DE4324868C2 - Verfahren zur Regelung des Ladedrucks bei einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren zur Regelung des Ladedrucks bei einer Kraftfahrzeug-BrennkraftmaschineInfo
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- DE4324868C2 DE4324868C2 DE4324868A DE4324868A DE4324868C2 DE 4324868 C2 DE4324868 C2 DE 4324868C2 DE 4324868 A DE4324868 A DE 4324868A DE 4324868 A DE4324868 A DE 4324868A DE 4324868 C2 DE4324868 C2 DE 4324868C2
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Lade
drucks bei einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mit einem
Turbolader, mit einem Ladedruckregelventil zur Regelung einer
Durchflußrate von einer Turbine des Turboladers zugeführtem
Abgas, mit einem Ladedrucksensor, mit einer Stelleinheit zur
Betätigung des Ladedruckregelventils, mit einem elektromagne
tischen Ventil zum gesteuerten Beaufschlagen der Stelleinheit
mit einem Druckwert, welcher sich durch Verbinden einer
Druckentnahmestelle abstromseitig des Turboladers im Ansaug
rohr und einer Druckentnahmestelle aufstromseitig des Turbo
laders im Ansaugrohr mittels des elektromagnetischen Ventils
ergibt, wobei das elektromagnetische Ventil mit einem vorge
gebenen Tastverhältnis aktiviert wird, gegebenenfalls mit
einem Sensor zur Erfassung des Drosselklappenöffnungsventils.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 34 37 497 A1 bekannt.
Das dort beschriebene Aufladungsdruck-Steuersystem für eine
Brennkraftmaschine mit einem Turbolader weist ein Abgasregu
lierungsventil zum wahlweisen Schließen und Öffnen einer
Nebenschlußabgaspassage sowie eine pneumatische Betätigungs
einrichtung zum Betätigen des Abgasregulierungsventils auf.
Ein Steuerventil sorgt für unterschiedliche Drücke, die auf
die Betätigungseinrichtung einwirken, um die Ventilöffnung
des Abgasregulierungsventils zu verändern. Weiterhin sind ein
Drucksensor zum Erfassen des Ansaugpassagendruckes stromab
wärts der Drosselklappe sowie eine elektronische Steuerein
heit vorgesehen.
In der DE 34 37 497 A1 ist vorgeschlagen, den Ladedruck eines
Turboladers in Abhängigkeit von den Arbeits- bzw. Betriebsbe
dingungen der Brennkraftmaschine dann zu regeln, wenn die
Drosselklappe weit geöffnet ist. Das Steuerventil wird mit
Hilfe der elektronischen Steuereinheit aktiviert, so daß wie
derum die Betätigungseinrichtung mit einem Druck beaufschlagt
wird, derart, daß über eine mechanische Verbindungseinrich
tung das Abgasregulierungsventil im Nebenschluß betätigbar
ist.
Bei der herkömmlichen Konstruktion gemäß der DE 34 37 497 A1
ist vorgesehen, daß die elektronische Steuereinheit Impulse
zur Aktivierung des Steuerventils in einem vorgegebenen Tast
verhältnis liefert, also mit vorgegebenen Ein/Aus-Zuständen.
Die Berechnung des Tastverhältnisses in der elektronischen
Steuereinheit erfolgt in Abhängigkeit von dem Erreichen be
stimmter Betriebsparameter, insbesondere erst oberhalb eines
vorgegebenen Drosselklappenöffnungsgrades. In diesem Falle
wird dann ein proportionaler und ein integraler Steuerterm
bestimmt, um auf der Basis dieser beiden Terme das Ventilöff
nungstastverhältnis zu ermitteln. Um unnötige Schwankungen in
dem herkömmlichen Steuersystem zu vermeiden, ist dort vorge
sehen, daß oberhalb einer bestimmten höheren Drehzahl keine
Proportionalregelung mehr ausgeführt wird und lediglich der
integrale Term berücksichtigt wird. Das herkömmliche Steuer
system verwendet somit eine bekannte Proportional/Integral-
Regelung, die aber in der Praxis eine Reihe von Nachteilen
mit sich bringt, wie nachstehend noch näher unter Bezugnahme
auf die Fig. 8 bis 13 der Zeichnungen erläutert ist.
Fig. 8 zeigt einen Turbolader einer Kraftfahrzeug-Brennkraft
maschine mit einem Ladedruckregelventil mit einer Stellein
heit zum Betätigen des Ventils.
Dabei bezeichnet das Bezugszeichen 18 allgemein einen Turbo
lader. Der Turbolader 18 umfaßt eine Turbine 18a mit einem
Turbinenrad, die in einer
Turbinenkammer 18b angeordnet ist, die mit einem Abgasrohr 10
in Verbindung ist, und einen Verdichter 18d mit einem Ver
dichterrad, das in einer Verdichterradkammer 18e angeordnet
ist, die mit einem Ansaugrohr 6 in Verbindung ist. Eine Aus
laßöffnung der Verdichterradkammer 18e ist in Verbindung mit
einem Zylinder der Brennkraftmaschine. Das Verdichterrad des
Verdichters 18d ist auf einer Turbinenwelle 18c angebracht,
die mit dem Turbinenrad der Turbine 18a verbunden ist. Wenn
die Turbine 18a durch Abgasenergie von der Maschine durch das
Abgasrohr 10 betrieben wird, wird das Verdichterrad von der
Turbine 18d gedreht, um die Ansaugluft zu verdichten. Somit
wird die verdichtete Ansaugluft dem Zylinder der Brennkraft
maschine zugeführt.
Ein Ladedruckregelventil 19 ist in einer Einlaßöffnung des
Gehäuses 18b vorgesehen und wird von einer membranbetätigten
Stelleinheit 20 betätigt. Dabei ist das Ladedruckregelventil
19 betriebsmäßig mit einer Stange 20c der membranbetätigten
Stelleinheit 20 verbunden. Die Stange 20c ist mit einer Mem
bran 20a verbunden. Die Membran 20a wird von einer Feder 20b
beaufschlagt, um das Ladedruckregelventil 19 über die Stange
20c zu schließen. Eine Kammer 20d der membranbetätigten
Stelleinheit 20 ist über einen Durchgang 6a mit dem Ansaug
rohr 6 in Verbindung. Ein Ansaugdruck P an der stromabwärts
vom Verdichter 18d liegenden Seite wird auf die Kammer 20d
der Stelleinheit 20 durch den Durchgang 6a als Stelleinheits-
Betätigungsdruck Pa aufgebracht (in diesem Zustand ist
P = Pa). Die Membran 20a wird nach Maßgabe des Gleichgewichts
zwischen einem Betätigungsdruck Pa der Kammer 20d und der Fe
derkraft der Feder 20b zum Betätigen des Ladedruckregelven
tils 19 ausgelenkt, so daß ein Öffnungsquerschnitt A des La
dedruckregelventils 19 vorgegeben wird, um den Druck P auf
einen Standard-Ladedruck Po zu regeln. Der Standard-Ladedruck
Po wird auf der Basis der Kraft der Feder 20b bestimmt.
Bei dem Steuersystem des Turboladers 18 sind mechanische Cha
rakteristiken der Membran 20a, der Feder 20b und des Lade
druckregelventils 19 vorgegeben, um den Druck P mit gutem An
sprechverhalten auf stabile Weise auf den Standarddruck Po
einzustellen.
Wenn nämlich, wie Fig. 9 zeigt, der Druck P von dem Standard
druck Po um ΔP ansteigt, steigt der Innendruck der Stellein
heit 20 dementsprechend an, um die Stange 20c gegen die Feder
20b zu drücken, um so den Öffnungsquerschnitt A des Lade
druckregelventils 19 von einem Referenz-Öffnungsquerschnitt
Ao um ΔA zu vergrößern, so daß die Drehzahl der Turbine 18a
verringert wird. Somit wird der Druck P auf den Standarddruck
Po eingestellt. Das ist durch die folgende Gleichung darge
stellt:
ΔA = G·ΔP. (1)
Dabei ist G eine Konstante.
Wenn man annimmt, daß eine mechanische Ansprech-Charakteri
stik Go ein Optimalwert für das System ist, so wird bei
G < Go das Ansprechverhalten des Systems schlechter. Bei
G < Go ist das Ansprechverhalten zu empfindlich, was zu
Unregelmäßigkeiten im Betrieb führt. Infolgedessen sollte die
mechanische Charakteristik G mit G = Go vorgegeben sein.
Als weiteres Beispiel existiert ein Ladedrucksteuersystem ge
mäß der JP-OS 2-115 526. Fig. 10 zeigt dieses System. Das Sy
stem hat ein Magnetventil 21 zum Betätigen der Stelleinheit
20 und einen Ansaugdrucksensor 36, um einen Ist-Ansaugdruck P
zu messen. Das Magnetventil 21 ist um den Verdichter 18d
herum vorgesehen. Das Magnetventil 21 ist mit der Kammer 20d
der Stelleinheit 20 durch einen Durchgang 21c in Verbindung.
Der Ansaugdrucksensor 36 ist im Ansaugrohr 6 an der Abstrom
seite des Verdichters 18d vorgesehen.
Das Magnetventil 21 hat einen Elektromagneten 21a und einen
Ventilkörper 21b. Bei Erregung des Elektromagneten 21a auf
grund eines von einer elektronischen Steuereinheit angelegten
Einschaltsignals wird der Ventilkörper 21b verschoben, um den
auf die Kammer 20d der Stelleinheit 20 aufgebrachten Druck zu
steuern. Somit wird das Ladedruckregelventil 19 so gesteuert,
daß es den Druck P auf einen Standard-Ladedruck im Bereich
von P Po regelt.
Das Magnetventil 21 wird betätigt, so daß es einen Stellein
heitsdruck Pa durch Mischen des Drucks P im Ansaugrohr an der
Abstromseite des Gehäuses 18e und des Atmosphärendrucks im
Ansaugrohr an der Aufstromseite des Gehäuses 18e erzeugt, und
zwar mit einer Einschaltdauer r des Einschaltsignals. Der
Stelleinheitsdruck P wird auf die Kammer 20d der Stelleinheit
20 aufgebracht.
Wenn der Stelleinheitsdruck Pa in einem Verhältnis zum Atmo
sphärendruck dargestellt wird, so gilt:
Pa = (1-r) · P, wobei 0 r 1,0 (2)
Wie aus Fig. 9 hervorgeht, ist der Stelleinheitsdruck Pa ein
Wert, der dem Standarddruck Po angenähert ist. In einem sta
bilen Zustand wird daher der Druck P wie folgt geschrieben:
P = {1/(1-r)} · Po. (3)
In einem Übergangszustand jedoch, wie er in den Fig. 11a, 11b
und 11c gezeigt ist, wenn eine Drosselklappe rasch ganz auf
einen Wert WOT geöffnet wird und wenn die Einschaltdauer r
festgelegt ist, wird ΔA wie folgt geschrieben:
ΔA = Go · ΔPa = {(1-r) · Go} · ΔP. (4)
Das heißt, daß der Betrieb des Ladedruckregelventils 19 in
bezug auf die Änderung des Ladedrucks P infolge der mechani
schen Charakteristiken G verzögert ist. Dabei gibt es ein
Problem beim Ansprechverhalten im Übergangszustand. Wenn die
Einschaltdauer r mit 0,5 festgelegt ist, so ist A:
ΔA = (1-r) · Go · ΔP = (1/2) · Go · ΔP. (5)
Daher erfolgt eine weitere Verzögerung des Ladedruckregelven
tils, wie die Fig. 12a, 12b und 12c zeigen.
Um die Ansprech-Charakteristiken des Ladedruckregelventils zu
verbessern, wird ein System vorgeschlagen, das mit einer
Theorie der proportionalen Steuerung arbeitet. Bei dem System
wird die Einschaltdauer r nach Maßgabe des von dem Drucksen
sor 36 aufgenommenen Drucks P gesteuert, wie Fig. 13 zeigt.
Die Einschaltdauer r wird wie folgt geschrieben:
r = α · (PT-P). (6)
Somit ist der Öffnungsquerschnitt A:
A = {1-α (PT-P)} · Go · P
A + ΔA = {1-α (PT-P-ΔP)} · Go · (P+ΔP)
ΔA = {1-α (PT-2P-ΔP)} · Go · ΔP. (7)
A + ΔA = {1-α (PT-P-ΔP)} · Go · (P+ΔP)
ΔA = {1-α (PT-2P-ΔP)} · Go · ΔP. (7)
In der Theorie ändert sich die Verstärkung des Systems in Ab
hängigkeit von a, PT und ΔP, so daß das Ansprechverhalten und
die Stabilität schlechter werden. Außerdem ist es schwierig,
ein solches Problem zu lösen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Regelung des Ladedrucks bei einer Kraftfahrzeug-Brennkraft
maschine mit einem Turbolader der eingangs genannten Art an
zugeben, das einerseits eine schnelle Ansprechcharakteristik
aufweist und andererseits auch dann über ein ausgewogenes Re
gelverhalten verfügt, wenn abhängig von den Betriebsbedingun
gen ein gewünschter Ladedruck verändert wird.
Bei einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung wird die
Aufgabe gelöst durch ein Verfahren der gattungsmäßigen Art,
das gekennzeichnet ist durch die Bestimmung des Tastverhält
nisses r zum Betreiben des elektromagnetischen Ventils nach
folgender Beziehung:
r = (Ps-Po)/P;
wobei Ps vorgegebenen drehzahlabhängigen Soll-Ladedruckwerten
entspricht,
Po einem konstruktionsbedingten Standard-Ladedruckwert ent spricht und
P gemessenen Ist-Ladedruckwerten entspricht und
r im Bereich zwischen 0 und 1 liegt.
Po einem konstruktionsbedingten Standard-Ladedruckwert ent spricht und
P gemessenen Ist-Ladedruckwerten entspricht und
r im Bereich zwischen 0 und 1 liegt.
Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird die Auf
gabe gelöst durch ein Verfahren der gattungsmäßigen Art, das
gekennzeichnet ist durch die Bestimmung des Tastverhältnisses
r zum Betreiben des elektromagnetischen Ventils nach folgen
der Beziehung:
r = kn · Ps/P-(kn-1 + Po/P),
wobei Ps vorgegebenen drehzahlabhängigen Soll-Ladedruckwerten
entspricht,
Po einem konstruktionsbedingten Standard-Ladedruckwert ent spricht und
P gemessenen Ist-Ladedruckwerten entspricht,
kn ein vom Drosselklappenöffnungswinkel abhängiger Koeffi zient ist und
r im Bereich zwischen 0 und 1 liegt.
Po einem konstruktionsbedingten Standard-Ladedruckwert ent spricht und
P gemessenen Ist-Ladedruckwerten entspricht,
kn ein vom Drosselklappenöffnungswinkel abhängiger Koeffi zient ist und
r im Bereich zwischen 0 und 1 liegt.
Die Erfindung wird nachstehend
anhand der Beschreibung von Ausfüh
rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Systems gemäß
der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Steuereinheit
des Systems;
Fig. 3 ein Flußdiagramm, das den Betrieb des Systems
zeigt;
Fig. 4a
bis 4c Diagramme, die die Beziehung zwischen dem Lade
druck, dem Stelleinheitsdruck, dem Öffnungsquer
schnitt des Ladedruckregelventils entsprechend dem
Drosselklappenöffnungsgrad zeigen;
Fig. 5 eine Wellenform, die Impulse eines Einschaltsignals
zeigt;
Fig. 6 ein Flußdiagramm, das eine zweite Ausführungsform
zeigt;
Fig. 7a
bis 7c Diagramme der zweiten Ausführungsform;
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen
Turboladers;
Fig. 9 ein Diagramm von Charakteristiken des Ladedrucks
und des Öffnungsquerschnitts eines Ladedruckregel
ventils;
Fig. 10 eine schematische Darstellung eines weiteren her
kömmlichen Turboladers;
Fig. 11a
bis 11c Diagramme, die eine Charakteristik des herkömmli
chen Turboladers von Fig. 10 zeigen;
Fig. 12a
bis 12c Diagramme, die eine Charakteristik eines weiteren
Beispiels des herkömmlichen Turboladers zeigen; und
Fig. 13 ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges
zwischen Einschaltdauer und Ladedruck bei einem
herkömmlichen System.
Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 als Vierzylinder-Bo
xermotor, bei dem das Verfahren anwendbar ist; dabei hat ein
Zylinderkopf 2 der Brennkraftmaschine 1 Einlaßkanäle 2a und
Auslaßkanäle 2b, die mit einem Ansaugkrümmer 3 und einem Aus
puffkrümmer 9 in Verbindung sind. Eine Drosselklappenkammer 5
mit einer Drosselklappe 5a ist mit dem Ansaugkrümmer 3 durch
eine Luftkammer 4 verbunden. Die Drosselklappenkammer 5 steht
mit einem Luftfilter 7 durch ein Ansaugrohr 6 in Verbindung.
Der Luftfilter 7 ist mit einer Ansaugluftkammer 8 als Einlaß
kanal von Ansaugluft verbunden. In dem Ansaugrohr 6 ist an
der Aufstromseite der Drosselklappenkammer 5 ein Zwischenküh
ler 13 vorgesehen, und an der Abstromseite des Luftfilters 7
ist eine Resonatorkammer 14 vorgesehen.
Eine Bypassleitung 15 mit einem Leerlaufsteuerventil 16 ist
um die Drosselklappe 5a herum gebildet. Die Bypassleitung 15
ist mit dem Ansaugkrümmer 3 und der Resonatorkammer 14 in
Verbindung. Ein Rückschlagventil 17 ist in der Bypassleitung
15 an der Abstromseite des Leerlaufsteuerventils 16 vorgese
hen, um geöffnet zu werden, wenn der Ansaugdruck an der Ab
stromseite der Drosselklappe 5a negativ ist.
Der Auspuffkrümmer 9 ist mit einem Auspuffrohr 10 in Verbin
dung, in dem ein katalytischer Konverter 11 und ein Schall
dämpfer 12 angebracht sind.
Der in dem Auspuffrohr 10 vorgesehene Turbolader 18 hat den
gleichen Aufbau wie bei dem herkömmlichen System. Dabei hat
der Turbolader 18 die Turbine 18a mit Turbinenrad, die in dem
Gehäuse 18b untergebracht ist, das mit dem Auspuffrohr 10 in
Verbindung ist, den Verdichter 18d mit einem Verdichterrad,
das in dem Gehäuse 18e untergebracht ist, das mit dem Resona
tor 14 durch das Ansaugrohr 6 in Verbindung ist, und die Tur
binenwelle 18c. Die Auslaßöffnung des Gehäuses 18e ist mit
Zylindern der Brennkraftmaschine 1 über die Drosselklappe 5,
die Luftkammer 4 und den Ansaugkrümmer 3 in Verbindung.
Das Ladedruckregelventil 19, die membranbetätigte Stellein
heit 20 und ein Magnetventil 21 sind ebenfalls die gleichen
wie bei dem herkömmlichen System.
Das Magnetventil 21 ist mit dem Resonator 14 durch einen Ka
nal 14a und mit dem Ansaugkrümmer 6 an der Abstromseite des
Verdichters 18d durch einen Kanal 6b in Verbindung.
Ein Bypass 22a mit einem Absolutdrucksensor 22 ist mit dem
Ansaugkrümmer 3 in Verbindung. Ein Magnetventil 22b ist in
dem Bypass 22a vorgesehen, um den Absolutdrucksensor 22 se
lektiv mit dem Ansaugkrümmer 3 und der Atmosphäre zu verbin
den. Wenn der Absolutdrucksensor 22 mit dem Ansaugkrümmer
verbunden ist, wird der Ansaugdruck gemessen.
Einspritzer 23 sind in dem Ansaugkrümmer 3 in der Nähe der
entsprechenden Einlaßkanäle 2a angebracht. Eine Zündkerze 24a
ist in jeder Brennkammer, die in dem Zylinderkopf 2 gebildet
ist, angeordnet. Eine Zündeinrichtung 31 ist mit der Zünd
kerze 24a über eine Spule 24b verbunden.
Der Kraftstoff in einem Kraftstoffbehälter 32 wird dem Ein
spritzer 23 von einer im Kraftstoffbehälter 32 vorgesehenen
Kraftstoffpumpe 33 zugeführt. Der Kraftstoff im Kraftstoff
behälter wird den Einspritzern 23 von der Pumpe 33 durch eine
Kraftstoffleitung 32a mit einem Filter 34 zugeführt und durch
einen Druckregler 35 zum Kraftstoffbehälter 32 rückgeführt.
Der Kraftstoffdruck wird von dem Druckregler 35 auf einen
vorbestimmten Wert geregelt.
Ein Saugluftmengensensor 41 eines Hitzdraht-Luftdurchflußmen
gensensors ist in dem Ansaugrohr 6 an der Abstromseite des
Luftfilters 7 angeordnet. Ein Drosselklappenlagesensor 42 ist
vorgesehen, um den Öffnungsgrad der Drosselklappe 5a auf zu
nehmen. Zur Erfassung von Klopfen ist ein Klopfsensor 43 an
einem Körper 1a der Brennkraftmaschine 1 angebracht, um eine
Schwingung der Brennkraftmaschine 1 aufzunehmen. Ein Kühlmit
teltemperatursensor 45 ist in einem Kühlmittelmantel 44 der
Brennkraftmaschine vorgesehen, und ein O₂-Sensor ist in dem
Auspuffrohr 10 angeordnet.
Eine Kurbelwellenscheibe 25 ist auf einer Kurbelwelle 1b der
Brennkraftmaschine 1 befestigt. Ein Kurbelwinkelsensor 26
(magnetischer Geber) ist der Kurbelwellenscheibe 25 benach
bart vorgesehen, um Kurbelwinkel zu messen. Eine Nockenwel
lenscheibe 27 ist auf einer Nockenwelle 1c befestigt, um Noc
kenwellenwinkel zu messen. Ein Nockenwinkelsensor 28 ist der
Nockenwellenscheibe 27 benachbart vorgesehen.
Die Kurbelwellenscheibe 25 hat eine Vielzahl von Vorsprüngen,
die unter vorbestimmten Kurbelwinkeln angeordnet sind. Eine
Drehperiode der Brennkraftmaschine 1 wird aus einer abgelau
fenen Zeitdauer zwischen den Vorsprüngen berechnet. Einer der
Vorsprünge bezeichnet einen Referenz-Kurbelwinkel, um einen
Zündzeitpunkt und einen Einspritzzeitpunkt zu bestimmen.
Wenn sich die Kurbelwellenscheibe 25 dreht, tastet der Kur
belwinkelsensor 26 Positionen der Vorsprünge ab und erzeugt
Signale in Form von Impulsen.
Die Nockenwellenscheibe 27 weist eine Vielzahl von Vorsprün
gen auf, die entsprechend der Zündfolge der Zylindernummern
positioniert sind. Der Nockenwinkelsensor 28 tastet die Vor
sprünge ab, um ein Nockenwinkelsignal, das die Zylindernummer
bezeichnet, in Form von Impulsen zu erzeugen.
Als Kurbelwinkel- bzw. Nockenwinkelsensor kann anstelle des
magnetischen Gebers ein optischer Sensor verwendet werden.
Gemäß Fig. 2 weist die elektronische Steuereinheit 50, die
einen Mikrocomputer hat, eine CPU 51, einen ROM 52, einen RAM
53, einen Backup-RAM 54 und eine Ein-Ausgabe-Schnittstelle 55
auf, die miteinander über einen Bus 56 verbunden sind. Ein
Konstantspannungskreis 59 ist mit jedem Element der
Steuereinheit 50 verbunden, um eine vorbestimmte Konstant
spannung zuzuführen. Strom wird dem Konstantspannungskreis 59
von einer Batterie 57 durch einen Kontakt eines Relais 60 zu
geführt.
Die Batterie 57 ist mit einer Wicklung des Relais 60 durch
einen Schlüsselschalter 61 und mit der Kraftstoffpumpe 33
durch einen Kontakt eines Relais 62 verbunden. Die Sensoren
41, 26, 28, 42, 45, 46, 22 und 43 sind mit einem Eingang der
Ein-Ausgabe-Schnittstelle 55 verbunden. Die Batterie 57 ist
ferner mit dem Eingang verbunden, um die Spannung der Batte
rie 57 zu überwachen. Ein Ausgang der Ein-Ausgabe-Schnitt
stelle 55 ist mit der Zündkerze der jeweiligen Zylinder durch
die Zündeinrichtung 31 und einen Treiber 58 verbunden, der
mit dem Leerlaufsteuerventil 16, den Einspritzern 23, der
Wicklung des Relais 62, dem Magnetventil 21 und dem Magnet
ventil 22b verbunden ist.
Steuerprogramme und Festdaten, wie etwa eine Zündzeitpunkt-
Tabelle sind im ROM 52 gespeichert. Ausgangssignale der Sen
soren werden im RAM 53 gespeichert. Der RAM 53 speichert die
Ausgangssignale der Sensoren nach Datenverarbeitung in der
CPU 51. Der Backup-RAM 54 ist vorgesehen, um Störungsdaten zu
speichern. Der Backup-RAM 54 ist von der Batterie 59 ausfall
gesichert, um die gespeicherten Daten auch dann zu erhalten,
wenn der Schlüsselschalter 61 ausgeschaltet ist.
Die CPU 51 berechnet eine Einspritzimpulsdauer, einen Zünd
zeitpunkt und die Einschaltdauer r des Steuersignals zur
Steuerung des Magnetventils 21 nach Maßgabe der Steuerpro
gramme im ROM 52 und auf der Basis verschiedener Daten im RAM
53. Die entsprechenden Signale werden den Einspritzern 23,
den Zündeinrichtungen 31 bzw. dem Magnetventil 21 zugeführt,
um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, den Zündzeitpunkt bzw. den
Ladedruck durch den Turbolader 18 zu steuern.
Unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm von Fig. 3 wird der Be
trieb zur Steuerung des Ladedrucks beschrieben. Das Flußdia
gramm ist eine Ladedrucksteuerroutine, die in vorbestimmten
Intervallen wiederholt wird.
In Schritt S101 wird ein Soll-Ladedruck Ps aus einer Tabelle
auf der Basis einer Motordrehzahl NE abgeleitet. Erforderli
chenfalls wird für den abgeleiteten Druck eine Interpolation
durchgeführt. Die Tabelle in Schritt S101 zeigt ein Beispiel
von Soll-Ladedrücken Ps, die relative Drücke sind, wobei an
genommen ist, daß der Atmosphärendruck Null ist.
Alternativ wird der Soll-Ladedruck Ps durch Berechnung mit
verschiedenen Faktoren wie etwa einer Oktanzahl, die durch
eine Klopflernoperation abgeschätzt wird, und eine Atmosphä
rendruck-Korrektur erhalten.
In Schritt S102 wird abgefragt, ob der in der Brennkraftma
schine verwendete Kraftstoff Superbenzin oder Normalbenzin
ist, und zwar auf der Basis eines Gesamtkorrektur-Koeffizien
ten TCMP in der Zündzeitpunktsteuerung. Wenn Superbenzin ver
wendet wird, ist der MBT-Stellwinkel groß, und somit wird der
Gesamtkorrektur-Koeffizient TCMP groß. Durch Vergleich des
Gesamtkorrektur-Koeffizienten TCMP mit einem Vorgabewert SET
kann also die Benzinsorte detektiert werden.
Der Gesamtkorrektur-Koeffizient TCMP ist in der eigenen
JP-OS 1-294 966 beschrieben.
Bei TCMP < SET wird Superbenzin verwendet. Das Programm geht
zu Schritt S104. Bei TCMP < SET wird Normalbenzin verwendet.
Da das Normalbenzin schlechtere Antiklopfeigenschaften als
Superbenzin hat, muß der Soll-Ladedruck Ps korrigiert werden.
Daher geht das Programm zu Schritt S103, in dem ein Vorgabe
wert PSET (z. B. 0,3) von dem Soll-Ladedruck Ps subtrahiert
wird. Somit wird der Soll-Ladedruck Ps mit einem korrigierten
Wert vorgegeben (Ps ← Ps - PSET). Das Programm geht von
Schritt S103 zu Schritt S104.
In Schritt S104 wird eine Einschaltdauer r für das Magnetven
til 21 auf der Basis des Soll-Ladedrucks Ps und des von dem
Absolutdrucksensor 22 gemessenen Drucks P gemäß der folgenden
Gleichung berechnet:
r ← (PS - Po)/P, (8)
wobei Po ein Standard-Ladedruck wie vorher beschrieben ist.
In Schritt S105 wird abgefragt, ob die berechnete Einschalt
dauer r Null oder größer als Null ist. Bei JA geht das Pro
gramm zu Schritt S107, in dem abgefragt wird, ob die Ein
schaltdauer r gleich 1,0 oder kleiner als 1,0 ist. Bei JA
geht das Programm zu Schritt S109. Bei r < 1,0 geht das Pro
gramm zu Schritt S108, in dem die Einschaltdauer r mit 1,0
vorgegeben wird (r ← 1,0). Danach geht das Programm zu
Schritt S109.
Bei 0 < r in Schritt S105 geht das Programm zu Schritt S106,
in dem die Einschaltdauer r mit Null vorgegeben wird (r ← 0),
und das Programm geht zu Schritt S109.
In den Schritten S105 bis S108 wird also die Einschaltdauer r
in dem Bereich zwischen 0 und 1 vorgegeben (0 r 1,0).
In Schritt S109 wird die Einschaltdauer r vorgegeben, und das
Programm endet. Ein impulsförmiges Einschaltsignal, das der
vorgegebenen Einschaltdauer r entspricht, wird dem Magnetven
til 21 zugeführt.
Wie oben beschrieben, ist der Druck P im stabilen Zustand
durch die Gleichung (3) gegeben. Wenn Gleichung (3) durch
Gleichung (8) ersetzt wird, wird der Druck P wie folgt ge
schrieben:
P = {P/(P-Ps+Po)} · Po
P = Ps. (9)
P = Ps. (9)
Somit wird der Ist-Druck P zu dem Soll-Druck Ps.
Andererseits wird die Beziehung zwischen dem Öffnungsquer
schnitt A des Ladedruckregelventils 19 und dem Druck P im
Übergangszustand wie folgt geschrieben:
A = (1-r) Go · P, (10)
A + ΔA = (1-r) Go (P+ΔP). (11)
Wenn man die Gleichung (8) in die Gleichung (10) einsetzt, so
erhält man:
A = [1 - {(Ps-Po)/P}] Go · P = (P-Ps-Po)Go. (12)
Wenn man die Gleichung (8) in die Gleichung (11) einsetzt, so
erhält man:
A + ΔA = [1-{(Ps-Po)/(P+ΔP)}] Go · (P+ΔP) = (P+ΔP-Ps+Po) Go. (13)
Wenn Gleichung (12) von Gleichung (13) subtrahiert wird, so
gilt:
ΔA = Go · ΔP. (14)
Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß das Ansprechverhal
ten im Übergangszustand das ursprüngliche mechanische An
sprechverhalten Go ist, und zwar ungeachtet des Soll-Lade
drucks Ps.
Die Fig. 4a, 4b und 4c zeigen die Beziehung zwischen dem
Soll-Ladedruck Ps, dem Ist-Ladedruck P, dem Stelleinheits-Be
tätigungsdruck Pa sowie dem Öffnungsquerschnitt A des Lade
druckregelventils.
Der Stelleinheits-Betätigungsdruck Pa ist durch die folgende
Gleichung gegeben:
Pa = (1-r) P = {1-(Ps - Po)/P} P = P - (Ps - Po).
In Fig. 4b ist der Druck Ps mit 2Po vorgegeben. Wenn der
Druck P den Druck Po erreicht, steigt der Stelleinheits-Betä
tigungsdruck Pa. Andererseits ändert sich der Öffnungsquer
schnitt A des Ladedruckregelventils nach Maßgabe der Glei
chung (14) ungeachtet der Einschaltdauer r. In Fig. 4c zeigt
der Öffnungsquerschnitt A einen relativen Öffnungsquer
schnitt, wobei der minimale Öffnungsquerschnitt Null ist.
Gemäß der Erfindung können das Ansprechverhalten und die Sta
bilität ungeachtet des vorgegebenen Werts des Soll-Ladedrucks
Ps konstant gehalten werden. Infolgedessen können gute Fahr
eigenschaften erhalten werden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 6, die das Flußdiagramm der zweiten
Ausführungsform zeigt, werden gleiche Schritte wie bei der
ersten Ausführungsform nicht beschrieben.
Bei der zweiten Ausführungsform ist die mechanische Ansprech-
Charakteristik Go in ein Vorgabe-Ansprechverhalten G1 umge
wandelt, so daß das Ansprechverhalten in jedem Betriebsbe
reich positiv geändert wird. Nachdem der Soll-Ladedruck Ps in
Abhängigkeit von der Benzinsorte in den Schritten S102 und
S103 vorgegeben ist, geht das Programm zu Schritt S201, in
dem der Drosselklappenöffnungsgrad TH, der von dem Drossel
klappenlagesensor 42 erfaßt wurde, mit einem Vorgabewert THo
verglichen wird, der beispielsweise 60° ist. Bei TH < THo
geht das Programm zu Schritt S202, in dem ein Ladedruck-An
sprechkoeffizient k mit einem ersten Vorgabewert k1 vorgege
ben wird, der 1,1 ist. Der Ansprechkoeffizient k ist ein Ver
hältnis des Vorgabewerts G1 zu der mechanischen Ansprech-Cha
rakteristik Go (G1/Go). Danach geht das Programm zu Schritt
S204.
Bei TH < THo in Schritt S201 geht das Programm zu Schritt
S203, in dem der Koeffizient k mit einem zweiten Vorgabewert
k2 vorgegeben wird, der 0,5 ist. Das Programm geht dann zu
Schritt S204.
In Schritt S204 wird die Einschaltdauer r auf der Basis des
Soll-Ladedrucks Ps, des Ist-Ladedrucks P und des Standard-La
dedrucks Po wie folgt berechnet:
r ← k · Ps/P-(k - 1 + Po/P). (15)
Die Einschaltdauer r wird auf die gleiche Weise wie bei der
ersten Ausführungsform in Schritten S105 bis S109 vorgegeben.
Damit wird die mechanische Ansprech-Charakteristik Go des
Turboladers 18 in den Vorgabewert G1 nach Maßgabe der Glei
chung (15) umgewandelt.
Im stabilen Zustand wird die Gleichung (15) in die Gleichung
(3) eingesetzt.
P = [1/{-(G1/Go) · (PS/P)+(G1/Go)+(Po/P)}] · Po = [P/{-G1/Go) Ps + (G1/Go)P+Po}] · Po
P = Ps. (16)
P = Ps. (16)
Der Ist-Ladedruck P wird der Soll-Ladedruck Ps.
Andererseits wird im Übergangszustand die Gleichung (15) in
die Gleichung (10) eingesetzt. Gleichung (10) liefert:
A = {-(G1/Go) · (Ps/P) + (G1/Go) + (Po/P)} Go · P = -G1 · Ps + G1 · P + Go · Po. (17)
Gleichung (15) wird in die Gleichung (11) eingesetzt. Glei
chung (11) liefert:
A + ΔA = [- (G1/Go) {Ps/(P+ΔP)} + (G1/Go) + Po/(P+ΔP)] Go · (P+Δ)
= -G1 · Ps + G1 (P+ΔP) + Go · Po. (18)
= -G1 · Ps + G1 (P+ΔP) + Go · Po. (18)
Gleichung (17) wird von der Gleichung (18) subtrahiert:
ΔA = G1 · ΔP.
Die Fig. 7a, 7b und 7c zeigen die Beziehung zwischen dem La
dedruck, dem Ist-Druck, dem Öffnungsquerschnitt des Lade
druckregelventils entsprechend dem Drosselklappenöffnungsgrad
der zweiten Ausführungsform. Der Soll-Ladedruck Ps ist 2Po,
und der Ansprechkoeffizient k ist 1,1.
Wenn der Ansprechkoeffizient k gleich 0,5 ist, ist die Ein
schaltdauer r wie folgt:
r = 1/2 · Ps/P-1/2 + 1 - Po/P = 1/2.
Bei dieser Ausführungsform wird der Ladedruck im Übergangs zu
stand mit gutem Ansprechverhalten bei vollständig geöffneter
Drosselklappe gesteuert. Außerdem wird im teilgeöffneten Zu
stand der Drosselklappe der Ladedruck gleichmäßig gesteuert.
Ferner wird der Ladedruck auf einen Soll-Ladedruck geregelt.
Es ist möglich, das Ansprechverhalten und die Stabilität des
Betriebs auf gewünschte Werte einzustellen, und zwar ungeach
tet des Soll-Ladedrucks, so daß sich ein verbessertes Fahr
verhalten einstellt.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausfüh
rungsformen beschränkt. Beispielsweise kann das Magnetventil
21 so modifiziert sein, daß es zur Atmosphäre öffnet, wenn
die Einschaltdauer r Null ist. Bei dieser Modifikation ist
der Stelleinheits-Betätigungsdruck Pa, der auf die Stellein
heit 20 aufgebracht wird, Pa = r·P.
Claims (2)
1. Verfahren zur Regelung des Ladedrucks bei einer Kraft
fahrzeug-Brennkraftmaschine mit einem Turbolader, mit ei
nem Ladedruckregelventil zur Regelung einer Durchflußrate
von einer Turbine des Turboladers zugeführtem Abgas, mit
einem Ladedrucksensor, mit einer Stelleinheit zur Betäti
gung des Ladedruckregelventils, mit einem elektromagneti
schen Ventil zum gesteuerten Beaufschlagen der Stellein
heit mit einem Druckwert, welcher sich durch Verbinden
einer Druckentnahmestelle abstromseitig des Turboladers
im Ansaugrohr und einer Druckentnahmestelle aufstromsei
tig des Turboladers im Ansaugrohr mittels des elektro
magnetischen Ventils ergibt, wobei das elektromagnetische
Ventil mit einem vorgegebenen Tastverhältnis aktiviert
wird,
gekennzeichnet durch
die Bestimmung des Tastverhältnisses r zum Betreiben des
elektromagnetischen Ventils nach folgender Beziehung:
r = (Ps - Po)/P;wobei Ps vorgegebenen drehzahlabhängigen Soll-Ladedruck
werten entspricht,
Po einem konstruktionsbedingten Standard-Ladedruckwert entspricht und
P gemessenen Ist-Ladedruckwerten entspricht und
r im Bereich zwischen 0 und 1 liegt.
Po einem konstruktionsbedingten Standard-Ladedruckwert entspricht und
P gemessenen Ist-Ladedruckwerten entspricht und
r im Bereich zwischen 0 und 1 liegt.
2. Verfahren zur Regelung des Ladedrucks bei einer Kraft
fahrzeug-Brennkraftmaschine mit einem Turbolader, mit ei
nem Ladedruckregelventil zur Regelung einer Durchflußrate
von einer Turbine des Turboladers zugeführtem Abgas, mit
einem Ladedrucksensor, mit einer Stelleinheit zur Betäti
gung des Ladedruckregelventils, mit einem elektromagneti
schen Ventil zum gesteuerten Beaufschlagen der Stellein
heit mit einem Druckwert, welcher sich durch Verbinden
einer Druckentnahmestelle abstromseitig des Turboladers
im Ansaugrohr und einer Druckentnahmestelle aufstromsei
tig des Turboladers im Ansaugrohr mittels des elektro
magnetischen Ventils ergibt, wobei das elektromagnetische
Ventil mit einem vorgegebenen Tastverhältnis aktiviert
wird, sowie mit einem Sensor zur Erfassung des Drossel
klappenöffnungswinkels,
gekennzeichnet durch
die Bestimmung des Tastverhältnisses r zum Betreiben des
elektromagnetischen Ventils nach folgender Beziehung:
r = kn · Ps/P - (kn-1 + Po/P),wobei Ps vorgegebenen drehzahlabhängigen Soll-Ladedruck
werten entspricht,
Po einem konstruktionsbedingten Standard-Ladedruckwert entspricht und
P gemessenen Ist-Ladedruckwerten entspricht;
kn ein vom Drosselklappenöffnungswinkel abhängiger Ko effizient ist und
r im Bereich zwischen 0 und 1 liegt.
Po einem konstruktionsbedingten Standard-Ladedruckwert entspricht und
P gemessenen Ist-Ladedruckwerten entspricht;
kn ein vom Drosselklappenöffnungswinkel abhängiger Ko effizient ist und
r im Bereich zwischen 0 und 1 liegt.
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