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Dokumentenidentifikation DE60014988T2 03.11.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0001031713
Titel Steuerverfahren eines Abgasturboladers mit veränderlicher Geometrie, inbesondere für einen Dieselmotor
Anmelder Renault S.a.s., Boulogne Billancourt, FR
Erfinder Jouno, Jean-Jacques, 45330 Malesherbes, FR;
Meurisse, Olivier, 92160 Antony, FR;
Stewart, Malcom, 75013 Paris, FR
Vertreter Patent- und Rechtsanwälte Bardehle, Pagenberg, Dost, Altenburg, Geissler, 81679 München
DE-Aktenzeichen 60014988
Vertragsstaaten DE, ES, GB, IT
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 10.02.2000
EP-Aktenzeichen 004003810
EP-Offenlegungsdatum 30.08.2000
EP date of grant 20.10.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.11.2005
IPC-Hauptklasse F02B 37/24

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Turboladers mit veränderlicher Geometrie, insbesondere für einen Verbrennungsmotor vom Typ Diesel, welcher ein Kraftfahrzeug ausstattet. Turbolader diesen Typs ermöglichen es, den Durchlass von Abgasen in Richtung zur Turbine, welche vom Auspuffkrümmer des Motors her kommen mehr oder weniger zu verschließen.

Das Patent EP 0 786 589 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Turboladers mit variabler bzw. veränderlicher Geometrie, mit Hilfe deren die Regelung des Veränderungsbauteils der Geometrie des Turboladers unter einem Anwenden von zwei unterschiedlichen Strategien der Regelung sichergestellt wird, welche in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors verwendet werden.

Jede der zwei Regelungsstrategien basiert auf einer Rückkopplungs-Steuerung, welche mittels einem Unterschied zwischen einem Einstell-Aufladungsdruck und einem Ansaugdruck, welcher in dem Ansaugkrümmer des Motors gemessen wird, wirkt. Die eine der angewandten Strategien in quasi stationären Betriebszustand des Motors besteht darin, einen Proportional-Integral-Regler einzusetzen, wohingegen die andere Strategie, welche im Übergangsbetrieb verwendet wird, im Einsetzen eines Proportional-Differenzial (PD)-Reglers besteht, wobei das Schalten zwischen den zwei Strategien in Abhängigkeit von der Ableitung (bzw. dem Differenzial) im Verhältnis zur Zeit des Druckes der Aufladung definiert ist.

Dieses Steuerungsverfahren ermöglicht es, während den Übergangsbetriebszuständen (bzw. -drehzahlen) den Druckanstieg im Ansaugkrümmer zu verfeinern, um die zu starken Überschwingungen des reellen Drucks der Aufladung im Verhältnis zum Einstell-Aufladungsdruck zu vermeiden. Jedoch ermöglicht dieses Steuerungsverfahren nicht, einen vollkommen fehlerfreien Betrieb des Verbrennungsmotors bei gewissen, besonderen Fahrbedingungen des Kraftfahrzeugs zu erhalten. Wenn eine abrupte Anfrage einer Beschleunigung seitens des Fahrers des Fahrzeugs sich ereignet (schnelles Niederdrücken des Beschleunigungspedals), ist es so notwendig, urplötzlich den Einstell-Aufladungsdruck zu erhöhen. Dadurch steigt der Abstand zwischen dem Einstell-Aufladungsdruck und dem in dem Einlasskrümmer gemessenen Druck auf plötzliche Art und Weise an und bleibt über eine gewisse Zeit bestehen. Es resultiert hieraus nicht nur eine Erhöhung bis zum maximalen Wert des Steuerungssignals des Stellelements der Regelung des Turboladers, sondern auch das Aufrechterhalten auf diesem Wert über eine gewisse Zeitdauer. Auf diese Weise werden das oder die mechanischen Bauteile, welche den Durchlassquerschnitt der Abgase in Richtung zum Turbinenrad bestimmen, an ihrem Anschlag gehalten und lassen nur einen geringen Durchlassquerschnitt der Abgase weiterbestehen. Hierdurch nimmt der Druck stromaufwärts der Turbine einen deutlich größeren Wert ein, als der Aufladungsdruck, was folglich eine Gegenspülung in den Zylindern des Motors und eine Drosselung von diesen hervorruft. Diese Situation dauert an und das Steuerungssignal des Stellelements bleibt auf seinem maximalen Wert, während die Differenz zwischen dem Einstelldruck und dem gemessenen Ansaugdruck nicht das Vorzeichen wechselt, d.h. dass der Ansaugdruck nicht über den Einstelldruck hinausgeht. Der Fahrer empfindet dieses Phänomen als einen Mangel an Agilität des Motors bei der Beschleunigung.

Die Erfindung hat als Aufgabe ein Steuerungsverfahren eines Turboladers mit veränderbarer Geometrie zu liefern, welches keinen der Nachteile von bekannten Verfahren mit sich bringt, welche oben analysiert wurden.

Sie hat somit ein Steuerungsverfahren eines Turboladers mit veränderbarer Geometrie zum Gegenstand, welches dafür bestimmt ist, die Aufladung eines Verbrennungsmotors, insbesondere vom Typ Diesel, welcher ein Kraftfahrzeug ausstattet, sicherzustellen, wobei der Turbolader einen Aktuator bzw. ein Stellelement aufweist, das fähig ist, den Durchlassquerschnitt der Abgase des Motors in Richtung zum Turbinenrad des Turboladers festzulegen,

  • – wobei das Verfahren besteht in:
  • – ein Steuerungssignal des Stellelements zu erzeugen, selektiv gemäß zweier Strategien, von denen eine erste im quasi-permanenten Betrieb des Motors umgesetzt wird, und von denen die zweite im Übergangsbetrieb desselbigen angewandt wird, folgend auf eine plötzliche Nachfrage bzw. Forderung einer Beschleunigung des Motors, wobei die Auswahl bzw. Selektion der zweiten Strategie durch Erfassen der Entwicklung über die Zeit von mindestens einem Parameter ausgeführt wird, der stellvertretend für die vom Motor geforderte Last ist, und
  • – während dem Umsetzen der ersten Strategie das Steuerungssignal mittels einer Regelungsschlaufe mit Rückkopplung zu bestimmen, deren Eingangsparameter sind: der Druck, welcher in dem Ansaugkrümmer des Motors gemessen wird, und ein Einstell-Ansaugdruck, welcher stellvertretend für den momentanen geforderten Aufladungsdruck ist, festzulegen;
  • – wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass es auch besteht in:
  • – ab der Auswahl der zweiten Strategie für das Steuerungssignal einen Wert festzulegen, welcher aus der Übereinanderlagerung resultiert einer ersten, im Wesentlichen während dem Übergangsbetrieb konstanten Komponente, und welche ab der Auswahl festgelegt ist, in Abhängigkeit des Parameters, der stellvertretend für die Last und für die Drehgeschwindigkeit des Motors ist, und einer zweiten Komponenten, welche am Beginn des Übergangsbetriebs als einen Ausgangswert denjenigen der ersten Komponenten einnimmt, und welche ausgehend von diesem Ausgangswert auf einen Wert nahe bei Null abnimmt derart, dass die Entwicklung des Steuerungssignals zunächst eine maximale Reduzierung, sodann eine progressive Erhöhung des Durchlassquerschnitts in Richtung zu einem Wert hervorruft, welcher der neuen, geforderten Last folgend auf die plötzliche Beschleunigungsnachfrage entspricht, und
  • – das Umsetzen der zweiten Strategie aufrecht zu halten, mindestens bis diese zweite Komponente den Wert Null erreicht.

Dank dieser Merkmale wird der Durchlassquerschnitt der Abgase in Richtung zum Turbinenrad dazu gebracht, sich zu vergrößern und somit wird der Gegendruck dazu gebracht, sich zu verringern, bevor er ein Risiko einer Drosselung (frz. étouffement) des Motors darstellt. Das Verfahren ermöglicht jedoch trotzdem ein schnelles Aufdrehen bzw. schnell in Drehung setzten des Motors, da ab dem Umsetzen der zweiten Strategie der Durchlassquerschnitt maximal geschlossen wird, jedoch diese Situation nicht ausreichend andauert, damit der Gegendruck schädlich für einen guten Betrieb des Motors wird.

Gemäß anderen vorteilhaften Merkmalen der Erfindung kann das Verfahren bestehen in:

  • – den Wert der ersten Komponente in einer Kartographie aufzunehmen in Abhängigkeit des Parameters, welcher für die vom Motor geforderte Last repräsentativ ist und von der Drehgeschwindigkeit von diesem;
  • – den Parameter, welcher repräsentativ für die geforderte Last ist, durch den Grad eines Eindrückens bzw. Niederdrückens des Gaspedals, welches zum Motor gehört, festzulegen;
  • – der zweiten Komponente ein exponentielles Abnahmegesetz aufzuerlegen;
  • – die zweite Komponente durch Filterung der ersten Komponente zu erzeugen, unter einem Anwenden auf sie einer Filterungsgleichung der Form:
    in welcher:
  • – CO1 der Wert der ersten Komponente ist;
  • – CO2 der Wert der zweiten Komponente ist;
  • – K der Filterungsfaktor ist;
  • – T eine Zeitkonstante ist;
  • – den Wert, welcher aus der Übereinanderlagerung der ersten und zweiten Komponenten resultiert, in den Spitzen zu kappen, vor das Anlegen bzw. Anwenden an dem Stellelement;
  • – mit einer vorgegebenen Schwelle, die Summe des Parameters, welcher repräsentativ für die Last, die Drehgeschwindigkeit des Motors und die Ableitung des Parameters über die Zeit ist, zu vergleichen, einen Gewichtungsfaktor an jeden der Terme der Summe anzuwenden, und die Umschaltung von der ersten Strategie auf die zweite Strategie auszuführen, wenn die Summe größer als die Schwelle wird; und die Umschaltung von der zweiten Strategie auf die erste Strategie auszuführen, wenn die Summe niedriger als die Schwelle wird.

Die Erfindung hat ebenso eine Vorrichtung für das Umsetzen des Verfahrens, wie es oben definiert ist, zum Gegenstand.

Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Verlaufe der nachfolgenden Beschreibung offenbar, welche lediglich beispielhaft gegeben wird und unter einem sich Beziehen auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt, in welchen:

1 ein funktionales Schema einer Steuerungsvorrichtung eines Turboladers ist, welche die Umsetzung der Erfindung ermöglicht;

2 durch ein vereinfachtes Organigramm die Durchführung der Umschaltung zwischen den durch das Verfahren gemäß der Erfindung verwendeten Strategien darstellt; und

3 ein Diagramm des Prozentanteils des Verhältnisses der zyklischen Öffnung (RCO; Steuersignal) in Abhängigkeit von der Zeit ist, welches die Entwicklung dieses Verhältnisses darstellt, wenn eine plötzliche Nachfrage einer Beschleunigung des Verbrennungsmotors auftritt, der mit einem Turbolader ausgestattet ist, welcher gemäß dem Verfahren der Erfindung gesteuert ist.

Bevor im Detail das Verfahren der Erfindung beschreiben wird, präzisiert man zunächst, dass die Erfindung an Turbolader mit veränderbarer Geometrie von dem Typ anwendbar ist, welcher in dem zuvor genannten europäischen Patent beschrieben ist, d.h. einem Turbolader, in welchem die Leitschaufel bewegliche Schaufeln aufweist, welche es ermöglichen, die Ausrichtung bzw. Richtung der Abgase im Verhältnis zu den Schaufeln des Rotors variieren zu lassen. Ein derartiger Typ von Turbolader wird z.B. von dem Unternehmen Garrett unter der Bezeichnung VNT25 TD 2502 hergestellt. Die Erfindung ist jedoch ebenso an Turboladern anwendbar, deren Einlassquerschnitt der Turbine durch einen axial beweglichen Kolben im Verhältnis zur Achse des Turboladers eingestellt werden kann. Ein Beispiel eines derartigen Turboladers ist derjenige, welcher durch das genannte Unternehmen unter der Bezeichnung VNTOP 15 hergestellt wird.

Die zwei Arten von Turboladern sind mit einem elektromagnetischen Stellelement bzw. Aktuator des oder der Einstell-Bauteile ausgestattet, welchen man durch einen pulsierten Strom versorgen kann, dessen zyklisches Verhältnis den Grad der Verstellung dieser Bauteile bestimmt, wobei die Drehgeschwindigkeit des Turboladers umso höher ist, wie dieses zyklische Verhältnis z.B. erhöht wird.

Die Beschreibung des Verfahrens, welche nachfolgt, wendet sich insbesondere an den zweiten Typ von Turboladern mit Axialkolben an, welcher oben erwähnt ist; dies ist der Grund, warum der Einstellparameter, welcher an den Stellantrieb 1 angelegt wird, durch %RCO bezeichnet werden wird (für Prozentanteil des zyklischen Öffnungsverhältnisses). Jedoch wird explizit klargestellt, dass die vorliegende Erfindung sich ebenso mutatismutandis (bzw. mit den nötigen Änderungen) auf Turbolader anwendet, welche eine Leitschaufel aufweisen, deren Schaufeln eine variable Stellung haben.

Aus diesem Grund hat man unter einem sich nun Beziehen auf 1 zur Vereinfachung der Zeichnung lediglich das Stellelement 1 des Turboladers dargestellt, mit Ausnahme des Motors und des Turboladers. Dieses Stellelement empfängt ein impulsartiges Steuersignal, welches ausgedrückt ist als %RCO.

Die Steuerungsvorrichtung weist erste Regelungsmittel auf, welche allgemein durch das gestrichelte Rechteck 2 bezeichnet sind. Die ersten Regelungsmittel umfassen eine Kartographie 3, in welcher Werte von %RCO gespeichert sind, die in Abhängigkeit von zwei Parametern dargestellt sind, welches die Drehgeschwindigkeit N des Verbrennungsmotors und als Parameter, welcher die Last des Motors darstellt, der Grad %PA des Eindrückens des zum Motor gehörenden Gaspedals sind. Die Drehgeschwindigkeit wird durch einen Sensor 4 geliefert und der Grad eines Eindrückens des Pedals durch einen Sensor 5.

Die ersten Regelungsmittel 2 umfassen ebenso ein Rechner-Bauteil 6, um einen Referenzdruck Pref in Abhängigkeit von einer Reihe von Parametern zu bestimmen, welche die Signale N und %PA umfassen, die jeweils durch die Sensoren 4 und 5 geliefert werden, und ebenfalls diejenigen von drei anderen Sensoren 7, 8 und 9, welche jeweils Werte liefern, die repräsentativ für die Temperatur Te des Kühlwassers des Motors, der Außentemperatur Ta und des atmosphärischen Drucks patm sind.

Die ersten Regelungsmittel 2 umfassen ebenso einen Subtrahierer 10, welcher von dem Wert Pref einen Druckwert Pmes subtrahiert, welcher den Wert eines aktuellen Drucks des Motors darstellt, wobei dieser Wert durch einen Sensor 11 aufgenommen wird. Die Differenz &Dgr;P zwischen dem Druck Pref und dem Druck Pmes wird an einen PID-Regler 12 angelegt. Das Ausgangssignal dieses letzteren wird in einem Addierer 13 zu dem aus der Kartographie 3 gezogenen Wert addiert.

Die Regelung, welche durch die Regelungsmittel 2 ausgeführt wird, wird auf Basis der Werte Pref und Pmes realisiert auf den Ansaugdruck des Motors. In diesem Fall wird der Druck Pmes durch einen Sensor 11 aufgenommen, welcher in dem Ansaugkrümmer gesetzt ist, und das Rechnerbauteil 6 bestimmt den Wert Pref als Referenzwert des Ansaugdrucks.

Die ersten Regelungsmittel 2, welche beschrieben wurden, sind fähig, eine erste Steuerungsstrategie des Turboladers umzusetzen, welche einem quasipermanenten Betrieb des Verbrennungsmotors entspricht, d.h. ohne beträchtliche Sprünge des Einstellwerts Pref. Diese Strategie entspricht einer PID-Regelung mit Reaktion mit einem Regelbeitrag in offener Schlaufe, welcher durch den Wert sichergestellt ist, der aus der Kartographie 3 herausgezogen wird. Man kann anmerken, dass diese Werte, welche in dieser Kartographie abgelegt sind, einem nominalen, theoretischen Betrieb eines idealen Motors entsprechen, welchem der PID-Regler 12 eine Korrektur geben wird, welche die Streuung berücksichtigt, welche der benutzte Motor im Verhältnis zu diesem idealen Motor aufweist.

Somit wird, während die Strategie des quasi-permanenten Betriebs vorherrscht, das Ausgangssignal SC2 der Regelungsmittel, welches somit der Ausgang des Addierers 13 ist, an ein Spitzenkappungsbauteil 14 angelegt, welches die Auswanderung des Signals auf eine solche An und Weise begrenzt, um es zwischen einem zulässigen Wert %RCOmin und einem zulässigen Wert %RCOmax zu halten. Das so gekappte Signal wird an das Stellelement 1 angelegt, um das zyklische Verhältnis seines Steuerstroms, der pulsiert wird, zu steuern. Die Veränderung dieses Steuerstroms hat als Auswirkung eine Veränderung des Durchlassquerschnitts der Abgase, die durch den Motor erzeugt werden, wobei ein geringer Durchlassquerschnitt einer erhöhten Drehgeschwindigkeit der Welle des Turboladers entspricht.

Die Steuerungsvorrichtung gemäß der Erfindung umfasst ebenso zweite Regelungsmittel, welche durch das Rechteck 15 symbolisiert sind, und welche aus einer offenen Regelschleife (bzw. Regelkreis) bestehen. Sie weisen eine Kartographie 16 auf, in welcher eine Reihe von Werten gespeichert ist, welche in Abhängigkeit der Signale N und %PA der Sensoren 4 und 5 ausgewählt werden können. Diese Reihe von Werten ist verschieden von als derjenigen, die in der Kartographie 3 enthalten ist, und wird festgelegt, um die zweite Steuerungsstrategie des Turboladers auszuarbeiten. Der Wert CO1, welcher aus der Kartographie 16 ausgewählt ist, wird an einen Summierverstärker 17 angelegt, welcher diesen Wert zu einem Wert CO2 hinzufügt, welcher ausgehend von dem Wert CO1 erhalten ist, jedoch in dem vorliegenden Beispiel durch einen Filter 18 modifiziert ist. Der Ausgang des Addierers 17 ist das Ausgangssignal SC15 der zweiten Regelungsmittel und er wird an das Kappungsbauteil 14 angelegt, um die Steuerung des Stellelements 1 zu ermöglichen, während die zweite Betriebsstrategie des Turboladers umgesetzt wird.

Der Filter 18 ist konstruiert, um an seinem Eingang eine zeitliche Gleichung anzuwenden, von der Form:

  • in welcher:
  • – K der Filterungsfaktor ist;
  • – T eine Zeitkonstante ist.

So wird das Signal SC15, welches von den zweiten Regelungsmitteln 15 herkommt, durch zwei Komponenten CO1 und CO2 gebildet, die in dem Addierer 17 übereinander gelagert bzw. übereinander gelegt werden, wobei die eine der Komponenten aus der Kartographie 16 ausgewählt ist, und wobei die andere auf eine Art und Weise berechnet wird, dass sie von einem Ausgangswert abnimmt bei Auslösung der zweiten Strategie auf einen Wert in etwa nahe bei Null.

Gemäß einer Variante der Erfindung kann man anstatt dem Filter 18 Kartographien verwenden, welche in den Speicher unter einer Beteiligung von Parametern eingestellt sind, wie z.B. der Motordrehzahl, dem Prozentanteil des Niederdrückens des Gaspedals, der Ableitung dieses letzteren Wertes, der Zeit, welche seit dem Niederdrücken des Pedals abgelaufen ist, etc.

Die Steuerungsvorrichtung umfasst schließlich ein Schaltorgan 19, welches die Summe der Parameter N und %PA der Sensoren 4 und 5 und der Ableitung des Parameters %PA, welche in dem Rechnerbauteil 20 aufgestellt ist, berechnet unter einer Berücksichtigung einer Gewichtung für jenen der Terme dieser Summe. Das Ergebnis dieser Berechnung wird mit einer vorgegebenen Schwelle verglichen, und wenn das Ergebnis diese Schwelle überschreitet ist es die zweite Strategie, die umgesetzt wird, wenn es nicht die erste Strategie ist. Man kann somit zwischen dem quasi-permanenten Betrieb und dem Übergangsbetrieb umschalten, in welchen man jeweils die ersten 2 und die zweiten 15 Regelungsmittel in Betrieb setzt. Die Funktionsweise dieses Steuerungsbauteils 19 ist in 2 dargestellt, welche zeigt, dass in Abhängigkeit der Parameter N, %PA und d%PA/dt, das Steuerungsverfahren zwischen den Strategien I und II auswählt, welche jeweils durch die ersten Steuerungsmittel 2 und die zweiten Steuerungsmittel 15 ausgearbeitet werden, um die Erzeugung des tatsächlich an das Stellelement 1 angelegten Wertes von %RCO herbeizuführen.

3 stellt die Umsetzung des Verfahrens, welches man beschrieben hat, dar, wenn eine plötzliche Anfrage einer Beschleunigung seitens des Fahrers des Fahrzeugs auftritt. Man nimmt an, dass der Verbrennungsmotor in geringer Drehzahl und bei geringer Last gemäß der Strategie I läuft. Die offene Schlaufe der ersten Steuerungsmittel 2 ermittelt einen Wert von %RCO von 5% z.B., welcher gegebenenfalls durch einen Korrekturwert angepasst wird, der durch die Schlaufe bzw.

Regelungskreis mit Rückkopplung bestimmt wird, die durch den Einstellwerterzeuger 6, den Subtrahierer 10 und den PID-Regler 12 gebildet wird. Der an das Stellelement 1 angelegt Wert %RCO bewirkt, dass der Kolben des Turboladers in einer Stellung ist, welche einer vollständigen Öffnung des Einlasses dieses Turboladers entspricht. Dieser dreht somit mit einer geringen Geschwindigkeit. In dem Beispiel der 3 dauert diese Phase des Betriebs willkürlich an bis zum Zeitpunkt t = 2 Sekunden.

In diesem Moment stellt das Schaltbauteil 19 ein Überschreiten der vorbestimmten Schwelle durch die Summe der Werte %PA, N und d%PA/dt fest, was repräsentativ dafür ist, dass der Beschleuniger bzw. das Gaspedal, welches zum Motor gehört, plötzlich durch den Fahrer des Fahrzeugs gedrückt wird. Dies übersetzt sich in eine Steuerungsaktion des Schaltbauteils 19, welches das Verfahren von der Strategie I eines quasi-permanenten Betriebs zu der Strategie II eines Übergangsbetriebs übergehen lässt, welcher durch die zweiten Steuerungsmittel 15 sichergestellt wird.

Diese Strategie II besteht zunächst darin, einen Wert CO1 in der Kartographie 16 in Abhängigkeit von der aktuellen Stellung des Pedals (%PA) und der Geschwindigkeit N des Motors auszuwählen. In der Graphik der 3 nimmt man an, dass dieser Wert von %RCO gleich zu 70% ist. Das entsprechende Signal wird als erste Komponente an den ersten Eingang des Addierers 17 angelegt.

Dieses Signal wird jedoch ebenso an den Filter 18 angelegt, welcher eine zweite Komponente ausarbeitet (hier gleich zu 35% RCO z.B.), welcher Wert an den anderen Eingang des Addierers 17 angelegt wird. Die Summe der zwei Werte SC15 wird an den Kapper bzw. die Kappungseinrichtung 14 geliefert, welche den Wert auf %RCOmax begrenzt, der in diesem Beispiel mit 85% ausgewählt ist. Es ist dieser Wert, welcher während einer ersten Phase a) einer Erfüllung der Strategie II verwendet wird, um das Stellelement 1 zu steuern.

Es folgt hieraus, dass der Kolben der Turbine des Turboladers sich bis zu seinem Anschlag schließt, was einen minimalen Durchlassquerschnitt von Abgasen entspricht, mit der Konsequenz einer Beschleunigung des Gasstroms und eines Setzens des Turbinenrades des Turboladers in eine schnelle Geschwindigkeit. Da der Regelungskobeln von diesem in dieser Stellung ist, steigt der Druck in dem Auslasskrümmer (bzw. Abgaskrümmer) des Motors schnell auf der Grund der Tatsache an, dass die Geschwindigkeit von diesem ebenso schnell ansteigt.

Wenn der Gegendruck in dem Auslasskrümmer, welcher auf Grund dieser Stellung des Kolbens erzeugt wird, andauert durch das Halten des Steuerungssignals des Stellelements 1 auf seinem maximalen Wert, geht der Motor das Risiko ein, sich zu drosseln. In dem gewählten Beispiel stellt sich dies am Ende einer Dauer b) von z.B. einer Sekunde ein.

Jedoch behält dank der Erfindung das Ausgangssignal SC15 der Regelungsmittel 15 nicht den maximalen Wert über das Ende der Phase a) bei, da die zweite Komponente CO2, welche vom Filter 18 her kommt, beginnt abzunehmen gemäß einer Kurve, die hier in einer exponentiellen Form gewählt ist. Diese Kurve wird durch die oben beschriebene zeitliche Gleichung festgelegt. Am Ende der Phase a) kommt der Ausgangswert SC15 des Addierers 17 somit zum Wert %RCOmax zurück, dann über diesen hinaus, das Steuerungssignal des Stellelements nimmt gemäß der gleichen Kurve ab, bis dieses gleich zu Null wird.

Es resultiert hieraus, dass der Regelungskolben des Einlasses der Turbine des Turboladers progressiv zum Ausgang der Phase a) zurückgeht, wobei er so den dem Motor auferlegten Gegendruck verringert, bei einem gleichzeitigen Aufrechterhalten einer ausreichenden Erhöhung des Aufladungsdrucks auf Seiten des Kompressors in dem Einlasskrümmer des Motors. Die exponentielle Entwicklungskurve des Wertes %RCO wird auf solch eine Art und Weise gewählt, dass eine ausreichende Reduzierung stattfindet bevor es ein Risiko einer Drosselung des Motors gibt, d.h. vor dem Ablauf der Periode b) aus 3.

Das Steuerungssignal %RCO des Stellelements 1 schließt somit unter einem Wiederankommen auf einen Wert ab, für welchen der Luftdurchlass bei der Ansaugung des Motors sich stabilisiert. Der aktuelle Ansaugdruck wird somit wieder zu dem Einstelldruck zurückgekehrt sein und die Steuerungsvorrichtung kann erneut über die Regelungsmittel 2 schalten, um die Ausführung der Strategie I eines permanenten Betriebs sicherzustellen, wenn die Schwelle, welche in der Schaltvorrichtung aufgestellt ist, erneut in Richtung nach unten durchbrochen wird. In dem vorliegenden Beispiel tritt diese Schaltung am Ende von in etwa fünf Sekunden, wie es in 3 dargestellt ist, ein.

Es ist anzumerken, dass das Verfahren gemäß der Erfindung mittels einem passenden Programm umgesetzt werden kann, welches in dem Rechner bzw. Bordcomputer des Verbrennungsmotors durchgeführt wird.


Anspruch[de]
  1. Steuerungsverfahren eines Abgasturboladers mit veränderlicher Geometrie, der dafür bestimmt ist, die Aufladung eines Verbrennungsmotors sicherzustellen, insbesondere vom Typ Diesel, welcher ein Kraftfahrzeug ausstattet, wobei der Turbolader ein Stellelement (1) aufweist, das fähig ist, den Durchlassquerschnitt von Abgasen des Motors in Richtung zu dem Turbinenrad des Turboladers festzulegen;

    – wobei das Verfahren besteht in:

    – einem Hervorrufen eines Steuerungssignals (% RCO) des Stellelements (1), selektiv gemäß zweier Strategien, von denen eine erste im quasi permanenten Betrieb des Motors eingesetzt wird, und von denen die zweite im Übergangsbetrieb von diesem auf die Folge einer abrupten Nachfrage einer Beschleunigung des Motors angewendet wird, wobei die Auswahl der zweiten Strategie durch Erfassung der Entwicklung über die Zeit von mindestens einem Parameter (% PA) ausgeführt wird, der repräsentativ für die vom Motor geforderte Last ist, und

    – in einem Bestimmen des ersten Strategie das Steuerungssignal (% RCO), während dem Umsetzen mittels einer Regelungsschlaufe mit Rückkopplung (2), deren Eingangsparameter der Druck (Pmes) ist, welcher im Einlasskrümmer des Motors gemessen wird, und einem Einstelldruck (Pref), der repräsentativ für den momentanen erforderlichen Druck einer Aufladung ist,

    – wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es ebenso darin besteht, ab der Auswahl der zweiten Strategie für das Steuerungssignal (% RCO) einen Wert festzulegen, welcher aus der Übereinanderlagerung einer ersten Komponenten (CO1), welche im Wesentlichen während dem Übergangsbetrieb konstant ist, und welche ab der Auswahl bestimmt wird, in Abhängigkeit vom Parameter (% PA), der stellvertretend für die Last und die Drehgeschwindigkeit des Motors ist, und einer zweite Komponente (CO2), welche am Beginn des Übergangsbetriebs als Ausgangswert denjenigen der ersten Komponente (CO1) einnimmt, und welche ausgehend von diesem Ausgangswert abnimmt auf einen Wert nahe bei Null derart, dass die Entwicklung des Steuerungssignals (% RCO) zunächst eine maximale Reduzierung sodann eine progressive Erhöhung des Durchlassquerschnitts in Richtung zu einem Wert hervorruft, welcher der neuen Last entspricht, die folgend auf die abrupte Nachfrage einer Beschleunigung gefordert wird, und

    – das Umsetzen der zweiten Strategie aufrechtzuerhalten, mindestens bis die zweite Komponente (CO2) den Wert Null erreicht.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, den Wert der ersten Komponente (CO1) in eine Kartographie (16) in Abhängigkeit des Parameters (% PA) aufzunehmen, welcher repräsentativ für die vom Motor geforderte Last und die Drehgeschwindigkeit (N) desselbigen ist.
  3. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter, welcher repräsentativ für die geforderte Last ist, der Grad eines Eindrückens (% PA) des zum Motor gehörenden Beschleunigungspedals ist.
  4. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht der zweiten Komponente (CO2) ein Gesetz einer exponentiellen Abnahme aufzuerlegen.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, die zweite Komponente (CO2) durch Filterung (18) der ersten Komponente (CO1) zu erzeugen, unter einem Anwenden auf sie einer Filterungsgleichung der Form:
    in welcher:

    – CO1 der Wert der ersten Komponente ist;

    – CO2 der Wert der zweiten Komponente ist;

    – K der Filterungsfaktor ist;

    – T eine Zeitkonstante ist.
  6. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es auch darin besteht, den Wert (SC15), welcher aus der Übereinanderlagerung der ersten und zweiten Komponente (CO1, CO2) resultiert, in den Spitzen zu kappen, vor einem Anlegen an das Stellelement (1).
  7. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es in einem Vergleichen der Summe des Parameters (% PA) besteht, welcher stellvertretend für die Last ist, mit einer vorbestimmten Schwelle, der Drehgeschwindigkeit (N) des Motors und der Ableitung (d%PA/dt) des Parameters über die Zeit, einen Gewichtungskoeffizienten an jeden der Terme der Summe anzulegen und die Umschaltung der ersten Strategie auf die zweite Strategie durchzuführen, wenn die Summe größer als der Schwellenwert wird.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, die Umschaltung der zweiten Strategie in die erste Strategie durchzuführen, wenn die Summe geringer als der Schwellenwert wird.
  9. Vorrichtung für die Umsetzung des Verfahrens gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche.
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