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Verfahren
und Vorrichtung zum Steuern einer Drosselklappe und einer Umluftklappe
in einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern
einer Drosselklappe und einer Umluftklappe in einem Ansaugtrakt
einer Brennkraftmaschine.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der
Vorteil ist, dass so ein präzises
Einstellen der jeweiligen Drosselklappenposition und Umluftklappenposition
möglich
ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Brennkraftmaschine mit einem Ansaugtrakt,
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2 einen
Ausschnitt des Ansaugtrakts bezüglich
eines ersten Volumens,
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3 einen
Ausschnitt des Ansaugtrakts bezüglich
eines zweiten Volumens und
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4 ein Ablaufdiagramm eines Programms zum
Steuern einer Drosselklappe und einer Umluftklappe.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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, ...).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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,
...).
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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, ...).
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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.
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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.
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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