DE102008022214B3

DE102008022214B3 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eine Drosselklappe und einer Umluftklappe in einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102008022214B3
Application number: DE102008022214A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Burkhardt; Jürgen DINGL; Gerhard Dr. Schopp
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2008-05-06
Filing date: 2008-05-06
Publication date: 2009-11-26
Anticipated expiration: 2028-05-07

Abstract

Eine Drosselklappe ist in einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine stromaufwärts eines Kompressors angeordnet. Abhängig von einem Sollwert (PUT_SP) eines Drucks von der Drosselklappe und abhängig von einem Sollwert (CAP_SP) eines Ladedrucks wird entweder, in einem ersten Fall, eine Umluftklappe oder, in einem zweiten Fall, die Drosselklappe so angesteuert, dass ein Luftmassenstrom in Zylinder der Brennkraftmaschine entsprechend einem Sollwert (MAF_CYL_SP) des Luftmassenstroms in Zylinder der Brennkraftmaschine entsteht. In dem ersten Fall wird die Drosselklappe angesteuert zum Einstellen eines für einen aktuellen Sollbetriebspunkt vorgegebenen maximalen Öffnungsgrad der Drosselklappe und in dem zweiten Fall wird die Umluftklappe angesteuert zum Einstellen eines für den aktuellen Sollbetriebspunkt vorgegebenen maximalen Öffnungsgrad der Umluftklappe.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer Drosselklappe und einer Umluftklappe in einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer Drosselklappe und einer Umluftklappe in einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine.
Bei einer Steuerung einer Brennkraftmaschine wird im Falle einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung eine in die Zylinder der Brennkraftmaschine strömende Luftmenge und im Falle einer Brennkraftmaschine mit Saugrohreinspritzung eine Menge des in die Zylinder einströmenden Kraftstoff-Luft-Gemischs gesteuert. Aus einer vom Fahrer gewählten Fahrpedalstellung und weiteren, einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine beschreibenden Größen, zum Beispiel einer Motordrehzahl und einer Nockenwellenstellung, wird ein Sollwert eines Luftmassenstroms in die Zylinder der Brennkraftmaschine ermittelt. Dieser Sollwert des Luftmassenstroms in die Zylinder der Brennkraftmaschine muss durch entsprechende Ansteuerung der Drosselklappe möglichst genau eingestellt werden, um das gewünschte Verhalten der Brennkraftmaschine zu erhalten.
Die WO 96/32579 A1 offenbart ein Verfahren zum modellgestützten Bestimmen der in die Zylinder einer Brennkraftmaschine einströmenden Luftmasse. In einem Saugrohr eines Ansaugtrakts der Brennkraftmaschine ist eine Drosselklappe angeordnet. Es sind einen Öffnungsgrad der Drosselklappe und ein Lastsignal der Brennkraftmaschine erfassende Sensoren vorgesehen. Verhältnisse in dem Ansaugtrakt werden mittels eines Saugrohrfüllungsmodells nachgebildet, bei dem als Eingangs größen der Öffnungsgrad der Drosselklappe, ein Umgebungsdruck und eine Ventilstellung repräsentierende Parameter herangezogen werden.
Die DE 197 09 955 A1 offenbart ein Verfahren und eine Einrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine. Eine Aufladevorrichtung umfasst einen Verdichter, der durch eine Überbrückungsleitung überbrückt ist, in der eine Umluftklappe angeordnet ist zum Steuern eines rückgeführten Luftmassestroms. Ein Ansaugtrakt umfasst eine Drosselklappe, die in einem Saugrohr der Brennkraftmaschine zwischen dem Verdichter und den Zylindern der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Ein Schätzwert eines Ladedrucks wird von einem ersten Beobachter, der ein physikalisches Modell der Aufladevorrichtung umfasst, abhängig von einer Drehzahl der Brennkraftmaschine und einem Öffnungsgrad der Umluftklappe ermittelt. Ein Schätzwert eines Luftmassenstroms in die Zylinder der Brennkraftmaschine wird von einem zweiten Beobachter, der ein physikalisches Modell des Ansaugtrakts umfasst, abhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine, einem Öffnungsgrad der Drosselklappe und einem Schätzwert eines Luftdrucks ermittelt. Ein Stellsignal zum Steuern eines Stellglieds wird ermittelt abhängig von dem Schätzwert des Luftmassenstroms in die Zylinder der Brennkraftmaschine.
Die DE 103 50 150 A1 zeigt ein Verfahren und einen Verbrennungsmotor mit einer Druckentlastung in dem Ansaugsystem zur Ladeluftaufladung, die gleichzeitig mit der Ventilhubumschaltung betätigt wird. Druckentlastung und Ventilhubumschaltung werden hierbei mit geeigneten Stellelementen betätigt, wobei die Stellelemente von der Motorsteuerung angesteuert werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Druckentlastung mit einer Umluftklappe in der Ladeluftaufladung reali siert. Je nach Motorlast wird die Umluftklappe geöffnet oder geschlossen und damit der Saugrohrdruck erniedrigt oder erhöht. Bei Betrieb mit kleinem Ventilhub wird der Betriebsbereich des Verbrennungsmotors bis in den Aufladebetrieb hineingelegt. Das heißt, mit zunehmender Motorlast wird die Umluftklappe geschlossen und der Saugrohrdruck erhöht. Wenn die Motorlast einen Wert erreicht, der sich nach Umschaltung auf den Vollhub unter ungedrosselten Saugbedingungen ergäbe, wird der Umschaltvorgang für den Ventilhub von Teilhub auf Vollhub eingeleitet. Gleichzeitig mit der Umschaltung des Ventilhubs erfolgt ein schlagartiges Öffnen der Umluftklappe, so dass sich der Überdruck im Saugrohr auf Umgebungsdruck abbaut. Da das Ladesystem unter Überdruck stand, baut sich der Druck durch die Öffnung der Umluftklappe fast verzögerungslos auf Umgebungsdruck ab.
Die Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer Drosselklappe und einer Umluftklappe in einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine zu schaffen, das bzw. die einen effizienten Betrieb einer Brennkraftmaschine ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Steuern einer Drosselklappe, die in einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine stromaufwärts eines Kompressors angeordnet ist, und einer Umluftklappe. Abhängig von einem Sollwert eines Drucks vor der Drosselklappe und abhängig von einem Sollwert eines Ladedrucks wird entweder, in einem ersten Fall, die Umluftklappe oder, in ei nem zweiten Fall, die Drosselklappe so angesteuert, dass ein Luftmassenstrom in Zylinder der Brennkraftmaschine entsprechend einem Sollwert des Luftmassenstroms in Zylinder der Brennkraftmaschine entsteht. In dem ersten Fall wird die Drosselklappe angesteuert zum Einstellen eines für einen aktuellen Sollbetriebspunkt vorgegebenen maximalen Öffnungsgrad der Drosselklappe und in dem zweiten Fall wird die Umluftklappe angesteuert zum Einstellen eines für den aktuellen Sollbetriebspunkt vorgegebenen maximalen Öffnungsgrad der Umluftklappe.
Abhängig von einer Fahrpedalstellung wird ein Sollwert eines Saugrohrdruckverhältnisses ermittelt, das gebildet wird abhängig von dem Sollwert des Drucks vor der Drosselklappe und von dem Sollwert des Ladedrucks.
Der erste Fall liegt vor, wenn der Sollwert des Saugrohrdruckverhältnisses größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert des Saugrohrdruckverhältnisses. In dem ersten Fall wird einem Sollwert eines Drosselklappendruckverhältnisses ein für den aktuellen Sollbetriebspunkt vorgegebener maximaler Sollwert des Drosselklappendruckverhältnisses zugewiesen, der den für den aktuellen Sollbetriebspunkt vorgegebenen maximalen Öffnungsgrad der Drosselklappe repräsentiert. Ein Sollwert eines Umluftklappendruckverhältnisses wird ermittelt abhängig von dem maximalen Sollwert des Drosselklappendruckverhältnisses und dem Sollwert des Saugrohrdruckverhältnisses.
Der zweite Fall liegt vor, wenn der Sollwert des Saugrohrdruckverhältnisses kleiner oder gleich dem Schwellenwert des Saugrohrdruckverhältnisses ist. In dem zweiten Fall wird dem Sollwert des Umluftklappendruckverhältnisses ein für den aktuellen Sollbetriebspunkt vorgegebener maximaler Sollwert des Umluftklappendruckverhältnisses zugewiesen, der den für den aktuellen Sollbetriebspunkt vorgegebenen maximalen Öffnungsgrad der Umluftklappe repräsentiert. Der Sollwert des Drosselklappendruckverhältnisses wird ermittelt abhängig von dem maximalen Sollwert des Umluftklappendruckverhältnisses und dem Sollwert des Saugrohrdruckverhältnisses. Die Drosselklappe wird abhängig von dem Sollwert des Drosselklappendruckverhältnisses und die Umluftklappe wird abhängig von dem Sollwert des Umluftklappendruckverhältnisses angesteuert.
Der Begriff ”vor” wird im Sinne von stromaufwärts und der Begriff ”nach” wird im Sinne von stromabwärts benutzt. Dabei wird diesbezüglich von einem stationären Betrieb und in Bezug auf die Drosselklappe und den Kompressor von einer Strömungsrichtung von einem Lufteinlass hin zu Zylindern der Brennkraftmaschine ausgegangen und wird in Bezug auf die Umluftklappe von einer Strömungsrichtung von stromabwärts des Kompressors hin zu stromaufwärts des Kompressors ausgegangen.
Der Vorteil ist, dass durch eine derartige Ansteuerung der Drosselklappe und der Umluftklappe insgesamt geringe Drosselverluste entstehen. Dadurch ist eine hohe Energieeffizienz und somit ein geringer Kraftstoffverbrauch möglich. Ferner ist ein präzises Ansteuern der Drosselklappe und der Umluftklappe möglich.
Der Sollwert des Drosselklappendruckverhältnisses ist insbesondere gebildet als ein Quotient aus einem Sollwert eines Drucks nach der Drosselklappe und dem Sollwert des Drucks vor der Drosselklappe. Entsprechend ist der Sollwert des Umluftklappendruckverhältnisses insbesondere gebildet als ein Quotient aus dem Sollwert des Drucks nach der Drosselklappe und dem Sollwert des Ladedrucks. Der Schwellenwert des Saugrohrdruckverhältnisses wird insbesondere abhängig von dem maxima len Sollwert des Drosselklappendruckverhältnisses und dem maximalen Sollwert des Umluftklappendruckverhältnisses gebildet und wird bevorzugt gebildet als ein Quotient aus dem maximalen Sollwert des Drosselklappendruckverhältnisses und dem maximalen Sollwert des Umluftklappendruckverhältnisses.
Der Vorteil ist, dass so ein präzises Einstellen der jeweiligen Drosselklappenposition und Umluftklappenposition möglich ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird in dem ersten Fall der für den aktuellen Sollbetriebspunkt vorgegebene maximale Öffnungsgrad der Drosselklappe oder der vorgegebene maximale Sollwert des Drosselklappendruckverhältnisses abhängig von einem Sollwert eines Luftmassenstroms durch die Drosselklappe vorgegeben. In dem zweiten Fall wird der für den aktuellen Sollbetriebspunkt vorgegebene maximale Öffnungsgrad der Umluftklappe oder der vorgegebene maximale Sollwert des Umluftklappendruckverhältnisses abhängig von einem Sollwert eines Luftmassenstroms durch die Umluftklappe vorgegeben. Dies hat den Vorteil, dass insbesondere in einem Übergangsbereich um den vorgegebenen Schwellenwert des Saugrohrdruckverhältnisses bei geeigneter Vorgabe des maximalen Öffnungsgrads der Drosselklappe oder des vorgegebenen maximalen Sollwerts des Drosselklappendruckverhältnisses und des maximalen Öffnungsgrads der Umluftklappe oder des maximalen Sollwerts des Umluftklappendruckverhältnisses ein jeweiliger Stellweg der Drosselklappe und der Umluftklappe reduziert und Bewegungen der Drosselklappe und der Umluftklappe dadurch beruhigt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Sollwert des Ladedrucks ermittelt abhängig von einem Sollwert eines Saugrohrdrucks und einem Sollwert eines Druckabfalls an einem Ladeluftkühler. Der Sollwert des Druckabfalls am Ladeluftkühler wird ermittelt abhängig von einer ersten Größe, die sich auf den Luftmassenstrom in Zylinder der Brennkraftmaschine bezieht. Dadurch ist der Sollwert des Ladedrucks einfach und präzise ermittelbar.
In diesem Zusammenhang wird die erste Größe gebildet durch den Sollwert des Luftmassenstroms in Zylinder der Brennkraftmaschine. Dies hat den Vorteil, dass das Steuern der Drosselklappe und der Umluftklappe so besonders stabil und zuverlässig erfolgen kann. Ein unerwünschtes Aufschwingen des Systems kann so zuverlässig unterbunden werden. Ein derartiges Ermitteln des Sollwerts des Ladedrucks ist insbesondere geeignet während stationärem Betrieb der Brennkraftmaschine.
Alternativ wird die erste Größe gebildet durch einen Istwert des Luftmassenstroms in Zylinder der Brennkraftmaschine. Der Vorteil ist, dass der Istwert des aktuellen Luftmassenstroms in Zylinder der Brennkraftmaschine besonders gut die tatsächlichen Gegebenheiten in dem Ansaugtrakt widerspiegelt und so ein besonders präzises Ermitteln des Sollwerts des Ladedrucks ermöglicht. Ferner ist bei Lastwechseln, das heißt bei instationärem Betrieb der Brennkraftmaschine, daher eine besonders schnelle Steuerung der Luftmassen möglich.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die erste Größe bei einem stationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine gebildet wird durch den Sollwert des Luftmassenstroms in Zylinder der Brennkraftmaschine und wird die erste Größe bei einem instationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine gebildet wird durch den Istwert des Luftmassenstroms in Zylinder der Brennkraftmaschine. Der Vorteil ist, dass der Istwert des aktuellen Luftmassenstroms in Zylinder der Brennkraftmaschine besonders gut die tatsächlichen Gegebenheiten in dem Ansaugtrakt widerspiegelt, insbesondere bei Lastwechseln. Dadurch ist bei Lastwechseln eine besonders schnelle Steuerung der Luftmassen möglich. Ferner erfolgt bei stationärem Betrieb das Steuern der Drosselklappe und der Umluftklappe besonders stabil und zuverlässig.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Sollwert des Drucks vor der Drosselklappe ermittelt abhängig von einem Umgebungsdruck und von einem Sollwert eines Druckabfalls an einem Luftfilter. Der Sollwert des Druckabfalls am Luftfilter wird ermittelt abhängig von einer zweiten Größe, die sich auf den Luftmassenstrom durch die Drosselklappe bezieht. Dadurch ist der Sollwert des Drucks vor der Drosselklappe einfach und präzise ermittelbar.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die zweite Größe gebildet wird durch den Sollwert des Luftmassenstroms durch die Drosselklappe. Dies hat den Vorteil, dass das Steuern der Drosselklappe und der Umluftklappe so besonders stabil und zuverlässig erfolgen kann. Ein unerwünschtes Aufschwingen des Systems kann so zuverlässig unterbunden werden. Ein derartiges Ermitteln des Sollwerts des Drucks vor der Drosselklappe ist insbesondere geeignet während eines stationären Betriebs der Brennkraftmaschine.
Alternativ wird die zweite Größe gebildet durch einen Istwert des Luftmassenstroms durch die Drosselklappe. Der Vorteil ist, dass der Istwert des aktuellen Luftmassenstroms durch die Drosselklappe besonders gut die tatsächlichen Gegebenheiten in dem Ansaugtrakt widerspiegelt und so ein besonders präzises Ermitteln des Sollwerts des Drucks vor der Drosselklappe ermöglicht. Ferner ist bei Lastwechseln, das heißt bei instationärem Betrieb der Brennkraftmaschine, daher eine besonders schnelle Steuerung der Luftmassen möglich.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die zweite Größe bei einem stationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine gebildet durch den Sollwert des Luftmassenstroms durch die Drosselklappe und wird die zweite Größe bei einem instationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine gebildet durch den Istwert des Luftmassenstroms durch die Drosselklappe. Der Vorteil ist, dass der Istwert des aktuellen Luftmassenstroms durch die Drosselklappe besonders gut die tatsächlichen Gegebenheiten in dem Ansaugtrakt widerspiegelt, insbesondere bei Lastwechseln. Dadurch ist bei Lastwechseln eine besonders schnelle Steuerung der Luftmassen möglich. Ferner erfolgt bei stationärem Betrieb das Steuern der Drosselklappe und der Umluftklappe besonders stabil und zuverlässig.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine Brennkraftmaschine mit einem Ansaugtrakt,
2 einen Ausschnitt des Ansaugtrakts bezüglich eines ersten Volumens,
3 einen Ausschnitt des Ansaugtrakts bezüglich eines zweiten Volumens und
4 ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Steuern einer Drosselklappe und einer Umluftklappe.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Ein Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine umfasst einen Luftfilter AIC, eine Drosselklappe THR und einen Verdichter, der vorzugsweise als ein Kompressor COMP ausgebildet ist und der durch eine Überbrückungsleitung L überbrückt ist, in der eine Umluftklappe RFP angeordnet ist (1). Der Kompressor COMP ist beispielsweise als ein mechanisch angetriebener Lader ausgebildet, der beispielsweise mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekoppelt ist und der durch diese Kurbelwelle antreibbar ist. Beispielsweise ist der Kompressor COMP über ein Getriebe mit der Kurbelwelle gekoppelt. Dadurch ist eine Drehzahl des Kompressors COMP abhängig von einer Drehzahl N der Brennkraftmaschine. Dies hat zur Folge, dass ein durch den Kompressor COMP geförderter Volumenstrom ebenfalls abhängig ist von der Drehzahl N der Brennkraftmaschine. Bei einer derartigen Ausbildung des Kompressors COMP stellt dieser daher kein Stellglied, das heißt keinen Aktuator der Brennkraftmaschine und insbesondere des Ansaugtrakts in Bezug auf eine Luftmassensteuerung dar.
Ferner kann in dem Ansaugtrakt auch ein Ladeluftkühler ICO oder kann mehr als ein Ladeluftkühler ICO vorgesehen sein. Die Brennkraftmaschine umfasst beispielsweise eine erste Bank B1 und eine zweite Bank B2 an Zylindern. Jeder Bank kann jeweils ein separater Ladeluftkühler ICO zugeordnet sein. Es kann jedoch ebenso der ersten und der zweiten Bank B1, B2 ein gemeinsamer Ladeluftkühler ICO zugeordnet sein. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass mindestens ein Ladeluftkühler ICO vorgesehen ist. Es kann jedoch auch auf das Vorsehen des mindestens einen Ladeluftkühlers ICO verzichtet werden.
Die Drosselklappe THR ist eingangsseitig des Kompressors COMP, das heißt stromaufwärts des Kompressors COMP angeordnet. Die Überbrückungsleitung L mündet zwischen der Drosselklappe THR und dem Kompressor COMP in eine die Drosselklappe THR und einen Eingang des Kompressors COMP verbindende Verbindungsleitung. Der Luftfilter AIC ist stromaufwärts der Drosselklappe THR angeordnet. Ausgangsseitig ist der Kompressor COMP mit einem Eingang der Ladeluftkühler ICO verbunden. Die Ladeluftkühler ICO sind ausgangsseitig verbunden mit der ersten Bank B1 und der zweiten Bank B2, also mit den Zylindern der Brennkraftmaschine.
Begrenzt durch die Drosselklappe THR, die Umluftklappe RFP und den Kompressor COMP ist ein erstes Volumen VOL1 gebildet. Anders ausgedrückt ist das erste Volumen VOL1 gebildet stromabwärts der Drosselklappe THR, stromabwärts der Umluftklappe RFP und stromaufwärts des Kompressors COMP. Bezüglich der jeweiligen Strömungsrichtung wird von einem stationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine ausgegangen. Die Strömungsrichtung verläuft dann von einem Lufteinlass durch die Drosselklappe THR und den Kompressor COMP und durch die gegebenenfalls vorgesehenen Ladeluftkühler ICO hin zu den Zylindern der Brennkraftmaschine. In Bezug auf die Umluftklappe RFP verläuft die Strömungsrichtung von einem Ausgang des Kompressors COMP hin zu dessen Eingang. Der Begriff ”vor” wird im Folgenden im Sinne von ”stromaufwärts” und der Begriff ”nach” im Sinne von ”stromabwärts” benutzt.
Ein zweites Volumen VOL2 ist gebildet begrenzt durch den Kompressor COMP, die Umluftklappe RFP und die erste und die zweite Bank B1, B2. Anders ausgedrückt ist das zweite Volumen VOL2 gebildet stromabwärts des Kompressors COMP, stromaufwärts der Umluftklappe RFP und stromaufwärts der ersten und der zweiten Bank B1, B2. In 2 ist ein Ausschnitt des Ansaugtrakts bezüglich des ersten Volumens VOL1 gezeigt und in 3 ist ein Ausschnitt des Ansaugtrakts bezüglich des zweiten Volumens VOL2 gezeigt. Es kann vorgesehen sein, einen Luftmassenstrom FLOW_CPS einer Tankentlüftung und/oder einen Luftmassenstrom FLOW_CRCV einer Kurbelgasentlüftung und/oder andere Luftmassenströme in das erste Volumen VOL1 einzulei ten. Der Übersichtlichkeit halber bleiben derartige Luftmassenströme im Folgenden unberücksichtigt. Gegebenenfalls sind diese Luftmassenströme zusätzlich zu berücksichtigen.
4 (4A, 4B) zeigt ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Steuern der Drosselklappe THR und der Umluftklappe RFP. Das Programm wird bevorzugt durch eine Steuereinheit ST ausgeführt. Die Steuereinheit ST kann auch als eine Vorrichtung zum Steuern der Drosselklappe THR und der Umluftklappe RFP bezeichnet werden. Vorzugsweise ist die Steuereinheit ST ausgebildet zum Steuern der Brennkraftmaschine. Die Steuereinheit ST ist vorzugsweise eingangsseitig mit Sensoren der Brennkraftmaschine und insbesondere mit Sensoren des Ansaugtrakts gekoppelt und ist vorzugsweise ausgangsseitig mit Stellgliedern der Brennkraftmaschine und ist insbesondere mit der Drosselklappe THR und der Umluftklappe RFP gekoppelt.
In einem Schritt S0 wird eine Fahrpedalstellung PV erfasst. Der durch die Fahrpedalstellung PV zum Ausdruck gebrachte Fahrerwunsch entspricht einer Drehmomentenanforderung an die Brennkraftmaschine. Um diese Drehmomentenanforderung erfüllen zu können, muss ein Luftmassenstrom MAF_CYL in Zylinder der Brennkraftmaschine entsprechend eingestellt werden. Dazu wird in einem Schritt S1 ein Sollwert MAF_CYL_SP des Luftmassenstroms MAF_CYL in Zylinder der Brennkraftmaschine abhängig von der erfassten Fahrpedalstellung PV, der Drehzahl N der Brennkraftmaschine, einem aktuell eingelegten Gang, einer Nockenwellenstellung und weiteren Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ermittelt: MAF_CYL_SP = f(PV, N, Gang, Nockenwellenstellung, ...).
Damit dieser Luftmassenstrom MAF_CYL in Zylinder der Brennkraftmaschine entsprechend dem Sollwert MAF_CYL_SP des Luftmassenstroms MAF_CYL in Zylinder der Brennkraftmaschine ent stehen kann, ist ein Saugrohrdruck MAP entsprechend einem Sollwert MAP_SP des Saugrohrdrucks MAP in einem Saugrohr des Ansaugtrakts erforderlich. In einem Schritt S2 wird dieser Sollwert MAP_SP des Saugrohrdrucks MAP abhängig insbesondere von dem Sollwert MAF_CYL_SP des Luftmassenstroms MAF_CYL in Zylinder der Brennkraftmaschine und von der Drehzahl N der Brennkraftmaschine ermittelt: MAP_SP = f(MAF_CYL_SP, N, ...). Das Ermitteln des Sollwerts MAP_SP des Saugrohrdrucks MAP erfolgt bevorzugt abhängig von Schlucklinien der Brennkraftmaschine.
In einem Schritt S3 wird ein aktuell durch den Kompressor COMP geförderter Luftmassenstrom MAF_SCHA durch den Kompressor COMP ermittelt. Dieser Luftmassenstrom MAF_SCHA durch den Kompressor COMP repräsentiert bevorzugt einen Istwert des Luftmassenstroms MAF_SCHA durch den Kompressor COMP. Der Luftmassenstrom MAF_SCHA durch den Kompressor COMP wird bevorzugt ermittelt abhängig von der Drehzahl N der Brennkraftmaschine, einem Druck PDT nach der Drosselklappe THR, der im Wesentlichen einem Druck vor dem Kompressor COMP sowie einem Druck in dem ersten Volumen VOL1 entspricht, und einem Ladedruck CAP, der im Wesentlichen einem Druck nach dem Kompressor COMP sowie einem Druck in dem zweiten Volumen VOL2 entspricht: MAF_SCHA = f(N, PDT, CAP). Der Druck PDT nach der Drosselklappe THR und der Ladedruck CAP repräsentieren vorzugsweise Istwerte, die als Sensorwerte durch gegebenenfalls in dem ersten Volumen VOL1 beziehungsweise in dem zweiten Volumen VOL2 vorgesehene Drucksensoren erfassbar sind oder die als Modellgrößen entsprechend einem physikalischen Modell des Ansaugtrakts ermittelbar sind. Der Luftmassenstrom MAF_SCHA durch den Kompressor COMP wird bevorzugt ermittelt abhängig von einer Luftdichte rV1 der Luft in dem ersten Volumen VOL1 und einem von der Drehzahl N der Brennkraftmaschine und einem Druckverhältnis über dem Kompressor COMP abhängigen Kompres sorvolumenstrom VOL_SCHA: MAF_SCHA = rV1·VOL_SCHA mit rV1 = PDT/(R·T_SCHA_UP) und VOL_SCHA = f(N, CAP/PDT) sowie mit einer Gaskonstanten R von Luft und einer Lufttemperatur T_SCHA_UP vor dem Kompressor COMP.
In allen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine, in denen der Kompressor COMP einen größeren Luftmassenstrom MAF_SCHA durch den Kompressor COMP fördert als der abhängig von der Fahrpedalstellung PV vorgegebene Sollwert des Luftmassenstroms MAF_CYL_SP in Zylinder der Brennkraftmaschine, muss ein Teil des Luftmassenstroms MAF_SCHA durch den Kompressor COMP über die Überbrückungsleitung L und durch die Umluftklappe RFP zurück vor den Kompressor COMP geleitet werden. In einem Schritt S4 wird dies berücksichtigt, so dass ein Sollwert MAF_RFP_SP eines Luftmassenstroms MAF_RFP durch die Umluftklappe RFP gleich einer Differenz des Luftmassenstroms MAF_SCHA durch den Kompressor COMP und dem Sollwert MAF_CYL_SP des Luftmassenstroms MAF_CYL in Zylinder der Brennkraftmaschine ist: MAF_RFP_SP = MAF_SCHA – MAF_CYL_SP, falls MAF_SCHA > MAF_CYL_SP. Andernfalls kann die Umluftklappe RFP geschlossen bleiben.
Bei einem kleinen Volumen in dem Ladeluftkühler 'CO oder in den Ladeluftkühlern ICO sowie nach diesem beziehungsweise diesen kann vereinfachend angenommen werden, dass die Luft in einem Raum zwischen Ladeluftkühler ICO und Einlassventilen der Zylinder der Brennkraftmaschine keine eigene Dynamik besitzt, das heißt ein Luftmassenstrom durch den Ladeluftkühler ICO oder die Ladeluftkühler ICO im Wesentlichen gleich dem Luftmassenstrom MAF_CYL in Zylinder der Brennkraftmaschine ist. Dann besteht zwischen dem Ladedruck CAP vor dem Ladeluftkühler ICO oder vor den Ladeluftkühlern ICO und dem Saugrohrdruck MAP nach diesem beziehungsweise nach diesen lediglich ein luftmassenstromabhängiger Druckabfall. Dieser Druck abfall ist vorzugsweise als eine Kennlinie gespeichert in Abhängigkeit von dem Luftmassenstrom durch den Ladeluftkühler ICO oder durch die Ladeluftkühler ICO. also im Wesentlichen in Abhängigkeit von dem Luftmassenstrom MAF_CYL in Zylinder der Brennkraftmaschine. In einem Schritt S5 wird daher ein Sollwert CAP_SP des Ladedrucks CAP als Summe des Sollwerts MAP_SP des Saugrohrdrucks MAP und eines Sollwerts PRS_LOSS_ICO_SP des Druckabfalls am Ladeluftkühler ICO ermittelt: CAP_SP = MAP_SP + PRS_LOSS_ICO_SP.
Für das Ermitteln des jeweiligen Sollwerts PRS_LOSS_ICO_SP des Druckabfalls am Ladeluftkühler ICO kann in einer ersten Ausführungsform vorgesehen sein, dass der jeweilige Sollwert PRS_LOSS_ICO_SP des Druckabfalls am Ladeluftkühler ICO abhängig von dem Sollwert MAF_CYL_SP des Luftmassenstroms MAF_CYL in Zylinder der Brennkraftmaschine ermittelt wird: PRS_LOSS_ICO_SP = f(MAF_CYL_SP). In einer zweiten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der jeweilige Sollwert PRS_LOSS_ICO_SP des Druckabfalls am Ladeluftkühler ICO abhängig von dem Istwert des Luftmassenstroms MAF_CYL in Zylinder der Brennkraftmaschine ermittelt wird: PRS_LOSS_ICO_SP = f(MAF_CYL). Vorzugsweise wird der Istwert des Luftmassenstroms MAF_CYL in Zylinder der Brennkraftmaschine tiefpassgefiltert. Der Istwert des Luftmassenstroms MAF_CYL in Zylinder der Brennkraftmaschine kann ein Wert einer aus einem Saugrohrmodell ermittelten Modellgröße sein, bei dem der Saugrohrdruck MAP mit Schlucklinien der Brennkraftmaschine verrechnet wird, oder kann ein Messwert eines Luftmassenstromsensors sein. Ferner kann in einer dritten Ausführungsform vorgesehen sein, dass in einem stationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine der jeweilige Sollwert PRS_LOSS_ICO_SP des Druckabfalls am Ladeluftkühler ICO abhängig von dem Sollwert MAF_CYL_SP des Luftmassenstroms MAF_CYL in Zylinder der Brennkraftmaschine entsprechend der ersten Ausführungsform ermittelt wird und dass in einem instationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine, also bei einem Lastwechsel, der jeweilige Sollwert PRS_LOSS_ICO_SP des Druckabfalls am Ladeluftkühler ICO abhängig von dem Istwert des Luftmassenstroms MAF_CYL in Zylinder der Brennkraftmaschine entsprechend der zweiten Ausführungsform ermittelt wird. Die dritte Ausführungsform ist besonders vorteilhaft.
Zur Realisierung des in dem Schritt S1 ermittelten Sollwerts MAF_CYL_SP des Luftmassenstroms MAF_CYL in Zylinder der Brennkraftmaschine ist während eines stationären Betriebs der Brennkraftmaschine ein gleich großer Sollwert MAF_THR_SP eines Luftmassenstroms MAF_THR durch die Drosselklappe THR erforderlich. In einem Schritt S6 wird daher dem Sollwert MAF_THR_SP des Luftmassenstroms MAF_THR durch die Drosselklappe THR der Sollwert MAF_CYL_SP des Luftmassenstroms MAF_CYL in Zylinder der Brennkraftmaschine zugewiesen: MAF_THR_SP = MAF_CYL_SP.
In einem Schritt S7 wird ein Sollwert PUT_SP eines Drucks PUT vor der Drosselklappe THR entsprechend dem Sollwert CAP_SP des Ladedrucks CAP ermittelt. Zwischen einem Umgebungsdruck AMP vor dem Luftfilter AIC und dem Druck PUT vor der Drosselklappe THR besteht im Wesentlichen ein luftmassenstromabhängiger Druckabfall. Dieser Druckabfall ist vorzugsweise als eine Kennlinie gespeichert in Abhängigkeit von dem Luftmassenstrom durch den Luftfilter AIC, der im Wesentlichen dem Luftmassenstrom MAF_THR durch die Drosselklappe THR entspricht. In dem Schritt S7 wird daher der Sollwert PUT_SP des Drucks PUT vor der Drosselklappe THR als Differenz des Umgebungsdrucks AMP und eines Sollwerts PRS_LOSS_AIC_SP des Druckabfalls am Luftfilter AIC ermittelt: PUT_SP = AMP – PRS_LOSS_AIC_SP. Der Umgebungsdruck AMP ist als ein Messwert eines Umgebungsdrucksensors erfassbar oder als eine Modell größe abhängig von anderen Modellgrößen und/oder Messwerten ermittelbar.
Für das Ermitteln des jeweiligen Sollwerts PRS_LOSS_AIC_SP des Druckabfalls am Luftfilter AIC kann in einer Ausführungsform, die im Wesentlichen der ersten Ausführungsform entspricht, vorgesehen sein, dass der jeweilige Sollwert PRS_LOSS_AIC_SP des Druckabfalls am Luftfilter AIC abhängig von dem Sollwert MAF_THR_SP des Luftmassenstroms MAF_THR durch die Drosselklappe THR ermittelt wird: PRS_LOSS_AIC_SP = f(MAF_THR_SP). In einer Ausführungsform, die im Wesentlichen der zweiten Ausführungsform entspricht, kann vorgesehen sein, dass der jeweilige Sollwert PRS_LOSS_AIC_SP des Druckabfalls am Luftfilter AIC abhängig von dem Istwert des Luftmassenstroms MAF_THR durch die Drosselklappe THR ermittelt wird: PRS_LOSS_AIC_SP = f(MAF_THR). Vorzugsweise wird der Istwert des Luftmassenstroms MAF_THR durch die Drosselklappe THR tiefpassgefiltert. Der Istwert des Luftmassenstroms MAF_THR durch die Drosselklappe THR kann ein Wert einer aus einem physikalischen Modell ermittelten Modellgröße sein oder kann ein Messwert eines Luftmassenstromsensors sein. Ferner kann in einer Ausführungsform, die im Wesentlichen der dritten Ausführungsform entspricht, vorgesehen sein, dass in einem stationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine der jeweilige Sollwert PRS_LOSS_AIC_SP des Druckabfalls am Luftfilter AIC abhängig von dem Sollwert MAF_THR_SP des Luftmassenstroms MAF_THR durch die Drosselklappe THR entsprechend der Ausführungsform, die im Wesentlichen der ersten Ausführungsform entspricht, ermittelt wird und dass in einem instationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine, also bei einem Lastwechsel, der jeweilige Sollwert PRS_LOSS_AIC_SP des Druckabfalls am Luftfilter AIC abhängig von dem Istwert des Luftmassenstroms MAF_THR durch die Drosselklappe THR entsprechend der Ausführungsform, die im Wesentlichen der zweiten Ausfüh rungsform entspricht, ermittelt wird. Die erste, zweite oder dritte Ausführungsform einerseits und die diesen entsprechenden Ausführungsformen andererseits sind beliebig miteinander kombinierbar, da der Sollwert PRS_LOSS_ICO_SP des Druckabfalls am Ladeluftkühler ICO einerseits und der Sollwert PRS_LOSS_AIC_SP des Druckabfalls am Luftfilter AIC andererseits unabhängig voneinander ermittelbar sind.
Abhängig von dem Sollwert CAP_SP des Ladedrucks CAP und des Sollwerts PUT_SP des Drucks PUT vor der Drosselklappe THR wird in einem Schritt S8 ein Sollwert PQ_IM_SP eines Saugrohrdruckverhältnisses als ein Quotient des Sollwerts CAP_SP des Ladedrucks CAP und des Sollwerts PUT_SP des Drucks PUT vor der Drosselklappe THR ermittelt: PQ_IM_SP = CAP_SP/PUT_SP. Nach Erweiterung dieses Quotienten mit einem Sollwert PDT_SP des Drucks PDT nach der Drosselklappe THR ergibt sich der Sollwert PQ_IM_SP des Saugrohrdruckverhältnisses als Quotient eines Sollwerts PQ_THR_SP eines Drosselklappendruckverhältnisses und eines Sollwerts PQ_RFP_SP eines Umluftklappendruckverhältnisses: CAP_SP/PUT_SP = (PDT_SP/PUT_SP)·(CAP_SP/PDT_SP) = (PDT_SP/PUT_SP)/(PDT_SP/CAP_SP) = PQ_THR_SP/PQ_RFP_SP. Der Sollwert PQ_THR_SP des Drosselklappendruckverhältnisses ist gebildet als Quotient des Sollwerts PDT_SP des Drucks PDT nach der Drosselklappe THR und des Sollwerts PUT_SP des Drucks PUT vor der Drosselklappe THR: PQ_THR_SP = PDT_SP/PUT_SP. Entsprechend ist der Sollwert PQ_RFP_SP des Umluftklappendruckverhältnisses gebildet als Quotient des Sollwerts PDT_SP des Drucks PDT nach der Drosselklappe THR und des Sollwerts CAP_SP des Ladedrucks CAP: PQ_RFP_SP = PDT_SP/CAP_SP.
Ein Wert des Sollwerts PQ_IM_SP des Saugrohrdruckverhältnisses viel kleiner als Eins entspricht einem nicht aufgeladenen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, ein Wert des Sollwerts PQ_IM_SP des Saugrohrdruckverhältnisses viel größer als Eins entspricht einem aufgeladenen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine. Der Sollwert PQ_IM_SP des Saugrohrdruckverhältnisses kann durch eine unendliche Anzahl von Kombinationen des Sollwerts PQ_THR_SP des Drosselklappendruckverhältnisses und des Sollwerts PQ_RFP_SP des Umluftklappendruckverhältnisses gebildet werden. Jede Drosselung ist jedoch mit Energieverlusten verbunden. Daher werden diejenigen Kombinationen bevorzugt, bei denen der Sollwert PQ_THR_SP des Drosselklappendruckverhältnisses und der Sollwert PQ_RFP_SP des Umluftklappendruckverhältnisses möglichst groß sind.
Idealerweise weisen die Drosselklappe THR und die Umluftklappe RFP jeweils einen so großen wirksamen Querschnitt auf, dass sie bei dem jeweils größten auftretenden Luftmassenstrom bei vollständig geöffneter Klappe dem Luftmassenstrom keinen Widerstand entgegen setzen. Dann entsteht in der Strömungsrichtung kein Druckabfall über der Drosselklappe THR beziehungsweise über der Umluftklappe RFP. In diesem Fall weist ein maximaler Sollwert PQ_THR_SP_MAX des Drosselklappendruckverhältnisses und ein maximaler Sollwert PQ_RFP_SP_MAX des Umluftklappendruckverhältnisses jeweils einen Wert von Eins auf. Ist der wirksame Querschnitt der Drosselklappe THR und/oder der Umluftklappe RFP jedoch nicht groß genug, um bei vollständig geöffneter Klappe das Entstehen eines Druckabfalls über der Klappe zu verhindern, dann weist der zugehörige maximale Sollwert einen Wert von kleiner Eins auf.
Bevorzugt wird in einem Schritt S9 der maximale Sollwert PQ_RFP_SP_MAX des Umluftklappendruckverhältnisses ermittelt abhängig von dem Sollwert MAF_RFP_SP des Luftmassenstroms MAF_RFP durch die Umluftklappe RFP. Der maximale Sollwert PQ_RFP_SP_MAX des Umluftklappendruckverhältnisses wird vorzugsweise ferner ermittelt abhängig von einer Lufttemperatur T_SCHA_DOWN nach dem Kompressor COMP und gegebenenfalls abhängig von weiteren Betriebsgrößen des Ansaugtrakts und/oder der Brennkraftmaschine: PQ_RFP_SP_MAX = f(MAF_RFP_SP, T_SCHA_DOWN, ...).
Ferner wird bevorzugt in einem Schritt S10 der maximale Sollwert PQ_THR_SP_MAX des Drosselklappendruckverhältnisses ermittelt abhängig von dem Sollwert MAF_THR_SP des Luftmassenstroms MAF_THR durch die Drosselklappe THR. Der maximale Sollwert PQ_THR_SP_MAX des Drosselklappendruckverhältnisses wird vorzugsweise ferner ermittelt abhängig von einer Lufttemperatur TIA_THR vor der Drosselklappe THR und gegebenenfalls abhängig von weiteren Betriebsgrößen des Ansaugtrakts und/oder der Brennkraftmaschine: PQ_THR_SP_MAX = f(MAF_THR_SP, TIA_THR, ...).
Das Ermitteln des maximalen Sollwerts PQ_RFP_SP_MAX des Umluftklappendruckverhältnisses und des maximalen Sollwerts PQ_THR_SP_MAX des Drosselklappendruckverhältnisses in den Schritten S9 und S10 ermöglicht ein Anpassen eines jeweiligen maximalen Öffnungsgrads der Umluftklappe RFP beziehungsweise der Drosselklappe THR entsprechend einem aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine und insbesondere an einen aktuellen Sollbetriebspunkt der Brennkraftmaschine.
Ein vorgegebener Schwellenwert des Saugrohrdruckverhältnisses ist vorgegeben abhängig von dem maximalen Sollwert PQ_THR_SP_MAX des Drosselklappendruckverhältnisses und abhängig von dem maximalen Sollwert PQ_RFP_SP_MAX des Umluftklappendruckverhältnisses und ist insbesondere vorgegeben als ein Quotient des maximalen Sollwerts PQ_THR_SP_MAX des Drosselklappendruckverhältnisses und des maximalen Sollwerts PQ_RFP_SP_MAX des Umluftklappendruckverhältnisses. Dieser vorgegebene Schwellenwert des Saugrohrdruckverhältnisses stellt sich ein, wenn die Drosselklappe THR und die Umluftklappe RFP beide vollständig geöffnet sind.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, den maximalen Sollwert PQ_THR_SP_MAX des Drosselklappendruckverhältnisses und/oder den maximalen Sollwert PQ_RFP_SP_MAX des Umluftklappendruckverhältnisses anzupassen, wenn der Sollwert PQ_IM_SP des Saugrohrdruckverhältnisses in einem Übergangsbereich um den vorgegebenen Schwellenwert des Saugrohrdruckverhältnisses liegt. Beide Klappen sind dann vollständig oder nahezu vollständig geöffnet. Jedoch erfordern kleine Änderungen des jeweiligen Sollwerts des Luftmassenstroms relativ große Stellwege. Dies kann zu einem unruhigen Verhalten der Klappen führen. Dadurch, dass der maximale Sollwert PQ_THR_SP_MAX des Drosselklappendruckverhältnisses und/oder der maximale Sollwert PQ_RFP_SP_MAX des Umluftklappendruckverhältnisses angepasst wird, kann erreicht werden, dass die jeweilige Klappe nicht vollständig geöffnet wird, sondern leicht angestellt bleibt. Dadurch können die erforderlichen Stellwege bei nur kleinen Änderungen der jeweiligen Sollwerte des Luftmassenstroms reduziert und somit das Verhalten der Klappen beruhigt werden.
In einem Schritt S11 wird überprüft, ob der Sollwert PQ_IM_SP des Saugrohrdruckverhältnisses größer ist als der vorgegebene Schwellenwert, das heißt größer ist als der Quotient des maximalen Sollwerts PQ_THR_SP_MAX des Drosselklappendruckverhältnisses und des maximalen Sollwerts PQ_RFP_SP_MAX des Umluftklappendruckverhältnisses. Ist diese Bedingung erfüllt, dann wird in einem Schritt S12 dem Sollwert PQ_THR_SP des Drosselklappendruckverhältnisses der maximale Sollwert PQ_THR_SP_MAX des Drosselklappendruckverhältnisses zugewiesen: PQ_THR_SP = PQ_THR_SP_MAX. Dadurch wird sichergestellt, dass die Drosselklappe THR ihren für den aktuellen Sollbe triebspunkt der Brennkraftmaschine vorgegebenen maximalen Öffnungsgrad einnimmt. Ferner wird in dem Schritt S12 dem Sollwert PQ_RFP_SP des Umluftklappendruckverhältnisses ein Quotient des maximalen Sollwerts PQ_THR_SP_MAX des Drosselklappendruckverhältnisses und des Sollwerts PQ_IM_SP des Saugrohrdruckverhältnisses zugewiesen: PQ_RFP_SP = PQ_THR_SP_MAX/PQ_IM_SP.
Abhängig von dem resultierenden Sollwert PQ_THR_SP des Drosselklappendruckverhältnisses (Schritt S13), dem Sollwert MAF_THR_SP des Luftmassenstroms MAF_THR durch die Drosselklappe THR und dem Sollwert PUT_SP des Drucks PUT vor der Drosselklappe THR wird in einem Schritt S14 mittels einer invertierten Drosselgleichung ein für das Einstellen dieses Drosselklappendruckverhältnisses erforderlicher Sollwert AR_RED_THR_SP eines wirksamen Drosselklappenquerschnitts ermittelt: AR_RED_THR_SP = f(MAF_THR_SP, PUT_SP, PQ_THR_SP). Entsprechend der invertierten Drosselgleichung ergibt sich der Sollwert AR_RED_THR_SP des wirksamen Drosselklappenquerschnitts insbesondere als AR_RED_THR_SP = MAF_THR_SP/(PUT_SP·SQRT(2·k/((k – 1)·R·TIA_THR))·PSI_THR) mit einem Adiabatenkoeffizienten k von Luft und einem Durchflusskoeffizienten PSI_THR der Drosselklappe THR. SQRT repräsentiert eine Quadratwurzel des nachfolgenden Klammerausdrucks. Der Durchflusskoeffizient PSI_THR der Drosselklappe THR ist insbesondere ermittelbar abhängig von dem Sollwert PQ_THR_SP des Drosselklappendruckverhältnisses: PSI_THR = f(PQ_THR_SP). Vorzugsweise weist der Durchflusskoeffizient PSI_THR der Drosselklappe THR für Werte des Sollwerts PQ_THR_SP des Drosselklappendruckverhältnisses kleiner oder gleich 0,53 einen Wert von etwa 0,2588 auf. Für Werte des Sollwerts PQ_THR_SP des Drosselklappendruckverhältnisses größer als 0,53 ist der Durchflusskoeffizient PSI_THR der Drosselklappe THR beispielsweise ermittelbar als PSI_THR = SQRT(PQ_THR_SP^(2/k) – PQ_THR_SP^((k + 1)/k)), wobei ^ bedeutet, dass der unmittelbar folgende Klammerausdruck einen Exponenten des unmittelbar davorstehenden Ausdrucks, hier also PQ_THR_SP, bildet. Der Durchflusskoeffizient PSI_THR der Drosselklappe THR wird vorzugsweise näherungsweise ermittelt durch eine stückweise lineare Repräsentation der Wurzelfunktion.
In einem Schritt S15 wird abhängig von dem ermittelten Sollwert AR_RED_THR_SP des wirksamen Drosselklappenquerschnitts ein Sollwert TPS_SP der Drosselklappenposition ermittelt: TPS_SP = f(AR_RED_THR_SP). Der so ermittelte Sollwert TPS_SP der Drosselklappenposition ist Basis für das Ansteuern der Drosselklappe THR, das heißt, die Drosselklappe THR wird entsprechend dem Sollwert TPS_SP der Drosselklappenposition angesteuert, um diese Drosselklappenposition einzustellen. Beispielsweise ist eine Kennlinie vorgesehen, in der der wirksame Drosselklappenquerschnitt in Abhängigkeit von der Drosselklappenposition gespeichert ist. Der Sollwert TPS_SP der Drosselklappenposition kann dann sehr einfach durch Invertieren dieser Kennlinie abhängig von dem Sollwert AR_RED_THR_SP des wirksamen Drosselklappenquerschnitts ermittelt werden. Der Sollwert TPS_SP der Drosselklappenposition kann jedoch auch anders ermittelt werden.
Entsprechend wird abhängig von dem aus dem Schritt S12 resultierenden Sollwert PQ_RFP_SP des Umluftklappendruckverhältnisses (Schritt S16), dem Sollwert MAF_RFP_SP des Luftmassenstroms MAF_RFP durch die Umluftklappe RFP und dem Sollwert CAP_SP des Ladedrucks CAP in einem Schritt S17 mittels einer invertierten Drosselgleichung ein für das Einstellen dieses Umluftklappendruckverhältnisses erforderlicher Sollwert AR_RED_RFP_SP eines wirksamen Umluftklappenquerschnitts ermittelt: AR_RED_RFP_SP = f(MAF_RFP_SP, CAP_SP, PQ_RFP_SP).
Entsprechend der invertierten Drosselgleichung ergibt sich der Sollwert AR_RED_RFP_SP des wirksamen Umluftklappenquerschnitts insbesondere als AR_RED_RFP_SP = MAF_RFP_SP/(CAP_SP·SQRT(2·k/((k – 1)·R·T_SCHA_DOWN))·PSI_RFP) mit einem Durchflusskoeffizienten PSI_RFP der Umluftklappe RFP. Der Durchflusskoeffizient PSI_RFP der Umluftklappe ist insbesondere ermittelbar abhängig von dem Sollwert PQ_RFP_SP des Umluftklappendruckverhältnisses: PSI_RFP = f(PQ_RFP_SP). Vorzugsweise weist der Durchflusskoeffizient PSI_RFP der Umluftklappe RFP für Werte des Sollwerts PQ_RFP_SP des Umluftklappendruckverhältnisses kleiner oder gleich 0,53 einen Wert von etwa 0,2588 auf. Für Werte des Sollwerts PQ_RFP_SP des Umluftklappendruckverhältnisses größer als 0,53 ist der Durchflusskoeffizient PSI_RFP der Umluftklappe RFP beispielsweise ermittelbar als PSI_RFP = SQRT(PQ_RFP_SP^(2/k) – PQ_RFP_SP^((k + 1)/k)). Der Durchflusskoeffizient PSI_RFP der Umluftklappe RFP wird vorzugsweise näherungsweise ermittelt durch eine stückweise lineare Repräsentation der Wurzelfunktion.
In einem Schritt S18 wird abhängig von dem ermittelten Sollwert AR_RED_RFP_SP des wirksamen Umluftklappenquerschnitts ein Sollwert RFP_SP der Umluftklappenposition ermittelt: RFP_SP = f(AR_RED_RFP_SP). Der so ermittelte Sollwert RFP_SP der Umluftklappenposition ist Basis für das Ansteuern der Umluftklappe RFP, das heißt, die Umluftklappe RFP wird entsprechend dem Sollwert RFP_SP der Umluftklappenposition angesteuert, um diese Umluftklappenposition einzustellen. Beispielsweise ist eine Kennlinie vorgesehen, in der der wirksame Umluftklappenquerschnitt in Abhängigkeit von der Umluftklappenposition gespeichert ist. Der Sollwert RFP_SP der Umluftklappenposition kann dann sehr einfach durch Invertieren dieser Kennlinie abhängig von dem Sollwert AR_RED_RFP_SP des wirksamen Umluftklappenquerschnitts ermittelt werden. Der Sollwert RFP_SP der Umluftklappenposition kann jedoch auch anders ermittelt werden.
Ist die Bedingung in dem Schritt S11 jedoch nicht erfüllt, ist also der Sollwert PQ_IM_SP des Saugrohrdruckverhältnisses kleiner oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert des Saugrohrdruckverhältnisses, dann wird in einem Schritt S19 dem Sollwert PQ_RFP_SP des Umluftklappendruckverhältnisses der maximale Sollwert PQ_RFP_SP_MAX des Umluftklappendruckverhältnisses zugewiesen: PQ_RFP_SP = PQ_RFP_SP_MAX. Dadurch wird sichergestellt, dass die Umluftklappe RFP ihren für den aktuellen Sollbetriebspunkt der Brennkraftmaschine vorgegebenen maximalen Öffnungsgrad einnimmt. Ferner wird in dem Schritt S19 dem Sollwert PQ_THR_SP des Drosselklappendruckverhältnisses ein Produkt des maximalen Sollwerts PQ_RFP_SP_MAX des Umluftklappendruckverhältnisses und des Sollwerts PQ_IM_SP des Saugrohrdruckverhältnisses zugewiesen: PQ_THR_SP = PQ_RFP_SP_MAX·PQ_IM_SP. Das Ermitteln des Sollwerts TPS_SP der Drosselklappenposition und des Sollwerts RFP_SP der Umluftklappenposition erfolgt entsprechend den Schritten S13 bis S18. Ferner werden auch die Drosselklappe THR und die Umluftklappe RFP entsprechend dem Sollwert TPS_SP der Drosselklappenposition beziehungsweise dem Sollwert RFP_SP der Umluftklappenposition angesteuert.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der ermittelte Sollwert TPS_SP der Drosselklappenposition und der ermittelte Sollwert RFP_SP der Umluftklappenposition jeweils einem Regler zugeführt werden zum Abgleichen mit einer gegebenenfalls mittels eines jeweiligen Sensors erfassten tatsächlichen Drosselklappenposition beziehungsweise Umluftklappenposition.
Alle Eingangsgrößen des beschriebenen Verfahrens, insbesondere Temperaturen und Drücke, können als Modellgrößen ermittelt oder als Messgrößen erfasst werden. Beispielsweise werden der Umgebungsdruck AMP, der Druck PDT nach der Drosselklappe THR die Lufttemperatur T_SCHA_UP vor dem Kompressor COMP und der Saugrohrdruck MAP als Messgrößen mittels entsprechend vorgesehener Druck- beziehungsweise Temperatursensoren erfasst. Andere Größen, beispielsweise die Lufttemperatur T_SCHA_DOWN nach dem Kompressor COMP und die Lufttemperatur TIA_THR vor der Drosselklappe THR, werden als Modellgrößen ermittelt. Die Zuordnung, welche der Größen als Messgrößen erfasst oder als Modellgrößen ermittelt werden, kann jedoch auch anders sein.

AIC: Luftfilter
AMP: Umgebungsdruck
AR_RED_RFP_SP: Sollwert des wirksamen Umluftklappenquerschnitts
AR_RED_THR_SP: Sollwert des wirksamen Drosselklappenquerschnitts
B1: erste Bank
B2: zweite Bank
CAP: Ladedruck
CAP_SP: Sollwert des Ladedrucks
COMP: Kompressor
FLOW_CPS: Luftmassenstrom der Tankentlüftung
FLOW_CRCV: Luftmassenstrom der Kurbelgasentlüftung
ICO: Ladeluftkühler
L: Überbrückungsleitung
MAF_CYL: Luftmassenstrom in Zylinder
MAF_CYL_SP: Sollwert des Luftmassenstroms in Zylinder
MAF_RFP: Luftmassenstrom durch die Umluftklappe
MAF_RFP_SP: Sollwert des Luftmassenstroms durch die Umluftklappe
MAF_SCHA: Luftmassenstrom durch den Kompressor
MAF_THR: Luftmassenstrom durch die Drosselklappe
MAF_THR_SP: Sollwert des Luftmassenstroms durch die Drosselklappe
MAP: Saugrohrdruck
MAP_SP: Sollwert des Saugrohrdrucks
N: Drehzahl der Brennkraftmaschine
PDT: Druck nach der Drosselklappe
PQ_IM_SP: Sollwert des Saugrohrdruckverhältnisses
PQ_RFP_SP: Sollwert des Umluftklappendruckverhältnisses
PQ_RFP_SP_MAX: maximaler Sollwert des Umluftklappendruckverhältnisses
PQ_THR_SP: Sollwert des Drosselklappendruckverhältnisses
PQ_THR_SP_MAX: maximaler Sollwert des Drosselklappendruckverhältnisses
PRS_LOSS_AIC_SP: Sollwert des Druckabfalls am Luftfilter
PRS_LOSS_ICO_SP: Sollwert des Druckabfalls am Ladeluftkühler
PUT: Druck vor der Drosselklappe
PUT_SP: Sollwert des Drucks vor der Drosselklappe
PV: Fahrpedalstellung
RFP: Umluftklappe
RFP_SP: Sollwert der Umluftklappenposition
ST: Steuereinheit
T_SCHA_DOWN: Lufttemperatur nach dem Kompressor
T_SCHA_UP: Lufttemperatur vor dem Kompressor
THR: Drosselklappe
TIA_THR: Lufttemperatur vor der Drosselklappe
TPS_SP: Sollwert der Drosselklappenposition
VOL1: erstes Volumen
VOL2: zweites Volumen

Claims

Verfahren zum Steuern einer Drosselklappe (THR), die in einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine stromaufwärts eines Kompressors (COMP) angeordnet ist, und einer Umluftklappe (RFP), bei dem abhängig von einem Sollwert (PUT_SP) eines Drucks (PUT) vor der Drosselklappe (THR) und abhängig von eifern Sollwert (CAP_SP) eines Ladedrucks (CAP) entweder, in einem ersten Fall, die Umluftklappe (RFP) oder, in einem zweiten Fall, die Drosselklappe (THR) so angesteuert wird, dass ein Luftmassenstrom (MAF_CYL) in die Zylinder der Brennkraftmaschine entsprechend einem Sollwert (MAF_CYL_SP) des Luftmassenstroms in die Zylinder der Brennkraftmaschine entsteht, und in dem ersten Fall die Drosselklappe (THR) angesteuert wird zum Einstellen eines für einen aktuellen Sollbetriebspunkt vorgegebenen maximalen Öffnungsgrad der Drosselklappe (THR) und in dem zweiten Fall die Umluftklappe (RFP) angesteuert wird zum Einstellen eines für den aktuellen Sollbetriebspunkt vorgegebenen maximalen Öffnungsgrad der Umluftklappe (RFP), wobei – abhängig von einer Fahrpedalstellung (PV) ein Sollwert (PQ_IM_SP) eines Saugrohrdruckverhältnisses ermittelt wird, das gebildet wird abhängig von dem Sollwert (PUT_SP) des Drucks (PUT) vor der Drosselklappe (THR) und von dem Sollwert (CAP_SP) des Ladedrucks (CAP), – der erste Fall vorliegt, wenn der Sollwert (PQ_IM_SP) des Saugrohrdruckverhältnisses größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert des Saugrohrdruckverhältnisses, und in dem ersten Fall einem Sollwert (PQ_THR_SP) eines Drosselklappendruckverhältnisses ein für den aktuellen Sollbetriebspunkt vorgegebener maximaler Sollwert (PQ_THR_SP_MAX) des Drosselklappendruckverhältnisses zugewiesen wird, der den für den aktuellen Sollbetriebspunkt vorgegebenen maximalen Öffnungs grad der Drosselklappe (THR) repräsentiert, und ein Sollwert (PQ_RFP_SP) eines Umluftklappendruckverhältnisses ermittelt wird abhängig von dem maximalen Sollwert (PQ_THR_SP_MAX) des Drosselklappendruckverhältnisses und dem Sollwert (PQ_IM_SP) des Saugrohrdruckverhältnisses, – der zweite Fall vorliegt, wenn der Sollwert (PQ_IM_SP) des Saugrohrdruckverhältnisses kleiner oder gleich dem Schwellenwert des Saugrohrdruckverhältnisses ist, und in dem zweiten Fall dem Sollwert (PQ_RFP_SP) des Umluftklappendruckverhältnisses ein für den aktuellen Sollbetriebspunkt vorgegebener maximaler Sollwert (PQ_RFP_SP_MAX) des Umluftklappendruckverhältnisses zugewiesen wird, der den für den aktuellen Sollbetriebspunkt vorgegebenen maximalen Öffnungsgrad der Umluftklappe (RFP) repräsentiert, und der Sollwert (PQ_THR_SP) des Drosselklappendruckverhältnisses ermittelt wird abhängig von dem maximalen Sollwert (PQ_RFP_SP_MAX) des Umluftklappendruckverhältnisses und dem Sollwert (PQ_IM_SP) des Saugrohrdruckverhältnisses, und – die Drosselklappe (THR) abhängig von dem Sollwert (PQ_THR_SP) des Drosselklappendruckverhältnisses und die Umluftklappe (RFP) abhängig von dem Sollwert (PQ_RFP_SP) des Umluftklappendruckverhältnisses angesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in dem ersten Fall der für den aktuellen Sollbetriebspunkt vorgegebene maximale Öffnungsgrad der Drosselklappe (THR) oder der vorgegebene maximale Sollwert (PQ_THR_SP_MAX) des Drosselklappendruckverhältnisses abhängig von einem Sollwert (MAF_THR_SP) eines Luftmassenstroms (MAF_THR) durch die Drosselklappe (THR) und in dem zweiten Fall der für den aktuellen Sollbetriebspunkt vorgegebene maximale Öffnungsgrad der Umluftklappe (RFP) oder der vorgegebene maximale Sollwert (PQ_RFP_SP_MAX) des Umluftklappendruckverhältnisses abhängig von einem Sollwert (MAF_RFP_SP) eines Luftmassenstroms (MAF_RFP) durch die Umluftklappe (RFP) vorgegeben werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem – der Sollwert (CAP_SP) des Ladedrucks (CAP) ermittelt wird abhängig von einem Sollwert (MAP_SP) eines Saugrohrdrucks (MAP) und einem Sollwert (PRS_LOSS_ICO_SP) eines Druckabfalls an einem Ladeluftkühler (ICO) und – der Sollwert (PRS_LOSS_ICO_SP) des Druckabfalls am Ladeluftkühler (ICO) ermittelt wird abhängig von einer ersten Größe, die sich auf den Luftmassenstrom (MAF_CYL) in die Zylinder der Brennkraftmaschine bezieht.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die erste Größe gebildet wird durch den Sollwert (MAF_CYL_SP) des Luftmassenstroms in die Zylinder der Brennkraftmaschine.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die erste Größe gebildet wird durch einen Istwert des Luftmassenstroms (MAF_CYL) in die Zylinder der Brennkraftmaschine.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die erste Größe bei einem stationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine gebildet wird durch den Sollwert (MAF_CYL_SP) des Luftmassenstroms in die Zylinder der Brennkraftmaschine und die erste Größe bei einem instationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine gebildet wird durch den Istwert des Luftmassenstroms (MAF_CYL) in die Zylinder der Brennkraftmaschine.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem – der Sollwert (PUT_SP) des Drucks (PUT) vor der Drosselklappe (THR) ermittelt wird abhängig von einem Umgebungsdruck (AMP) und von einem Sollwert (PRS_LOSS_AIC_SP) eines Druckabfalls an einem Luftfilter (AIC) und – der Sollwert (PRS_LOSS_AIC_SP) des Druckabfalls am Luftfilter (AIC) ermittelt wird abhängig von einer zweiten Größe, die sich auf den Luftmassenstrom (MAF_THR) durch die Drosselklappe (THR) bezieht.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die zweite Größe gebildet wird durch den Sollwert (MAF_THR_SP) des Luftmassenstroms (MAF_THR) durch die Drosselklappe (THR).
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die zweite Größe gebildet wird durch einen Istwert des Luftmassenstroms (MAF_THR) durch die Drosselklappe (THR).
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die zweite Größe bei einem stationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine gebildet wird durch den Sollwert (MAF_THR_SP) des Luftmassenstroms durch die Drosselklappe (THR) und die zweite Größe bei einem instationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine gebildet wird durch den Istwert des Luftmassenstroms (MAF_THR) durch die Drosselklappe (THR).
Vorrichtung zum Steuern einer Drosselklappe (THR), die in einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine stromaufwärts eines Kompressors (COMP) angeordnet ist, und einer Umluftklappe (RFP), wobei die Vorrichtung ausgebildet ist – zum Ansteuern entweder, in einem ersten Fall, der Umluftklappe (RFP) oder, in einem zweiten Fall, der Drosselklappe (THR) abhängig von einem Sollwert (PUT_SP) eines Drucks (PUT) vor der Drosselklappe (THR) und abhängig von einem Sollwert (CAP_SP) eines Ladedrucks (CAP) so, dass ein Luftmassenstrom (MAF_CYL) in die Zylinder der Brennkraftmaschine entsprechend einem Sollwert (MAF_CYL_SP) des Luftmassenstroms in die Zylinder der Brennkraftmaschine entsteht, – zum Ansteuern der Drosselklappe (THR) in dem ersten Fall zum Einstellen eines für einen aktuellen Sollbetriebspunkt vorgegebenen maximalen Öffnungsgrad der Drosselklappe (THR) und zum Ansteuern der Umluftklappe (RFP) in dem zweiten Fall zum Einstellen eines für den aktuellen Sollbetriebspunkt vorgegebenen maximalen Öffnungsgrad der Umluftklappe (RFP), – zum Ermitteln eines Sollwertes (PQ_IM_SP) eines Saugrohrdruckverhältnisses abhängig von einer Fahrpedalstellung (PV), das gebildet wird abhängig von dem Sollwert (PUT_SP) des Drucks (PUT) vor der Drosselklappe (THR) und von dem Sollwert (CAP_SP) des Ladedrucks (CAP), – wobei der erste Fall vorliegt, wenn der Sollwert (PQ_IM_SP) des Saugrohrdruckverhältnisses größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert des Saugrohrdruckverhältnisses, und in dem ersten Fall einem Sollwert (PQ_THR_SP) eines Drosselklappendruckverhältnisses ein für den aktuellen Sollbetriebspunkt vorgegebener maximaler Sollwert (PQ_THR_SP_MAX) des Drosselklappendruckverhältnisses zugewiesen wird, der den für den aktuellen Sollbetriebspunkt vorgegebenen maximalen Öffnungsgrad der Drosselklappe (THR) repräsentiert, und – zum Ermitteln eines Sollwertes (PQ_RFP_SP) eines Umluftklappendruckverhältnisses abhängig von dem maximalen Sollwert (PQ_THR_SP_MAX) des Drosselklappendruckverhältnisses und dem Sollwert (PQ_IM_SP) des Saugrohrdruckverhältnisses, – wobei der zweite Fall vorliegt, wenn der Sollwert (PQ_IM_SP) des Saugrohrdruckverhältnisses kleiner oder gleich dem Schwellenwert des Saugrohrdruckverhältnisses ist, und in dem zweiten Fall dem Sollwert (PQ_RFP_SP) des Umluftklappendruckverhältnisses ein für den aktuellen Sollbetriebspunkt vorgegebener maximaler Sollwert (PQ_RFP_SP_MAX) des Umluftklappendruckverhältnisses zugewiesen wird, der den für den aktuellen Sollbetriebspunkt vorgegebenen maximalen Öffnungsgrad der Umluftklappe (RFP) repräsentiert, und – zum Ermitteln eines Sollwertes (PQ_THR_SP) des Drosselklappendruckverhältnisses, abhängig von dem maximalen Sollwert (PQ_RFP_SP_MAX) des Umluftklappendruckverhältnisses und dem Sollwert (PQ_IM_SP) des Saugrohrdruckverhältnisses, und – zum Ansteuern der Drosselklappe (THR) abhängig von dem Sollwert (PQ_THR_SP) des Drosselklappendruckverhältnisses und zum Ansteuern der Umluftklappe (RFP) abhängig von dem Sollwert (PQ_RFP_SP) des Umluftklappendruckverhältnisses.