DE19607071A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche

Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind aus der DE-OS-41 03 839 bekannt. Dort ist System zur Beeinflussung der einer Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge beschrieben. Ausgehend von dem Vergleich zwischen einem Sollwert und einem Istwert bestimmen zwei Regler Ansteuersignale für zwei Steller.

Bei Regelkreisen der eingangs genannten Art kann es zu unerwünschten Zuständen kommen, wenn beispielsweise einer der Steller defekt ist und in seiner Stellung verharrt, bzw. der Regler nicht ordnungsgemäß arbeitet.

Vorteile der Erfindung

Mittels der erfindungsgemäßen Vorgehensweise läßt sich bei einem identifizierten Fehler die Kontrolle über den Ladedruck aufrechterhalten, indem ersatzweise der nicht ausgefallene Steller betätigt wird.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 ein Blockdiagramm und Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung am Beispiel einer selbstzündenden Brennkraftmaschine dargestellt. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise kann aber auch bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen eingesetzt werden, in diesem Fall sind die Steller und Sensoren entsprechend zu modifizieren.

In Fig. 1 ist die Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine 100 dargestellt. Die Luft gelangt über eine Zuführleitung 105 zur Brennkraftmaschine 100. Über eine Abgasleitung 110 gibt sie Abgase ab. Eine Rückführleitung 115 verbindet die Abgasleitung 110 mit der Zuführleitung 105. In der Rückführleitung ist ein Abgasrückführventil 120 angeordnet, das die Menge an rückgeführtem Abgas beeinflußt.

In der Zuführleitung ist ein Verdichter 125 angeordnet, der die zugeführte Luft verdichtet. Mittels eines Drosselklappenstellers 130 kann die angesaugte Frischluftmenge mittels einer Drosselklappe variiert werden. Der Druck P2, unter dem die der Brennkraftmaschine zugeführte Luft steht, wird mittels eines Sensors 135 erfaßt.

Der Verdichter 125 wird von einer in der Abgasleitung 110 angeordneten Turbine 140 angetrieben. Mittels eines Laderstellers 141 kann der Wirkungsgrad des Laders, und somit die Menge bzw. der Druck der verdichteten Luft geregelt werden.

Eine Steuerung 150 beaufschlagt den Drosselklappensteller 130 mit einem Ansteuersignal AD, den Kraftstoffmengensteller 145 mit einem Signal QK, das Abgasrückführventil 120 mit einem Signal AV und den Ladersteller 140 mit einem Signal LV. Die Steuerung 150 wertet die Ausgangssignale eines Drehzahlsensors 165, eines Fahrpedalstellungsgebers 160, des Ladedrucksensors 135 und ggf. weitere Signale von weiteren Sensoren, beispielsweise eines Fahrpedalstellungsgebers 160, aus.

Das Ausgangssignal FP des Fahrpedalstellungsgebers 160 und das Drehzahlsignal N des Drehzahlgebers 165 werden von einer Kraftstoffmengensteuerung 152 verarbeitet, die dann den Kraftstoffmengensteller 145 mit dem Ansteuersignal QK beaufschlagt. Desweiteren gibt die Kraftstoffmengensteuerung 152 ein Signal S bezüglich des Sollwertes für den Ladedruck sowie das Kraftstoffmengensignal QK an eine Ladersteuerung 154 weiter. Die Ladedrucksteuerung 154 verarbeitet ferner das Ausgangssignal 1 des Ladedrucksenors 135. Die Ladedrucksteuerung 154 stellt das Signal AV, das Signal AD sowie das Signal LV zur Verfügung.

Diese Einrichtung arbeitet nun wie folgt: Die über die Zuführleitung 105 zugeführte Frischluft wird von dem Verdichter 125 verdichtet. Mittels des Drosselklappenstellers 130 kann die Drosselklappe derart angesteuert werden, daß die zugeführte Luftmenge gedrosselt bzw. ungedrosselt zur Brennkraftmaschine 100 gelangt. Die Abgase, die über die Abgasleitung 110 abgeführt werden, treiben die Turbine 140 an, die wiederum den Verdichter 125 antreibt. Mittels des Laderstellers 141 kann der Wirkungsgrad des Verdichters beeinflußt werden. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Waste-Gate handeln, mittels dem ein Teil des Abgases von der Abgasleitung unmittelbar, unter Umgehung der Turbine 140 in den Auspuff gelangt. Desweiteren kann vorgesehen sein, daß die Turbine eine variable Geometrie aufweist, womit die Drehzahl der Turbine steuerbar ist.

Ein Teil des Abgases gelangt über die Rückführleitung 115 in die Zuführleitung 105. Mittels des Abgasrückführventils 120 ist der Querschnitt dieser Rückführleitung veränderbar und damit ist der Anteil der rückgeführten Abgasmenge an der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge einstellbar.

Die Kraftstoffmengensteuerung 152 berechnet ausgehend vom Fahrerwunsch, der mittels des Fahrpedalstellungsgebers 160 erfaßt wird, der Drehzahl N und ggf. weiteren Betriebskenngrößen ein Ansteuersignal QK, das die einzuspritzende Kraftstoffmenge festlegt. Mit diesem Signal wird der Kraftstoffmengensteller 145 angesteuert. Ferner gibt die Kraftstoffsteuerung 152 ein Sollwert für den Ladedruck vor. Dieser Sollwert entspricht der gewünschten Luftmenge, die zur Verbrennung der Kraftstoffmenge QK erforderlich ist. Die Ladedrucksteuerung 154 steuert den Drosselklappensteller 130, das Abgasrückführventil 120 sowie den Ladersteller 141 derart an, daß sich der entsprechende Ladedruck einstellt.

Die Ladersteuerung 154 ist in Fig. 2 detaillierter dargestellt. Einer Überwachung 200 wird das Ausgangssignal S der Kraftstoffmengensteuerung 152 zugeführt, die den Sollwert S für den Ladedruck vorgibt. Desweiteren bearbeitet die Überwachung 200 den Istwert 1 des Ladedrucks. Der Ist- und der Sollwert des Ladedrucks werden im Verknüpfungspunkt 205 miteinander vorzugsweise additiv überlagert. Am Ausgang des Verknüpfungspunktes 205 liegt die Differenz zwischen dem Soll- und dem Istwert an. Diese Regelabweichung gelangt über ein Schaltmittel 210 zu einem ersten Regler 215 und/oder zu einem zweiten Regler 220.

Bei einer ersten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Schaltmittel 210 die Regelabweichung wahlweise dem ersten Regler 215 oder dem zweiten Regler 220 zuführt. Bei einer zweiten Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, daß das Schaltmittel 210 so ausgestaltet ist, daß es im Normalbetrieb die Regelabweichung sowohl dem ersten Regler 215 als auch dem zweiten Regler 220 zuleitet. Das Schaltmittel 210 wird ebenfalls von der Überwachung 200 angesteuert.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Schaltmittel 210 die Regelabweichung abhängig von Betriebszustand dem einen und/oder dem anderen Regler zuleitet. Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei kleinen Lasten, der erste Regler 215 und damit der Drosselklappensteller 130 aktiv ist. Bei hohen Lasten dagegen ist der zweite Regler 220 aktiv. In einem Zwischenbereich sind beide Regler aktiv.

Dies bedeutet jeder Regler hat einen Arbeitsbereich, innerhalb dem er aktiv ist. Als Lastsignal wird bei einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung vorzugsweise eine Größe verwendet, die ein Maß für die eingespritzte Kraftstoffmenge QK darstellt. Bei kantengesteuerten Systemen ist dies beispielsweise die Position der Regelstange oder des Verstellhebels, bei magnetventilgesteuerten Systemen ist es die Einspritzdauer.

Die Ausgangssignale des ersten Reglers 215 und des zweiten Reglers 220 gelangen ebenfalls zu der Überwachung 200 und zu dem Verknüpfungspunkt 230 bzw. zu dem Verknüpfungspunkt 235. Im Verknüpfungspunkt 230 wird das Ausgangssignal des ersten Reglers 215 mit dem Ausgangssignal einer ersten Vorsteuerung 240 verknüpft. Entsprechend wird das Ausgangssignal des zweiten Reglers 220 in dem Verknüpfungspunkt 235 mit dem Ausgangssignal der zweiten Vorsteuerung 245 verknüpft. Die erste Vorsteuerung 240 und die zweite Vorsteuerung 245 verarbeiten die Signale verschiedener Sensoren 248.

Das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 230 gelangt zu einem Schaltmittel 250. Das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 235 gelangt zu einem Schaltmittel 255. Am zweiten Eingang des Schaltmittels 250 liegt das Ausgangssignal einer Vorgabe 260 und am zweiten Eingang des Schaltmittels 255 liegt das Ausgangssignal einer zweiten Vorgabe 265. Die erste Vorgabe 260 und die zweite Vorgabe 265 werden mit den Signalen verschiedener Sensoren 268 beaufschlagt. Das Schaltmittel 25Ü beaufschlagt den Drosselklappensteller 130 mit dem Signal AD. Dabei entstammt das Signal AD wahlweise dem Verknüpfungspunkt 230 bzw. der ersten Vorgabe 260. Das Schaltmittel 255 beaufschlagt den Ladersteller 141 mit dem Ansteuersignal LV. Das Schaltmittel beaufschlagt den Ladersteller 141 wahlweise mit dem Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 235 bzw. der zweiten Vorgabe 265. Die Schaltmittel 250 und 255 werden von der Überwachung 200 angesteuert.

Diese Einrichtung arbeitet wie folgt: Der Verknüpfungspunkt 205 bildet ausgehend von dem Sollwert S und dem Istwert I die Regelabweichung. Diese wird über das Schaltmittel 210 dem ersten Regler 215 und/oder dem zweiten Regler 220 zugeleitet. Im Normalfall kann vorgesehen sein, daß das Schaltmittel 210 die Regelabweichung sowohl dem ersten Regler 215 als auch dem zweiten Regler 220 zuleitet. Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß abhängig von den vorliegenden Betriebsbedingungen die Regelabweichung wahlweise dem ersten Regler 215 oder dem zweiten Regler 220 zugeleitet wird.

Im Verknüpfungspunkt 230 bzw. im Verknüpfungspunkt 235 wird den Ausgangssignalen der Regler die Ausgangssignale der ersten Vorsteuerung 240 bzw. der zweiten Vorsteuerung 245 überlagert. Diese Vorsteuerung gibt abhängig von verschiedenen Betriebskenngrößen einen Vorsteuerwert vor, der in der Regel ausreichend ist, um bei den vorliegenden Betriebsbedingungen den entsprechenden Ladedruck einzustellen. Vorzugsweise werden zur Vorgabe der Vorsteuerwerte die entsprechenden Betriebsparameter ausgewertet wie zur Berechnung des Sollwertes.

Anschließend gelangt das Ausgangssignal, der Verknüpfungspunkte 230 und 235, die Ausgangssignale der Regler und der Vorsteuerungen vorzugsweise additiv verknüpfen, über die Schaltmittel 250 bzw. 255 zu den entsprechenden Stellgliedern. Die Schaltmittel 250 und 255 sind im Normalbetrieb in der durchgezogenen Position geschaltet.

Die Überwachung 200 wertet den Ist- und den Sollwert, sowie die Ausgangssignale des ersten Reglers 215 und des zweiten Reglers 220 aus. Diese Signale vergleicht die Überwachung 200 miteinander auf Plausibilität. Unplausible Signale liegen beispielsweise vor, wenn eine bleibende Regelabweichung im Betriebsbereich eines Reglers auftritt. Dies bedeutet, daß das Ausgangssignal des jeweils aktiven Reglers länger als ein vorgebbarer Zeitraum größer als ein Schwellwert ist.

Solange diese Signale plausible Werte annehmen, liegt Normalbetrieb vor. Erkennt die Überwachung 200, daß eines der Ausgangssignale der beiden Regler einen unplausiblen Wert annimmt, so steuert die Überwachung zum einen das Schaltmittel 210 derart an, daß dem defekten Regler keine Regelabweichungen mehr zugeführt wird. Ferner kann vorgesehen sein, daß gleichzeitig das Schaltmittel 250 bzw. 255, das dem defekten Regler zugeordnet ist, derart angesteuert wird, daß anstelle des Ausgangssignals des Reglers der entsprechende Vorgabewert verwendet wird.

Die unplausiblen Signale können darauf beruhen, daß der Regler 250, 255 oder der zugeordnete Steller 120, 141 nicht ordnungsgemäß arbeitet.

Bei einem erkannten Fehler in einem der beiden Regelkreise wird der als defekt erkannte Regler deaktiviert, er erhält kein Signal bzgl. der Regelabweichung zugeführt. Ferner wird der Arbeitsbereich des intakten Reglers um den Arbeitsbereich des als defekt erkannten Stellers erweitert. Dies bedeutet, daß der intakte Steller in einem Arbeitsbereich arbeitet, in dem im Normalbetrieb der defekte Steller arbeiten würde.

Beispielsweise kann bei einem Defekt des Drosselklappenstellers, der zur Folge hat, daß diese in einem teilweise geschlossenen Zustand verbleibt, der Lader so angesteuert werden, daß dieser den Fehler kompensiert. Das heißt der Lader stellt einen höheren Druck und damit mehr Luft zur Verfügung.

Als Ersatz für das Reglerausgangssignals kann dem jeweiligen defekten Steller 120, 141 als Ersatzsignal das Ausgangssignal der jeweiligen Vorgabe 260, 265 zugeführt. Die Ausgangssignale der Vorgaben sind so bemessen, daß der Steller inaktiv ist und/oder in eine sichere Position übergeht, in der er keinen Einfluß auf den Ladedruck besitzt.

Diese Steuerung arbeitet wie in Fig. 3 dargestellt. In einem ersten Schritt 300 werden die Sollwerte S und der Istwert I für den Ladedruck von der Überwachung 200 erfaßt. Ausgehend von der Regelabweichung, die im Ausgang des Verknüpfungspunkt 205 ansteht, berechnen der erste Regler 215 ein Ansteuersignal AD* für den Steller 120. Ferner berechnet der zweite Regler 220 ein Ansteuersignal LV* für den zweiten Steller 141. Die Ausgangssignale der Regler AD* und LV* werden ebenfalls im Schritt 300 von der Überwachung 200 erfaßt.

Im anschließenden Schritt 310 überprüft die Überwachung 200 diese Signale auf Plausibilität. Beispielsweise wird überprüft, ob bei einem der Regler eine bleibende Regelabweichung auftritt. Dies bedeutet, es wird überprüft, ob die Differenz zwischen dem Sollwert I und dem Sollwert S länger als ein vorgegebene Zeitdauer größer als ein vorgegebener Schwellwert ist. Ist dies bei einem der Regler der Fall, so wird dieser als defekt erkannt. Die Abfrage 315 überprüft, ob auf Fehler erkannt wurde. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt erneut Schritt 300.

Erkennt die Abfrage 310, daß ein Fehler vorliegt, überprüft die Abfrage 320, ob das Ausgangssignal des ersten Reglers 215 als unplausibel erkannt wurde. Ist dies nicht der Fall, so folgt Abfrage 330. Ist dies der Fall, so wird im Schritt 325 das Schaltmittel 250 von der Überwachung 200 derart angesteuert, daß anstelle des Ausgangssignals AD* des ersten Reglers das Ausgangssignal der ersten Vorgabe 260 zum Steller 120 gelangt.

Erkennt die Abfrage 330, daß ein Defekt im Bereich des Reglers 220 aufgetreten ist, so wird entsprechend das Schaltmittel 255 im Schritt 335 derart angesteuert, daß anstelle des Ausgangssignals des Verknüpfungspunktes 235 das Stellelement 141 von der zweiten Vorgabe 265 mit einem Ansteuersignal beaufschlagt wird.

Claims (8)

1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit ersten und zweiten Mitteln zur Beeinflussung der Luftmenge, die der Brennkraftmaschine zugeführt wird, wobei ausgehend von dem Vergleich zwischen einem Sollwert und einem Istwert für die zugeführte Luftmenge, mittels eines ersten und eines zweiten Reglers Ansteuersignale für ein erstes und ein zweites Stellglied vorgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von den Ansteuersignalen für die Stellglieder, dem Sollwert und/oder dem Istwert ein Fehler erkannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fehler einem der beiden Regler zugeordnet wird.

3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler, dem der Fehler zugeordnet ist, deaktiviert wird.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steller, der von dem Regler beaufschlagt wird, dem der Fehler zugeordnet ist, ein Ersatzwert zuführbar ist.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Regler ein Arbeitsbereich zugeordnet ist und der Arbeitsbereich des intakten Reglers um wenigstens einen Teilbereich des Arbeitsbereich des Reglers erweitert wird, dem der Fehler zugeordnet ist.

6. Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit ersten und zweiten Mitteln zur Beeinflussung der Luftmenge, die der Brennkraftmaschine zugeführt wird, wobei ein erster und ein zweiter Regler ausgehend von dem Vergleich zwischen einem Sollwert und einem Istwert für die zugeführte Luftmenge, Ansteuersignale für ein erstes und ein zweites Stellglied vorgeben, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die ausgehend von den Ansteuersignalen für die Stellglieder, dem Sollwert und/oder dem Istwert ein Fehler erkennen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Stellglied den Anteil an rückgeführtem Abgas beeinflußt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Stellglied den Wirkungsgrad eines Laders, und somit die Menge bzw. den Druck der zugeführten Luft beeinflußt.