DE10233951B4

DE10233951B4 - Verfahren zur Adaption eines Stellstreckenmodells für einen Abgasturboladersteller

Info

Publication number: DE10233951B4
Application number: DE10233951A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Ellmer
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2010-06-24
Anticipated expiration: 2022-07-26
Also published as: US7024300B2; DE10233951A1; US20060000213A1; FR2842869A1

Abstract

Verfahren zur Adaption eines Stellstreckenmodells für einen Steller eines Abgasturboladers bei einer Brennkraftmaschine mit den folgenden Schritten:
– Erkennung (38) eines stationären oder quasi-stationären Betriebszustandes der Brennkraftmaschine,
– Ansteuerung (42) eines ersten Stellers für den Abgasturbolader im Abgastrakt unter schrittweiser Erhöhung des Ansteuersignals,
– Ermittlung (46) eines Sollwertes und Ermittlung (48) eines Istwertes der Turbinenleistung,
– Ermittlung (52) eines Istwertes der Verdichterleistung aus dem Istwert der Turbinenleistung,
– ausgehend vom Istwert der Verdichterleistung Durchführung (54) einer schrittweisen Verstellung eines zweiten Stellers im Ansaugtakt zur Kompensation der Wirkung der Ansteuerung des ersten Stellers, in der Weise, dass die Brennkraftmaschine bei konstantem Drehmoment und konstanter Drehzahl im stationären oder quasi-stationären Zustand verbleibt,
– Vergleich (58) des Sollwertes mit dem Istwert der Turbinenleistung und Bestimmung der Abweichung hierzwischen und
– Ermittlung (60) eines Korrekturwertes für das Stellstreckenmodell und für die Ansteuerung des ersten Stellers aus der...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Adaption eines Stellstreckenmodells für einen Abgasturbolader bei einer Brennkraftmaschine.
Aus der DE 44 41 164 A1 ist eine Steuerung des Ladeluftstroms für eine aufgeladene Brennkraftmaschine bekannt. Hierzu wird eine Bypassleitung mit einem schnell reagierenden Stellelement parallel zum Lader eines Abgasturboladers vorgesehen.
Aus der DE 198 34 762 C2 ist ein Verfahren zur Funktionsprüfung eines Bypasselements für eine Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader bekannt. Zur Funktionsprüfung des Bypasselements wird dieses kurzzeitig geöffnet und die sich daraus ergebene Ladedruckänderung am Abgasturbolader gemessen. Übersteigt die Ladedruckänderung einen vorbestimmten Grenzwert, so liegt ein Fehler vor.
Die DE 36 24 441 A1 offenbart ein Diagnoseverfahren zur quantitativen Überprüfung von Stellgliedern bei Brennkraftmaschinen, nämlich des Leerlaufstellers und der Tankentlüftung. Hierbei kann so vorgegangen werden, dass durch eine gegenläufige Luftmengensteuerung in den Bereichen Leerlauf und Tankentlüftung das Fahrverhalten im Gut-Zustand nicht geändert wird, die Drehzahl konstant bleibt und die Diagnose passiv abläuft, so dass ein derartiger Testzyklus während der Fahrt durchgeführt werden kann, ohne dass dies der Fahrer merkt.
Steller zur Ansteuerung des Turbinenverhaltens eines Abgasturboladers zeigen in der Praxis eine gewisse Streuung bzgl. ihrer Stellwirkung und ihrer Ansteuersignale. Die wesentlichen Ursachen hierfür sind, in den Bauteiltoleranzen im Fertigungsprozess und im rauhen Einsatzumfeld zu sehen. Die Streuung führt zur Verzögerung des Stellers und zu Ansteuerfehlern bei der Modellierung des Stellers in dem Stellstreckenmodell als Teil einer Ladedruckregelung. Eine spezifische Anpassung von Modellparametern ist nicht bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Adaption eines Stellstreckenmodells bereitzustellen, das mit einfachen Mitteln zuverlässig Parameter für einen Steller mit möglichst geringem Aufwand adaptiert.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens bilden den Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt in einem ersten Schritt eine Erkennung eines stationären oder quasi-stationären Betriebszustands der Brennkraftmaschine. Wurde ein stationärer oder quasi-stationärer Betriebszustand erkannt, so wird ein erster Steller für den Abgasturbolader im Abgastrakt angesteuert. Ebenfalls wird ein zweiter Steller im Ansaugtrakt angesteuert derart, dass die Brennkraftmaschine in dem Betriebszustand verbleibt. Die Ansteuerung des zweiten Stellers kompensiert die Wirkung, die sich mit dem Ansteuern des ersten Stellers ergibt. Erfindungsgemäß werden der Sollwert und der Istwert der Turbinenleistung ermittelt, und aus dem Istwert der Turbinenleistung wird der Istwert der Verdichterleistung ermittelt. Ausgehend vom Istwert der Verdichterleistung wird eine schrittweise Änderung des zweiten Stellers im Ansaugtrakt durchgeführt, um die Wirkung der Ansteuerung des ersten Stellers zu kompensieren, in der Weise, dass die Brennkraftmaschine bei konstantem Drehmoment und konstanter Drehzahl im stationären oder quasi-stationären Zustand verbleibt. Aus der Abweichung zwischen dem Sollwert und Istwert der Turbinenleistung wird ein Korrekturwert für das Stellstreckenmodell und die Ansteuerung des ersten Stellers gewonnen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit ohne eine Änderung des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine ein Korrektursignal für die Ansteuerung des ersten Stellers ermittelt. Erfolgt die Ansteuerung des ersten Stellers über ein Stellstreckenmodell, so können die ermittelten Korrekturwerte zur Änderung des Stellstreckenmodells eingesetzt werden, was die Änderung der Ansteuersignale des ersten Stellers bewirkt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können zwei Ansätze für die konstant Betriebszustände unterschieden werden. Beim ersten Zustand werden die Betriebspunkte für die Verbrennung wie beispielsweise Zündwinkel konstant gehalten. Bei einem zweiten Ansatz wird ohne konstante Betriebspunkte für die Verbrennung gearbeitet, was allerdings ein nicht optimales Brennverhalten während der Adaptionsphase nachsichziehen kann. Allerdings sind bei beiden Ansätzen mindestens effektives Moment und Drehzahl konstant, so dass ein Fahrer den Adaptionsvorgang nicht bemerkt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als erster Steller im Abgastrakt ein oder mehrere Stellereinheiten für eine Wastegate-Position, einen Turbinenschaufelanstellwinkel, eine Position einer Schiebehülse an dem Abgasturbolader vorgesehen, die als elektrische Steller mit und ohne Lagerückmeldung sowie Über- und Unterdruck geführte Membran dosen ausgebildet sind. Diese ersten Stellereinheiten werden in einem stationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine angesteuert.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als zweiter Steller im Ansaugtrakt ein oder mehrere Stelleinheiten für eine Drosselklappe, eine Rückstromklappe und/oder ein Rückstromventil vorgesehen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der stationäre oder quasi-stationäre Betriebszustand aufgrund der Werte für die Motordrehzahl, die Füllung, die Füllungszusammensetzung bei interner Abgasrückführung, die Einspritzmenge, den Zündwinkel, das Motormoment und die Ventiltriebeinstellung erkannt. Diese Größen stehen der Motorsteuerung für den einwandfreien Betrieb der Brennkraftmaschine zur Verfügung, so dass diese für die Erkennung des stationären oder quasi-stationären Betriebszustands nicht gesondert erfasst werden müssen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der erste Steller schrittweise angesteuert. Bevorzugt sind hierbei Schrittbreite und Abstand zwischen den Schritten derart gewählt, dass die Änderung der Turbinenleistung bei jedem Schritt erfasst werden kann. Abhängig vom Betriebszustand werden also sowohl die Höhe des Ansteuersignals als auch der Abstand zwischen den Ansteuersignalen so gewählt, dass die aufgrund der Ansteuerung herbeigeführte Wirkung gut erfassbar ist.
Da die Wirkung des ersten Stellers sich mit der Zeit aufbauen muss, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den zweiten Steller nach einer Verzögerungszeit anzusteuern. Die Verzögerungszeit kann beispielsweise abhängig von dem Stellstreckenmodell erfolgen.
Als besonders vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Verfahren erweist sich, die Erkennung des stationären bzw. quasi-stationären Betriebszustands im nicht aufgeladenen Betrieb vorzunehmen. Um die Wirkung der Ansteuerung des ersten Stellers nach Möglichkeit gering zu halten, hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, den ersten Steller in Betriebszuständen anzusteuern, in denen eine Änderung des Abgasgegendrucks nur eine geringe Änderung des Betriebszustands der Brennkraftmaschine bewirkt. Ebenfalls kann ein Wert ermittelt werden, der einen Minimalwert für ein Ansprechen der Stellstrecke auf ein Ansteuersignal für den ersten Steller angibt. Hierbei wird festgestellt, ob eine erfassbare Änderung in der Stellstrecke aufgrund des Ansteuersignals auftritt (schwarzweiß-Ansatz).
In einer möglichen Ausgestaltung erfolgt die Bestimmung der Turbinenleistung aufgrund von Messungen. In einer alternativen Ausgestaltung erfolgt die Bestimmung der Turbinenleistung aus Mess- und Modellwerten oder ausschließlich auf Grund von Modellwerten des Abgastrakts und des Ansaugtraktes.
Da Drehmoment und Drehzahl durch die Ansteuerung des ersten und zweiten Stellers konstant gehalten werden, bleibt die Adaption der Streckenparameter für einen Benutzer unbemerkt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine,
2 eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Blockdiagramm und
3 eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Blockdiagramm.
1 zeigt eine Brennkraftmaschine 10 in einer schematischen Ansicht. Über einen Ansaugtrakt 12 wird der Brennkraftmaschine Frischluft zugeführt. Die zugeführte Frischluft strömt durch einen Luftfilter 14 und einen Ladeluftkühler 16. Stromaufwärts von dem Ladeluftkühler 16 ist ein Verdichter 18 eines Abgasturboladers vorgesehen. Stromabwärts von dem Ladeluftkühler 16 ist eine Drosselklappe 20 vorgesehen. Die verdichtete Frischluft tritt in einen der Zylinder 22 ein, wobei zur besseren Übersicht in der Figur lediglich vier Zylinder eingezeichnet sind. Stromabwärts von der Brennkraftmaschine 10 befindet sich der Abgastrakt 24 mit einem Katalysator 26. Stromaufwärts von dem Katalysator 26 ist eine Turbine 28 des Abgasturboladers angeordnet. Es versteht sich von selbst, dass die Turbine 28 mit dem Verdichter 18 gekoppelt ist, um im Betrieb über die Turbine 28 den Verdichter 18 anzutreiben.
Parallel zu dem Abgastrakt 24 im Bereich der Turbine 28 ist ein Bypass 30 mit einem Wastegate 32 vorgesehen. In 1 ist dargestellt, dass eine Motorsteuerung 34 das Wastegate 32 und die Drosselklappe 20 ansteuert. Zustandwerte zum Betriebszustand der Brennkraftmaschine 22 werden als Daten 36 in der Motorsteuerung 34 zur Verfügung gestellt.
Bei dem erfindungsgemäßen Adaptionsverfahren wird das Wastegate 32 schrittweise angesteuert. Ein Schließen des Wastegates 32 bewirkt einen ansteigenden Abgasgegendruck. Um Drehzahl und Drehmoment der Brennkraftmaschine konstant zu halten, wird dies durch die Drosselklappe 20 kompensiert. Bei Otto-Motoren hat es sich als besonders günstig herausgestellt, die Frischluftfüllung zu erhöhen und unter Erhöhung der Abgasmasse und Temperatur drehmomentneutral eine Spätzündung zu verwenden.
Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Hinblick auf 2 näher erläutert. In einem ersten Verfahrensschritt 38 erfolgt eine stationäre Betriebserkennung der Brennkraftmaschine. Diese erfolgt bevorzugt im nicht aufgeladenen Betrieb. Eingangsgrößen für die stationäre Betriebserkennung 38 sind die im Block 40 zusammengefassten Werte für Motordrehzahl, Füllung, Füllungszusammensetzung (EGR), Einspritzmenge, Zündwinkel, Motormoment und Ventiltrieb.
Für einen erkannten stationären bzw. quasi-stationären Betriebszustand erfolgt in Schritt 42 eine schrittweise Erhöhung des Ansteuersignals des Stellers im Abgastrakt. Die Ansteuerung des Stellers führt zu Änderungen der Zustände an der Turbine. In Schritt 44 werden diese erfasst und an die stationäre Betriebserkennung 38 zurückgeführt. So können Änderungen im stationären Betrieb schnell und zuverlässig erkannt werden.
In Verfahrensschritt 46 wird aufgrund des Ansteuersignals für den ersten Steller der Sollwert für die Turbinenleistung ermittelt. In Verfahrensschritt 48 wird der Istwert der Turbinenleistung ermittelt. In den Verfahrensschritten 44 bis 48 stehen über die Motorsteuerung die Werte 50 für den Abgasmassenstrom, Temperaturen vor und nach Turbine, Abgasgegendruck und Druck nach Turbine zur Verfügung. Bei den Größen 50 kann es sich um direkte Messwerte oder um Modellwerte aus der Motorsteuerung handeln.
Der Istwert für die Turbinenleistung wird in einen Istwert für die Verdichterleistung in Schritt 52 umgerechnet. Ausgehend von dem Istwert der Verdichterleistung erfolgt in Schritt 54 eine schrittweise Änderung der Steller im Frischlufttrakt zur Kompensation des ersten Stellers. Ziel der Kompensation ist, Saugrohrdruck und Zylinderfrischluftfüllung konstant zu halten. Unterhalb von vorbestimmten Mindestschwellwerten für den Eingriff des zweiten Stellers, kann der Kompensationseingriff zur Vereinfachung des Verfahrens unterbleiben.
Nicht in der Figur dargestellt ist ein anfänglicher Initialisierungsschritt des Verfahrens, bei dem der Istwert der Verdichterleistung festgestellt und für den späteren Vergleich gespeichert wird.
Die Abweichung zwischen Soll- und Istwerten für die Turbinenleistung wird in Schritt 58 bestimmt und an eine Bewertung bzw. Filterung weitergeleitet. Ausgehend von der Bewertung bzw. Filterung kann eine Diagnose 62 des Stellverhaltens vorgenommen werden.
In Schritt 60 werden im wesentlichen Korrekturwerte für ein Stellstreckenmodell und die Ansteuersollwerte ermittelt. In dem Adaptionsschritt 64 fließen ebenfalls die Ansteuersignale ein. Das adaptierte Streckenmodell 64 ist Ausgangspunkt für die Bestimmung des Sollwerts der Turbinenleistung in Verfahrensschritt 46.
3 zeigt eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zur besseren Übersicht sind gleiche Verfahrensschritte mit gleichen Bezugszeichen versehen. Nachfolgend werden lediglich die Abweichungen gegenüber dem oben beschrieben Verfahren erläutert.
Im Unterschied zu dem oben beschrieben Verfahren wird bei dem mit Bezug auf 3 dargestellten Verfahren in Schritt 66 der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine bei konstanter Drehzahl und konstantem effektiven Moment durch Beeinflussung der Verbrennung geändert. In Schritt 68 wird die zu erwartende Änderung an der Turbine, d. h. der zu erwartenden Änderung der Turbine bei fehlender Ansteuerung des ersten Stellers im Abgastrakt berechnet. In Schritt 68 wird also der Sollwert der Turbinenleistung bei einer Veränderung des Betriebspunktes bestimmt, ohne dass eine Änderung des ersten Stellers im Abgastrakt berücksichtigt wird. In Verfahrensschritt 68 wird der Sollwert für die Turbinenleistung abhängig von den Parametern 50 berechnet, wobei diese ebenfalls die Änderungen des Betriebspunkts der Brennkraftmaschine berücksichtigen.
In Schritt 70 werden die Zustände an der Turbine bestimmt. In Verfahrensschritt 72 wird der Istzustand an der Turbine auf grund der Daten 50 bestimmt. Die Daten 50 sind entweder direkte Messwerte von Größen an der Turbine, wie beispielsweise der Abgasgegendruck, oder unter Verwendung von Modellwerten für den Abgastrakt und den Frischlufttrakt bestimmt. Der Istwert der Turbinenleistung wird in den Istwert der Verdichterleistung 52 umgerechnet, dessen Wert als Ausgangspunkt für den kompensierenden Eingriff des Stellers auf der Frischluftseite dient, damit die Brennkraftmaschine im stationären oder quasi-stationären Zustand verbleibt. Das mit Bezug auf 3 beschriebene Verfahren eignet sich insbesondere für den quasi-stationären Betrieb, in dem das effektive Moment und die Drehzahl konstant sind.
Das vorbeschriebene Verfahren nutzt aus, dass sowohl der Abgasturbolader als auch die Brennkraftmaschine für einen Fahrer unmerklich stationär in unterschiedlichen Betriebspunkten betrieben werden können. Auf der Abgasseite ist der Steller im Vergleich zur Einlassseite sehr rauhen Bedingungen ausgesetzt. Das erfindungsgemäße Verfahren schafft die Möglichkeit einer Adaption der Modellparameter für die Stellstrecke. Der Eingriff durch den ersten Steller wird dabei auf der Einlassseite kompensiert.

Claims

Verfahren zur Adaption eines Stellstreckenmodells für einen Steller eines Abgasturboladers bei einer Brennkraftmaschine mit den folgenden Schritten: – Erkennung (38) eines stationären oder quasi-stationären Betriebszustandes der Brennkraftmaschine, – Ansteuerung (42) eines ersten Stellers für den Abgasturbolader im Abgastrakt unter schrittweiser Erhöhung des Ansteuersignals, – Ermittlung (46) eines Sollwertes und Ermittlung (48) eines Istwertes der Turbinenleistung, – Ermittlung (52) eines Istwertes der Verdichterleistung aus dem Istwert der Turbinenleistung, – ausgehend vom Istwert der Verdichterleistung Durchführung (54) einer schrittweisen Verstellung eines zweiten Stellers im Ansaugtakt zur Kompensation der Wirkung der Ansteuerung des ersten Stellers, in der Weise, dass die Brennkraftmaschine bei konstantem Drehmoment und konstanter Drehzahl im stationären oder quasi-stationären Zustand verbleibt, – Vergleich (58) des Sollwertes mit dem Istwert der Turbinenleistung und Bestimmung der Abweichung hierzwischen und – Ermittlung (60) eines Korrekturwertes für das Stellstreckenmodell und für die Ansteuerung des ersten Stellers aus der Abweichung des Istwertes der Turbinenleistung vom Sollwert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine mit oder ohne konstante Betriebspunkte für die Verbrennung in dem stationären oder quasi-stationären Betriebszustand verbleibt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als erster Steller im Abgastrakt ein oder mehrere Stellereinheiten für eine Wastegate-Position, einen Turbinenschaufelanstellwinkel, eine Position einer Schiebehülse an dem Abgasturbolader vorgesehen sind, die als elektrische Steller mit und ohne Lagerückmeldung und/oder Über- und Unterdruck geführte Membrandosen ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als zweiter Steller im Ansaugtrakt ein oder mehrere Stellereinheiten für eine Drosselklappe, eine Rückströmklappe oder ein Rückströmventil vorgesehen sind.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der statische oder quasi-statische Betriebszustand aufgrund der Werte für eine Motordrehzahl, eine Füllung, eine Füllungszusammensetzung bei interner Abgasrückführung, eine Einspritzmenge, einen Zündwinkel, ein Motormoment und einer Ventiltriebeinstellung erkannt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Steller nach einer Verzögerungszeit angesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennung des stationären oder quasi-stationären Betriebszustandes im nicht aufgeladenen Betrieb der Brennkraftmaschine erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des ersten Stellers in einem stationären oder quasi-stationären Betriebszustand erfolgt, in dem eine Änderung des Abgasgegendrucks nur eine geringe Änderung des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine bedingt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Turbinenleistung des Abgasturboladers aufgrund einer Messung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Turbinenleistung aus Messwerten oder aus Modellwerten des Abgastraktes und des Ansaugtraktes erfolgt.