DE102005062681B4 - Method for determining an upper limit of the pressure of a gas upstream of a flow element, and a computer program and a control device - Google Patents

Method for determining an upper limit of the pressure of a gas upstream of a flow element, and a computer program and a control device Download PDF

Info

Publication number
DE102005062681B4
DE102005062681B4 DE102005062681.5A DE102005062681A DE102005062681B4 DE 102005062681 B4 DE102005062681 B4 DE 102005062681B4 DE 102005062681 A DE102005062681 A DE 102005062681A DE 102005062681 B4 DE102005062681 B4 DE 102005062681B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
pressure
flow element
gas
downstream
upstream
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102005062681.5A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102005062681A1 (en
Inventor
Reinhard Fischer
André Wittmer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102005062681.5A priority Critical patent/DE102005062681B4/en
Publication of DE102005062681A1 publication Critical patent/DE102005062681A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102005062681B4 publication Critical patent/DE102005062681B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/013Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust-driven pumps arranged in series
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/004Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust drives arranged in series
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/16Control of the pumps by bypassing charging air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/18Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1446Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being exhaust temperatures
    • F02D41/1447Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being exhaust temperatures with determination means using an estimation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1448Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an exhaust gas pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1448Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an exhaust gas pressure
    • F02D41/145Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an exhaust gas pressure with determination means using an estimation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04Cooling of air intake supply
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

Verfahren zur Bestimmung eines oberen Grenzwertes (p) eines Druckes (p) eines Gases stromauf eines Strömungselementes (7, 8, 10, 11, 12, 13), dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert des Druckes stromauf des Strömungselementes (p) aus Zustandsgrößen des Gases (p, T) stromab des Strömungselementes (7, 8, 10, 11, 12, 13) sowie einer durch das Strömungselement (7, 8, 10, 11, 12, 13) bewirkten Zustandsänderung (Δp, ΔT) des Gases ermittelt wird.Method for determining an upper limit value (p) of a pressure (p) of a gas upstream of a flow element (7, 8, 10, 11, 12, 13), characterized in that the limit value of the pressure upstream of the flow element (p) from state variables of the Gas (p, T) downstream of the flow element (7, 8, 10, 11, 12, 13) and a change in state (Δp, ΔT) of the gas caused by the flow element (7, 8, 10, 11, 12, 13) becomes.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines oberen Grenzwertes eines Druckes eines Gases stromauf eines Strömungselementes sowie ein Computerprogramm und ein Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens.The present invention relates to a method for determining an upper limit value of a pressure of a gas upstream of a flow element, and to a computer program and a control device for carrying out the method.

Im Stand der Technik sind Brennkraftmaschinen mit einer zweistufigen Aufladung bekannt, dabei sind zwei Verdichter im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine in Reihe geschaltet. Handelt es sich um Turbolader, so sind entsprechend im Abgastrakt zwei Turbinen in Reihe geschaltet. Diese arbeiten das zur Verfügung stehende Enthalphiegefälle nacheinander ab. Die beiden Turbinenstufen werden in Hochdruck- und Niederdruckturbine unterschieden, die Hochdruckturbine ist in Stromrichtung des Abgases vor der Niederdruckturbine angeordnet, ist also unmittelbar am Motoraustritt der Brennkraftmaschine angeordnet. Statt zwei Turbinen können hier prinzipiell auch mehr als zwei Turbinen verwendet werden. In der Regel werden steuerbare Abgasturbinen verwendet, die beispielsweise aus einer Parallelschaltung einer ungesteuerten Abgasturbine mit einem steuerbaren Bypassventil oder einer Turbine mit einer verstellbaren Turbinengeometrie, z. B. mit verstellbaren Leitgittern, oder einer Kombination aus beidem bestehen. Auf diese Weise kann die von jeder Turbine in mechanische Energie umgesetzte Enthalpie des Abgases gesteuert werden, es kann also gesteuert werden, wie viel Arbeit bzw. Leistung die Turbine dem Abgas entnimmt. Da der Umgebungsdruck am Ausgang der Abgasanlage dem atmosphärischen Umgebungsdruck entspricht hat eine Veränderung der Leistungsentnahme durch die Abgasturbinen eine Änderung des Abgasdruckes und der Abgastemperatur am Eingang der Hochdruckturbine zur Folge. Dieser Abgasdruck entspricht dem Abgasdruck am Motoraustritt, also dem unmittelbar an oder nach den Auslassventilen in der Abgasanlage, meist ist dies ein Abgaskrümmer, der die Abgase mehrerer Zylinder zusammenführt, vorliegenden Druck. Eine Änderung der Leistungsentnahme der Turbinen, insbesondere der Hochdruckturbine, aus dem Abgas hat somit eine Veränderung von Temperatur und Druck am Motoraustritt zur Folge. Der Druck am Motoraustritt wird zunächst über die Öffnungszeiten der Gaswechselventile, also der Einlass- und Auslassventile sowie die Druckverhältnisse vor, während und nach der Verbrennung in der Brennkraftmaschine und damit z. B. durch Zündzeitpunkt, Einspritzmenge, Einspritzverlauf und Einspritzzeitpunkt gesteuert. Für einen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine kann jeweils ein maximaler Abgasdruck am Motoraustritt angegeben werden, bei dem eine für den Betriebspunkt gewünschte oder notwendige Gaswechselrate erreicht wird. Der zulässige Abgasdruck am Motoraustritt hängt dabei unter anderem davon ab, ob ein vollständiger Gaswechsel im Zylinder erreicht werden soll oder ob beispielsweise eine innere Abgasrückführung bewirkt werden soll, indem kein vollständiger Gasaustausch in der Ausstoßphase der Brennkraftmaschine erlaubt wird. Der zulässige Abgasdruck am Motoraustritt ist somit für einen beliebigen Betriebspunkt durch die Brennkraftmaschine selbst vorgegeben. Das abarbeitbare Enthalpiegefälle und damit die Leistungsentnahme der Abgasturbinen, insbesondere der Hochdruckturbine, ist demzufolge so zu wählen, dass der maximale Abgasdruck am Motoraustritt nicht überschritten wird. Des Weiteren muss die Leistungsentnahme so eingestellt werden, dass eine maximale Turbinenleistung dynamisch nicht überschritten wird um die mechanische Belastung (z.B. durch Überdrehzahl) des Turboladers hinsichtlich Dauerhaltbarkeit zu begrenzen.In the prior art, internal combustion engines with a two-stage supercharging are known, two compressors being connected in series in the intake tract of an internal combustion engine. If turbochargers are involved, two turbines are connected in series in the exhaust system. These work through the available enthalpy gradient one after the other. The two turbine stages are differentiated into high-pressure and low-pressure turbines; the high-pressure turbine is arranged in the flow direction of the exhaust gas upstream of the low-pressure turbine, and is therefore arranged directly at the engine outlet of the internal combustion engine. In principle, instead of two turbines, more than two turbines can be used. In general, controllable exhaust gas turbines are used, for example, from a parallel connection of an uncontrolled exhaust gas turbine with a controllable bypass valve or a turbine with an adjustable turbine geometry, for. B. with adjustable baffles, or a combination of both. In this way, the enthalpy of the exhaust gas converted into mechanical energy by each turbine can be controlled, ie it can be controlled how much work or power the turbine takes from the exhaust gas. Since the ambient pressure at the outlet of the exhaust system corresponds to the atmospheric ambient pressure, a change in the power consumption by the exhaust gas turbines results in a change in the exhaust gas pressure and the exhaust gas temperature at the inlet of the high-pressure turbine. This exhaust gas pressure corresponds to the exhaust gas pressure at the engine outlet, that is to say the pressure present immediately on or after the exhaust valves in the exhaust system, usually an exhaust manifold that brings together the exhaust gases of several cylinders. A change in the power consumption of the turbines, in particular the high-pressure turbine, from the exhaust gas thus results in a change in temperature and pressure at the engine outlet. The pressure at the engine outlet is first of all determined by the opening times of the gas exchange valves, i.e. the intake and exhaust valves, and the pressure conditions before, during and after combustion in the internal combustion engine and thus, for. B. controlled by ignition timing, injection quantity, injection process and injection timing. A maximum exhaust gas pressure at the engine outlet can be specified for an operating point of the internal combustion engine, at which a gas exchange rate desired or necessary for the operating point is achieved. The permissible exhaust gas pressure at the engine outlet depends, among other things, on whether a complete gas change in the cylinder is to be achieved or whether, for example, an internal exhaust gas recirculation is to be effected by not allowing complete gas exchange in the exhaust phase of the internal combustion engine. The permissible exhaust gas pressure at the engine outlet is thus predetermined by the internal combustion engine itself for any operating point. The workable enthalpy gradient and thus the power consumption of the exhaust gas turbines, in particular the high-pressure turbine, must therefore be selected so that the maximum exhaust gas pressure at the engine outlet is not exceeded. Furthermore, the power consumption must be set so that a maximum turbine output is not dynamically exceeded in order to limit the mechanical load (e.g. due to overspeed) of the turbocharger with regard to durability.

Die DE 697 12 056 T2 offenbart ein Steuersystem für einen Turbolader mit variabler Geometrie, der eine Turbine hat, die durch Abgas angetrieben wird, das von einem Motorauspuffkrümmer nach einem Abgaseinlaß des Turboladers abgegeben wird, und der einen von der Turbine angetriebenen Kompressor hat, um Luft über einen Luftauslaß des Turboladers nach einem Motoransaugkrümmer abzugeben, aufweisend Mittel zum Überwachen eines Parameters, der eine Funktion des Drucks innerhalb des Motorauspuffkrümmers ist, und Steuermittel mit geschlossenem Kreis, zum Steuern der Verschiebung eines stromaufwärts von der Turbine gelegenen Mechanismus mit variabler Geometrie, um den überwachten Parameter innerhalb vorgegebener Grenzen zu halten, dadurch gekennzeichnet, dass der überwachte Parameter eine Funktion der Differenz zwischen den Drücken innerhalb des Motorauspuffkrümmers und des Motoransaugkrümmers ist.The DE 697 12 056 T2 discloses a control system for a variable geometry turbocharger which has a turbine driven by exhaust gas discharged from an engine exhaust manifold after an exhaust gas inlet of the turbocharger and which has a turbine driven compressor to draw air through an air outlet of the turbocharger after an engine intake manifold, comprising means for monitoring a parameter that is a function of the pressure within the engine exhaust manifold and closed loop control means for controlling the displacement of a variable geometry upstream turbine mechanism to the monitored parameter within predetermined limits to keep, characterized in that the monitored parameter is a function of the difference between the pressures within the engine exhaust manifold and the engine intake manifold.

Probleme des Standes der TechnikPrior Art Problems

Im Stand der Technik ist kein Verfahren und keine Vorrichtung bekannt, die eine Begrenzung des Abgasdruckes am Motoraustritt für eine mehrstufige Abgasturbine bereitstellen. Insbesondere gilt dies für dynamische Betriebszustände wie transienten Vorgängen, also Lastwechseln, Betriebspunktwechseln, Betriebsbereichswechseln usw., bei denen sich die Zustände der Turbolader stark von stationären Betriebszuständen unterscheiden können.No method and no device is known in the prior art which provide a limitation of the exhaust gas pressure at the engine outlet for a multi-stage exhaust gas turbine. This applies in particular to dynamic operating states such as transient processes, i.e. load changes, operating point changes, operating range changes, etc., in which the states of the turbochargers can differ greatly from stationary operating states.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die eine Bestimmung eines oberen Grenzwertes des Abgasdruckes einer Brennkraftmaschine stromauf einer steuerbaren Abgasturbine ermöglichen.It is therefore an object of the present invention to provide a method and a device which enable an upper limit value of the exhaust gas pressure of an internal combustion engine to be determined upstream of a controllable exhaust gas turbine.

Vorteile der Erfindung Advantages of the invention

Dieses Problem wird gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung eines oberen Grenzwertes eines Druckes eines Gases stromauf eines Strömungselementes, wobei der Grenzwert des Druckes stromauf des Strömungselementes aus Zustandsgrößen des Gases stromab des Strömungselementes sowie einer durch das Strömungselement bewirkten Zustandsänderung des Gases ermittelt wird. Die durch das Strömungselement bewirkte Zustandsänderung ist insbesondere die zwischen unmittelbar stromauf des Strömungselementes und unmittelbar stromab des Strömungselementes beobachtbare thermodynamische Zustandsänderung. Stromauf bezeichnet die Richtung entgegen der Strömungsrichtung des Gases, stromab bezeichnet die Richtung in Strömungsrichtung des Gases.This problem is solved by a method for determining an upper limit value of a pressure of a gas upstream of a flow element, the limit value of the pressure upstream of the flow element being determined from state variables of the gas downstream of the flow element and a change in state of the gas caused by the flow element. The change in state brought about by the flow element is in particular the thermodynamic change in state that can be observed between immediately upstream of the flow element and immediately downstream of the flow element. Upstream denotes the direction opposite to the flow direction of the gas, downstream denotes the direction in the flow direction of the gas.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Zustandsgrößen des Abgases stromab des Strömungselementes der Druck und die Temperatur des Gases sind, entsprechend ist die Zustandsänderung die über das Strömungselement bewirkte Änderung von Druck und Temperatur des Gases. Diese werden vorzugsweise nicht gemessen, sondern aus einem Zustandsmodell des Strömungselementes, bei einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine beispielsweise kann das Zustandsmodell auch die gesamte Abgasanlage von Motoraustritt bis Auslass der Abgase in die Umgebung ermittelt. Das Zustandsmodell ist eine Modellierung als Regelstrecke, bei der Eingangsgrößen wie insbesondere Druck und Temperatur des Gases mit Ausgangsgrößen, die wiederum insbesondere Temperatur und Druck des Gases sind, mit der dazwischen vorgenommenen Zustandsänderung verknüpft werden.It is preferably provided that the state variables of the exhaust gas downstream of the flow element are the pressure and the temperature of the gas; accordingly, the change in state is the change in pressure and temperature of the gas brought about by the flow element. These are preferably not measured, but from a state model of the flow element, in an exhaust system of an internal combustion engine, for example, the state model can also determine the entire exhaust system from the engine outlet to the outlet of the exhaust gases into the environment. The state model is a model as a controlled system, in which input variables such as, in particular, the pressure and temperature of the gas are linked to output variables, which in turn are, in particular, the temperature and pressure of the gas, with the state change that is carried out in between.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass aufgrund der dynamischen Zustandsänderungen der Druck und die Temperatur des Gases stromab des Strömungselementes iterativ ermittelt werden. Es wird also eine Schleife durchlaufen, bei der von einem beliebig gewählten Ausgangswert für Druck und Temperatur ausgehend in einer Schleife immer wieder neue Werte für Druck und Temperatur ermittelt werden. Die Schleife wird vorzugsweise in vorgegebenen Zeitabständen, beispielsweise 20 Millisekunden, durchlaufen, so dass mit jedem Schleifendurchlauf ein neuer Grenzwert des Druckes des Gases stromauf des Strömungselementes zur Verfügung steht. Unter Iteration wird hier nicht ein Rechenverfahren verstanden, bei dem ein Schleifendurchlauf nach Erreichen eines Abbruchkriteriums abgebrochen wird, sondern ein Rechenverfahren, das ohne Abbruchkriterium dauerhaft durchlaufen wird.It is preferably provided that the pressure and the temperature of the gas downstream of the flow element are determined iteratively based on the dynamic changes in state. A loop is thus run through, in which, starting from an arbitrarily selected initial value for pressure and temperature, new values for pressure and temperature are repeatedly determined in a loop. The loop is preferably run through at predetermined time intervals, for example 20 milliseconds, so that a new limit value of the pressure of the gas upstream of the flow element is available with each loop run. Iteration here is not to be understood as a computing method in which a loop pass is terminated after an abort criterion has been reached, but rather a computing method that is carried out continuously without an abort criterion.

Vorzugsweise umfasst die Iteration die Schritte

  • -Bestimmen eines Startwertes für den Druck und eines Startwertes für die Temperatur des Gases stromab des Strömungselementes;
  • -Ermitteln der Dichten des Gases stromauf und stromab des Strömungselementes aus dem Wert für Druck den und dem Wert für die Temperatur des Gases stromab des Strömungselementes;
  • -Ermitteln des effektiven Strömungsquerschnittes des Strömungselementes aus dem Wert für Druck den und dem Wert für die Temperatur des Gases stromab des Strömungselementes;
  • -Ermitteln eines neuen Wertes für den Druck stromab des Strömungselementes aus den Dichten des Gases stromauf und stromab des Strömungselementes sowie des effektiven Strömungsquerschnittes des Strömungselementes;
  • -Ermitteln eines neuen Wertes für die Temperatur stromab des Strömungselementes aus dem Druck stromab sowie stromauf des Strömungselementes.
The iteration preferably comprises the steps
  • Determining a starting value for the pressure and a starting value for the temperature of the gas downstream of the flow element;
  • Determining the densities of the gas upstream and downstream of the flow element from the value for the pressure and the value for the temperature of the gas downstream of the flow element;
  • Determining the effective flow cross section of the flow element from the value for the pressure and the value for the temperature of the gas downstream of the flow element;
  • Determining a new value for the pressure downstream of the flow element from the densities of the gas upstream and downstream of the flow element and the effective flow cross section of the flow element;
  • -Determining a new value for the temperature downstream of the flow element from the pressure downstream and upstream of the flow element.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Strömungselement eine steuerbare Abgasturbine umfasst. Weiter vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Strömungselement eine steuerbare Hochdruckturbine in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine umfasst. Weiter vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass das Strömungselement eine Niederdruckturbine in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine umfasst. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Temperatur des Gases stromauf des Strömungselementes mit einem Modell der Brennkraftmaschine ermittelt wird. In einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass das Strömungselement eine steuerbare Hochdruckturbine, insbesondere Hochdruckturbine mit Hochdruckturbinen-Bypassventil ist, der stromab eine steuerbare Niederdruckturbine, insbesondere Niederdruckturbine mit einem Niederdruckturbinen-Bypassventil, nachgeordnet ist, wobei der Grenzwert des Druckes stromauf des Strömungselementes der grenzwert des Drucks stromauf der steuerbaren Hochdruckturbine und der Druck stromab des Strömungselementes der Druck stromab der steuerbaren Hochdruckturbine und die Temperatur stromab des Strömungselementes die Temperatur stromab der steuerbaren Hochdruckturbine ist.It is preferably provided that the flow element comprises a controllable exhaust gas turbine. It is further preferably provided that the flow element comprises a controllable high-pressure turbine in an exhaust system of an internal combustion engine. It can further advantageously be provided that the flow element comprises a low-pressure turbine in an exhaust system of an internal combustion engine. It is preferably provided that the temperature of the gas upstream of the flow element is determined using a model of the internal combustion engine. In a preferred embodiment it is provided that the flow element is a controllable high-pressure turbine, in particular high-pressure turbine with high-pressure turbine bypass valve, which is arranged downstream of a controllable low-pressure turbine, in particular low-pressure turbine with a low-pressure turbine bypass valve, the limit value of the pressure upstream of the flow element being the limit value of the Pressure upstream of the controllable high-pressure turbine and the pressure downstream of the flow element is the pressure downstream of the controllable high-pressure turbine and the temperature downstream of the flow element is the temperature downstream of the controllable high-pressure turbine.

Das Gas ist in diesem Fall insbesondere ein Abgas der Brennkraftmaschine. Zustandsänderungen werden insbesondere hervorgerufen durch die steuerbare Abgasturbine (bzw. durch mehrere steuerbare Abgasturbinen in einem mehrstufigen Prozess). Die Zustandsänderung des Abgases durch die steuerbare Abgasturbine kann aus der aktuellen Turbinenleistung, die z.B. aus der abgegebenen mechanischen Leistung, wie z. B. der Wellenleistung der Turbine ermittelt wird, ermittelt werden. In das Zustandsmodell der Abgasanlage gehen insbesondere ein Abgasdruck am Motoraustritt und/oder eine Abgastemperatur am Motoraustritt und/oder ein Öffnungsquerschnitt eines Bypassventils ein. Die Temperatur des Abgases am Motoraustritt der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise aus einem Modell der Brennkraftmaschine ermittelt. Dieses Modell ist im Stand der Technik bekannt und vorzugsweise in einem Steuergerät für die Brennkraftmaschine implementiert. Unter Motoraustritt wird die Abgasanlage unmittelbar nach den Auslassventilen einer Viertakt-Brennkraftmaschine bzw. dem Auslasskanal aus dem Zylinder einer Zweitakt-Brennkraftmaschine verstanden. Die steuerbare Abgasturbine kann beispielsweise eine Abgasturbine mit einem parallel geschalteten Bypassventil oder eine Abgasturbine mit verstellbarer Turbinengeometrie, wie z.B. einem verstellbaren Leitgitter, oder einer Kombination aus beidem sein. Die Abgasturbine kann eine einzelne Turbinenstufe in der Abgasanlage einer Brennkraftmaschine sein, ist vorzugsweise aber eine Hochdruckturbine einer zweistufigen Abgasturbinenanlage, der ein steuerbares Hochdruckturbinen-Bypassventil parallel geschaltet ist. Der Hochdruckstufe ist in diesem Fall eine Niederdruckstufe, die ebenfalls eine steuerbare Abgasturbine als Niederdruck-Abgasturbine mit parallelem Niederdruckturbinen-Bypassventil umfassen kann, nachgeordnet. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dann auch bei der Niederdruckstufe verwendet werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, einen oberen Grenzwert des Abgasdruckes am Motoraustritt der Brennkraftmaschine zur weiteren Nutzung in einem Regelkreis für die Regelung der steuerbaren Abgasturbine bereitzustellen.In this case, the gas is, in particular, an exhaust gas from the internal combustion engine. State changes are caused in particular by the controllable exhaust gas turbine (or by several controllable exhaust gas turbines in a multi-stage process). The change in state of the exhaust gas by the controllable exhaust gas turbine can be determined from the current turbine output, for example from the mechanical power output, such as, for. B. the shaft power of the turbine is determined. In the The state model of the exhaust system includes in particular an exhaust gas pressure at the engine outlet and / or an exhaust gas temperature at the engine outlet and / or an opening cross section of a bypass valve. The temperature of the exhaust gas at the engine outlet of the internal combustion engine is preferably determined from a model of the internal combustion engine. This model is known in the prior art and is preferably implemented in a control unit for the internal combustion engine. The engine outlet is understood to mean the exhaust system immediately after the exhaust valves of a four-stroke internal combustion engine or the exhaust port from the cylinder of a two-stroke internal combustion engine. The controllable exhaust gas turbine can be, for example, an exhaust gas turbine with a bypass valve connected in parallel, or an exhaust gas turbine with an adjustable turbine geometry, such as an adjustable guide vane, or a combination of both. The exhaust gas turbine can be a single turbine stage in the exhaust system of an internal combustion engine, but is preferably a high-pressure turbine of a two-stage exhaust-gas turbine system, to which a controllable high-pressure turbine bypass valve is connected in parallel. In this case, the high-pressure stage is followed by a low-pressure stage, which can likewise comprise a controllable exhaust gas turbine as a low-pressure exhaust gas turbine with a parallel low-pressure turbine bypass valve. The method according to the invention can then also be used in the low pressure stage. With the method according to the invention, it is possible to provide an upper limit value of the exhaust gas pressure at the engine outlet of the internal combustion engine for further use in a control circuit for controlling the controllable exhaust gas turbine.

Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch ein Computerprogramm zur Bestimmung eines oberen Grenzwertes des Druckes eines Gases stromauf eines Strömungselementes, wobwi der Grenzwert des Druckes stromauf des Strömungselementes aus Zustandsgrößen des Gases stromab des Strömungselementes sowie einer durch das Strömungselement bewirkten Zustandsänderung des Gases ermittelt wird, insbesondere durch ein Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahren zur Bestimmung eines oberen Grenzwertes des Abgasdruckes am Motoraustritt einer Brennkraftmaschine mit einer steuerbaren Abgasturbine, wobei der Abgasdruck am Motoraustritt aus Zustandsgrößen des Abgases hinter der Abgasturbine sowie der Zustandsänderung des Abgases durch die steuerbare Abgasturbine ermittelt wird.The problem mentioned at the outset is also solved by a computer program for determining an upper limit of the pressure of a gas upstream of a flow element, the limit value of the pressure upstream of the flow element being determined from state variables of the gas downstream of the flow element and a change in the state of the gas caused by the flow element, in particular by means of a computer program for carrying out a method for determining an upper limit value of the exhaust gas pressure at the engine outlet of an internal combustion engine with a controllable exhaust gas turbine, the exhaust gas pressure at the engine outlet being determined from state variables of the exhaust gas behind the exhaust gas turbine and the change in state of the exhaust gas by the controllable exhaust gas turbine.

Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch ein Steuergerät zur Bestimmung eines oberen Grenzwertes des Druckes eines Gases stromauf eines Strömungselementes, wobei der Grenzwert des Druckes stromauf des Strömungselementes aus Zustandsgrößen des Gases stromab des Strömungselementes sowie einer durch das Strömungselement bewirkten Zustandsänderung des Gases ermittelt wird, insbesondere durch ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit einer steuerbaren Abgasturbine, insbesondere einer Abgasturbine mit steuerbarem Bypassventil, wobei das Steuergerät Mittel zur Bestimmung eines oberen Grenzwertes des Abgasdruckes umfasst am Motoraustritt, wobei der Abgasdruck am Motoraustritt aus Zustandsgrößen des Abgases hinter der Abgasturbine sowie der Zustandsänderung des Abgases durch die steuerbare Abgasturbine ermittelt wird.The problem mentioned at the outset is also solved by a control device for determining an upper limit value of the pressure of a gas upstream of a flow element, the limit value of the pressure upstream of the flow element being determined from state variables of the gas downstream of the flow element and a change in state of the gas caused by the flow element, in particular by a control unit for an internal combustion engine with a controllable exhaust gas turbine, in particular an exhaust gas turbine with a controllable bypass valve, the control unit comprising means for determining an upper limit value of the exhaust gas pressure at the engine outlet, the exhaust gas pressure at the engine outlet from state variables of the exhaust gas behind the exhaust gas turbine and the change in state of the engine Exhaust gas is determined by the controllable exhaust gas turbine.

FigurenlisteFigure list

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

  • 1 eine Skizze einer Brennkraftmaschine mit zweistufiger Aufladung;
  • 2 eine Skizze der Hochdruckturbinenstufe in 1;
  • 3 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens;
  • 4 eine Skizze eines Ausführungsbeispiels eines Regelkreises.
An exemplary embodiment of the present invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawing. Show:
  • 1 a sketch of an internal combustion engine with two-stage supercharging;
  • 2nd a sketch of the high pressure turbine stage in 1 ;
  • 3rd a flow chart of the method;
  • 4th a sketch of an embodiment of a control loop.

1 zeigt eine Skizze einer Brennkraftmaschine mit zweistufiger Aufladung, wobei die zweistufige Aufladung zwei Turbolader umfasst. Stromauf bezeichnet nachfolgend die Richtung entgegen der Strömungsrichtung des Gases, stromab bezeichnet die Richtung in Strömungsrichtung des Gases. Die mehrzylindrige Brennkraftmaschine 5 ist am Motoraustritt, das ist an Zylinderauslässen, somit stromab z.B. von Auslassventilen einer Viertakt-Brennkraftmaschine, mit einer Abgasanlage 6 verbunden, die eine Abgasturbine 7 und ein dazu parallel geschaltetes steuerbares Hochdruckturbinen-Bypassventil 8 in Form einer steuerbaren Abgasklappe umfasst. Die Eingänge beider sind über einen Abgaskrümmer 9 mit dem Motoraustritt der Brennkraftmaschine 5 verbunden. Die Hochdruckturbine 7 sowie das Hochdruckturbinen-Bypassventil 8 bilden eine Hochdruckstufe 10, an die sich eine Niederdruckstufe 11 anschließt, die wiederum eine Parallelschaltung einer Niederdruckturbine 12 und eines Niederdruckturbinen-Bypassventiles 13 umfasst. An den Ausgang der Niederdruckstufe 11 schließt sich eine nicht näher dargestellte Auspuffanlage 14 an, die beispielsweise auch einen Rußfilter oder dergleichen umfassen kann. Der Bereich zwischen dem Ausgang der Hochdruckturbinenstufe 10 und dem Eingang der Niederdruckturbinenstufe 11 wird hier als Zwischenstufe 21 bezeichnet. Die Hochdruckturbine 7 dient dem Antrieb eines Hochdruckverdichters 15, der mit einem steuerbaren oder selbsttätigen Hochdruckverdichter-Bypassventilventil 16 überbrückt werden kann. Entsprechend dient die Niederdruckturbine 12 dem Antrieb eines Niederdruckverdichters 17. Zwischen Niederdruckverdichter 17 und Hochdruckverdichter 15 ist ein erster Ladeluftkühler 18 angeordnet, zwischen dem Hochdruckverdichter 15 und dem Einlass in die Zylinder 19 ist ein zweiter Ladeluftkühler 20 angeordnet. Die stromauf des Niederdruckverdichters 17 angeordneten Elemente, wie z.B. ein Luftfilter, ein Luftmassenmesser und dergleichen, sind hier nicht dargestellt. Die thermodynamischen Zustände des Gases, dies ist die angesaugte Luft bzw. das Abgas, sind in 1 mit den jeweils im Kreis dargestellten Ziffern 1 bis 4 bezeichnet. Bezugszeichen 1 bezeichnet den thermodynamischen Zustand der angesaugten Luft vor Eintritt in den Niederdruckverdichter 17. Bezugszeichen 2 bezeichnet den thermodynamischen Zustand der angesaugten Luft nach Austritt aus dem zweiten Ladeluftkühler 20 und vor Eintritt in die Brennkraftmaschine 5. Bezugszeichen 3 bezeichnet den thermodynamischen Zustand des aus der Brennkraftmaschine 5 ausgestoßenen Gases (nachfolgend zur leichteren Unterscheidung auch als Abgas bezeichnet) vor Eintritt in die Hochdruckturbinenstufe 10. Dabei wird als Näherung angenommen, dass der Zustand des aus der Brennkraftmaschine 5 ausgestoßenen Abgases unmittelbar stromab der Auslassventile und der Zustand des Abgases unmittelbar stromauf der Hochdruckturbinenstufe 10 in etwa gleich ist. Dies ist zulässig, wenn die Zustandsänderung dazwischen vernächlässigbar ist, der Wärmeübergang auf den Abgaskrümmer 9 und der Druckabfall im Abgaskrümmer 9 also vernachlässigbar sind. Ist dies nicht vernachlässigbar, so ist die Zustandsänderung von stromab der Auslassventile bis stromauf der Hochdruckturbinenstufe z.B. durch eine Modellierung der Übertragungsstrecke zu berücksichtigen oder z.B. durch konstante Werte für Druck- und Temperaturunterschied zwischen diesen Punkten zu berücksichtigen. Das Bezugszeichen 3' bezeichnet den thermodynamischen Zustand des Abgases in der Zwischenstufe 21, also nach Austritt aus der Hochdruckturbinenstufe 10 bzw. vor Eintritt in die Niederdruckturbinenstufe 11. Bezugszeichen 4 bezeichnet den thermodynamischen Zustand des Abgases nach Austritt aus der Niederdruckstufe 11. Somit ist p3 der Druck und T3 die Temperatur des Abgases am Motoraustritt bzw. stromauf der Hochdruckturbinenstufe 10, p3' der Druck und T3' die Temperatur des Abgases in der Zwischenstufe 21 bzw. stromab der Hochdruckturbinenstufe 10. Die Hochdruckturbinenstufe 10 und die Niederdruckturbinenstufe 11 als Strömungselemente bewirken jeweils eine thermodynamische Zustandsänderung des Gases (Abgases), wenn dieses von stromauf der jeweiligen Strömungselemente durch dieses hindurch zu stromab des Strömungselementes strömt. 1 shows a sketch of an internal combustion engine with two-stage supercharging, the two-stage supercharging comprising two turbochargers. Upstream denotes the direction opposite to the direction of flow of the gas, downstream indicates the direction in the direction of flow of the gas. The multi-cylinder internal combustion engine 5 is at the engine outlet, that is at cylinder outlets, thus downstream, for example from exhaust valves of a four-stroke internal combustion engine, with an exhaust system 6 connected which is an exhaust gas turbine 7 and a controllable high-pressure turbine bypass valve connected in parallel 8th in the form of a controllable exhaust flap. The entrances to both are via an exhaust manifold 9 with the engine outlet of the internal combustion engine 5 connected. The high pressure turbine 7 and the high-pressure turbine bypass valve 8th form a high pressure stage 10th to which a low pressure stage 11 connects, which in turn is a parallel connection of a low pressure turbine 12th and a low pressure turbine bypass valve 13 includes. At the output of the low pressure stage 11 closes an exhaust system, not shown 14 which, for example, can also include a soot filter or the like. The area between the outlet of the high pressure turbine stage 10th and the entrance of the low pressure turbine stage 11 is used here as an intermediate stage 21 designated. The high pressure turbine 7 is used to drive a high pressure compressor 15 with a controllable or automatic high pressure compressor bypass valve 16 can be bridged. The low-pressure turbine serves accordingly 12th the Drive a low pressure compressor 17th . Between low pressure compressors 17th and high pressure compressors 15 is a first intercooler 18th arranged between the high pressure compressor 15 and the inlet into the cylinders 19th is a second intercooler 20 arranged. The upstream of the low pressure compressor 17th arranged elements, such as an air filter, an air mass meter and the like, are not shown here. The thermodynamic states of the gas, this is the intake air or the exhaust gas, are in 1 with the numbers shown in a circle 1 to 4th designated. Reference numerals 1 denotes the thermodynamic state of the intake air before it enters the low pressure compressor 17th . Reference numerals 2nd denotes the thermodynamic state of the intake air after exiting the second charge air cooler 20 and before entering the internal combustion engine 5 . Reference numerals 3rd denotes the thermodynamic state of the from the internal combustion engine 5 ejected gas (hereinafter also referred to as exhaust gas for easier distinction) before entering the high-pressure turbine stage 10th . It is assumed as an approximation that the state of the internal combustion engine 5 exhaust gas immediately downstream of the exhaust valves and the condition of the exhaust gas immediately upstream of the high pressure turbine stage 10th is about the same. This is permissible if the change in state between them is negligible, the heat transfer to the exhaust manifold 9 and the pressure drop in the exhaust manifold 9 are negligible. If this is not negligible, the change in state from downstream of the exhaust valves to upstream of the high-pressure turbine stage must be taken into account, for example, by modeling the transmission path or, for example, by constant values for pressure and temperature difference between these points. The reference number 3 ' denotes the thermodynamic state of the exhaust gas in the intermediate stage 21 after leaving the high pressure turbine stage 10th or before entering the low-pressure turbine stage 11 . Reference numerals 4th denotes the thermodynamic state of the exhaust gas after leaving the low-pressure stage 11 . Thus p 3 is the pressure and T 3 is the temperature of the exhaust gas at the engine outlet or upstream of the high-pressure turbine stage 10th , p 3 'the pressure and T 3 ' the temperature of the exhaust gas in the intermediate stage 21 or downstream of the high pressure turbine stage 10th . The high pressure turbine stage 10th and the low pressure turbine stage 11 as flow elements each cause a thermodynamic change in state of the gas (exhaust gas) when it flows from upstream of the respective flow elements through it to downstream of the flow element.

Die zwei Turbolader, umfassend die Hochdruckturbine 7 und den Hochdruckverdichter 15 bzw. die Niederdruckturbine 12 und den Niederdruckverdichter 17, sind in Reihe geschaltet um eine zweistufige Entspannung über die beiden Turbinen sowie eine zweistufige Verdichtung über die beiden Verdichter zu erhalten. Die Nachteile ungeregelter zweistufiger Aufladeverfahren werden durch das Hochdruckturbinen-Bypassventil 8 und Hochdruckverdichter-Bypassventilventil 16 als Regelorgane zur Umgehung der Hochdruckturbine und des Hochdruckverdichters vermieden.The two turbochargers, comprising the high pressure turbine 7 and the high pressure compressor 15 or the low pressure turbine 12th and the low pressure compressor 17th , are connected in series in order to obtain a two-stage expansion via the two turbines and a two-stage compression via the two compressors. The disadvantages of unregulated two-stage turbocharging processes are the high-pressure turbine bypass valve 8th and high pressure compressor bypass valve 16 avoided as regulators for bypassing the high pressure turbine and the high pressure compressor.

Um eine vereinfachte Darstellung des Abgasdruckes zu erhalten wird lediglich die Abgasanlage betrachtet. Dabei soll für ein Zustandsmodell als Strömungselement von der Annahme ausgegangen werden, dass sich die Turbinen und die Bypassventile wie Drosselstellen verhalten, wobei die Turbinen konstante Druckverlustbeiwerte erhalten und die Bypassventile einen variablen Druckverlustbeiwert (Stellgröße) haben. Der Druckverlust über eine solche Drosselstelle lässt sich mit dem Beiwert

Figure DE102005062681B4_0001
schreiben: Δ p = ξ k ρ 2 v 2
Figure DE102005062681B4_0002
To obtain a simplified representation of the exhaust gas pressure, only the exhaust system is considered. For a state model as a flow element, the assumption is made that the turbines and the bypass valves behave like throttling points, with the turbines receiving constant pressure loss coefficients and the bypass valves having a variable pressure loss coefficient (manipulated variable). The pressure loss across such a throttling point can be calculated using the coefficient
Figure DE102005062681B4_0001
write: Δ p = ξ k ρ 2nd v 2nd
Figure DE102005062681B4_0002

Daraus folgt bei gegebenem Querschnitt (Fläche A) der Massenstrom zu: m ˙ = A 2 ρ Δ p ξ k

Figure DE102005062681B4_0003
For a given cross section (area A), the mass flow follows: m ˙ = A 2nd ρ Δ p ξ k
Figure DE102005062681B4_0003

Der effektive Strömungsquerschnitt wird wie folgt definiert A e f f = A ξ

Figure DE102005062681B4_0004
The effective flow cross section is defined as follows A e f f = A ξ
Figure DE102005062681B4_0004

Damit liegen für alle Bauteile mit festen Werten (Turbinen) die entsprechenden konstanten effektiven Strömungsquerschnitte und für alle Bauteile mit variablen Werten die zugehörigen Kennlinien fest. Diese werden durch Messungen bestimmt. Bei bekannten Turbinenkennfeldern ist eine Ermittlung ohne Messung möglich. Die Turbinenleistung der Hochdruckturbine 7 wird aus der Gleichung P T , H D = η i s m ˙ H D c p T 3 [ 1 ( p 3 ' p 3 ) κ 1 κ ]

Figure DE102005062681B4_0005
bestimmt. Demnach sind Massenstrom, Eintrittstemperatur und Druckverhältnis die entscheidenden Größen, um die Turbinenleistung zu beeinflussen. Da das Hochdruckturbinen-Bypassventil 8 unmittelbar auf den Abgasdruck p3 wirkt, wird die Gleichung für die Turbinenleistung umgestellt: p 3 = p 3 ' [ 1 P T , H D η i s m ˙ H D c p T 3 ] κ 1 κ
Figure DE102005062681B4_0006
This means that the corresponding constant effective flow cross-sections are determined for all components with fixed values (turbines) and the associated characteristic curves for all components with variable values. These are determined by measurements. With known turbine maps, a determination without measurement is possible. The turbine performance of the high pressure turbine 7 becomes from the equation P T , H D = η i s m ˙ H D c p T 3rd [ 1 - ( p 3rd ' p 3rd ) κ - 1 κ ]
Figure DE102005062681B4_0005
certainly. Accordingly, mass flow, inlet temperature and pressure ratio are the decisive factors in influencing the turbine performance. Because the high pressure turbine bypass valve 8th directly affects the exhaust gas pressure p 3 , the equation for the turbine power is changed: p 3rd = p 3rd ' [ 1 - P T , H D η i s m ˙ H D c p T 3rd ] κ 1 - κ
Figure DE102005062681B4_0006

Damit lässt sich sowohl für eine Regelung als auch für die Steuerung des Drucks p3 ein oberer Grenzwert des Abgasdruckes e p3,max festlegen, der von der maximal zulässigen Turbinenleistung abhängt. Die maximal zulässige Turbinenleistung PHD,max (der Index HD steht für die Hochdruckturbine, max für die maximale Leistung) kann z.B. in einem Kennfeld in Abhängigkeit des Motorbetriebspunktes (gegeben z.B. durch Einspritzmenge und Motordrehzahl) oder durch eine beliebige Funktion vorgegeben werden. Die Turbine erzeugt eine Änderung der Enthalpie des Abgases und bewirkt eine Zustandsänderung des Abgases, wobei sich insbesondere der Druck des Abgases über die Abgasturbine um einem Wert Δp und die Temperatur des Abgases um einen Wert ΔT ändert. Diese Zustandsänderung des Abgases wird im Wesentlichen in mechanische Arbeit der Abgasturbine umgesetzt. Die Zustandsänderung von Druck und Temperatur Δp, ΔT des Abgases ist somit direkt mit der Turbinenleistung verknüpft. Dies ermöglicht die maximale Ausnutzung des dynamischen Potenzials bei instationären Vorgängen. Der Maximaldruck am Eingang der Turbine hängt vom Druck an deren Ausgang sowie der maximalen Leistung der Turbine ab. Für die Hochdruckturbine 7 gilt p 3, m a x = p 3 ' [ 1 P T , H D , m a x η i s m ˙ H D c p T 3 ] κ 1 κ

Figure DE102005062681B4_0007
An upper limit value of the exhaust gas pressure ep 3, max , which depends on the maximum permissible turbine output, can thus be established for both regulation and control of the pressure p 3 . The maximum permissible turbine power P HD, max (the index HD stands for the high-pressure turbine, max for the maximum power) can be specified, for example, in a map depending on the engine operating point (given, for example, by injection quantity and engine speed) or by any function. The turbine produces a change in the enthalpy of the exhaust gas and causes a change in the state of the exhaust gas, in particular the pressure of the exhaust gas via the exhaust gas turbine changing by a value Δp and the temperature of the exhaust gas changing by a value ΔT. This change in state of the exhaust gas is essentially converted into mechanical work of the exhaust gas turbine. The change in state of pressure and temperature Δp, ΔT of the exhaust gas is thus directly linked to the turbine output. This enables maximum use of the dynamic potential in transient processes. The maximum pressure at the inlet of the turbine depends on the pressure at its outlet and the maximum power of the turbine. For the high pressure turbine 7 applies p 3, m a x = p 3rd ' [ 1 - P T , H D , m a x η i s m ˙ H D c p T 3rd ] κ 1 - κ
Figure DE102005062681B4_0007

Die maximale Leistung PT,HD,max der Hochdruckturbine ist von der Temperatur des Abgases abhängig und z.B. in einem Kennfeld abgelegt. Die Temperatur T3 am Motoraustritt kann anhand eines im Stand der Technik bekannten Modells der Brennkraftmaschine bestimmt werden. Der Massenstrom ṁHD durch die Hochdruckturbine und der Zustand 3' in der Zwischenstufe werden wie zuvor beschrieben modelliert.The maximum power P T, HD, max of the high-pressure turbine depends on the temperature of the exhaust gas and is stored, for example, in a map. The temperature T 3 at the engine outlet can be determined using a model of the internal combustion engine known in the prior art. The mass flow ṁ HD through the high pressure turbine and the condition 3 ' in the intermediate stage are modeled as previously described.

2 zeigt eine Skizze der Hochdruckstufe 10. An deren Eingang hat das Abgas den Zustand 3, am Ausgang den Zustand 3'. Der Zustand des Abgases am Ausgang der Hochdruckturbine 7 ist hier mit 3" (zweigestrichen) gekennzeichnet. Der Mischzustand 3' ist durch Druck und Temperatur bestimmt. Über die Hochdruckturbine 7 erfolgt eine polytrope Entspannung, an dem Hochdruckturbinen-Bypassventil 8 wird eine isenthalpe Drosselstelle angenommen. Damit folgt für die Hochdruckturbine 7 alleine eine Entspannung auf den Zustand 3": T 3 T 3 ' ' = ( p 3 p 3 ' ) n H D 1 n H D

Figure DE102005062681B4_0008
2nd shows a sketch of the high pressure stage 10th . The exhaust gas has the state at its entrance 3rd , the state at the exit 3 ' . The state of the exhaust gas at the outlet of the high pressure turbine 7 is marked here with 3 "(two lines). The mixed state 3 ' is determined by pressure and temperature. About the high pressure turbine 7 polytropic expansion takes place on the high-pressure turbine bypass valve 8th an isenthalpic throttle point is assumed. This follows for the high pressure turbine 7 alone a relaxation on the state 3 " : T 3rd T 3rd ' ' = ( p 3rd p 3rd ' ) n H D - 1 n H D
Figure DE102005062681B4_0008

Der Polytropenexponent nHD muss für den jeweiligen Arbeitsbereich bekannt sein. Er kann in ausreichender Näherung für den gesamten Betriebsbereich der Turbine als konstant angenommen werden und wird im Versuch oder aus dem Turbinenkennfeld ermittelt. Über die isenthalpe Drosselstelle ändert sich die Temperatur eines idealen Gases nicht. Durch die Parallelschaltung der Hochdruckturbine 7 mit dem Hochdruckturbinen-Bypassventil 8 ergibt sich eine Mischtemperatur für den Zustand 3': T 3 ' = T 3 m ˙ H D ( p 3 ' p 3 ) n 1 n + m ˙ A R K m ˙ H D + m ˙ A R K

Figure DE102005062681B4_0009
The polytropic exponent n HD must be known for the respective work area. A sufficient approximation for the entire operating range of the turbine can be assumed to be constant and is determined in an experiment or from the turbine map. The temperature of an ideal gas does not change via the isenthalpic restriction. Through the parallel connection of the high pressure turbine 7 with the high pressure turbine bypass valve 8th there is a mixed temperature for the condition 3 ' : T 3rd ' = T 3rd m ˙ H D ( p 3rd ' p 3rd ) n - 1 n + m ˙ A R K m ˙ H D + m ˙ A R K
Figure DE102005062681B4_0009

Aus den effektiven Strömungsquerschnitten folgt das Verhältnis der Massenströme: m ˙ H D m ˙ H D + m ˙ A R K = A e f f , H D A e f f , H D + A e f f , A R K

Figure DE102005062681B4_0010
T 3 ' = T 3 A e f f , H D ( p 3 ' p 3 ) n 1 n + A e f f , A R K A e f f , H D + A e f f , A R K
Figure DE102005062681B4_0011
The ratio of the mass flows follows from the effective flow cross-sections: m ˙ H D m ˙ H D + m ˙ A R K = A e f f , H D A e f f , H D + A e f f , A R K
Figure DE102005062681B4_0010
T 3rd ' = T 3rd A e f f , H D ( p 3rd ' p 3rd ) n - 1 n + A e f f , A R K A e f f , H D + A e f f , A R K
Figure DE102005062681B4_0011

A bezeichnet die Querschnittsfläche der Durchtrittsöffnungen, der Index ARK bezieht sich auf die Querschnittsfläche der Öffnung des Hochdruckturbinen-Bypassventils 8 (die auch als Abgasregelklappe bezeichnet wird), der Index WG bezieht sich auf die Querschnittsfläche der Öffnung des Niederdruckturbinen-Bypassventils 13 (das auch als Waste-Gate bezeichnet wird). Die oben dargestellten Beziehungen können iterativ ausgewertet werden. Das zugehörige Verfahren ist in 3 dargestellt. Bekannt sind Aeff,HD, Aeff,ND, Aeff,ARK, Aeff,WG, P4, T3, nHD; zu bestimmen ist p3max. Dazu werden zunächst in einem ersten Verfahrensschritt 101 die Startwerte für p 3 ' 0 , T 3 ' 0

Figure DE102005062681B4_0012
bestimmt, dies ist vorzugsweise für p 3 ' 0 = p 4
Figure DE102005062681B4_0013
und für T 3 ' 0 = T 3 .
Figure DE102005062681B4_0014
p3, p4 und T3 liegen entweder als gemessene oder als modellierte Werte der Motorsteuerung vor.A denotes the cross-sectional area of the passage openings, the index ARK refers to the cross-sectional area of the opening of the high-pressure turbine bypass valve 8th (also referred to as an exhaust gas control valve), the index WG refers to the cross-sectional area of the opening of the low-pressure turbine bypass valve 13 (also known as a waste gate). The relationships shown above can be evaluated iteratively. The associated procedure is in 3rd shown. A eff, HD, A eff, ND , A eff, ARK , A eff, WG , P 4 , T 3 , n HD are known; determine p 3max . This will be done in a first step 101 the starting values for p 3rd ' 0 , T 3rd ' 0
Figure DE102005062681B4_0012
determined, this is preferably for p 3rd ' 0 = p 4th
Figure DE102005062681B4_0013
and for T 3rd ' 0 = T 3rd .
Figure DE102005062681B4_0014
p 3 , p 4 and T 3 are available either as measured or as modeled values of the engine control.

In Schritt 102 wird die Dichte des Abgases in der Zwischenstufe 21 ρ 3 ' v

Figure DE102005062681B4_0015
sowie die Dichte des Abgases am Motoraustritt ρ 3 v
Figure DE102005062681B4_0016
ermittelt ρ 3 ' v = p 3 ' v R T 3 ' v
Figure DE102005062681B4_0017
ρ 3 v = p 3 R T 3
Figure DE102005062681B4_0018
In step 102 becomes the density of the exhaust gas in the intermediate stage 21 ρ 3rd ' v
Figure DE102005062681B4_0015
and the density of the exhaust gas at the engine outlet ρ 3rd v
Figure DE102005062681B4_0016
determined ρ 3rd ' v = p 3rd ' v R T 3rd ' v
Figure DE102005062681B4_0017
ρ 3rd v = p 3rd R T 3rd
Figure DE102005062681B4_0018

Daraufhin werden in Schritt 103 die effektiven Strömungsquerschnitte von Hochdruckturbine 7 und Hochdruckturbinen-Bypassventils 8 sowie Niederdruckturbine 12 und Niederdruckturbinen-Bypassventils 13 ermittelt, A e f f , H D + A R K = A e f f , H D + A e f f , A R K

Figure DE102005062681B4_0019
A e f f , N D + W G = A e f f , N D + A e f f , W G
Figure DE102005062681B4_0020
Thereupon step 103 the effective flow cross-sections of high-pressure turbines 7 and high pressure turbine bypass valve 8th and low pressure turbine 12th and low pressure turbine bypass valve 13 determined A e f f , H D + A R K = A e f f , H D + A e f f , A R K
Figure DE102005062681B4_0019
A e f f , N D + W G = A e f f , N D + A e f f , W G
Figure DE102005062681B4_0020

Daraus wird in Schritt 104 der Druck in der Zwischenstufe p 3 ' v + 1 = p 3 ρ 3 A e f f , H D + A R K 2 + ρ 3 ' v p 4 p 3 A e f f , N D + W G 2 ρ 3 A e f f , H D + A R K 2 + ρ 3 ' v A e f f , N D + W G 2

Figure DE102005062681B4_0021
bestimmt und in Schritt 105 die Temperatur in der Zwischenstufe T 3 ' v + 1 = T 3 A e f f , H D ( p 3 ' v + 1 p 3 ) n 1 n + A e f f , A R K A e f f , H D + A e f f , A R K
Figure DE102005062681B4_0022
bestimmt. Aus diesen Werten wird in Schritt 106 der obere Grenzwert des Abgasdruckes stromauf der Hochdruckstufe 10 p3,max mit p 3, m a x = p 3 ' [ 1 P T , H D , m a x η i s m ˙ H D c p T 3 ] κ 1 κ
Figure DE102005062681B4_0023
ermittelt. Dieser Wert soll einen stationär ermittelten Maximalwert, der beispielsweise in einem Kennfeld in Abhängigkeit des Betriebspunktes abgelegt ist, nicht unterschreiten.This becomes step 104 the pressure in the intermediate stage p 3rd ' v + 1 = p 3rd ρ 3rd A e f f , H D + A R K 2nd + ρ 3rd ' v p 4th p 3rd A e f f , N D + W G 2nd ρ 3rd A e f f , H D + A R K 2nd + ρ 3rd ' v A e f f , N D + W G 2nd
Figure DE102005062681B4_0021
determined and in step 105 the temperature in the intermediate stage T 3rd ' v + 1 = T 3rd A e f f , H D ( p 3rd ' v + 1 p 3rd ) n - 1 n + A e f f , A R K A e f f , H D + A e f f , A R K
Figure DE102005062681B4_0022
certainly. These values are used in step 106 the upper limit of the exhaust gas pressure upstream of the high pressure stage 10th p 3, max with p 3, m a x = p 3rd ' [ 1 - P T , H D , m a x η i s m ˙ H D c p T 3rd ] κ 1 - κ
Figure DE102005062681B4_0023
determined. This value should not fall below a stationary maximum value that is stored, for example, in a map as a function of the operating point.

Der Index v bezeichnet den jeweiligen Durchlauf der Iteration, der Index v + 1 entsprechend den folgenden Durchlauf. Mit dem in Schritt 104 ermittelten Druck p 3 ' v + 1 = p 3

Figure DE102005062681B4_0024
und der in Schritt 105 ermittelten Temperatur T 3 ' v + 1 = T 3
Figure DE102005062681B4_0025
wird das Verfahren als Iteration ab Schritt 102 wiederholt indem die Werte mit Index v + 1 in Schritt 105 als neue Ausgangswerte der Iteration mit Index v in Schritt 102 verwendet werden. Die Iteration ist eine Endlosschleife ohne Abbruchkriterium, wird also erst z.B. mit Motorstillstand beendet. Die Iteration wird also nicht punktuell z.B. für einen bestimmten Zeitpunkt bis zur Konvergenz auf einen Wert durchlaufen, sondern läuft ständig in Echtzeit ab, wobei jeder ermittelte Wert für p3,max einem oder mehreren Reglern zur Verfügung gestellt wird. Auf diese Weise können zu jedem Zeitpunkt der Druck p3 und die Temperatur T3 in der Zwischenstufe 21 sowie der daraus folgende Druck p3 am Motoraustritt bestimmt werden. Gleichzeitig folgt mit dem Massenstrom über die Hochdruckturbine 7 m ˙ H D = m ˙ A b g a s s A e f f , H D A e f f , H D + A e f f , A R K
Figure DE102005062681B4_0026
die aktuelle Leistung, die der Hochdruckturbine 7 angeboten wird.The index v designates the respective run of the iteration, the index v + 1 corresponds to the following run. With that in step 104 determined pressure p 3rd ' v + 1 = p 3rd
Figure DE102005062681B4_0024
and the step 105 determined temperature T 3rd ' v + 1 = T 3rd
Figure DE102005062681B4_0025
the process is iterated from step 102 repeated by the values with index v + 1 in step 105 as new starting values of the iteration with index v in step 102 be used. The iteration is an endless loop without termination criteria, so it is only ended, for example, when the engine is stopped. The iteration is therefore not carried out selectively, for example for a specific point in time until convergence to a value, but runs continuously in real time, with each determined value for p 3, max being made available to one or more controllers. In this way, the pressure p 3 and the temperature T 3 in the intermediate stage can at any time 21 as well as the resulting pressure p 3 at the engine outlet. At the same time follows with the mass flow via the high pressure turbine 7 m ˙ H D = m ˙ A b G a s s A e f f , H D A e f f , H D + A e f f , A R K
Figure DE102005062681B4_0026
the current output of the high pressure turbine 7 is offered.

Die Begrenzung des maximal zulässigen Abgasdrucks p3max kann z.B. bei einem unterlagerten Regelkreis für die Ladedruckregelung, wie in 4 dargestellt, eingesetzt werden. Alle Verfahrensschritte, die für die Hochdruckstufe durchgeführt wurden, können ebenfalls für die Niederdruckstufe und jede weitere Stufe erfolgen. Im Fall der zweistufigen Aufladung bedeutet dies, dass auch die Leistung der Niederdruckturbine begrenzt werden kann und damit ein maximal zulässiger Druck in der Zwischenstufe 3' festgelegt wird. Dies ermöglicht die gezielte Ansteuerung des Niederdruckverdichter-Bypassventiles 14, um eine Überlastung der Niederdruckstufe zu vermeiden und auch hier das gesamte Dynamikpotenzial zu nutzen. Ebenso lässt sich das Verfahren für ein einstufiges System einsetzen, wobei die Iterationschritte hierfür nicht mehr erforderlich werden.The limitation of the maximum permissible exhaust gas pressure p 3max can, for example, in the case of a lower-level control circuit for boost pressure control, as in 4th shown, used. All process steps that were carried out for the high pressure stage can also be carried out for the low pressure stage and any further stage. In the case of two-stage supercharging, this means that the performance of the low-pressure turbine can also be limited and thus a maximum permissible pressure in the intermediate stage 3 ' is set. This enables targeted control of the low-pressure compressor bypass valve 14 in order to avoid overloading the low pressure stage and to use the full dynamic potential here as well. The method can also be used for a one-stage system, the iteration steps no longer being necessary for this.

In 4 ist ein Ausführungsbeispiel eines Reglers dargestellt. Das Beispiel zeigt einen klassischen Regelkreis mit einem Regler R für den Druck p3 am Motoraustritt. Der Regler R liefert Stellgrößen für einen oder mehrere Aktoren, im Vorliegenden Fall eine Stellgröße H für das Hochdruckturbinen-Bypassventils 8 und eine Stellgröße N das Niederdruckturbinen-Bypassventils 13. Mit diesen Stellgrößen wird die Regelstrecke RS, diese umfasst die Hochdruckstufe 10 und die Niederdruckstufe 11, gesteuert. Regelgröße ist der Druck p3 am Motoraustritt, der von einer begrenzten Sollgröße p3soll-m, subtrahiert an den Regler R rückgeführt ist. Die Sollgröße p3soll-m wird durch einen Begrenzer max, auf den eine Sollgröße p3soll für den Abgasdruck p3 sowie als Begrenzung der maximal zulässige Abgasdruck p3max aufgeschaltet sind, gebildet. Die Sollgröße p3soll für den Abgasdruck p3 wird durch den Begrenzer max auf den maximal zulässige Abgasdruck p3max begrenzt, auch wenn die Sollgröße p3soll für den Abgasdruck p3 größer als p3max ist liegt also an der begrenzten Sollgröße p3soll-m nur der maximal zulässige Abgasdruck p3max an.In 4th An embodiment of a controller is shown. The example shows a classic control circuit with a regulator R for the pressure p 3 at the engine outlet. The controller R supplies manipulated variables for one or more actuators, in the present case a manipulated variable H for the high-pressure turbine bypass valve 8th and a manipulated variable N of the low-pressure turbine bypass valve 13 . With these manipulated variables, the controlled system RS, which includes the high pressure stage 10th and the low pressure stage 11 , controlled. The controlled variable is the pressure p 3 at the engine outlet , which is returned to the controller R subtracted from a limited target variable p 3set-m . The setpoint p 3soll-m is formed by a limiter max, to which a setpoint p 3soll for the exhaust gas pressure p 3 and as a limitation of the maximum permissible exhaust gas pressure p 3max are applied. The setpoint p 3soll for the exhaust gas pressure p 3 is limited by the limiter max to the maximum permissible exhaust gas pressure p 3max , even if the setpoint p 3soll for the exhaust gas pressure p 3 is greater than p 3max , this is only due to the limited setpoint p 3soll-m the maximum permissible exhaust gas pressure p 3max .

Claims (13)

Verfahren zur Bestimmung eines oberen Grenzwertes (p3max) eines Druckes (p3) eines Gases stromauf eines Strömungselementes (7, 8, 10, 11, 12, 13), dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert des Druckes stromauf des Strömungselementes (p3,max) aus Zustandsgrößen des Gases (p, T) stromab des Strömungselementes (7, 8, 10, 11, 12, 13) sowie einer durch das Strömungselement (7, 8, 10, 11, 12, 13) bewirkten Zustandsänderung (Δp, ΔT) des Gases ermittelt wird.Method for determining an upper limit value (p 3max ) of a pressure (p 3 ) of a gas upstream of a flow element (7, 8, 10, 11, 12, 13), characterized in that the limit value of the pressure upstream of the flow element (p 3, max ) from state variables of the gas (p, T) downstream of the flow element (7, 8, 10, 11, 12, 13) and a change in state caused by the flow element (7, 8, 10, 11, 12, 13) (Δp, ΔT) of the gas is determined. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsgrößen des Gases stromab des Strömungselementes (7, 8, 10, 11, 12, 13) der Druck (p3') und die Temperatur (T3') des Gases sind.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the state variables of the gas downstream of the flow element (7, 8, 10, 11, 12, 13) are the pressure (p 3 ') and the temperature (T 3 ') of the gas. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck (p3') und die Temperatur (T3') stromab des Strömungselementes (7, 8, 10, 11, 12, 13) aus einem Zustandsmodell des Strömungselementes (7, 8, 10, 11, 12, 13) ermittelt werden.Procedure according to Claim 2 , characterized in that the pressure (p 3 ') and the temperature (T 3 ') downstream of the flow element (7, 8, 10, 11, 12, 13) from a state model of the flow element (7, 8, 10, 11, 12, 13) can be determined. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in das Zustandsmodell ein Druck (p3) stromauf des Strömungselementes (7, 8, 10, 11, 12, 13) und/oder eine Temperatur (T3) stromauf des Strömungselementes (7, 8, 10, 11, 12, 13) und/oder ein dem Strömungselement (7, 8, 10, 11, 12, 13) zugeordneter Öffnungsquerschnitt (A) und/oder eine dem Strömungselement (7, 10, 11, 12) zugeordnete dem Gas durch diese entnommene Leistung (PT,max) eingehen.Procedure according to Claim 3 , characterized in that in the state model a pressure (p 3 ) upstream of the flow element (7, 8, 10, 11, 12, 13) and / or a temperature (T 3 ) upstream of the flow element (7, 8, 10, 11 , 12, 13) and / or an opening cross-section (A) assigned to the flow element (7, 8, 10, 11, 12, 13) and / or a gas cross-section assigned to the flow element (7, 10, 11, 12) Power (P T, max ). Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck (p3') und die Temperatur (T3') des Gases stromab des Strömungselementes (7, 8, 10, 11, 12, 13) iterativ ermittelt werden.Procedure according to Claim 4 , characterized in that the pressure (p 3 ') and the temperature (T 3 ') of the gas downstream of the flow element (7, 8, 10, 11, 12, 13) are determined iteratively. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Iteration die Schritte 6.0 Bestimmen eines Startwertes ( p 3 ' 0 )
Figure DE102005062681B4_0027
für den Druck ( p 3 ' v )
Figure DE102005062681B4_0028
und eines Startwertes ( T 3 ' 0 )
Figure DE102005062681B4_0029
für die Temperatur ( T 3 ' v )
Figure DE102005062681B4_0030
des Gases stromab des Strömungselementes (7, 8, 10, 11, 12, 13) 6.1 Ermitteln der Dichten ρ 3 ' v
Figure DE102005062681B4_0031
des Gases stromauf ( ρ 3 v )
Figure DE102005062681B4_0032
und stromab ( ρ 3 ' v )
Figure DE102005062681B4_0033
des Strömungselementes (7, 8, 10, 11, 12, 13) aus dem Wert für Druck den ( p 3 ' v )
Figure DE102005062681B4_0034
und dem Wert für die Temperatur ( T 3 ' v )
Figure DE102005062681B4_0035
des Gases stromab des Strömungselementes (7, 8, 10, 11, 12, 13) 6.2 Ermitteln des effektiven Strömungsquerschnittes (Aeff,HD+ARK, Aeff,ND+WG ) des Strömungselementes (7, 8, 10, 11, 12, 13) aus dem Wert für Druck den ( p 3 ' v )
Figure DE102005062681B4_0036
und dem Wert für die Temperatur ( T 3 ' v )
Figure DE102005062681B4_0037
des Gases stromab des Strömungselementes (7, 8, 10, 11, 12, 13) 6.3 Ermitteln eines neuen Wertes für den Druck ( p 3 ' v + 1 )
Figure DE102005062681B4_0038
stromab des Strömungselementes (7, 8, 10, 11, 12, 13) aus den Dichten ρ 3 ' v
Figure DE102005062681B4_0039
des Gases stromauf ( ρ 3 v )
Figure DE102005062681B4_0040
und stromab ( ρ 3 ' v )
Figure DE102005062681B4_0041
des Strömungselementes (7, 8, 10, 11, 12, 13) sowie des effektiven Strömungsquerschnittes (Aeff,HD+ARK, Aeff,ND+WG) des Strömungselementes (7, 8, 10, 11, 12, 13) 6.4 Ermitteln eines neuen Wertes für die Temperatur ( T 3 ' v + 1 )
Figure DE102005062681B4_0042
stromab des Strömungselementes (7, 8, 10, 11, 12, 13) aus dem Druck stromab ( p 3 ' v + 1 )
Figure DE102005062681B4_0043
sowie stromauf (p3) des Strömungselementes (7, 8, 10, 11, 12, 13) umfasst.
Procedure according to Claim 5 , characterized in that the iteration steps 6.0 determining a starting value ( p 3rd ' 0 )
Figure DE102005062681B4_0027
for printing ( p 3rd ' v )
Figure DE102005062681B4_0028
and a starting value ( T 3rd ' 0 )
Figure DE102005062681B4_0029
for the temperature ( T 3rd ' v )
Figure DE102005062681B4_0030
of the gas downstream of the flow element (7, 8, 10, 11, 12, 13) 6.1 Determining the densities ρ 3rd ' v
Figure DE102005062681B4_0031
of the gas upstream ( ρ 3rd v )
Figure DE102005062681B4_0032
and downstream ( ρ 3rd ' v )
Figure DE102005062681B4_0033
of the flow element (7, 8, 10, 11, 12, 13) from the value for the pressure ( p 3rd ' v )
Figure DE102005062681B4_0034
and the value for the temperature ( T 3rd ' v )
Figure DE102005062681B4_0035
of the gas downstream of the flow element (7, 8, 10, 11, 12, 13) 6.2 Determine the effective flow cross-section (A eff, HD + ARK , A eff, ND + WG ) of the flow element (7, 8, 10, 11, 12 , 13) from the value for pressure ( p 3rd ' v )
Figure DE102005062681B4_0036
and the value for the temperature ( T 3rd ' v )
Figure DE102005062681B4_0037
of the gas downstream of the flow element (7, 8, 10, 11, 12, 13) 6.3 Determining a new value for the pressure ( p 3rd ' v + 1 )
Figure DE102005062681B4_0038
downstream of the flow element (7, 8, 10, 11, 12, 13) from the densities ρ 3rd ' v
Figure DE102005062681B4_0039
of the gas upstream ( ρ 3rd v )
Figure DE102005062681B4_0040
and downstream ( ρ 3rd ' v )
Figure DE102005062681B4_0041
the flow element (7, 8, 10, 11, 12, 13) and the effective flow cross-section (A eff , HD + ARK , A eff, ND + WG ) of the flow element (7, 8, 10, 11, 12, 13) 6.4 Determine a new value for the temperature ( T 3rd ' v + 1 )
Figure DE102005062681B4_0042
downstream of the flow element (7, 8, 10, 11, 12, 13) from the pressure downstream ( p 3rd ' v + 1 )
Figure DE102005062681B4_0043
and upstream (p 3 ) of the flow element (7, 8, 10, 11, 12, 13).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungselement eine steuerbare Abgasturbine (7, 8, 10, 11, 12, 13) umfasst.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the flow element comprises a controllable exhaust gas turbine (7, 8, 10, 11, 12, 13). Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungselement eine steuerbare Hochdruckturbine (7, 8, 10, 11, 12, 13) in einer Abgasanlage (6) einer Brennkraftmaschine umfasst.Procedure according to Claim 7 , characterized in that the flow element comprises a controllable high-pressure turbine (7, 8, 10, 11, 12, 13) in an exhaust system (6) of an internal combustion engine. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungselement eine Niederdruckturbine (12) in einer Abgasanlage (6) einer Brennkraftmaschine umfasst.Procedure according to Claim 7 or 8th , characterized in that the flow element comprises a low-pressure turbine (12) in an exhaust system (6) of an internal combustion engine. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Gases stromauf des Strömungselementes (T3) mit einem Modell der Brennkraftmaschine ermittelt wird.Procedure according to one of the Claims 7 to 9 , characterized in that the temperature of the gas upstream of the flow element (T 3 ) is determined using a model of the internal combustion engine. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungselement eine steuerbare Hochdruckturbine (7), insbesondere Hochdruckturbine (7) mit Hochdruckturbinen-Bypassventil (8) ist, der stromab eine steuerbare Niederdruckturbine (12), insbesondere Niederdruckturbine (12) mit einem Niederdruckturbinen-Bypassventil (13), nachgeordnet ist, wobei der Grenzwert des Druckes (p3,max) stromauf des Strömungselementes der grenzwert des Drucks stromauf der steuerbaren Hochdruckturbine (7) und der Druck stromab des Strömungselementes (p3,) der Druck stromab der steuerbaren Hochdruckturbine (7) und die Temperatur stromab des Strömungselementes (T3') die Temperatur stromab der steuerbaren Hochdruckturbine (7) ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the flow element is a controllable high-pressure turbine (7), in particular high-pressure turbine (7) with high-pressure turbine bypass valve (8), which is a controllable low-pressure turbine (12), in particular low-pressure turbine (12) with a downstream Low-pressure turbine bypass valve (13), is arranged downstream, the limit value of the pressure (p 3, max ) upstream of the flow element, the limit value of the pressure upstream of the controllable high-pressure turbine (7) and the pressure downstream of the flow element (p 3 ,) the pressure downstream of the controllable high pressure turbine (7) and the temperature downstream of the flow element (T 3 ' ) is the temperature downstream of the controllable high-pressure turbine (7). Computerprogramm zur Bestimmung eines oberen Grenzwertes (p3max) des Druckes (p3) eines Gases stromauf eines Strömungselementes (7, 8, 10, 11, 12, 13), dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert des Druckes stromauf des Strömungselementes ( p3,max) aus Zustandsgrößen des Gases (p, T) stromab des Strömungselementes (7, 8, 10, 11, 12, 13) sowie einer durch das Strömungselement bewirkten Zustandsänderung (Δp, ΔT) des Gases ermittelt wird.Computer program for determining an upper limit value (p 3max ) of the pressure (p 3 ) of a gas upstream of a flow element (7, 8, 10, 11, 12, 13), characterized in that the limit value of the pressure upstream of the flow element (p 3, max ) from the state variables of the gas (p, T) downstream of the flow element (7, 8, 10, 11, 12, 13) and a change in state (Δp, ΔT) of the gas caused by the flow element. Steuergerät zur Bestimmung eines oberen Grenzwertes (p3max) des Druckes (p3) eines Gases stromauf eines Strömungselementes (7, 8, 10, 11, 12, 13), dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert des Druckes stromauf des Strömungselementes (p3,max) aus Zustandsgrößen des Gases (p, T) stromab des Strömungselementes (7, 8, 10, 11, 12, 13) sowie einer durch das Strömungselement bewirkten Zustandsänderung (Δp, ΔT) des Gases ermittelt wird.Control device for determining an upper limit value (p 3max ) of the pressure (p 3 ) of a gas upstream of a flow element (7, 8, 10, 11, 12, 13), characterized in that the limit value of the pressure upstream of the flow element (p 3, max ) from the state variables of the gas (p, T) downstream of the flow element (7, 8, 10, 11, 12, 13) and a change in state (Δp, ΔT) of the gas caused by the flow element.
DE102005062681.5A 2005-12-23 2005-12-23 Method for determining an upper limit of the pressure of a gas upstream of a flow element, and a computer program and a control device Active DE102005062681B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005062681.5A DE102005062681B4 (en) 2005-12-23 2005-12-23 Method for determining an upper limit of the pressure of a gas upstream of a flow element, and a computer program and a control device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005062681.5A DE102005062681B4 (en) 2005-12-23 2005-12-23 Method for determining an upper limit of the pressure of a gas upstream of a flow element, and a computer program and a control device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102005062681A1 DE102005062681A1 (en) 2007-07-12
DE102005062681B4 true DE102005062681B4 (en) 2020-07-30

Family

ID=38169772

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102005062681.5A Active DE102005062681B4 (en) 2005-12-23 2005-12-23 Method for determining an upper limit of the pressure of a gas upstream of a flow element, and a computer program and a control device

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102005062681B4 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2928692B1 (en) * 2008-03-14 2010-03-19 Renault Sas METHOD FOR CONTROLLING A TWO-STAGE SUPERCHARGED INTERNAL COMBUSTION ENGINE OF TURBOCHARGERS
DE102012200029B4 (en) 2012-01-03 2018-12-20 Ford Global Technologies, Llc Protection system for a motor
DE102015216105A1 (en) * 2015-08-24 2017-03-02 Ford Global Technologies, Llc Method for controlling the boost pressure of a supercharged internal combustion engine having at least two compressors and internal combustion engine for carrying out such a method

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69712056T2 (en) 1996-05-25 2002-11-14 Holset Engineering Co. Ltd., Huddersfield CONTROL SYSTEM FOR AN EXHAUST GAS TURBOCHARGER WITH CHANGEABLE GEOMETRY

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69712056T2 (en) 1996-05-25 2002-11-14 Holset Engineering Co. Ltd., Huddersfield CONTROL SYSTEM FOR AN EXHAUST GAS TURBOCHARGER WITH CHANGEABLE GEOMETRY

Also Published As

Publication number Publication date
DE102005062681A1 (en) 2007-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007011680B4 (en) Internal combustion engine
DE102010027521B4 (en) System for controlling a sequential turbocharger in two-stage series arrangement using a bypass valve leakage control
EP0802312B1 (en) Device for diesel engine operation control with exhaust gas recirculation and intake air throttling
EP1247016B2 (en) Method and device for controlling an internal combustion engine that is provided with an air system
DE102008017164B3 (en) Device for controlling an exhaust gas turbocharging of an internal combustion engine and internal combustion engine
DE102005015609B4 (en) Device for controlling an internal combustion engine
DE102006011188B4 (en) Two-stage turbocharger for an internal combustion engine
DE102010021432A1 (en) Mode and method for mode transition for a sequential two-stage turbocharger
EP1375868A1 (en) Engine brake apparatus for a turbocharged IC engine
DE102010037368A1 (en) Method for controlling a turbocharger arrangement of an internal combustion engine and turbocharger arrangement
DE102012207124B4 (en) Method for operating an internal combustion engine, device for controlling and / or regulating an internal combustion engine, internal combustion engine and use of the device for operating an internal combustion engine
DE4120057A1 (en) INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH A DUAL TURBOCHARGER SYSTEM
DE10352467A1 (en) Method for controlling at least one actuator in a mass flow line
DE102015200155A1 (en) Control device for an internal combustion engine
EP1623103A1 (en) Method for monitoring the speed of a bi-turbocharger
DE102015216261A1 (en) Method and device for determining a manipulated variable for a supercharger of an exhaust-driven charging device
EP2923073B1 (en) Method of operating a spark-ignition engine having a turbocharger
DE102013213351B4 (en) Method for operating a gas internal combustion engine, regulation for a gas internal combustion engine and gas internal combustion engine
DE10235013A1 (en) Method for determining a boost pressure setpoint in an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger
DE102010038326B4 (en) Increasing the exhaust gas recirculation flow or the exhaust gas recirculation rate with the exhaust gas recirculation valve already open
DE102005062681B4 (en) Method for determining an upper limit of the pressure of a gas upstream of a flow element, and a computer program and a control device
DE102006029370A1 (en) Method for increasing the boost pressure buildup in supercharged internal combustion engines
DE102014214438B3 (en) Method for controlling the fuel supply for setting a desired air-fuel ratio in a cylinder of an internal combustion engine
DE102007055186A1 (en) Compressed fresh air flow controller for e.g. reciprocating piston internal-combustion engine, has control logics to produce control signals that control portion of fresh air compressed by compressor and passing through intercooler
DE102009051027B4 (en) Drive unit with a diesel internal combustion engine and exhaust gas recirculation as well as a method for operating such a drive unit

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed

Effective date: 20120910

R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final