DE102005023260A1 - Regulating process for exhaust gas supercharger involves using quotient from air mass flow and compression ratio at compressor as guide value - Google Patents

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Abstract

The regulating process is for the exhaust gas supercharger of an internal combustion engine charged by a compressor. An operating point of the compressor, in particular the quotient from the air mass flow and the compressor compression ratio, is taken as the guide value for regulating an electrically operable waste gate valve.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Abgasturboladers für eine mittels eines Verdichters aufgeladene Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a method for controlling an exhaust gas turbocharger for one supercharged by a compressor internal combustion engine after the Preamble of claim 1.

Bei niedrigen Motordrehzahlen einer mittels eines Verdichters aufgeladenen Brennkraftmaschine, insbesondere beim Übergang vom Lastbetrieb zum Teillast- oder Schubbetrieb, verringert sich der Luftdurchsatz an einem Verdichter eines Abgasturboladers, die Luftströmung an Verdichterschaufeln reisst ab. Dabei kommt es zu einem sogenannten „Pumpen" des Verdichters. Dieses „Pumpen" ist aus Komfort-, Effizienz- und aus Gründen der Haltbarkeit des Abgasturboladers zu vermeiden.at low engine speeds of a supercharged by a compressor Internal combustion engine, in particular during the transition from load operation to part load or overrun operation, the air flow rate at a compressor is reduced an exhaust gas turbocharger, the air flow on compressor blades breaks off. This results in a so-called "pumping" of the compressor. Efficiency and reasons To avoid the durability of the exhaust gas turbocharger.

Aus der deutschen Patentschrift DE 196 49 152 C1 ist eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Abgasventiles bei Turbomotoren bekannt, mit einem Abgasturbolader mit Abgasturbine und Verdichter, mit einer Bypassleitung zur Umgehung der Abgasturbine und mit einem Schubumluftsystem zum Kurzschließen des Verdichters. Die Aktivierung des Schubumluftsystems erfolgt hierbei durch Ansteuerung eines sogenannten Schubumluftventils durch ein Motorsteuergerät. Die Bypassleitung zur Umgehung der Abgasturbine wird durch ein sogenanntes Wastegateventil freigegeben oder gesperrt, wobei das Wastegateventil seinerseits durch ein im Ansaugtrakt des Turbomotors angeordnetes, auch als „Druckdose" bezeichnetes Wastegateventil-Stellglied angesteuert wird.From the German patent DE 196 49 152 C1 a device for controlling an exhaust valve in turbo engines is known, with an exhaust gas turbocharger with exhaust gas turbine and compressor, with a bypass line to bypass the exhaust gas turbine and with a scavenging system for shorting the compressor. The activation of the diverter system takes place here by controlling a so-called diverter valve by an engine control unit. The bypass line for bypassing the exhaust gas turbine is released or blocked by a so-called wastegate valve, wherein the wastegate valve in turn is controlled by a arranged in the intake of the turbo engine, also referred to as "pressure cell" wastegate valve actuator.

Erfolgt bei einem solchen Turbomotor (mittels eines Verdichters aufgeladene Brennkraftmaschine) ein Lastwechsel aus dem Volllast- in den Teillast- oder Schubbetrieb, wobei die Drosselklappe ganz oder teilweise geschlossen wird, liegt am Verdichter des Abgasturboladers ein hohes Druckverhältnis an, während gleichzeitig, bedingt durch das Schließen der Drosselklappe, dem Verdichter nur noch ein geringer Luftmassenstrom zugeführt wird. Dabei besteht die Gefahr, dass der Turbolader ins Pumpen kommt, d.h. die Pumpgrenze zu unterschreiten droht, was vermieden werden soll.He follows in such a turbo engine (by means of a compressor charged Internal combustion engine) a load change from the full load to the partial load or overrun, with the throttle fully or partially closed is, is at the compressor of the exhaust gas turbocharger on a high pressure ratio, while at the same time, due to the closing of the throttle, the Compressor only a small air mass flow is supplied. there There is a risk that the turbocharger will start pumping, i. the To fall below the pumping limit threatens what should be avoided.

Bei einem solchen Druckdosen-gesteuerten Turbolader schließt das Wastegateventil systembedingt beim Lastwechsel von Volllast- in den Teillast- oder Schubbetrieb, da durch das Schließen der Drosselklappe im Ansaugtrakt ein Unterdruck entsteht. Das Wastegateventil sollte hingegen bei einem derartigen Lastwechsel geöffnet werden, um einen schnellen Drehzahlabbau des Turboladers herbeizuführen und dadurch der Gefahr des Pumpens zu begegnen.at such a pressure-dose-controlled turbocharger closes the wastegate valve due to the system during load changes from full load to partial load or Pushing operation, as by closing the throttle in the intake system a negative pressure is created. The wastegate valve should, however, at opened such a load change be to bring about a rapid reduction in engine speed of the turbocharger and thereby countering the danger of pumping.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung eines Abgasturboladers für eine mittels eines Verdichters aufgeladene Brennkraftmaschine anzugeben, bei dem systembedingte Nachteile von Druckdosen-gesteuerten Turbomotoren nicht auftreten und mittels dessen die Dynamik des Abgasturboladers verbessert wird.Of the Invention is based on the object, a method of control an exhaust gas turbocharger for to indicate an internal combustion engine charged by means of a compressor, in the system-related disadvantages of pressure-dose-controlled turbo engines does not occur and by means of which the dynamics of the exhaust gas turbocharger is improved.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.Is solved this object by a method with the specified in claim 1 Features.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass als Führungsgröße zur Regelung eines elektrisch betätigbaren Wastegateventils des Abgasturboladers ein Betriebspunkt des Verdichters herangezogen wird.According to the invention, it is proposed that as a guide to regulation an electrically operated Wastegate valve of the exhaust gas turbocharger an operating point of the compressor is used.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann das Wastegateventil zu einem optimalen Zeitpunkt und unabhängig von den Druckverhältnissen im Zuluft- oder Abluftsystem der Brennkraftmaschine geöffnet werden. Daraus ergeben sich mehrere Vorteile. Zum einen kann damit ein schneller Druck- und somit auch Drehzahlabbau an der Turbine des Abgasturboladers herbeigeführt werden, wodurch beim Übergang vom Volllast- in den Teillast- oder Schubbetrieb die Pumpgefahr des Abgasturboladers wirksam verhindert wird. Es ist somit auch kein anfälliges, Bauraum beanspruchendes und zusätzliche Kosten verursachendes Schubumluftsystem notwendig.By the inventive method can the wastegate valve at an optimal time and independent of the pressure conditions in the Zuluft- or exhaust system of the internal combustion engine to be opened. This results in several advantages. For one, it can be faster Printing and thus also speed reduction be brought about at the turbine of the exhaust gas turbocharger, whereby in the transition from full load to partial load or overrun the risk of pumping the exhaust gas turbocharger is effectively prevented. So it is no susceptible, installation space demanding and additional Cost-causing divert air system necessary.

Zudem kann der Abgasturbolader im Teillastbetrieb auf einem wesentlich höheren Drehzahlniveau gehalten werden, als dies bei einem Abgasturbolader mit Druckdosen-gesteuertem Wastegateventil möglich ist. Somit steht bei einem Übergang vom Teillast- in den Volllastbetrieb eine höhere Leistung des Abgasturboladers zur Verfügung, so dass eine maximale Dynamik im Aufladebetrieb erreicht wird.moreover can the exhaust gas turbocharger in part-load operation on a material higher Speed level are maintained, as in an exhaust gas turbocharger with pressure-dose-controlled wastegate valve is possible. Thus stands at a transition from part-load to full-load operation, a higher output of the turbocharger to disposal, so that maximum dynamics in the charging operation is achieved.

Weiterhin kann bei einem Kaltstart das Wastegate gezielt für eine bestimmte Zeit geöffnet sein, damit heiße Abgase direkt auf einen Abgaskatalysator geleitet und diesen schnellstmöglich auf Betriebstemperatur bringen, wodurch Emissionen merklich verringert werden.Farther In the case of a cold start, the wastegate can be deliberately opened for a certain period of time name is Exhaust gases passed directly to an exhaust gas catalyst and this on as quickly as possible Operating temperature, which significantly reduces emissions become.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß Anspruch 2 wird vorgeschlagen, dass als Führungsgröße für die Regelung des elektrisch betätigbaren Wastegateventils der Quotient aus dem Luftmassenstrom und dem Druckverhältnis am Verdichter des Abgasturboladers verwendet wird.at a preferred embodiment of the device according to claim 2 it is suggested that as a guide for the scheme of the electrically operated Wastegateventile the quotient of the air mass flow and the pressure ratio on Compressor of the exhaust gas turbocharger is used.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung gemäß Anspruch 3 ist vorgesehen, dass der Betriebspunkt für die Regelung des elektrisch betätigbaren Wastegateventils aus einem Verdichter-Kennfeld anhand einer vorgegebenen Schlucklinie der Brennkraftmaschine ermittelt wird.In a further advantageous embodiment of the invention according to claim 3 it is provided that the operating point for the control of the electrically actuated wastegate valve from a Ver dense characteristic map is determined based on a predetermined Schlucklinie the internal combustion engine.

Der Quotient aus dem (korrigierten) Luftmassenstrom und dem Druckverhältnis am Verdichter ergibt sich aus dem bekannten, für jeden Abgasturbolader spezifischen Betriebspunkt-Kennfeld. Dieses Betriebspunkt-Kennfeld enthält auch die spezifische Schlucklinie der betreffenden Brennkraftmaschine. Bei modernen Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine oder eines Abgasturboladers liegt das zugehörige spezifische Betriebspunkt-Kennfeld bereits in einem Motorsteuergerät vor, so dass benötigte Daten problemlos und ohne zusätzlichen Aufwand hieraus entnommen werden können.Of the Ratio of the (corrected) air mass flow and the pressure ratio on Compressor results from the known, specific for each exhaust gas turbocharger Operating point map. This operating point map also contains the specific swallow line the relevant internal combustion engine. In modern procedures for Operation of an internal combustion engine or an exhaust gas turbocharger is located the associated specific operating point map already in an engine control unit before, so that needed Data easily and without additional Expense can be taken from this.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are in further claims, the Description and / or the figures indicated.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der Zeichnung erläutert.The Invention will now be described with reference to an embodiment with the aid explained the drawing.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 eine Prinzipdarstellung der Struktur der erfindungsgemäßen Betriebspunktregelung, 1 a schematic representation of the structure of the operating point control according to the invention,

2 die Blöcke 1 bis 3 aus 1 im Detail, 2 the blocks 1 to 3 out 1 in detail,

3 die Ermittlung der Sollwert Begrenzung im Detail, 3 the determination of the setpoint limitation in detail,

4 ein Beispiel für ein Betriebspunkt-Kennfeld eines Verdichters, 4 an example of an operating point characteristic map of a compressor,

5 ein Prinzipbeispiel für einen Betriebspunkt-Regler, 5 a basic example of an operating point controller,

6 eine Struktur für eine Vorsteuerung mit Abgas-Temperatur-Korrektur, 6 a structure for pilot control with exhaust gas temperature correction,

7 eine Struktur einer Adaption der Wastegate-Ansteuerung und 7 a structure of an adaptation of the wastegate control and

8 eine Struktur für eine Pumperkennung bzw. für die Ansteuerung des Schubumluftventils. 8th a structure for a pump detection or for the control of the diverter valve.

Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Regelung eines Abgasturboladers für eine mittels eines Verdichters aufgeladene Brennkraftmaschine.The Invention is particularly suitable for controlling an exhaust gas turbocharger for one by means of a compressor charged internal combustion engine.

Das in 1 dargestellte Verfahren zur Regelung eines Abgasturboladers betrifft eine v-förmige Brennkraftmaschine mit jeweils zumindest einem Verdichter für die linke und die rechte Zylinderbank. Ausgangspunkt für die Regelung ist der gesamte Soll-Luftmassenstrom msdks_w, welcher der Brennkraftmaschine zugeführt werden soll. Aus diesem Wert werden in Block 1 jeweils Sollwerte für dem Luftmassenstrom in der linken beziehungsweise rechten Zylinderbank ermittelt und einem zweiten Block 2, 2' zugeführt. Da die Struktur für beide Zylinderbänke identisch ist, werden im Folgenden generell nur die Blöcke für die linke Zylinderbank erläutert.This in 1 illustrated method for controlling an exhaust gas turbocharger relates to a v-shaped internal combustion engine, each having at least one compressor for the left and right cylinder bank. The starting point for the control is the total desired air mass flow msdks_w, which is to be supplied to the internal combustion engine. For this value are in block 1 respectively determined setpoint values for the air mass flow in the left and right cylinder bank and a second block 2 . 2 ' fed. Since the structure is identical for both cylinder banks, only the blocks for the left bank of cylinders will be explained below in general.

Dem zweiten Block 2 wird außerdem ein Rohwert für die Ist-Luftmasse mshfmuf_wli für die linke Zylinderbank zugeführt.The second block 2 In addition, a raw value for the actual air mass mshfmuf_wli for the left-hand cylinder bank is supplied.

In dem zweiten Block 2 wird aus diesen Eingangsgrößen ein begrenzter Sollwert ermittelt. In einem anschließenden dritten Block 3 wird dieser begrenzte Sollwert gegebenenfalls noch reduziert. Der daraus resultierende Sollwert wird anschließend einem vierten Block 4 zugeführt, wo der Istwert mit Hilfe eines PI-Reglers mit Vorsteuerung auf diesen Sollwert eingestellt wird. An den vierten Block 4 schließt sich noch ein sechster Block 6 mit einer Diagnoseroutine und ein siebter Block 7 mit einer Wastegate-Ansteuerung an. Parallel dazu wird in einem fünften Block 5 eine Pumperkennung für den Abgasturbolader durchgeführt und eine Steuerung zum Öffnen des Wastegates ermittelt. Das Ergebnis von Block 5 wird dem Block 6 zugeführt.In the second block 2 a limited setpoint is determined from these input variables. In a subsequent third block 3 If necessary, this limited setpoint will be reduced. The resulting setpoint then becomes a fourth block 4 where the actual value is set to this setpoint value by means of a PI controller with feedforward control. To the fourth block 4 closes a sixth block 6 with a diagnostic routine and a seventh block 7 with a wastegate control. In parallel, in a fifth block 5 performed a Pumperkennung for the exhaust gas turbocharger and determines a controller for opening the wastegate. The result of block 5 gets the block 6 fed.

Der Inhalt der Blöcke 1 bis 3 aus 1 ist in 2 im Detail dargestellt. Hierbei handelt es sich um eine Sollwertvorgabe mit Zylinderbankausgleich. Der gesamte Soll-Luftmassenstrom msdks_w wird in Block 9 durch zwei geteilt und somit die Soll-Luftmassenströme msdks_wli für die linke Bank und msdks_wre für die rechte Bank ermittelt. Da auch die Struktur in 2 für beide Zylinderbänke identisch ist, werden im Folgenden wiederum nur die Blöcke für die linke Zylinderbank erläutert.The content of the blocks 1 to 3 out 1 is in 2 shown in detail. This is a setpoint specification with cylinder bank compensation. The total nominal air mass flow msdks_w is in block 9 divided by two and thus determines the target air mass flows msdks_wli for the left bank and msdks_wre for the right bank. As well as the structure in 2 is identical for both cylinder banks, again only the blocks for the left cylinder bank will be explained below.

Der Soll-Luftmassenstrom msdks_wli wird neben einer Luftmassen-Sollwertbegrenzung ldoLMmmaxli einem als Begrenzer ausgeführten Block 10 zugeführt und daraus durch Minimalwertbildung ein begrenzter Luftmassen-Sollwert ldmLMSoll_li für die linke Zylinderbank ermittelt. Der Wert für die Luftmassen-Sollwertbegrenzung ldoLMmmaxli gibt die maximal zulässige Luftmasse an und kann beispielsweise in einem Kennfeld abgelegt sein. Dieser begrenzte Luftmassen-Sollwert ldmLMSoll_li wird neben einem Gewichtungsfaktor zur Berechnung einer reduzierten Luftmasse ldmM_BASEli, einem korrigierten Ansaugdruck vor dem Verdichter (mit Druckverlust) anmVDF_Linkli und einem korrigierten Ladedruck nach dem Verdichter (mit Druckverlust) ldoP_Linkli einem Berechnungsblock 11 zugeführt. Aus dem Ergebnis dieser Berechnung wird anschließend in Block 12 anhand eines Kennfeldes eine gefilterte Sollregelgröße für die linke Bank ermittelt.The desired air mass flow msdks_wli is next to an air mass setpoint limitation ldoLMmmaxli a block designed as a limiter 10 supplied and determined by minimum value formation a limited air mass setpoint ldmLMSoll_li for the left cylinder bank. The value for the air mass setpoint limitation ldoLMmmaxli indicates the maximum permissible air mass and can be stored, for example, in a characteristic map. This limited air mass setpoint, ldmLMSoll_li, is given in addition to a weighting factor to calculate a reduced air mass ldmM_BASEli, a corrected intake pressure before the compressor (with pressure loss) anmVDF_Linkli and a corrected boost pressure after the compressor (with pressure loss) ldoP_Linkli a calculation block 11 fed. From the result of this calculation is subsequently in block 12 Based on a map, a filtered target control variable for the left bank determined.

Für den Bankausgleich ist außerdem ein Block 13 vorgesehen, in welchem eine Differenz zwischen dem Soll-Luftmassenstrom msdks_wli und dem begrenzten Luftmassen-Sollwert ldmLMSoll_li der linken Zylinderbank ermittelt wird. Ein entsprechender Block 13' ist für die rechte Zylinderbank vorgesehen. Die Differenz der rechten Zylinderbank aus Block 13' wird in einem Block 14 ebenfalls auf einen Maximalwert für den Luftmassenübertrag zwischen den beiden Bänken begrenzt und anschließend einem Summierblock 15 zugeführt.For bank balancing is also a block 13 provided in which a difference between the desired air mass flow msdks_wli and the limited air mass setpoint ldmLMSoll_li of the left cylinder bank is determined. A corresponding block 13 ' is intended for the right cylinder bank. The difference of the right bank of cylinders from block 13 ' will be in a block 14 also limited to a maximum value for the air mass transfer between the two banks and then a summation block 15 fed.

Durch diesen Bankausgleich wird eine Erhöhung der gesamten Zylinderfüllung ermöglicht, falls auf einer Zylinderbank der Luftmassenstrom begrenzt und gleichzeitig auf der anderen Zylinderbank noch zusätzliche Luftmasse zugeführt werden kann. Bei höheren Massenströmen kann es nämlich vorkommen, dass der Abgasgegendruck einer Bank zu hoch wird und es zu Füllungsunterschieden zwischen den Bänken kommt. Um diese Füllungsungleichheit zu korrigieren wird der Bank mit der kleineren Füllung ein geringerer Soll-Massenstrom vorgegeben, um damit den Abgasgegendruck zu senken. Diese bankweise unterschiedliche Verteilung des Soll-Massenstromes wird beispielsweise mit Hilfe einer Gewichtungskennlinie ermöglicht, welche für eine Bank begrenzend und für die andere Bank erhöhend wirkt.By this bank balancing enables an increase in the total cylinder charge, if limited on a cylinder bank, the air mass flow and simultaneously additional air mass can be supplied on the other cylinder bank can. At higher mass flows It can indeed happen that the exhaust back pressure of a bank is too high and it to filling differences between the benches comes. To this filling inequality too correct the bank with the smaller filling a lower target mass flow predetermined, so as to lower the exhaust back pressure. This bank wise different distribution of the desired mass flow, for example by means of a weighting characteristic which allows for a bank limiting and for raising the other bank acts.

In 3 ist die Sollwert Begrenzung entsprechend Block 2 aus 1 beziehungsweise Block 10 aus 2 näher dargestellt. Dabei werden als Eingangsgrößen der Atmosphärendruck anmADF, die Drehzahl nmot, die Ladelufttemperatur nach Ladeluftkühler anmLTF, der korrigierte Ansaugdruck vor dem Verdichter anmVDF_Link (mit Druckverlust), die Ansaugtemperatur anmAT1, der Rohwert für die Ist-Luftmasse mshfmuf_w, sowie die Betriebspunktänderung (Verdichterdelta) verwendet und daraus der anhand 2 beschriebene Luftmassen-Sollbegrenzungswert IdoLMmmax berechnet.In 3 is the setpoint limit according to block 2 out 1 or block 10 out 2 shown in more detail. The input parameters are the atmospheric pressure anmADF, the speed nmot, the charge air temperature after charge air cooler anmLTF, the corrected intake pressure before the compressor anmVDF_Link (with pressure loss), the intake temperature anmAT1, the raw value for the actual air mass mshfmuf_w and the operating point change (compressor delta) and from that the basis 2 calculated air mass target limitation value IdoLMmmax calculated.

Die 4 zeigt ein Beispiel für ein Verdichterkennfeld, wobei nach rechts der korrigierte Luftmassenstrom und nach oben das Druckverhältnis P2/P1 aufgetragen sind. Gestrichelt dargestellt ist die Pumpgrenze des Verdichters, welche im Betrieb nicht überschritten werden sollte. Weiterhin ist eine Motorschlucklinie eingetragen. Diese gibt in Abhängigkeit von der Motordrehzahl an, welcher Luftmassenstrom von der Brennkraftmaschine bei welchem Druckverhältnis des Verdichters benötigt wird. In dem gezeigten Beispiel steigt der benötigte Luftmassenstrom mit zunehmender Drehzahl an. Das Druckverhältnis steigt ebenfalls mit zunehmender Drehzahl an, nimmt aber bei sehr hohen Drehzahlen wieder ab.The 4 shows an example of a compressor map, with the corrected air mass flow to the right and the pressure ratio P2 / P1 are plotted to the right. The dashed line shows the pumping limit of the compressor, which should not be exceeded during operation. Furthermore, an engine intake line is entered. This indicates, depending on the engine speed, which air mass flow is required by the internal combustion engine at which pressure ratio of the compressor. In the example shown, the required air mass flow increases with increasing speed. The pressure ratio also increases with increasing speed, but decreases again at very high speeds.

Somit kann bei bekanntem Verdichter-Kennfeld und bekannter Motorschlucklinie im Betrieb der Brennkraftmaschine der jeweils optimale Betriebspunkt vorbestimmt werden. Eine Änderung der Lastanforderung an die Brennkraftmaschine führt in der Regel zu einer Drehzahländerung. Für diese Zieldrehzahl kann wiederum anhand der Motorschlucklinie aus dem Verdichterkennfeld ein optimaler Betriebspunkt bestimmt werden. Die Differenz zwischen den beiden Betriebspunkten wird nun als Eingangsgröße für die Regelung des Abgasturboladers mit Vorsteuerung verwendet. Die eigentliche Regelung des Abgasturboladers muss dann lediglich noch die Abweichung des bereits vorgesteuerten Istwertes zum Sollwert gewährleisten. Dadurch wird die Dynamik und gleichzeitig auch die Qualität der Regelung deutlich verbessert.Consequently can with known compressor map and known engine intake line during operation of the internal combustion engine of the respective optimal operating point be predetermined. A change the load request to the internal combustion engine usually leads to a speed change. For this Target speed can in turn based on the engine intake line from the Compressor map an optimal operating point can be determined. The difference between the two operating points will now be used as input for the control used the exhaust gas turbocharger with feedforward. The real one Regulation of the exhaust gas turbocharger then only has the deviation ensure the already pre-controlled actual value to the setpoint. This clearly shows the dynamics and at the same time the quality of the control improved.

Als Führungsgröße für die Regelung wird vorzugsweise der Quotient aus Luftmassenstrom und Druckverhältnis am Verdichter verwendet, wobei die zugehörigen Massenströme und Drücke mit Hilfe von Sensoren gemessen und gegebenenfalls mit Hilfe geeigneter Modelle noch korrigiert werden.When Reference variable for the regulation is preferably the quotient of air mass flow and pressure ratio on Compressor used, with the associated mass flows and pressures with Help of sensors measured and, where appropriate, using appropriate Models still to be corrected.

Die im Block 4 von 1 dargestellte PI-Regelung mit Vorsteuerung ist bereits in der DE 100 62 350 A1 beschrieben und wird daher an dieser Stelle nur noch kurz erläutert. Bei diesem Verfahren wird der Regelbereich in Abhängigkeit eines Gradienten der zu regelenden Größe und einer Differenz der zu regelnden Größe in wenigsten vier Teilbereiche mit jeweils unterschiedlicher Regelcharakteristik unterteilt ist. So ist beispielsweise in den Quadranten I und III, in denen ein negativer Gradient der zu regelnden Größe vorliegt, eine allgemein defensive Reglerapplikation vorgesehen. Bei positivem Gradienten der zu regelnden Größe in den Quadranten II und IV ist hingegen eine allgemein aggresive Reglerapplikation vorgesehen.The in the block 4 from 1 shown PI control with feedforward control is already in the DE 100 62 350 A1 described and will therefore be explained briefly at this point. In this method, the control range is subdivided into at least four subregions, each having a different control characteristic, as a function of a gradient of the variable to be regulated and a difference of the variable to be controlled. Thus, for example, in the quadrants I and III, in which there is a negative gradient of the variable to be controlled, a generally defensive regulator application is provided. For a positive gradient of the variable to be controlled in the quadrants II and IV, however, a generally aggresive regulator application is provided.

Mit Hilfe der Aufteilung des Regelbereichs in die Quadranten I, II, III und IV lässt sich eine hohe Dynamik im Aufladebetrieb einer Brennkraftmaschine bei gleichzeitig verbesserter Regelgüte erreichen. Ein Fahrzeug reagiert dadurch spontan auf den Fahrpedalwunsch des Fahrers, ohne dass eine unerwünschte Zeitverzögerung, ein so genanntes Turboloch, auftritt. Gleichzeitig wird die Brennkraftmaschine durch die verbesserte Regelgüte zuverlässig vor unzulässig hohen Brennraumdrücken geschützt.With Help to divide the control area into quadrants I, II, III and IV leaves a high dynamics in the charging operation of an internal combustion engine at simultaneously improved quality of control to reach. A vehicle reacts spontaneously to the accelerator pedal request of the driver, without any unwanted time delay, a so-called turbo lag, occurs. At the same time, the internal combustion engine due to the improved control quality reliable inadmissible high combustion chamber pressures protected.

In 5 ist die Anwendung dieses bekannten Regelverfahrens auf die erfindungsgemäße Betriebspunktregelung dargestellt.In 5 the application of this known control method is shown on the operating point control according to the invention.

Der Istwert für die Regelgröße wird dort in Block 50 ermittelt, in dem die reduzierte Ist-Luftmasse anmLMMred mit dem korrigierten Ansaugdruck vor Verdichter anmVDF_Link multipliziert und anschließend durch den korrigierten Ladedruck nach Verdichter ldoP_Link dividiert wird. Anschließend wird mit Hilfe eines Filters 51 die gefilterte Regelgröße ermittelt und einem Additionsblock 52 zugeführt. Dem Additionsblock 52 wird außerdem noch die gefilterte Sollregelgröße zugeführt, die sich als Ergebnis des Verfahrens gemäß 2 ergibt. Als Ausgangsgröße stellt der Additionsblock 52 das VerdichterDelta, also die Abweichung der Ist-Regelgröße von der Sollregelgröße, zur Verfügung. In einem weiteren Additionsblock 53 wird aus dem aktuellen VerdichterDelta und dem letzten verfügbaren Wert (Block 54) ein Betriebspunktgradient ermittelt.The actual value for the controlled variable is there in block 50 is determined by multiplying the reduced actual air mass anmLMMred by the corrected intake pressure upstream of the compressor anmVDF_Link and then dividing it by the corrected boost pressure after the compressor ldoP_Link. Subsequently is using a filter 51 determines the filtered controlled variable and an addition block 52 fed. The addition block 52 In addition, the filtered desired control variable is supplied, resulting as a result of the method according to 2 results. The output block is the addition block 52 the compressor delta, ie the deviation of the actual controlled variable from the nominal controlled variable, is available. In another addition block 53 is calculated from the current compressor delta and the last available value (block 54 ) determines an operating point gradient.

Die Werte VerdichterDelta und Betriebpunktgradient werden dem eigentlichen Regler 4, vorzugsweise einem PI-Regler mit Vorsteuerung gemäß der Patentanmeldung DE 100 62 350 A1 , als Eingangsgrößen zur Verfügung gestellt. Als Ausgangsgröße stellt der Regler 4 den P-Anteil ldoRGP und den I-Anteil ldoRGI zur Verfügung. Die beiden Anteile werden anschließend im Additionsblock 56 addiert, in einem weiteren Additionsblock 57 zur korrigierten Vorsteuerung ldoVSkorr addiert und daraus der gesamte Reglerausgang ldoSG ermittelt.The values compressor delta and operating point gradient become the actual controller 4 , preferably a PI controller with pilot control according to the patent application DE 100 62 350 A1 , provided as input variables. The output is the controller 4 the P-share ldoRGP and the I-share ldoRGI available. The two parts are then added in the addition block 56 added, in another addition block 57 For the corrected precontrol ldoVSkorr is added and from this the entire controller output ldoSG is determined.

In einem Block 58 wird dann der Reglerausgang ldoSG noch auf zulässige obere und unteren Grenzen ldoSGmax, ldoSGmin eingeschränkt und anschließend einem Diagnoseblock 6 und einer Wastegate-Steuerung 7 zur Verfügung gestellt. Diese Grenzen ldoSGmax, ldoSGmin werden in Abhängigkeit von der Motordrehzahl nmot und der Betriebsgröße reduzierte Ist-Luftmasse anmLMMred dividiert durch das Druckverhältnis ldoP_Link/anmVDF_Link anhand von geeigneten Kennfeldern ermittelt.In a block 58 Then the controller output ldoSG is still limited to permissible upper and lower limits ldoSGmax, ldoSGmin and then a diagnostic block 6 and a wastegate control 7 made available. These limits ldoSGmax, ldoSGmin are determined as a function of the engine speed nmot and the operating variable reduced actual air mass anmLMMred divided by the pressure ratio ldoP_Link / anmVDF_Link on the basis of suitable characteristic diagrams.

Bei der Vorsteuerung kann unter Umständen eine Abgastemperatur-Korrektur vorteilhaft sein. Eine entsprechende Reglerstruktur ist in 6 dargestellt. Eine Adaption dieser Regelung für die Wastegate-Ansteuerung zeigt 7. Die Wastegate-Ansteuerung stellt die von der Turbine erzeugte und damit auch die dem Verdichter zur Verfügung gestellte Leistung ein.Under certain circumstances, an exhaust gas temperature correction may be advantageous in the pilot control. A corresponding controller structure is in 6 shown. An adaptation of this regulation for the wastegate control shows 7 , The wastegate control sets the power generated by the turbine and thus also the power provided to the compressor.

Die Pumperkennung beziehungsweise die Ansteuerung des Wastegatesventils (anstelle eines Schubumluftventils bei bekannten Verfahren) zeigt schließlich 8. Das Betriebsverhalten eines Verdichters wird durch ein Verdichterkennfeld (siehe 4) beschrieben, bei dem das Druckverhältnis (also Ladedruck am Verdichterausgang/Ansaugdruck am Verdichtereingang) über dem durchgesetzten Volumenstrom dargestellt ist. Der nutzbare Kennfeldbereich ist nach links (also in Richtung kleine Volumenströme) durch die so genannte Pumpgrenze begrenzt. Bei zu kleinen Volumenströmen löst sich die Strömung von den Verdichterleitschaufeln. Der Fördervorgang wird dadurch instabil. Die Luft strömt rückwärts durch den Verdichter, bis sich wieder ein stabiles Druckverhältnis einstellt. Der Druck baut sich erneut auf. Der Vorgang wiederholt sich in schneller Folge. Dabei entsteht ein Geräusch, das so genannte Pumpgeräusch.The Pumperkennung or the control of Wastegatesventils (instead of a diverter valve in known methods) finally shows 8th , The operating behavior of a compressor is determined by a compressor map (see 4 ), in which the pressure ratio (ie charge pressure at the compressor outlet / intake pressure at the compressor inlet) is shown above the volume flow rate. The usable map area is limited to the left (ie in the direction of small volume flows) by the so-called surge limit. If the volume flows are too small, the flow separates from the compressor guide vanes. The delivery process becomes unstable. The air flows backwards through the compressor until a stable pressure ratio is restored. The pressure builds up again. The process is repeated in quick succession. This creates a noise, the so-called pump noise.

Die in 8 dargestellte Funktion dient zum Öffnen eines Wastegatesventiles (anstelle eines Schubumluftventils bei bekannten Verfahren) beim Betrieb des Turboladers im Pumpbetrieb. Ziel ist es, das hohe Verdichtungsverhältnis schnell abzubauen und damit aus Betriebspumpen jenseits der Pumpgrenze schnell herauszuführen. Die Geräuschbildung wird dadurch verhindert.In the 8th shown function is used to open a wastegate valve (instead of a diverter valve in known methods) during operation of the turbocharger in pumping operation. The aim is to reduce the high compression ratio quickly and thus quickly lead out of operating pumps beyond the surge limit. The noise is prevented.

In Abhängigkeit von der Betriebspunktänderung beziehungsweise dem Betriebspunktgradient und dem Verdichterdelta wird das Wastegateventil während hoher Dynamik durch ein Kennfeld geöffnet. Außerdem wird das Wastegateventil in Abhängigkeit von Motordrehzahl nmot und der Betriebspunkt-Sollregelgröße während quasistationären Zuständen durch ein weiteres Kennfeld geöffnet. Alle Ausgänge dieser beiden Kennfelder müssen hierbei oberhalb einer Hysteresegrenze (Halteglied) liegen, um das Wastegateventil anzusteuern. Fallen die Kennfeldausgangsgrößen wieder unter die Pumpgrenze schließt das Wastegateventil wieder.In dependence from the operating point change or the operating point gradient and the compressor delta the wastegate valve is turned off during high dynamics opened by a map. In addition, the wastegate valve in dependence of Motor speed nmot and the operating point command variable during quasistationären states through another map opened. All outputs of this both maps need in this case above a Hysteresegreze (holding member) are to the wastegate valve head for. If the map output variables fall below the pumping limit again, the wastegate valve closes again.

Zur Pumpvermeidung geht außerdem die in 4 dargestellt Pumpgrenze auch in die in 3 dargestellte Ermittlung der Luftmassen Sollwertbegrenzung ldoLMmmax ein.For pump avoidance goes also in 4 also shown pumping limit in the in 3 illustrated determination of the air masses Setpoint limitation ldoLMmmax.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen wurde die Betriebspunktregelung in Zusammenhang mit einer v-förmigen Brennkraftmaschine beschrieben. Mit Ausnahme des Bankausgleichs ist die Betriebspunktregelung aber selbstverständlich auch auf andere Brennkraftmaschinen anwendbar. Außerdem wurden an verschiedenen Stellen Korrekturwerte ermittelt. Durch diese Korrekturen wird das Ergebnis der Betriebspunktregelung verbessert. Insbesondere sind solche Korrekturmodelle sinnvoll, wenn die zur Verfügung stehenden Sensoren nicht an den für die Betriebspunktregelung günstigsten Positionen vorgesehen sind. Beispielsweise sollten Drucksensoren direkt am Verdichtereingang und -ausgang vorgesehen werden. Da dies aus Bauraumgründen häufig nicht möglich ist werden diese Einflüsse vorzugsweise durch entsprechende Korrekturmodelle beseitigt. Die erfindungsgemäße Lehre ist jedoch nicht auf solche Betriebspunktregelungen mit Korrekturverfahren beschränkt.In the embodiments shown has been the operating point control in connection with a v-shaped internal combustion engine described. With the exception of bank balancing is the operating point control but of course also applicable to other internal combustion engines. In addition, were Correction values are determined at various points. Through these corrections the result of the operating point control is improved. In particular are Such correction models make sense, if available Sensors not to the for the operating point control most favorable Positions are provided. For example, pressure sensors should be provided directly at the compressor inlet and outlet. As this for reasons of space often not possible is these influences preferably eliminated by appropriate correction models. The teaching of the invention but is not on such operating point controls with correction method limited.

anmADFanmADF
Atmosphärendruckatmospheric pressure
anmAT1anmAT1
Ansaugtemperatursuction
anmLMMredanmLMMred
reduzierte Ist-Luftmassereduced Actual air mass
anmLTFanmLTF
Ladelufttemperatur nach LadeluftkühlerCharge air temperature after intercooler
nach Drosselklappeto throttle
anmVDF_LinklianmVDF_Linkli
korrigierter Ansaugdruck vor Verdichtercorrected Suction pressure before compressor
linke Bank (mit Druckverlust)left Bank (with pressure loss)
anmVDF_LinkreanmVDF_Linkre
korrigierter Ansaugdruck vor Verdichtercorrected Suction pressure before compressor
rechte Bank (mit Druckverlust)right Bank (with pressure loss)
ldmLMSoll_lildmLMSoll_li
Luftmasse Sollwert linke Bankair mass Setpoint left bank
ldmLMSoll_reldmLMSoll_re
Luftmasse Sollwert rechte Bankair mass Setpoint right bank
ldmM_BASE =ldmM_BASE =
(ldwP1ref/anmVDF)·√(anmAT1/ldwT1ref)(LdwP1ref / anmVDF) · √ (anmAT1 / ldwT1ref)
(Referenzdruck/korrigierter Ansaugdruck(Reference pressure / corrected suction
vor Verdichter)·√(Ansaugtemperatur/in front Compressors) · √ (intake /
Referenztemperatur)Reference temperature)
ldmM_BASElildmM_BASEli
Gewichtungsfaktor zur Berechnung derweighting factor for the calculation of
reduzierten Luftmasse linke Bankreduced Air mass left bank
ldmM_BASEreldmM_BASEre
Gewichtungsfaktor zur Berechnung derweighting factor for the calculation of
reduzierten Luftmasse rechte Bankreduced Air mass right bank
ldmP_LlinldmP_Llin
Ist-LadedruckActual boost pressure
ldoRGIldoRGI
I-Anteil ReglerI component regulator
ldoRGPldoRGP
P-Anteil ReglerP-component regulator
ldoLMmmaxlildoLMmmaxli
Luftmasse Sollwertbegrenzung linke Bankair mass Setpoint limit left bank
ldoLMmmaxreldoLMmmaxre
Luftmasse Sollwertbegrenzung rechte Bankair mass Setpoint limit right bank
ldoP_LinklildoP_Linkli
korrigierter Ladedruck nach Verdichtercorrected Boost pressure after compressor
linke Bank (mit Druckverlust)left Bank (with pressure loss)
ldoP_LinkreldoP_Linkre
korrigierter Ladedruck nach Verdichtercorrected Boost pressure after compressor
rechte Bank (mit Druckverlust)right Bank (with pressure loss)
ldoSGldoSG
Reglerausgang (P-/I-Anteile +controller output (P / I shares +
Vorsteuerungfeedforward
ldoSGmaxldoSGmax
Maximalwert Reglerausgangmaximum value controller output
ldoSGminldoSGmin
Minimalwert Reglerausgangminimum value controller output
ldoSGAdaptionldoSGAdaption
Adaptionswert für Reglerausgangadaptation value for controller output
ldo_VSldo_VS
Vorsteuerungfeedforward
ldoVSkorrldoVSkorr
korrigierte Vorsteuerungcorrected feedforward
msdks_wmsdks_w
Soll-Luftmassenstrom gesamtTarget air mass flow total
msdks_wlimsdks_wli
Soll-Luftmassenstrom linke BankTarget air mass flow left bank
msdks_wremsdks_wre
Soll-Luftmassenstrom rechte BankTarget air mass flow right bank
mshfmm_wmshfmm_w
Gefilterte Ist-Luftmassefiltered Actual air mass
mshfmuf_wlimshfmuf_wli
Rohwert Ist-Luftmasse linke Bankraw score Actual air mass left bank
mshfmuf_wremshfmuf_wre
Rohwert Ist-Luftmasse rechte Bankraw score Is air mass right bank
nmotnmot
Drehzahlrotation speed
SollregelgrößeTarget controlled variable
Gefilterte Betriebspunkt-Sollregelgrößefiltered Operating point target controlled variable
gefiltert linksfiltered Left
linksLeft
SollregelgrößeTarget controlled variable
Gefilterte Betriebspunkt-Sollregelgrößefiltered Operating point target controlled variable
gefiltert rechtsfiltered right
rechtsright
T_AbgasT_Abgas
Aktuelle Abgastemperaturcurrent exhaust gas temperature
T_AbgasnormT_Abgasnorm
normierte Abgastemperaturnormalized exhaust gas temperature
T_Deltat_delta
normierte Abgastemperatur – Aktuellenormalized Exhaust temperature - current
Abgastemperaturexhaust gas temperature
VerdichterDeltacompressor Delta
BetriebspunktänderungOperating point change

Claims (4)

Verfahren zur Regelung eines Abgasturboladers für eine mittels eines Verdichters aufgeladene Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass als Führungsgröße zur Regelung eines elektrisch betätigbaren Wastegateventils des Abgasturboladers ein Betriebspunkt des Verdichters herangezogen wird.Method for controlling an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine charged by means of a compressor, characterized in that an operating point of the compressor is used as a reference variable for controlling an electrically actuated wastegate valve of the exhaust gas turbocharger. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Führungsgröße für die Regelung des elektrisch betätigbaren Wastegateventils der Quotient aus dem Luftmassenstrom und dem Druckverhältnis am Verdichter verwendet wird.Method according to claim 1, characterized in that that as a reference for the regulation of the electrically operated Wastegateventile the quotient of the air mass flow and the pressure ratio on Compressor is used. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebspunkt für die Regelung des elektrisch betätigbaren Wastegateventils aus einem Verdichter-Kennfeld anhand einer vorgegebenen Schlucklinie der Brennkraftmaschine ermittelt wird.Method according to claim 1 or 2, characterized that the operating point for the regulation of the electrically operated Wastegate valve from a compressor map using a predetermined Schlucklinie the internal combustion engine is determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein PI-Regler mit Vorsteuerung verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that a PI controller is used with precontrol.
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