladedruckfühlers der absolute Ladedruck zugeordnet wird.

6. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den unterschiedlichen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine um unterschiedliche Drehzahlbereiche und/oder Lastbereiche der Brennkraftmaschine handelt.

7. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung der Zuordnung der unterschiedlichen Druckwerte ein Luftmengenmesser, z. B. ein Klappen-Luftmengenmesser, ein Hitzdraht-Luftmengenmesser, oder ähnliches, verwendet wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Betriebszustand des Leerlaufs ohne Aufladung und ohne Abgasrückführung aus dem Ausgangssignal des Luftmengenmessers der Atmosphärendruck der Luft bestimmt wird.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine fehlerhafte Ladedruckregelung mit Hilfe des Ausgangssignals des Luftmengenmessers korrigiert wird.

10. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der absolute Ladedruck für die Rauchbegrenzung bei der Regelung der der Brennkraftmaschine zuzuführenden Kraftstoffmenge weiter verwendet wird.

11. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der relative Ladedruck zur Regelung des Ladedrucks der Brennkraftmaschine benutzt wird.