DE10047012A1

DE10047012A1 - Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit Turbolader und Abgastemperaturregelung

Info

Publication number: DE10047012A1
Application number: DE10047012A
Authority: DE
Inventors: Andreas Sterner
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2000-09-22
Filing date: 2000-09-22
Publication date: 2002-04-11
Also published as: SE523558C2; SE0102844L; US20020035991A1; US6557539B2; SE0102844D0

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit Turbolader mit integrierter Abgastemperaturregelung vorgeschlagen. Die maximale Zylinder-Füllmenge (rlmax) wird aus einem abgespeicherten Kennfeld, das sich über die Drehzahl (n) erstreckt, entnommen. Die in dem Kennfeld abgespeicherten Werte werden in der Applikation ermittelt und auf einen vorgebbaren Lambdawert, vorzugsweise Lambda = 1, normiert. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine wird der dem Kennfeld entnommene Wert für die maximale Füllmenge (rlmax) jeweils auf die aktuelle Gemischzusammensetzung korrigiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Turbolader und Abgastemperaturregelung, bei welcher das Drehmoment so eingestellt ist, daß auch bei veränderten Betriebsbedingungen das vom Fahrer gewünschte Vollast-Drehmoment und gleichzeitig ein möglichst niedriger Kraftstoffverbrauch erreicht wird.

Die Problematik und der Einfluß des Ladedruckes auf das Motordrehmoment bzw. die Veränderungen des zur Verfügung stehenden Drehmomentes bei einer Veränderung der Betriebsbedingungen ist bereits aus der DE 195 19 381 A1 bekannt. Hier wird eine Einrichtung beschrieben, welche das Motordrehmoment in Abhängigkeit von einer Vielzahl von Einflußgrößen in der Art steuert bzw. regelt, daß die Einrichtung den Ladedruck in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Soll-Motordrehmoment senkt, wenn das Soll-Motordrehmoment oder eine damit zusammenhängende Soll-Betriebsgröße des Motors kleiner ist als eine entsprechende, ohne Eingriff auf den Ladedruck gegebene Betriebsgröße des Motors. Dadurch daß als Steuer- oder Regelgröße für das Motordrehmoment ein vorgegebenes Soll-Motordrehmoment herangezogen wird, kann eine Vielzahl von Fahrzeugeinflußgrößen berücksichtigt werden. Es ist weiter ausgeführt, daß die durch die Ladedruckabsenkung erfolgende Reduzierung der Füllung in den Zylindern zur Folge hat, daß die Abgastemperatur sinkt.

Wesentliche Kriterien der Steuerung verschiedener Betriebsvorgänge einer Brennkraftmaschine sind hoher Fahrkomfort bei möglichst niedrigem Kraftstoffverbrauch und somit verbesserter Umweltverträglichkeit. Bei Brennkraftmaschinen mit Turbomotoren ist die Abgastemperaturregelung eine Möglichkeit, diesen Anforderungen gerecht zu werden. Üblicherweise wird bei Systemen mit Abgastemperaturregelung der Motor bis zum Erreichen einer Grenztemperatur mit stöchiometrischem Gemisch betrieben. Nach Überschreitung eines definierten Temperaturgrenzwertes wird eine Gemischanfettung vorgenommen, die durch die dann stattfindende Innenkühlung die Abgastemperatur und infolgedessen die Bauteiletemperatur konstant hält bzw. absenkt. Die Gemischanfettung bewirkt in der Regel einen Anstieg des zur Verfügung stehenden Drehmomentes.

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß bei Brennkraftmaschinen mit Turbolader und Abgastemperaturregelung das maximale Drehmoment unabhängig von der Gemischzusamensetzung konstant bleibt und somit die Fahrleistung und der Fahrkomfort voll erhalten bleibt. Die Einbeziehung des Lambda-Wirkungsgrades in die Bestimmung der Steuergrößen und insbesondere in die Bestimmung der Füllmenge bewirkt eine optimale Abstimmung des verbrauchsoptimierten Betriebes.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind weitere vorteilhafte Verbesserungen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich.

Dadurch, daß die Korrektur der dem Kennfeld entnommenen maximalen Füllmenge (rlmax) in der Art erfolgt, daß der Quotient aus der dem Kennfeld entnommenen maximalen Füllmenge (rlmax) und dem Wert für den Lambda-Wirkungsgrad (ETA-LAM) gebildet wird und als Ergebnis eine Wert für die korrigierte Füllmenge (rl-korr) vorliegt, wird den jeweiligen Betriebsbedingungen ensprechend Rechnung getragen.

Den Wert für die korrigierte Füllmenge aufgrund weiterer Anforderungen an die Brennkraftmaschine, wie beispielsweise Klopfregelung und Begrenzungsstufen zu wichten und entsprechend zu verändern hat ebenfalls den Vorteil, den Betrieb der Brennkraftmaschine entsprechen den aktuellen Anforderungen möglichst optimal zu steuern.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 ein Diagramm, das den Zusammenhang von Drehzahl, Drehmoment und Gemischanfettung für die Abgastemperaturregelung darstellt,

Fig. 2 zeigt den Lambda-Wirkungsgrad in Abhängigkeit vom eingestellten Lambda-Wert,

Fig. 3 eine prinzipielle Übersicht der Verknüpfung von Gemischanfettung für eine Abgastemperaturregelung und des Lambda-Wirkungsgrades,

Fig. 4 das erfindungsgemäße Verfahren in Form eines Struktogramms.

In Fig. 1 ist in einem Diagramm der Zusammenhang von Drehzahl n, Drehmoment Md und Gemischanfettung für eine Abgastemperaturregelung in Form einer Kennlinie dargestellt. Hierbei sind auf der Abszisse die Drehzahl n und auf der Ordinate das Drehmoment Md eingetragen. Eine erste Kurve 1, hier als durchgezogene Linie dargestellt, zeigt den Betrieb der Brennkraftmaschine bei einem Wert Lambda = 1. Der Wert Lambda = 1 ist im Hinblick auf das Abgas der optimale Betriebspunkt für eine fast vollständige Verbrennung und somit sehr gute Abgaswerte. Die Kurve 2, hier als Strich-Punkt-Linie dargestellt, zeigt den Betrieb der Brennkraftmaschine über den gleichen Drehzahlbereich mit einem Wert Lambda von ca. 0,85.

Die Veränderung des Lamda-Wirkungsgrades ETA-LAM in Abhängigkeit des Wertes Lambda ist in Fig. 2 dargestellt. Aus dieser Fig. 2 ist zu entnehmen, daß der Wirkungsgrad ETA-LAM bei einem Lambda-Wert von 0,8 bis 0,9 am größten ist. Damit ergibt sich für den Betrieb einer Brennkraftmaschine jeweils die Aufgabe, Steuergrößen zu bestimmen, die den beiden Anforderungen Lambda = 1 für sehr gute Abgaswerte und Lambda = 0,8. . .0,9 für optimales Drehmoment gerecht werden.

Es ergibt sich also eine Wechselwirkung aus den Anforderungen und Gegebenheiten einer Brennkraftmaschine in der Art, daß ein optimaler Wirkungsgrad erreicht wird und gleichzeitig die Gefahr einer unzulässigen Abgastemperaturerhöhung vermindert wird. In beiden Kurven ist zu erkennen, daß das Drehmoment Md in einer unteren Drehzahl bis zu einer ersten Drehzahl n1 zunimmt und ab Erreichen der Drehzahl n1 im Wesentlichen konstant bleibt. Die Drehzahl n1 ist die Drehzahl, ab der der Turbolader zur Einstellung des gewünschten Vollastdrehmomentes das Tastverhältnis reduzieren muß. Nach dem Überschreiten eines zweiten Drehzahlwertes n2 fällt die Drehmomentenkurve wieder ab. Der Verlauf der Drehmomentenkurven ergibt sich aufgrund der durch die Betriebsparameter ausgebbaren Steuergrößen, wobei die Zylinder-Füllmenge eine maßgebende Größe für das Drehmoment Md ist. Der Wert für die Zylinder-Füllung wird jeweils aus einem Kennfeld entnommen, welches beispielsweise in der Applikation auf einem Prüfstand ermittelt wurde. Die strichpunktierte Linie der Kurve 2 zeigt den Verlauf des Drehmomentes über die Drehzahl, wenn die Abgastemperaturregelung aktiv ist und eine Gemischanfettung vornimmt. Bei dieser Kurve steigt das Drehmoment Md ebenfalls (wie bereits erwähnt) bis zur ersten Drehzahl n1 an.

In Fig. 3 ist in einem schematischen Überblick die Verknüpfung von Füllungsberechung und Lambda-Wirkungsgrad dargestellt. Die Drehzahl n ist hier jeweils als Eingangsgröße an einen Funktionsblock 11 und einen Funktionsblock 12 geführt. Zusätzlich ist an den Funktionsblock 12 noch der Wert Lambda als Eingangsgröße geführt. Im Funktionsblock 11 wird aufgrund der Betriebsparameter die maximale Zylinder-Füllmenge rlmax bestimmt. Dieser Wert der maximalen Zylinderfüllmenge rlmax wird aus einem abgespeicherten Kennfeld entnommen, welches im Steuergerät abgelegt ist. Dieses Kennfeld wurde (wie bereits eingangs erwähnt) in der Applikation ermittelt. Für einen Einsatz des Kennfeldes in allen Betriebspunkten wird das in der Applikation ermittelte Kennfeld auf einen Wert Lambda 1 normiert und dann im Betrieb des Kraftfahrzeuges entsprechend den aktuellen Betriebsbedingungen entsprechend korrigiert, nachdem eine Auswertung der Lambda-Werte vorgenommen wurde. Im Funktionsblock 12 wird der Lambda-Wirkungsgrad ETA-LAM aus einem Lambda-Wirkungsgrad-Kennfeld entnommen. Die so ermittelten Werte für die maximale Zylinder-Füllung rlmax und für den Lambda-Wirkungsgrad ETA-LAM werden an eine Dividierstufe 13 geführt und von hier an eine Ausgabeeinheit 14 weitergeleitet. Diese Ausgabeeinheit 14 kann beispielsweise eine Begrenzungsstufe enthalten und/oder eine Plausibilitätsprüfung des übertragenen Wertes für die Füllmenge vornehmen. Gegebenenfalls kann durch die Plausibilitätsprüfung ein Fehler erkannt und die Ausgabe eines unkritischen Wertes für einen Notbetrieb erfolgen. Letztendlich gibt die Ausgabeeinheit 14 den entsprechend der aktuellen Betriebsbedingungen bewerteten Wert der Zylinderfüllung rl-ausg an die Peripherie zur Regelung des Turboladers aus. Zum Schutz des Turboladers vor Abgasen zu hoher Temperaturen wird zur Absenkung der Temperatur des Abgases das Kraftstoff-Luftgemisch angereichert und/oder der Ladedruck abgesenkt.

In Fig. 4 sind im Überblick und auf die für das Verfahren wesentlichen Schritte beschränkt, die einzelnen Verfahrensschritte dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt 20 werden die aktuellen Betriebsparameter wie Last, Temperatur, Druck und dergleichen erfaßt. Für die weiteren Verfahrensschritte wird die Drehzahl n im anschließenden Arbeitsschritt 21 aufbereitet. Die nun vorliegende Größe der Drehzahl n entspricht dem Eingangswert 10 der Fig. 3. Der Drehzahlwert n wird parallel an die Arbeitsschritte 22 und die Arbeitsschritte 23 geführt. Im Arbeitsschritt 22 wird aus dem entsprechenden abgespeicherten und auf Lambda = 1 normierten Kennfeld die maximal zulässige Füllmenge rlmax ausgelesen. Gleichzeitig wird im Arbeitsschritt 23 zusätzlich mit der zugeführten Größe Lambda der Lambda-Wirkungsgrad ETA-LAM bestimmt. Beide Werte sind dann an einen Arbeitsschritt 24 geführt, in welchem der Wert die maximale Zylinder-Füllmenge rlmax durch den Wert des Lambda-Wirkungsgrades ETA-LAM dividiert wird. Im Ergebnis dieser Division steht im anschließenden Arbeitsschritt 25 die korrigierte Füllmenge rl-korr für das maximale mögliche Drehmoment zur Verfügung. Anschließend erfolgt im Arbeitsschritt 26 die Bewertung bzw. Wichtung dieses korrigierten Wertes der Füllmenge rl-korr anhand weiterer Anforderungen, so daß im Ergebnis des Arbeitsschrittes 26 der auszugebende Wert der Füllmenge rl-ausg vorliegt.

Prinzipiell läßt sich festhalten, daß die Motorsteuerung bei Vollastanforderung des Fahrers unabhängig von den Umgebungsbedingungen versucht, das Vollastdrehmoment einzustellen, wobei in einer Vollastkennlinie die für die Erreichung des gewünschten Drehmomentes bei einem festliegenden Zündwinkel notwendige Zylinderfüllung über die Motordrehzahl bezogen auf ein stöchiometrisches Gemisch abgelegt ist. Bei Systemen mit Abgastemperaturregelung muß die notwendige maximale Zylinderfüllung unter Berücksichtigung des Luftverhältnisses korrigiert werden, da sonst ein bis zu 5%iger Drehmomentenverlust an der Vollast unter stöchiometrischem Betrieb zu verzeichnen ist.

Bei Bestimmung der maximalen Zylinderfüllung rl bezogen auf den Lambda-Wert Lambda = 1 ist unter Vollastanforderung bei Gemischanfettung durch die Abgastemperaturregelung die maximale Zylinderfüllung abzusenken.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung der Brennkraftmaschine mit einem Turbolader und integrierter Abgastemperaturregelung, wobei die maximale Zylinder-Füllmenge (rlmax) aus einem abgespeicherten Kennfeld entnommen wird, wobei sich das Kennfeld über die Drehzahl (n) erstreckt und wobei die in dem Kennfeld abgespeicherten Werte in der Applikation ermittelt und auf einen vorgebbaren Lambdawert, vorzugsweise Lambda = 1, normiert werden und daß beim Betrieb der Brennkraftmaschine der dem Kennfeld entnommene Wert für die maximale Füllmenge (rlmax) jeweils auf die aktuelle Gemischzusammensetzung korrigiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur der dem Kennfeld entnommenen maximalen Füllmenge (rlmax) in der Art erfolgt, daß der Quotient aus der dem Kennfeld entnommenen maximalen Füllmenge (rlmax) und dem Wert für den Lambda-Wirkungsgrad (ETA-LAM) gebildet wird und als Ergebnis ein Wert für die korrigierte Füllmenge (rl-korr) vorliegt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert für die korrigierte Füllmenge aufgrund weiterer Anforderungen an die Brennkraftmaschine, wie beispielsweise Klopfregelung und Begrenzungsstufen noch verändert werden kann und der tatsächlich ausgegeben Wert der Füllmenge (rl-ausg) von dem korrigerten Wert der Füllmenge (rl-korr) abweicht.