DE102004062359A1

DE102004062359A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102004062359A1
Application number: DE102004062359A
Authority: DE
Inventors: Thomas Bleile; Rainer Nitsche; Christina Stiller; Otto Muehlboeck
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2006-06-14
Also published as: FR2879253A1; FR2879253B1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10) insbesondere eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Die Brennkraftmaschine (10) weist ein Ansaugrohr (12) auf, dem eine Regelklappe (15) zugeordnet ist. Die Stellung der Regelklappe (15) ist veränderbar. Mit Hilfe eines Modells wird eine effektiv durchströmte Fläche der Regelklappe (15) ermittelt. In Abhängigkeit von dieser effektiv durchströmten Fläche wird die Stellung der Regelklappe (15) gesteuert und/oder geregelt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein entsprechendes Computerprogramm, ein entsprechendes Speichermedium und ein entsprechendes Steuergerät für eine Brennkraftmaschine.
In der 1 ist schematisch eine Brennkraftmaschine 10 dargestellt. Einem Zylinder 11 wird über ein Ansaugrohr 12 ein Luft-Abgasgemisch zugeführt. Weiterhin wird dem Zylinder 11 in nicht-dargestellter Weise Kraftstoff zugeführt. Das Luft-Abgasgemisch und der Kraftstoff werden in dem Zylinder 11 verbrannt. Das entstehende Abgas wird in ein Abgasrohr 13 ausgestoßen.
In dem Ansaugrohr 12 ist eine Regelklappe 15 untergebracht. Die Stellung der Regelklappe 15 kann von einem Steller 16 in Abhängigkeit von einem Signal RKL verändert werden.
Zwischen der Regelklappe 15 und dem Zylinder 11 mündet ein Abgasrückführrohr 17 in das Ansaugrohr 12. Das andere Ende des Abgasrückführrohrs 17 ist mit dem Abgasrohr 13 verbunden. In dem Abgasrückführrohr 17 ist ein Abgasrückführventil 18 untergebracht. Die Stellung des Abgasrückführventils 18 kann von einem Steller 19 in Abhängigkeit von einem Signal AGR verändert werden.
In dem Abgasrohr 13 ist stromabwärts zu der Verbindung mit dem Abgasrückführrohr 17 eine Turbine 21 vorhanden. Die Turbine 21 ist mit einem Verdichter 22 gekoppelt. Der Verdichter 22 ist dem Ansaugrohr 12 zugeordnet, und zwar stromaufwärts zu der Regelklappe 15. Die Turbine 21 und der Verdichter 22 bilden einen Abgasturbolader.
In dem Ansaugrohr 12 ist stromaufwärts zu der Regelklappe 15 und stromaufwärts zu dem Verdichter 22 ein Luftmassensensor 24 vorhanden. Dieser Luftmassensensor 24 ist dazu geeignet, den Luftmassenstrom in dem Ansaugrohr 12 zu messen und in der Form eines Luftmassenstrom-Istsignals LMSist abzugeben.
Der Brennkraftmaschine 10 ist ein Steuergerät 30 zugeordnet.
Gemäß der 1 ist dem Steuergerät 30 das Luftmassenstrom-Istsignal LMSist zugeführt. Weiterhin liegt dem Steuergerät 30 ein Luftmassenstrom-Sollsignal LMSsoll vor. Dieses Luftmassenstrom-Sollsignal LMSsoll kann innerhalb oder außerhalb des Steuergeräts 30 erzeugt werden. In Abhängigkeit von dem Luftmassenstrom-Istsignal LMSist und dem Luftmassenstrom-Sollsignal LMSsoll wird von dem Steuergerät 30 das Signal RKL erzeugt, mit dem die Stellung der Regelklappe 15 verändert wird. Zu diesem Zweck ist in dem Steuergerät 30 ein PI-Regler oder ein PID-Regler enthalten.

Die vorstehenden Ausführungen zur 1 ergeben sich auch aus der DE 196 20 039 A1 .

Ein Nachteil der anhand der 1 beschriebenen Steuerung und/oder Regelung der Brennkraftmaschine 10 besteht darin, dass sich die Verstärkung der beschriebenen Regelkreise ggf. in Abhängigkeit vom jeweils aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 10 ändern kann. Dies erfordert dann bei den beschriebenen Regelkreisen ein sog. Gain-Scheduling. Der Aufwand für ein derartiges Anpassen bzw. Applizieren der Verstärkung der Regelkreise an den jeweils aktuellen Betriebspunkt ist dabei sehr hoch.

Weiterhin können bei der anhand der 1 beschriebenen Steuerung und/oder Regelung der Brennkraftmaschine 10 Umwelteinflüsse, die auf die Brennkraftmaschine 10 einwirken, nur mit Hilfe von weiteren Applikationen kompensiert werden. Auch dies erhöht den Aufwand der bekannten Steuerung und/oder Regelung.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, das einen geringeren Aufwand erfordert.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß mit Hilfe der Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Bei einem Computerprogramm bzw. einem Speichermedium bzw. einem Steuergerät der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß entsprechend gelöst.

Erfindungsgemäß wird die effektiv durchströmte Fläche desjenigen Bauteils modelliert, das von dem Gas durchströmt wird, und durch dessen Stellung das durchströmende Gas beeinflusst wird. Diese effektiv durchströmte Fläche wird zur Steuerung und/oder Regelung der Stellung des Bauteils herangezogen.

Auf diese Weise wird erreicht, dass die genannte, effektiv durchströmte Fläche des Bauteils und damit die genannte Steuerung und/oder Regelung im Wesentlichen unabhängig ist vom aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine.

Bei dem von dem Gas durchströmten Bauteil kann es sich beispielsweise um die Regelklappe oder das Abgasrückführventil oder die Turbine des Abgasturboladers der Brennkraftmaschine handeln.

In diesen Fällen wird eine effektiv durchströmte Fläche der Regelklappe modelliert bzw. es wird eine effektiv durchströmte Fläche des Abgasrückführventils modelliert bzw. es wird eine effektive durchströmte Fläche der Turbine modelliert. Diese effektiv durchströmten Flächen werden dann zur Steuerung und/oder Regelung der Regelklappe bzw. des Abgasrückführventils bzw. des Abgasturboladers herangezogen.

Aus dieser Vorgehensweise ergibt sich der Vorteil, dass die vorgenannten, effektiv durchströmten Flächen der Regelklappe bzw. des Abgasrückführventils bzw. der Turbine weitestgehend nur von der Stellung des jeweils zugehörigen Stellers abhängt. Die effektiv durchströmten Flächen sind jedoch nahezu unabhängig sind vom aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine. Die genannten effektiv durchströmten Flächen unterliegen also nahezu keiner Veränderung aufgrund eines veränderten Betriebspunktes der Brennkraftmaschine. Das eingangs genannte Gain-Scheduling muss somit bei der erfindungsgemäßen Steuerung und/oder Regelung nicht durchgeführt werden.

Entsprechendes gilt auch für Umwelteinflüsse, die auf die Brennkraftmaschine einwirken. Die Auswirkung derartiger Umwelteinflüsse auf die effektiv durchströmte Fläche der Regelklappe bzw. des Abgasrückführventils bzw. der Turbine ist sehr gering. In jedem Fall werden diese Umwelteinflüsse im Vergleich zu der Vorgehensweise nach dem Stand der Technik bei der Erfindung wesentlich reduziert.

Gleichzeitig eröffnet die Erfindung die Möglichkeit, Änderungen im Verhalten der jeweiligen Regelkreise, beispielsweise aufgrund einer sog. Versottung, in einfacher Weise zu kompensieren. Eine derartige Versottung kann bei einem Vorgehen nach dem Stand der Technik praktisch nicht ausgeglichen werden.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.

1 zeigt eine schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.
2a und 2b zeigen schematische Blockschaltbilder von Ausführungsbeispielen von erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben der Brennkraftmaschine der 1.
Die Steuerung und/oder Regelung der Brennkraftmaschine 10 mit Hilfe des Steuergeräts 30 wurde bereits anhand der 1 erläutert. Diese Erläuterungen liegen auch der nachfolgenden Beschreibung der 2a und 2b zugrunde. Die erläuterte Verknüpfung des Luftmassenstrom-Istsignal LMSist und des Luftmassenstrom-Sollsignals LMSsoll bzw. des Abgasmassenstrom-Istsignals AMSist und des Abgasmassenstrom-Sollsignals AMSsoll über einen PI-Regler bzw. einen PID-Regler ist jedoch bei den nachfolgenden Erläuterungen andersartig ausgeführt.
Aus der 2a geht ein Verfahren hervor, mit dem das Signal RKL erzeugt wird, mit dem die Stellung der Regelklappe 15 verändert wird. Das Verfahren der 2a wird von dem Steuergerät 30 ausgeführt. Die nachfolgend erläuterten Signale liegen dabei innerhalb des Steuergeräts 30 vor oder werden dem Steuergerät 30 zugeführt.
Einem Block 33 der 2a ist das Luftmassenstrom-Istsignal LMSist zugeführt. Wie bereits erläutert wurde, wird dieses Luftmassenstrom-Istsignal LMSist von dem Luftmassensensor 24 zur Verfügung gestellt.
Weiterhin wird dem Block 33 der 2a ein Ist-Druckverlauf DVist, ein Luftdruck-Istsignal DList und ein Lufttemperatur-Istsignal TList zugeführt.
Der Ist-Druckverlauf DVist wird an der Einmündung des Abgasrückführrohrs 17 in das Ansaugrohr 12 ermittelt. Es handelt sich somit bei diesem Ist-Druckverlauf DVist um den Druckverlauf an derjenigen Stelle des Ansaugrohrs 12, an der die zugeführt Luft und das rückgeführte Abgas miteinander gemischt werden. Der Ist-Druckverlauf DVist kann beispielsweise mit Hilfe eines oder mehrerer, dem Ansaugrohr 12 zugeordneter Drucksensoren ermittelt werden. Ebenfalls ist es möglich, den Ist-Druckverlauf mit Hilfe einer entsprechenden Modellierung aus anderen Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine abzuleiten.
Das Luftdruck-Istsignal DList repräsentiert denjenigen Druck, der im Ansaugrohr 12 in Strömungsrichtung vor der Regelklappe 15 vorhanden ist, also stromaufwärts zu der Regelklappe 15. Dieses Luftdruck-Istsignal DList kann mit Hilfe eines vor der Regelklappe 15 angeordneten Drucksensors ermittelt werden. Ebenfalls ist es möglich, das Druckluft-Istsignal DList mit Hilfe einer entsprechenden Modellierung aus anderen Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 10 abzuleiten.
Das Lufttemperatur-Istsignal TList repräsentiert diejenige Temperatur, die die Luft in Strömungsrichtung vor der Regelklappe 15 aufweist, also stromaufwärts zu der Regelklappe 15. Das Lufttemperatur-Istsignal TList kann mit Hilfe eines vor der Regelklappe 15 angeordneten Temperatursensors oder mit Hilfe einer entsprechenden Modellierung aus anderen Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 10 abgeleitet werden.
Der Block 33 der 2a stellt ein Modell der Regelklappe 15 dar. Insbesondere handelt es sich dabei um ein inverses Modell dieser Regelklappe 15.
Mit Hilfe dieses Modells des Blocks 33 wird aus den vorstehend erläuterten Eingangsgrößen eine Ausgangsgröße ermittelt, die die effektiv durchströmte Ist-Fläche FistRKL der Regerklappe 15 darstellt. Bei dieser Ist-Fläche FistRKL handelt es sich somit um diejenige Querschnittsfläche der Regelklappe 15, die von der Luft im Ansaugrohr 12 tatsächlich durchströmt werden kann. Wie erwähnt wurde, wird diese Ist-Fläche FistRKL nicht tatsächlich gemessen, sondern mit Hilfe des Modells des Blocks 33 geschätzt.
In der 2a ist weiterhin ein Block 34 vorhanden, dem das Luftmassenstrom-Sollsignal LMSsoll, der Ist-Druckverlauf DVist, das Luftdruck-Istsignal DList und das Lufttemperatur-Istsignal TList zugeführt ist.
Das Luftmassenstrom-Sollsignal LMSsoll wird, wie bereits erwähnt wurde, innerhalb des Steuergeräts 30 erzeugt oder anderweitig dem Steuergerät 30 zugeführt. Im Hinblick auf den Ist-Druckverlauf DVist, das Luftdruck-Istsignal DList und das Lufttemperatur-Istsignal TList wird auf die Erläuterungen zu dem Block 33 verwiesen.
Vergleichbar mit dem Block 33, so stellt auch der Block 34 ein Modell der Regelklappe 15 dar. Insbesondere stellt der Block 34 ein inverses Modell dieser Regelklappe 15 dar. Vorzugsweise stimmen die Modelle der Blöcke 33, 34 überein.
Gemäß der 2a erzeugt der Block 34 in Abhängigkeit von den erläuterten Eingangsgrößen eine Ausgangsgröße, die der effektiv durchströmten Soll-Fläche FsollRKL der Regelklappe 15 entspricht. Diese Soll-Fläche FsollRKL stellt damit diejenige Querschnittsfläche der Regelklappe 15 dar, die der in dem Ansaugrohr 12 strömenden Luft zur Verfügung stehen soll. Wie bereits erwähnt wurde, wird diese Soll-Fläche FsollRKL nicht direkt vorgegeben, sondern mit Hilfe des Modells des Blocks 34 aus den erläuterten Eingangsgrößen gewonnen.
Die effektiv durchströmte Ist-Fläche FistRKL der Regelklappe 15 und die effektiv durchströmte Soll-Fläche FsollRKL der Regelklappe 15 sind gemäß der 2a einem Block 35 zugeführt. Bei diesem Block 35 handelt es sich um einen PI-Regler oder um einen PID-Regler. In Abhängigkeit von der Ist-Fläche FistRKL und der Soll-Fläche FsollRKL erzeugt der Block 35 das Signal RKL, mit dem dann die Stellung der Regelklappe 15 verändert wird.
Vorzugsweise kann zu diesem Zweck ein Soll-Istwert-Vergleich der Ist-Fläche FistRKL und der Soll-Fläche FsollRKL vorgesehen sein. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Soll-Fläche FsollRKL insbesondere über eine Kennlinie direkt auf die Stellung der Regelklappe 15 einwirkt, während das von dem Block 35 in Abhängigkeit von der Ist-Fläche FistRKL erzeugte Signal RKL dieser direkten Steuerung überlagert wird.
Von dem PI-Regler oder dem PID-Regler des Blocks 35 wird somit eine Regelung der effektiv durchströmten Fläche der Regelklappe 15 durchgeführt. Es wird die Ist-Fläche FistRKL auf die Soll-Fläche FsollRKL geregelt. Das Signal RKL stellt dabei die Stellgröße dar.
Wesentlich ist, dass bei dem Verfahren der 2a das Luftmassenstrom-Istsignal LMSist und das Luftmassenstrom-Sollsignal LMSsoll nicht unmittelbar zur Regelung der Regelklappe 15 herangezogen werden. Stattdessen sind Modellierungen vorgesehen, mit deren Hilfe die effektiv durchströmte Ist-Fläche FistRKL und die effektiv durchströmte Soll-Fläche FsollRKL der Regelklappe 15 ermittelt werden. Diese letztgenannten Flächen werden dann zur Regelung der Regelklappe 15 herangezogen.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Blöcke 33, 34 auch mit anderen oder weiteren als den erläuterten Eingangsgrößen beaufschlagt sein können. Es ist also möglich, dass die effektiv durchgeströmte Ist-Fläche FistRKL und die effektiv durchströmte Soll-Fläche FsollRKL auch mit Hilfe andersartiger Modellierungen ermittelt werden. Ebenfalls können anstelle der gemessenen oder modellierten Ist-Größen auch anderweitig berechnete Soll-Größen verwendet werden.
Gemäß der 1 ist dem Steuergerät 30 ein Abgasmassenstrom-Istsignal AMSist und ein Abgasmassenstrom-Sollsignal AMSsoll zugeführt. In Abhängigkeit von dem Abgasmassenstrom-Istsignal AMSist und dem Abgasmassenstrom-Sollsignal AMSsoll erzeugt das Steuergerät 30 das Signal AGR, mit dem die Stellung des Abgasrückführventils 18 verändert wird. Zu diesem Zweck ist in dem Steuergerät 30 ein PI-Regler oder ein PID-Regler enthalten.
Anstelle des Abgasmassenstrom-Istsignals AMSist und des Abgasmassenstrom-Sollsignals AMSsoll können auch andere Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 10 herangezogen werden, mit denen es möglich ist, die Betriebsverhältnisse in dem Abgasrückführrohr 17 zu charakterisieren. Beispielsweise ist es möglich, mit Hilfe eines Drucksensors den Druck im Ansaugrohr 12 zu messen. Der Drucksensor kann dabei vorzugsweise unmittelbar vor dem Zylinder 11 angeordnet sein. Aus dem gemessenen Druck kann ein Druck-Istsignal abgeleitet werden. Entsprechend kann ein Druck-Sollsignal erzeugt werden. Aus dem Druck-Istsignal und dem Druck-Sollsignal kann dann wiederum über einen PI-Regler oder einen PID-Regler die Stellung des Abgasrückführventils 18 verändert werden.
In der 2b ist ein Verfahren dargestellt, das dazu vorgesehen ist, das Signal AGR zu erzeugen, mit dem die Stellung des Abgasrückführventils 18 verändert wird. Das Verfahren der 2b kann alternativ oder additiv zu dem Verfahren der 2a zur Anwendung kommen.
In der 2b ist ein Block 37 vorgesehen, dem das Abgasmassenstrom-Istsignal AMSist zugeführt ist. Wie erläutert wurde, kann dieses Abgasmassenstrom-Istsignal AMSist innerhalb des Steuergeräts 30 erzeugt werden oder anderweitig dem Steuergerät 30 zugeführt werden. Ebenfalls wurde bereits erläutert, dass anstelle des Abgasmassenstrom-Istsignals AMSist gegebenenfalls auch andere Signale zur Anwendung kommen können, beispielsweise Drucksignale.
Weiterhin sind dem Block 37 der Ist-Druckverlauf DVist ein Abgasdruck-Istsignal DAist und ein Abgastemperatur-Istsignal TAist zugeführt.
Im Hinblick auf den Ist-Druckverlauft DVist wird auf die entsprechenden Erläuterungen im Zusammenhang mit der 2a verwiesen.
Das Abgasdruck-Istsignal DAist repräsentiert den sog. Abgasgegendruck, der in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Abgasrückführventil 18 im Abgasrückführrohr 17 bzw. im Abgasrohr 13 vorhanden ist. Dieser Abgasgegendruck kann beispielsweise mit Hilfe eines dem Abgasrückführrohr 17 zugeordneten Drucksensors gemessen werden. Ebenfalls ist es möglich, dass das Abgasdruck-Istsignal DAist mit Hilfe entsprechender Modellierungen aus anderen Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 10 ermittelt wird.
Das Abgastemperatur-Istsignal TAist entspricht der Temperatur des rückgeführten Abgases. Das Abgastemperatur-Istsignal TAist kann somit von einem innerhalb des Abgasrückführrohrs 17 angeordneten Temperatursensors gemessen werden. Ebenfalls ist es möglich, dass das Abgastemperatur-Istsignal TAist mit Hilfe entsprechender Modellierungen aus anderen Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 10 abgeleitet wird.
Der Block 37 der 2b stellt ein Modell des Abgasrückführventils 18 dar. Insbesondere handelt es sich dabei um ein inverses Modell des Abgasrückführventils 18.
In Abhängigkeit von den erläuterten Eingangsgrößen erzeugt der Block 37 eine effektiv durchströmte Ist-Fläche FistAGR des Abgasrückventils 18. Bei dieser Ist-Fläche FistAGR handelt es sich um diejenige Querschnittsfläche, die von dem Abgasrückführventil 18 dem rückgeführten Abgasstrom tatsächlich zur Verfügung steht. Wie bereits erwähnt wurde, wird die genannte Ist-Fläche FistAGR nicht gemessen, sondern mit Hilfe des Modells des Blocks 37 ermittelt.
In der 2b ist weiterhin ein Block 38 vorhanden.
Diesem Block 38 ist das Abgasmassenstrom-Sollsignal AMSsoll zugeführt. Wie erläutert wurde, kann dieses Abgasmassenstrom-Sollsignal innerhalb des Steuergeräts 30 erzeugt werden. Es ist ebenfalls möglich, dass das Abgasmassenstrom-Sollsignal anderweitig dem Steuergerät 30 zugeführt wird. Weiterhin wurde erläutert, dass anstelle des Abgasmassenstrom-Sollsignals AMSsoll auch andere Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 10 zur Anwendung kommen können, beispielsweise Drucksignale.
Weiterhin ist dem Block 38 der Ist-Druckverlauf DVist, das Abgasdruck-Istsignal DAist und das Abgastemperatur-Istsignal TAist zugeführt. Im Hinblick auf diese vorgenannten Signale wird auf die Erläuterungen zu dem Block 37 der 2b verwiesen.
Vergleichbar mit dem Block 37, so handelt es sich auch bei dem Block 38 um ein Modell des Abgasrückführventils 18. Insbesondere handelt es sich um ein inverses Modell des Abgasrückführventils 18. Vorzugsweise stimmen die Modelle der Blöcke 33, 34 überein.
In Abhängigkeit von den erläuterten Eingangsgrößen erzeugt der Block 38 eine effektiv durchströmte Soll-Fläche FsollAGR des Abgasrückführventils 18. Bei dieser Soll-Fläche FsollAGR handelt es sich um diejenige Querschnittsfläche, die an sich von dem Abgasrückführventil 18 dem rückströmenden Abgas zur Verfügung gestellt werden soll. Wie erläutert wurde, wird die genannte Soll-Fläche FsollAGR des Abgasrückführventils 18 nicht direkt vorgegeben, sondern mit Hilfe des Modells des Blocks 38 ermittelt.
Die effektiv durchströmte Ist-Fläche FistAGR des Abgasrückführventils 18 und die effektiv durchströmte Soll-Fläche FsollAGR des Abgasrückführventils 18 sind einem Block 39 zugeführt. Bei dem Block 39 handelt es sich um einen PI-Regler oder um einen PID-Regler. In Abhängigkeit von der Ist-Fläche FistAGR und der Soll-Fläche FsollAGR erzeugt der Block 39 das Signal AGR, mit dem das Abgasrückführventil 18 angesteuert und dessen Stellung verändert wird.
Vorzugsweise wird zu diesem Zweck ein Soll-Istwert-Vergleich durchgeführt. Alternativ kann aber auch eine Steuerung mit der Soll-Fläche FsollAGR und eine überlagerte Regelung mit der Ist-Fläche FistAGR vorgesehen sein.
Mit Hilfe des Blocks 39 ist somit eine Regelung der effektiv durchströmten Fläche des Abgasrückventils 18 realisiert. Es wird die Ist-Fläche FistAGR auf die Soll-Fläche FsollAGR geregelt. Das von dem Block 39 erzeugte Signal AGR stellt bei dieser Regelung die Stellgröße dar.
Wesentlich ist, dass bei dem. Verfahren der 2b nicht das Abgasmassenstrom-Istsignal AMSist und das Abgasmassenstrom-Sollsignal AMSsoll unmittelbar zur Regelung herangezogen werden. Stattdessen wird mit Hilfe von Modellierungen die effektiv durchströmte Ist-Fläche FistAGR und die effektiv durchströmte Soll-Fläche FsollAGR des Abgasrückführventils 18 ermittelt. Diese Ist-Fläche FistAGR und die Soll-Fläche FsollAGR werden dann zur Regelung der Stellung des Abgasrückführventils 18 herangezogen.
Weiterhin ist die Turbine 21 der 1 mit einer variablen Turbinen-Geometrie versehen. In diesem Fall kann also die von der Turbine 21 zur Förderung von Gas zur Verfügung gestellte Fläche verändert werden. Dies wird in Abhängigkeit von einem nicht-dargestellten Stellsignal vorgenommen. Vorzugsweise wird das Stellsignal in Abhängigkeit von demjenigen Ist-Druck in dem Ansaugrohr 12 beeinflusst, der stromabwärts nach dem Verdichter 22 vorhanden ist, sowie von einem zugehörigen Soll-Druck. Zur Messung des Ist-Drucks kann ein Drucksensor vorhanden sein. Der Soll-Druck kann auf sonstige Weise vorgegeben sein. Insgesamt stellt damit die Kombination aus der Turbine 21 und dem Verdichter 22 einen variablen Abgasturbolader dar.
Vergleichbar mit den 2a, 2b, so ist auch für die Turbine 21 des beschriebenen variablen Abgasturboladers ein Modell vorhanden.
Dieses Modell wird von Eingangsgrößen beaufschlagt, unter anderem von dem genannten Ist-Druck. Aus diesen Eingangsgrößen erzeugt das Modell eine Ausgangsgröße, die der effektiv durchströmten Ist-Fläche der Turbine 21 entspricht. Bei dieser Ist-Fläche handelt es sich um diejenige Querschnittsfläche der Turbine 21, die von dem Abgas tatsächlich durchströmt werden kann.
Entsprechend erzeugt das Modell in Abhängigkeit von Eingangsgrößen, unter anderem in Abhängigkeit von dem genannten Soll-Druck, eine Ausgangsgröße, die der effektiv durchströmten Soll-Fläche der Turbine 21 entspricht. Bei dieser Soll-Fläche handelt es sich um diejenige Fläche der Turbine 21, die dem durchströmenden Abgas zur Verfügung stehen soll.
Die effektiv durchströmte Ist-Fläche der Turbine 21 und die effektiv durchströmte Soll-Fläche der Turbine 21 werden einem PI-Regler oder einem PID-Regler zugeführt. Beispielsweise mit Hilfe eines Soll-Istwert-Vergleichs wird aus der Ist-Fläche und der Soll-Fläche das bereits erwähnte Stellsignal abgeleitet, mit dem die Turbine 21 angesteuert wird, und mit dem deren variable Turbinen-Geometrie verändert wird. Alternativ kann auch eine Steuerung mit der Soll-Fläche und eine überlagerten Regelung der Ist-Fläche der Turbine 21 vorgesehen sein.
Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren wird also der Druck nach dem Verdichter 22 nicht unmittelbar zur Regelung der variablen Turbinen-Geometrie der Turbine 21 herangezogen. Stattdessen sind Modellierungen vorgesehen, mit deren Hilfe die effektiv durchströmte Ist-Fläche der Turbine 21 und die effektiv durchströmte Soll-Fläche der Turbine 21 ermittelt werden. Diese letztgenannten Flächen werden dann zur Regelung der variablen Turbinen-Geometrie der Turbine 21 herangezogen.
Vorstehend ist die Regelung der Regelklappe 15, die Regelung des Abgasrückführventils 18 und die Regelung der variablen Turbinen-Geometrie der Turbine 21 beschrieben. Diese Regelungen können einzeln und damit unabhängig voneinander vorhanden sein.
Es kann beispielsweise nur die erläuterte Regelung der Regelklappe 15 vorhanden sein. In diesem Fall können das Abgasrückführrohr 17, die Turbine 21 und der Verdichter 22 entfallen. Ebenfalls kann nur die Regelung der variablen Turbinen-Geometrie der Turbine 21 vorhanden sein. In diesem Fall kann auch das Abgasrückführrohr 17 entfallen.
Es ist aber auch möglich, dass die beschriebenen Regelungen in beliebiger Kombination miteinander vorhanden sind. So können insbesondere die Regelung der Regelklappe 15 und die Regelung des Abgasrückführventils 18 gemeinsam vorhanden sein. In diesem Fall können die Turbine 21 und der Verdichter 22 entfallen. Es versteht sich, dass jede der beschriebenen einzeln oder in Kombination auch mit andersartigen Regelungen kombiniert sein können.
Weiterhin ist es möglich, dass die erläuterten Istwerte und Sollwerte nicht als jeweils einzelne Größen vorhanden sind, sondern dass anstelle des Sollwerts eine Soll-Trajektorie mit ihren Ableitungen vorhanden ist, und dass anstelle des Istwerts eine Ist-Trajektorie vorhanden ist. In diesem Zusammenhang wird auf die deutsche Patentanmeldung DE ... (Bosch Rollennummer 306468) verwiesen.
Das Steuergerät 30 kann als analoge Schaltung ausgebildet sein. Vorzugsweise weist das Steuergerät 30 jedoch einen Mikroprozessor oder dergleichen auf, dem ein Speichermedium zugeordnet ist. Auf dem Speichermedium ist ein Computerprogramm abgespeichert, das dazu geeignet ist, die erläuterten Funktionen des Steuergeräts 30 auszuführen.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10) insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei die Brennkraftmaschine (10) ein verstellbares Bauteil aufweist, das von einem Gas durchströmt wird, und durch dessen Stellung das durchströmende Gas beeinflusst wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine effektiv durchströmte Fläche des Bauteils mit Hilfe eines Modells ermittelt wird, und dass die Stellung des Bauteils in Abhängigkeit von der effektiv durchströmten Fläche gesteuert und/oder geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Brennkraftmaschine (10) ein Ansaugrohr (12) aufweist, dem eine Regelklappe (15) zugeordnet ist, deren Stellung veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die effektiv durchströmte Fläche der Regelklappe (15) mit Hilfe eines Modells (33, 34) ermittelt wird, und dass die Stellung der Regelklappe (15) in Abhängigkeit von der effektiv durchströmten Fläche gesteuert und/oder geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine effektiv durchströmte Ist-Fläche (FistRKL) und eine effektiv durchströmte Soll-Fläche (FsollRKL) modelliert werden, und dass die Stellung der Regelklappe (15) in Abhängigkeit davon geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem ein Luftmassenstrom-Istsignal (LMSist) und ein Luftmassenstrom-Sollsignal (LMSsoll) ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die effektiv durchströmte Ist-Fläche (FistRKL) und die effektiv durchströmte Soll-Fläche (FsollRKL) in Abhängigkeit von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine (10) modelliert werden, insbesondere in Abhängigkeit von dem Luftmassenstrom-Istsignal (LMSist) und/oder dem Lufmassenstrom-Sollsignal (LMSsoll) und/oder einem Ist-Druckverlauf (DVist) im Ansaugrohr (12) und/oder einem Luftdruck-Istsignal (DList) des Drucks im Ansaugrohr (12) vor der Regelklappe (15) und/oder einem Lufttemperatur-Istsignal (TList) der Temperatur der durchströmenden Luft vor der Regelklappe (15).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Brennkraftmaschine (10) ein Abgasrückführrohr (17) aufweist, das in ein Ansaugrohr (12) mündet, und dem ein Abgasrückführventil (18) zugeordnet ist, dessen Stellung veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die effektiv durchströmte Fläche des Abgasrückführventils (18) mit Hilfe eines Modells (37, 38) ermittelt wird, und dass die Stellung des Abgasrückführventils (18) in Abhängigkeit von der effektiv durchströmten Fläche gesteuert und/oder geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine effektiv durchströmte Ist-Fläche (FistAGR) und eine effektiv durchströmte Soll-Fläche (FsollAGR) modelliert werden, und dass die Stellung des Abgasrückführventils (18) in Abhängigkeit davon geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die effektiv durchströmte Ist-Fläche (FistAGR) und die effektiv durchströmte Soll-Fläche (FsollAGR) in Abhängigkeit von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine (10) modelliert werden, insbesondere in Abhängigkeit von einem Ist-Druckverlauf (DVist) im Ansaugrohr (12) und/oder einem Abgasdruck-Istsignal (DAist) des Abgasgegendrucks im Abgasrückführrohr (17) und/oder einem Abgastemperatur-Istsignal (TAist) der Temperatur des rückgeführten Abgases in dem Abgasrückführrohr (17).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Brennkraftmaschine (10) ein Ansaugrohr (12) aufweist, dem ein Verdichter (22) zugeordnet ist, und wobei die Brennkraftmaschine (10) ein Abgasrohr (13) aufweist, dem eine Turbine (21) zugeordnet ist, die mit dem Verdichter (22) gekoppelt ist, und deren Turbinen-Geometrie veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die effektiv durchströmte Fläche der Turbine (21) mit Hilfe eines Modells ermittelt wird, und dass die Turbinen-Geometrie der Turbine (21) in Abhängigkeit von der effektiv durchströmten Fläche gesteuert und/oder geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine effektiv durchströmte Ist-Fläche und eine effektiv durchströmte Soll-Fläche modelliert werden, und dass die Turbinen-Geometrie der Turbine (21) in Abhängigkeit davon geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die effektiv durchströmte Ist-Fläche und die effektiv durchströmte Soll-Fläche in Abhängigkeit von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine (10) modelliert werden, insbesondere in Abhängigkeit von einem Ist-Druck und einem Soll-Druck nach dem Verdichter (22).
Computerprogramm für ein Steuergerät (30), dadurch gekennzeichnet, dass es zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 programmiert ist.
Speichermedium für ein Steuergerät (30), dadurch gekennzeichnet, dass auf ihm ein Computerprogramm abgespeichert ist, das zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 programmiert ist.
Steuergerät (30) insbesondere für eine Brennkraftmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass es zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 hergerichtet ist.