DE4219791C2 - System zur Regelung der Aufladung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein System zur Regelung der Aufladung einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Verfahren zur Steuerung des Ladedrucks einer Brennkraftmaschine ist aus der EP 0 323 754 B1 bekannt. Dort wird ein erfaßter Istwert des Ladedrucks mit einem Hilfswert verglichen, der kleiner als ein Sollwert ist. Solange der Istwert kleiner als der Hilfswert ist, wird eine Einrichtung, die eine Steigerungsrate des Ladedrucks vor­ gibt, so angesteuert, daß diese Einrichtung die maximale Steige­ rungsrate vorgibt. Dabei kann der Wert der maximalen Steigerungsrate von der gemessenen tatsächlichen Steigerungsrate des Ladedrucks, vom eingelegten Getriebegang oder von der Temperatur der Ansaugluft ab­ hängen.

Aus der DE 33 03 350 A1 ist eine Steuervorrichtung für den Ladedruck einer Brennkraftmaschine mit Turbolader bekannt, die aus einer Steuerung und einem geschlossenen Regelkreis besteht. Von der Steue­ rung wird ein gewünschter Ladedruck grob eingestellt, indem ein Stellwerk zur Einstellung des Ladedrucks mit empirisch ermittelten Werten für eine Stellgröße angesteuert wird. Der geschlossene Regel­ kreis korrigiert den so eingestellten Ladedruck derart, daß die Ab­ weichung vom gewünschten Ladedruck verringert wird.

Aus der DE 19 02 356 B2 ist eine Brennstoffregeleinrichtung für Gasturbinentriebwerke bekannt. Diese Regeleinrichtung zeigt ein PID-Verhalten, wobei die Gewichtung der Proportional-, Integral- und Differentialanteile nach bestimmten Funktionen drehzahlabhängig ver­ änderlich ist. In die Gewichtung der Anteile gehen neben der Dreh­ zahl keine weiteren Parameter ein.

Die DE 36 23 540 C1 beschreibt eine Ladedruckregelung, welche eine PID-Struktur aufweist, deren Reglerparameter zustandsgrößenabhängig sind. Als Zustandsgrößen sind dabei Motordrehzahl und Drosselklap­ penwinkel genannt. Die Anpassung des Übertragungsverhaltens der Re­ gelung wird nicht allen Betriebssituationen gerecht.

Die DE 35 30 579 A1 zeigt eine Ladedruckregelung für eine aufgelade­ ne Brennkraftmaschine, welche einen Regler mit Proportional- und In­ tegralanteil aufweist. Der Integralanteil wird dabei bei Bedarf in Abhängigkeit des Ladedrucks und des Betriebszustandes der Brenn­ kraftmaschine aktiviert. Die starre Zuschaltung des Integralanteils wird nicht allen Betriebssituationen gerecht.

Die Erfindung soll eine optimale Regelung der Aufladung einer Brenn­ kraftmaschine ermöglichen. Darüber hinaus soll der Applikationsauf­ wand so gering wie möglich gehalten werden. Diese Aufgabe wird er­ findungsgemäß durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 und die nachfolgend beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen und Weiter­ bildungen gelöst.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung hat den Vorteil, daß sie eine optimale Regelung der Aufladung einer Brennkraftmaschine ermöglicht. Die Übertragungsfunk­ tion eines Reglers 136 wird nach Aktivierung der Regelung zunächst abhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine und von einem Betriebsparameter g, der den Ausgangszustand der Brennkraftmaschine samt Aufladeeinrichtung zum Zeitpunkt der Akti­ vierung der Regelung charakterisiert, variiert. Dadurch wird er­ reicht, daß die Regelung mit einer optimalen Übertragungsfunktion gestartet wird, wobei das Schwergewicht zunächst auf einer möglichst schnellen Annäherung an den gewünschten Sollwert liegt.

Mittels einer Reset-Stufe 236 können fehlerhafte g-Werte vermieden werden. Ohne die Reset-Stufe 236 könnten beispielsweise durch einen kurzzeitigen Übergang in den Schiebebetrieb während eines Schaltvor­ gangs g-Werte auftreten, die den tatsächlichen Ausgangszustand der Brennkraftmaschine samt Aufladeeinrichtung nicht optimal wiedergeben.

Bei quasi-stationären Betriebsbedingungen wird für den Betriebspara­ meter g ein geeigneter Wert fest vorgegeben. Dieser g-Wert führt zu einem Übertragungsverhalten des Reglers 136, das bei quasi-stationä­ ren Betriebsbedingungen eine optimale Regelung ermöglicht, wobei in diesem Fall das Schwergewicht auf einer präzisen und stabilen Rege­ lung liegt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Koeffi­ zienten, die das Übertragungsverhalten des Reglers 136 festlegen, in Abhängigkeit von der Drehzahl n der Brennkraftmaschine 100 und dem Betriebsparameter g in Kennfeldern abgelegt.

In einer weiteren Ausgestaltung besitzt wenigstens ein Koeffizient einen festen Wert. Dieser Wert wird in der Applikationsphase nach dem Verfahren der Stellgrößenvorgabe berechnet und in einem Speicher 216 abgelegt. Durch diese Maßnahme verringert sich die Anzahl der in der Applikationsphase zu optimierenden Kennfelder und damit die App­ likationszeit. Außerdem erhöht sich die Stabilität des Reglers 136.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiels erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Systems zur Regelung der Aufla­ dung einer Brennkraftmaschine,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Ausschnitts aus dem in Fig. 1 dargestellten Prinzipschaltbild,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel des Blocks 132 der Fig. 1 und

Fig. 4 den Signalverlauf am Ausgang des Tiefpasses 226.

Fig. 1 zeigt ein System zur Regelung der Aufladung einer Brennkraft­ maschine 100. Die Brennkraftmaschine 100 saugt Luft über einen An­ saugtrakt 102 an. Im Ansaugtrakt sind - in Stromrichtung gesehen - eine Drosselklappe 104, ein Verdichter 106, ein Sensor 108 zur Er­ fassung der Temperatur TL der angesaugten Luft und ein Sensor 110 zur Erfassung des Drucks pL der angesaugten Luft angebracht. Die Stellung der Drosselklappe 104 wird mittels eines Sensors 112 er­ faßt, der ein Signal DK liefert. Der Verdichter 106 wird über ein Verbindungsmittel 114 von einer Turbine 116 angetrieben, die im Ab­ gaskanal 118 der Brennkraftmaschine 100 angebracht ist. Über einen Bypaß-Kanal 120 kann ein Teil des Abgasstroms an der Turbine 116 vorbeigeleitet werden. Im Bypaß-Kanal ist eine Klappe 122 ange­ bracht, mit der sich der Bypaß-Kanal ganz oder teilweise verschlie­ ßen läßt. Die Ansteuerung der Klappe 122 erfolgt mittels einer An­ steuereinrichtung 124.

An der Brennkraftmaschine 100 sind Sensoren 126, 128 und 130 ange­ bracht mit denen die Motortemperatur TMot, Meßdaten k zur Analyse auf klopfende Verbrennung und die Drehzahl n der Brennkraftmaschine 100 erfaßt werden. Die von diesen Sensoren erzeugten Signale TMot, k und n werden zusätzlich zu den Signalen DK, TL und p in einen Block 132 eingespeist - falls erforderlich nach vorheriger Aufbereitung durch geeignete elektronische Einrichtungen. Der Block 132 stellt einem Verknüpfungspunkt 134 ein Signal w als Eingangssignal mit posi­ tivem Vorzeichen zur Verfügung. Als weiteres Eingangssignal erhält der Verknüpfungspunkt 134 ein Signal y mit negativem Vorzeichen. Das Signal y kann beispielsweise der vom Sensor 110 erfaßte Druck pL der angesaugten Luft sein. Statt des Drucks pL kann das Signal y auch die mit einem geeigneten Sensor erfaßte Luftmenge QL bzw. Luftmasse mL verkörpern.

Am Ausgang des Verknüpfungspunktes 134 wird ein Signal e ausgegeben, das an einen Regler 136 weitergeleitet wird. Der Regler 136 wird zu­ sätzlich von einem Block 138 mit Signalen beaufschlagt. Als Aus­ gangssignal liefert der Regler 136 ein Signal u, das an einen Schal­ ter 140 weitergeleitet wird. Mit dem Schalter 140 kann wahlweise ei­ ne Verbindung zwischen dem Regler 136 und der Ansteuereinrichtung 124 oder zwischen einem Festwertspeicher 142 und der Ansteuerein­ richtung 124 hergestellt werden. Die Umschaltung zwischen diesen beiden Schaltzuständen wird von einer Steuereinheit 144 abhängig von deren Eingangssignalen DK und n über eine Steuerleitung 146 bewirkt. Weiterhin beaufschlagt die Steuereinheit 144 einen Block 148 mit ei­ nem Signal s. Der Block 148 erhält als weitere Eingangssignale die Signale n, y und e und gibt als Ausgangssignal ein Signal g an den Block 138 weiter.

Die Funktionsweise der Einrichtungen 102 bis 130 zur Aufladung der Brennkraftmaschine 100 ist dem Fachmann geläufig und wird daher im Folgenden nicht näher beschrieben. Das Wesentliche der Erfindung be­ steht in einer optimalen Regelung der Aufladung der Brennkraftma­ schine 100 durch das in Fig. 1 dargestellte Regelsystem, das sich aus Einzelkomponenten mit den Bezugszeichen 132 bis 148 zusammen­ setzt. Mit diesem Regelsystem wird die als Istwert y erfaßte Aufla­ dung der Brennkraftmaschine 100 auf einen Sollwert w geregelt. Der Sollwert w wird vom Block 132 in Abhängigkeit von den Signalen n, DK, TL, p, k und TMot ermittelt. Im Verknüpfungspunkt 134 wird vom Sollwert w der Istwert y subtrahiert und so eine Regelabweichung e bestimmt und an den Regler 136 weitergeleitet.

Um eine optimale Regelung zu erreichen, wird das Übertragungsverhal­ ten des Reglers 136 vom Block 138 optimiert. Bei der Optimierung werden Betriebsparameter der Brennkraftmaschine 100 und der Auflade­ einrichtung, bestehend aus dem Verdichter 106, der Turbine 116, dem Verbindungsmittel 114 und dem Bypaß-Kanal 120 mit Klappe 122, be­ rücksichtigt. Einer dieser Betriebsparameter ist die mit dem Sensor 130 erfaßte Drehzahl n der Brennkraftmaschine 100. Ein weiterer Be­ triebsparameter g gibt an, wie schnell die Aufladeeinrichtung eine gewünschte Aufladung ausgehend vom augenblicklichen Betriebszustand realisieren kann. Besitzt g einen hohen Wert, so kann die Auflade­ einrichtung die gewünschten Aufladung sehr schnell realisieren. Bei einem niedrigen Wert von g verstreicht eine etwas größere Zeit, bis die gewünschte Aufladung realisiert ist. Die Beeinflussung des Re­ gelverhaltens durch den Betriebsparameter g ist ein wesentlicher Be­ standteil der Erfindung und ermöglicht eine schnelle und präzise Einstellung der gewünschten Aufladung der Brennkraftmaschine 100. Bei der Ermittlung des Parameters g werden die Signale y, e, n und s berücksichtigt.

Das Signal s gibt den Schaltzustand des Schalters 140 an, mit dem sich die Regelung deaktivieren läßt. Ist die Regelung aktiviert, so erhält die Ansteuereinrichtung 124 ihre Eingangssignale vom Regler 136. Ist die Regelung dagegen deaktiviert, so erhält die Ansteuer­ einrichtung 124 ihre Eingangssignale vom Festwertspeicher 142, d. h. es findet keine Regelung der Aufladung statt, sondern die Klappe 122 wird mit der Ansteuereinrichtung 124 in eine durch den Festwertspei­ cher 142 vorgegebene Position gebracht. Der Schalter 140 wird sei­ nerseits von Block 144 gesteuert. Der Block 144 veranlaßt je nach Drehzahl n und Drosselklappenwinkel DK, der als Lastsignal dient, mittels des Schalters 140 die Aktivierung bzw. Deaktivierung der Re­ gelung. Werden vorgebbare Schwellwerte n0 und DK0 für die Drehzahl n und den Drosselklappenwinkel DK überschritten, so wird die Regelung aktiviert. Beim Unterschreiten von n0 und DK0 wird die Regelung deaktiviert.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Blöcke 136, 138 und 148 des in Fig. 1 dargestellten Prinzipschaltbilds. Der Regler 136 besteht intern aus einem I-Regler 200, einem P-Regler 202 und einem D-Regler 204, die als Eingangssignal jeweils die am Eingang des Reglers 136 anliegende Regelabweichung e erhalten. An den I-Regler 200 schließt sich eine Begrenzerstufe 206 an, mit deren Ausgangssignal ein Ver­ knüpfungspunkt 208 beaufschlagt wird. Der Verknüpfungspunkt 208 wird weiterhin mit den Ausgangssignalen des P-Reglers 202 und des D-Reg­ lers 204 beaufschlagt. Der Verknüpfungspunkt 208 addiert die drei Signale und leitet das so erzeugte Summensignal an eine Begrenzer­ stufe 210 weiter. Das Ausgangssignal der Begrenzerstufe 210 wird am Ausgang des Reglers 136 als Stellgröße u bereitgehalten.

Über drei weitere Eingänge wird der Regler 136 vom Block 138 mit Signalen Q0, Q1 und Q2 beaufschlagt. Diese Signale werden intern an den I-, den P- bzw. den D-Regler weitergeleitet, wobei das Signal Q1 nur an den I-Regler 200, das Signal Q0 nur an den P-Regler 202 und das Signal Q2 an den P-Regler 202 und den D-Regler 204 weitergelei­ tet werden.

Die Funktionsweise des Reglers 136 läßt sich folgendermaßen be­ schreiben:
Das Übertragungsverhalten des I-Reglers 200, des P-Reglers 202 und des D-Reglers 204 kann jeweils durch eine entsprechende Übertra­ gungsfunktion beschrieben, die von wenigstens einem der Signale Q0, Q1 und Q2 beeinflußt werden kann. Die Übertragungsfunktionen lassen sich durch die folgenden Ausdrücke darstellen:
I-Regler 200:

uI(j) = uI(j - 1) + Q1.e(j - 1)

P-Regler 202:

uP(j) = (Q0 - Q2).e(j)

D-Regler 204:

uD(j) = Q2.(e(j) - e(j - 1))

Dabei stellen uI(j), uP(j) und uD(j) die I-, P- und D-Beiträge zur Stellgröße u zur Zeit j dar und uI(j - 1) den I-Beitrag zur Stellgröße u zur Zeit j - 1. e(j) und e(j - 1) bezeichnen die Regelabweichung e zu den Zeiten j und j - 1. Die Koeffizienten Q0, Q1 und Q2 werden den Re­ glern 200, 202 und 204 in der oben beschriebenen Weise als Eingangs­ signale Q0, Q1 und Q2 zur Verfügung gestellt. Von diesen Koeffizien­ ten hängt ab, wie groß die Beiträge der Regler 200, 202 und 204 zur Stellgröße u sind, d. h. wie ausgeprägt Proportional-, Integral- und Differentialanteil des Reglers 136 sind. Somit läßt sich das Über­ tragungsverhalten des Reglers 136 durch die Signale Q0, Q1 und Q2 beeinflussen.

Außerdem wird das Übertragungsverhalten des Reglers 136 durch die Begrenzerstufen 206 und 210 beeinflußt. Die Begrenzerstufe 206 dient dazu, das Ausgangssignal des I-Reglers 200 zu begrenzen, um einen zu hohen I-Beitrag zur Stellgröße u zu vermeiden. Diese Maßnahme wirkt sich insbesondere im Falle eines Vorzeichenwechsels der Regelabwei­ chung vorteilhaft aus, da dadurch die Zeit zum Abintegrieren des restlichen I-Beitrags auf ein akzeptables Maß reduziert werden kann. Die Begrenzerstufe 210 begrenzt die Stellgröße u auf ein vorgegebe­ nes Intervall, um sicherzustellen, daß die nachfolgenden Stufen kei­ ne unzulässigen Eingangssignale erhalten.

Der Block 138, der die Signale für die Koeffizienten Q0, Q1 und Q2 erzeugt, besteht intern aus zwei Kennfeldern 212, 214 und einem Festwertspeicher 216. Im Festwertspeicher 216 ist ein Wert für den Koeffizienten Q0 abgelegt. Aus den Kennfeldern 212, 214 werden die Koeffizienten Q1 und Q2 in Abhängigkeit von der Drehzahl n und dem Betriebsparameter g, der von Block 144 bereitgestellt wird, ermit­ telt.

Der im Festwertspeicher 216 für den Koeffizienten Q0 abgelegte Wert wird in der Applikationsphase nach dem Verfahren der Stellgrößenvor­ gabe berechnet. In diese Berechnung gehen die maximale Regelabwei­ chung emax und die maximal zulässige Stellgröße umax gemäß folgender Formel ein:

Q0 = umax/emax

Die Kennfelder 212, 214 für die Koeffizienten Q1 und Q2 werden in der Applikationsphase entweder durch ein rechnergestütztes oder ein empirisches Optimierungsverfahren ermittelt. Falls in der Betriebs­ phase ausreichend Rechnerleistung zur Verfügung steht, kann die Er­ mittlung der Koeffizienten Q1 und Q2 aus den jeweils aktuellen Wer­ ten für die Drehzahl n und dem Betriebsparameter g auch ohne Kenn­ felder in Echtzeit erfolgen.

Durch die Bestimmung des Koeffizienten Q0 gemäß obiger Formel kann der Applikationsaufwand bzw. der Rechenzeitaufwand während des Be­ triebs erheblich reduziert werden, da von den 3 Koeffizienten Q0, Q1 und Q2 nur die beiden Koeffizienten Q1 und Q2 für das Optimierungs­ verfahren verbleiben.

Der Block 148 hat die Aufgabe, aus den Signalen y, e, n und s den Betriebsparameter g zu ermitteln und bleibt ständig aktiv, auch wenn die Reglung nicht aktiv ist. Er besitzt folgende interne Beschaltung:
Der Eingang einer Kennlinie 218 ist mit dem Eingang des Blocks 148 verbunden, an dem das Signal y anliegt. Die Kennlinie 218 liefert am Ausgang ein Rohsignal des Betriebsparameters g. Dieses Ausgangs­ signal wird an einen von zwei Kontakten eines Schalters 220 ange­ legt, der über eine Steuerleitung 222 von einer Schwellwertstufe 224 gesteuert wird. Der Eingang der Schwellwertstufe 224 ist mit dem Eingang des Blocks 148 verbunden, an dem das Signal e anliegt. Der zweite Kontakt des Schalters 220 ist mit einem ersten Eingang eines Tiefpasses 226 verbunden.

An einem zweiten Eingang des Tiefpasses 226 liegt das Ausgangssignal einer Kennlinie 228 an, in der die Zeitkonstante des Tiefpasses in Abhängigkeit von der Drehzahl n der Brennkraftmaschine 100 abgelegt ist. Der Eingang der Kennlinie 228 ist mit dem Eingang des Blocks 148 verbunden, an dem die Drehzahl n anliegt. Ein dritter Eingang des Tiefpasses 226 ist über einen Schalter 230 mit dem Ausgang eines Festwertspeichers 232 verbunden. Der Schalter 230 wird über eine Steuerleitung 234 von einer Reset-Stufe 236 betätigt. Der Eingang der Reset-Stufe 236 ist mit dem Eingang des Blocks 148 verbunden, an dem das Signal s anliegt. Der Ausgang des Tiefpasses 226 kann über einen Schalter 238, der über die Steuerleitung 222 von der Schwell­ wertstufe 224 betätigt wird, mit dem Ausgang des Blocks 148 verbunden werden. Alternativ zum Tiefpaß kann der Ausgang eines Festwert­ speichers 240 über den Schalter 238 mit dem Ausgang des Blocks 144 verbunden werden.

Mit der in Fig. 2 dargestellten Innenbeschaltung des Blocks 144 läßt sich der Betriebsparameter g nach zwei Methoden bestimmen. Die Schwellwertstufe 224 entscheidet, welche der beiden Methoden einge­ setzt wird und steuert demgemäß die Schalter 220 und 238. Als Ent­ scheidungskriterium wird ein Vergleich der Regelabweichung e mit ei­ nem vorgebbaren Schwellwert e0 herangezogen.

Ist die Regelabweichung e kleiner als der Schwellwert e0, so wird g nach folgender Methode bestimmt: Der Betriebsparameter g wird aus dem Festwertspeicher 240 ausgelesen. Der Schalter 220 ist bei dieser Methode geschlossen und der Schalter 238 verbindet den Ausgang des Festwertspeichers 240 mit dem Ausgang des Blocks 148. Diese erste Methode wird im quasistationären Betriebsbereich eingesetzt und die damit ermittelten g-Werte führen zu Koeffizienten Q1 und Q2, die eine stabile und präzise Regelung der Aufladung bewirken (schwa­ cher Regeleingriff).

Ist die Regelabweichung e dagegen größer als der Schwellwert e0, so wird eine zweite Methode eingesetzt, bei der der mit der Kennlinie 218 aus dem Istwert y ermittelte Rohwert g über den Tiefpaß 226 dem Ausgang des Blocks 148 zugeführt wird. Bei dieser zweiten Methode ist der Schalter 220 geöffnet und der Schalter 238 verbindet den Ausgang des Tiefpasses 226 mit dem Ausgang des Blocks 148. Somit bleibt am Ausgang des Tiefpasses 226 der g-Wert stehen, der sich bei aktivierter Regelung unmittelbar vor Überschreiten des Schwellwerts e0 der Regelabweichung e am Tiefpaß 226 einstellte, d. h. der g-Wert für die Bestimmung der Koeffizienten Q1 und Q2 wird aus dem Aus­ gangszustand abgeleitet, in dem sich die Brennkraftmaschine 100 und die Aufladeeinrichtung bei Überschreitung des Schwellwerts e0 befanden. Ist die Regelabweichung e von Anfang an, d. h. bereits bei Akti­ vierung der Regelung, größer als der Schwellwert e0, so liegt der unmittelbar vor Aktivierung der Regelung ermittelte Wert g am Aus­ gang des Tiefpasses 226 an. Die zweite Methode kommt insbesondere in der Anfangsphase nach Aktivierung der Regelung oder bei starken Sollwertänderungen zum Einsatz und ermöglicht über entsprechende Koeffizienten Q1 und Q2 eine optimale Regelgeschwindigkeit (starker Regeleingriff).

Im Detail läßt sich die zweite Methode zur Bestimmung des Betriebs­ parameters g folgendermaßen beschreiben:
Über die Kennlinie 218 wird ständig der dem Istwert y entsprechende g-Wert ermittelt, unabhängig davon, ob das System zur Regelung der Aufladung aktiviert oder deaktiviert ist. Die in der Kennlinie 218 gespeicherte Abhängigkeit des Betriebsparameters g vom Istwert y wird in der Applikationsphase für den jeweiligen Fahrzeugtyp bzw. Motortyp bestimmt. Dazu wird der Istwert y für typische Betriebssi­ tuationen bestimmt und es wird jeweils ein geeigneter Wert des Be­ triebsparameters g zugeordnet. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nimmt der Betriebsparameter g Werte zwischen 0 und 1 an, wobei der Wert 0 Schiebebetrieb kennzeichnet, der Wert 0.5 unte­ re Teillast und der Wert 1 mittlere Teillast. Zwischenwerte können beispielsweise durch Interpolation ermittelt werden.

Am Ausgang der Kennlinie 218 steht zu jeder Zeit der aktuelle Wert des Betriebsparameters g zur Verfügung. Der aktuelle g-Wert wird aber nur dann über den Schalter 220 an den Eingang des Tiefpasses 226 weitergegeben, wenn die Regelabweichung e kleiner als der Schwellwert e0 ist oder wenn die Regelung deaktiviert ist. Somit un­ terscheidet sich der g-Wert, der letztlich in den Block 138 einge­ speist wird, in der Regel vom aktuell von der Kennlinie 218 ausgege­ benen g-Wert, da der Schalter 220 bei der zweiten Methode geöffnet ist und somit die Verbindung zwischen dem Ausgang der Kennlinie 218 und dem Eingang des Tiefpasses 226 unterbrochen ist. Bei der Ermitt­ lung des g-Werts, der in den Block 138 eingespeist werden soll, wird bei der zweiten Methode von dem g-Wert ausgegangen, der unmittelbar vor dem Öffnen des Schalters 220 am Ausgang des Tiefpasses 226 anlag.

Um eine möglichst exakte zeitliche Anpassung des Tiefpasses 226 zu erreichen, wird die Zeitkonstante des Tiefpasses 226, die dessen Übertragungsverhalten festlegt, von einer drehzahlabhängigen Kenn­ linie 228 vorgegeben.

In bestimmten Betriebszuständen wird ein weiterer Eingriff in das Übertragungsverhalten des Tiefpasses 226 vorgenommen. Dieser weitere Eingriff wird immer dann ausgeführt, wenn die Reset-Stufe 236 aus ihrem Eingangssignal s eine Deaktivierung der Regelung, d. h. einen Übergang vom geregelten in den ungeregelten Betrieb, erkennt. In diesem Fall schließt die Reset-Stufe 236 den Schalter 230 kurzzeitig und öffnet ihn sogleich wieder, so daß der Tiefpaß für eine kurze Zeitspanne mit dem Ausgang des Festwertspeichers 232 verbunden ist. Diese kurzzeitige Verbindung bewirkt ein Zurücksetzen des Tiefpasses 226 auf den im Festwertspeicher 232 abgelegten Wert. Durch das Zu­ rücksetzen des Tiefpasses 226 im Augenblick der Deaktivierung der Regelung soll vermieden werden, daß bei einer erneuten Aktivierung der Regelung ein g-Wert ermittelt wird, der den tatsächlichen Aus­ gangszustand der Brennkraftmaschine 100 und der Aufladeeinrichtung nicht optimal wiedergibt. Näheres hierzu ist in Fig. 4 dargestellt und im dazugehörigen Text beschrieben.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Blocks 132 aus Fig. 1, der den Sollwert w ausgibt. Die internen Schaltungselemente des Blocks 132 erhalten die Eingangssignale n, DK, TL, p, k und TMot über Ver­ bindungsleitungen zu den entsprechenden Eingängen des Blocks 132. An den beiden Eingängen eines Kennfelds 300 liegen ein Signal für den Drosselklappenwinkel DK und ein Signal für die Drehzahl n der Brenn­ kraftmaschine 100 an. Der Ausgang des Kennfelds 300 ist mit einem Eingang eines Kennfelds 302 verbunden. An einem weiteren Eingang des Kennfelds 302 liegt ein Signal für die Temperatur TL der von der Brennkraftmaschine 100 angesaugten Luft an. Das Kennfeld 302 kann optional einen weiteren Eingang besitzen, an dem ein Drehzahlsignal n anliegt (gestrichelt dargestellt). Das Ausgangssignal des Kenn­ felds 302 wird an einen Eingang eines Kennfelds 304 weitergeleitet. An einem weiteren Eingang des Kennfelds 304 liegt ein Signal für den atmosphärischen Luftdruck p an. Mit dem Ausgangssignal des Kennfelds 304 wird der Eingang einer Klopfabsenkung 306 beaufschlagt, an deren weiteren Eingang ein Signal k anliegt, das gegebenenfalls eine klopfende Verbrennung meldet. Die Klopfabsenkung 306 ist optional und kann auch entfallen. Das Ausgangssignal der Klopfabsenkung 306 wird an den Eingang eines Tiefpasses 308 angelegt. An einem weiteren Eingang des Tiefpasses 308 liegt der Ausgang einer Kennlinie 310 für die Zeitkonstante des Tiefpasses an. Am Eingang der Kennlinie 310 liegt ein Signal für die Temperatur TMot der Brennkraftmaschine an. Der Tiefpaß 308 liefert als Ausgangssignal den Sollwert w, der am Ausgang des Blocks 132 bereitgehalten wird. Die Weiterverarbeitung des Sollwerts w geht aus den Fig. 1 und 2 hervor.

Das Funktionsprinzip des in Fig. 3 dargestellten Blocks 132 läßt sich folgendermaßen beschreiben:
Das Kennfeld 300 liefert Grundwerte für den Sollwert w in Abhängig­ keit vom Drosselklappenwinkel DK und von der Drehzahl n der Brenn­ kraftmaschine. Diese Grundwerte werden durch das Kennfeld 302 in Abhängigkeit von der Temperatur TL der Ladeluft und optional auch von der Drehzahl n der Brennkraftmaschine korrigiert. Mit dem Kenn­ feld 304 schließt sich eine weitere Korrekturstufe an, die eine Korrektur in Abhängigkeit vom atmosphärischen Luftdruck p vornimmt. Optional schließt sich eine Klopfabsenkung 306 an, die beim Auftre­ ten von klopfender Verbrennung die korrigierten Grundwerte für den Sollwert w absenkt. Durch den Tiefpaß 308 findet eine Anpassung an den Betriebszustand der Brennkraftmaschine statt, wobei der Be­ triebszustand in diesem Fall über die Temperatur TMot der Brenn­ kraftmaschine erfaßt wird. Die Zeitkonstante des Tiefpasses 308 wird abhängig von TMot aus der Kennlinie 310 ausgelesen. Dadurch können kritische Überschwingzustände bei kaltem Motor vermieden werden.

In Fig. 4 ist der Einfluß der Reset-Stufe 236 auf den zeitlichen Verlauf des g-Werts am Ausgang des Tiefpasses 226 dargestellt. Der als durchgezogene Linie dargestellte Verlauf gilt für den Fall, daß der Tiefpaß 226 zur Zeit t1 zurückgesetzt wird, der als gestrichelte Linie dargestellte Verlauf für den Fall, daß ein Zurücksetzten un­ terbleibt.

Bei dem auf der Zeitachse markierten Zeitpunkt t1 nimmt der Fahr­ zeugführer den Fuß vom Gaspedal, beispielsweise weil er einen Schaltvorgang einleiten möchte oder weil er die Fahrgeschwindigkeit reduzieren möchte. Somit sinken der Istwert y und folglich auch der von der Kennlinie 218 daraus ermittelte g-Wert ab t1 schlagartig ab.

Da durch das Gaswegnehmen die Regelung deaktiviert wird, ist der Schalter 220 geschlossen, so daß der Ausgang der Kennlinie 218 mit dem Eingang des Tiefpasses 226 verbunden ist. Dem Tiefpaß 226 wird somit ab t1 ein niedriger g-Wert vorgegeben und das Ausgangssignal des Tiefpasses 226 sinkt gemäß der in Fig. 4 gestrichelt dargestell­ ten Kurve abhängig von der Zeitkonstante des Tiefpasses 226 ab. Das Ausgangssignal des Tiefpasses 226 sinkt zwar im Gegensatz zu dessen Eingangssignal nicht schlagartig ab, aber immer noch schneller, als es dem tatsächlichen Betriebszustand von Brennkraftmaschine 100 und Aufladeeinrichtung entspricht.

Wird innerhalb eines Zeitintervalls dt nach der Zeit t1 die Regelung erneut aktiviert, so würde ohne zusätzliche Maßnahmen ein zu niedri­ ger g-Wert vom Tiefpaß 226 ausgegeben und in den Block 138 einge­ speist werden. Um dies zu vermeiden, wird von der Reset-Stufe 236 zur Zeit t1 ein Zurücksetzen des Tiefpasses 226 veranlaßt. Dadurch steigt der vom Tiefpaß 226 ausgegebene g-Wert zur Zeit t1 auf den im Festwertspeicher 232 der Fig. 2 gespeicherten Wert sprunghaft an und sinkt danach gemäß der Zeitkonstante des Tiefpasses 226 ab (durchge­ zogene Kurve). Dies hat zur Folge, daß die durchgezogene Kurve ab der Zeit t1 oberhalb der gestrichelten Kurve verläuft und den tat­ sächlichen Betriebszustand besser beschreibt als die gestrichelte Kurve. Der Abstand zwischen den beiden Kurven besitzt zur Zeit t1 einen Maximalwert und nimmt danach kontinuierlich ab. Das Zurück­ setzen des Tiefpasses 226 wirkt sich somit insbesondere dann aus, wenn die Regelung kurze Zeit nach t1 erneut aktiviert wird - z. B. wenn der Schaltvorgang beendet ist.

Im Zusammenhang mit dem hier dargestellten System zur Regelung der Aufladung einer Brennkraftmaschine eignen sich als Regelgrößen alle Größen, die die Aufladung einer Brennkraftmaschine kennzeichnen, wie z. B. der Ladedruck, die Luftmenge oder die Luftmasse. Die Abstimmung des Regelsystems auf die gewählte Regelgröße ist dem Fachmann geläu­ fig. Bei dieser Abstimmung werden beispielsweise geeignete Sensoren ausgewählt und Sollwerte, Kennlinien und Kennfelder entsprechend dimensioniert.

Anstelle des obenbeschriebenen PID-Reglers 136 können auch andere Kombinationen von wenigstens einem P- und/oder wenigstens einem I- und/oder wenigstens einem D-Regler gewählt werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird statt der Klappe 122 ein elektromagnetisches Ventil eingesetzt, das entweder kontinuierlich oder in einem zeitlichen Takt geschlossen und geöff­ net wird. Darüberhinaus kann auch der Verdichter 106 - ähnlich wie die Turbine 116 - einen Bypaß-Kanal aufweisen bzw. dieser Bypaß-Kanal des Verdichters 106 kann den Bypaß-Kanal der Turbine 116 ersetzten.

In einer weiteren Ausgestaltung besitzt die Aufladeeinrichtung zu­ sätzlich zum Bypaß-Kanal 120 oder anstelle des Bypaß-Kanals 120 bzw. der Bypaß-Kanäle eine variable Geometrie zur Beeinflussung der Auf­ ladung, wobei die Änderung der Geometrie von der Ansteuereinrichtung 124 gesteuert wird.

Statt einer turbinenangetriebenen Aufladeeinrichtung kann auch ein mechanisch von der Brennkraftmaschine angetriebener Kompressor ein­ gesetzt werden.

Der Tiefpaß 226 kann auch derartig ausgeführt sein, daß der von ihm ausgegebene g-Wert beim Zurücksetzen durch die Reset-Stufe 236 nicht auf den sondern um den im Festwertspeicher 232 gespeicherten Wert ansteigt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird auf den Tiefpaß 308 und die Kennlinie 310 verzichtet. Die Anpassung an den Betriebs­ zustand der Brennkraftmaschine 100 erfolgt bei dieser Ausgestaltung über die Begrenzerstufe 206, die das Ausgangssignal des I-Reglers 200 begrenzt. Dazu wird die Begrenzerstufe 206 so ausgeführt, daß sie das Ausgangssignal des I-Reglers 200 abhängig von der Temperatur TMot und/oder der Drehzahl n der Brennkraftmaschine 100 begrenzt.

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß beim dargestellten System zur Regelung der Aufladung einer Brennkraftmaschine 100 mittels eines geschlossenen Regelkreises eine die Aufladung der Brennkraftmaschine 100 kennzeichnende Größe geregelt wird. Um die Regelung zu optimie­ ren wird das Übertragungsverhalten des Reglers 136 beeinflußt von der Drehzahl n der Brennkraftmaschine 100 und einem Betriebsparame­ ter g, der die Ausgangsdynamik der Brennkraftmaschine 100 und der Aufladeeinrichtung kennzeichnet. Bei großen Regelabweichungen e wird der Betriebsparameter g aus dem Istwert y der Regelgröße abgeleitet. Durch eine Anhebung des Wertes des Betriebsparameters g beim Deakti­ vieren der Regelung wird eine Fehlbestimmung von des Betriebsparame­ ters g beim unmittelbar darauffolgenden Reaktivieren der Regelung vermieden. Bei kleinen Regelabweichungen e geht man von einem stationären Betriebszustand aus und sieht für den Betriebsparameter g einen Erfahrungswert vor.

Claims (9)

1. System zur Regelung der Aufladung einer Brennkraftmaschine (100), mit
einer Einrichtung (106, 114, 116) zur Aufladung der Brennkraftma­ schine (100),
einem Stellwerk (122, 124) zur Beeinflussung der Aufladung, Mit­ teln (134) zur Bestimmung einer Regelabweichung (e) einer die Aufla­ dung charakterisierenden Größe wie Druck, Luftmenge, Luftmasse von einem Sollwert,
einem Regler (136), der aus der Regelabweichung eine Stellgröße zur Ansteuerung des Stellwerks ermittelt,
sowie mit Mitteln zur Erfassung der Drehzahl (n) der Brennkraftma­ schine,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Übertragungsverhalten des Reglers (136) abhängig von der Dreh­ zahl (n) der Brennkraftmaschine (100), vom Istwert (y) der Regelung, von der Regelabweichung (e) sowie vom Aktivierungszustand (s) des Reglers ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (136) einen P- (202) und/oder einen I- (200) und/oder einen D-Regler (204) enthält, wobei das Übertragungsverhalten des P-Reg­ lers (202) durch eine Gleichung uP(j) = (Q0 - Q2).e(j), das Übertra­ gungsverhalten des I-Reglers (200) durch eine Gleichung uI(j) = uI(j - 1) + Q1.e(j - 1) und das Übertragungsverhalten des D-Reglers (204) durch eine Gleichung uD(j) = Q2.(e(j) - e(j - 1)) beschrieben werden.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Koeffizienten (Q0, Q1, Q2) aus einem n- und g-abhängigen Kennfeld ermittelt wird.

4. System nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Koeffizient (Q0) gemäß der Formel Q0 = umax/emax fest vorgegeben wird.

5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Übertragungsverhalten des Reglers (136) nur dann abhängig von einem vom Istwert (y) abhängigen Parameter (g) gewählt wird, wenn die Regelabweichung (e) größer als ein vorgebbarer Schwellwert (e0) ist.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Tiefpaß (226) zur Berechnung des Parameters (g) bereitgestellt wird.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiefpaß (226) eine drehzahlabhängige Zeitkonstante besitzt.

8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß vorzugsweise beim Übergang vom geregelten in den unge­ regelten Betrieb ein Zurücksetzen des Tiefpasses (226) auf einen wählbaren Wert des Parameters (g) veranlaßt wird.

9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
der Regler (136) intern aus einem P- (202), einem I- (200) und ei­ nem D-Regler (204) besteht,
die Eingänge des P- (202), des I- (200) und des D-Reglers (204) miteinander und mit dem Eingang des Reglers (136) verbunden sind,
die Ausgänge des P- (202) und des D-Reglers (204) direkt mit einem Verknüpfungspunkt (208) verbunden sind,
der Ausgang des I-Reglers (200) über eine Begrenzerstufe (206), deren Begrenzungswirkung fest vorgegeben oder von der Temperatur (TMot) und/oder der Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine (100) abhängt, mit dem Verknüpfungspunkt (208) verbunden ist und
der Ausgang des Verknüpfungspunktes (208) über eine weitere Be­ grenzerstufe (210) mit dem Ausgang des Reglers (136) verbunden ist.