DE102009010633A1 - Verfahren und System zur Verringerung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs eines Motors bei instationären Betriebsbedingungen - Google Patents

Verfahren und System zur Verringerung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs eines Motors bei instationären Betriebsbedingungen Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Verringerung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs bei instationären Bedingungen eines Motors 10 offenbart, bei dem eine Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung 44 des Turboladers so gesteuert wird, dass sie den Druck vor dem Turoblader 14 verringert und den spezifischen Kraftstoffverbrauch verbessert. Insbesondere, wenn der mittlere effektive Pumpdruck einen kalibrierbaren Grenzwert überschreitet, wird die Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung 44 auf einen minimalen Schließgrenzwert eingestellt, um ein Schließen der Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung 44 über diesen Grenzwert hinaus zu verhindern, wodurch ein Anstieg des Abgasdrucks vor dem Turbolader auf einem Minimum gehalten wird und Pumpverluste verringert werden.

Description

  • Diese Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren mit Turbolader und insbesondere Verbrennungsmotoren mit Turbolader, die ein Abgasrückführsystem (exhaust gas recirculation; EGR) haben.
  • Wie im Stand der Technik bekannt ist, sind schnell laufende Hochleistungsmotore häufig mit Turboladern ausgerüstet, um die Leistungsdichte über einen breiteren Betriebsbereich des Motors zu erhöhen, sowie mit EGR-Systemen, um die Erzeugung von NOx-Emissionen zu verringern.
  • Genauer gesagt nutzen Turbolader einen Teil der Abgasenergie, um die Masse der an die Brennräume des Motors gelieferten Luftladung (d. h. Aufladung) zu erhöhen.
  • Die größere Luftmasse kann mit einer größeren Kraftstoffmenge verbrannt werden, was in erhöhter Leistung, einem höheren Drehmoment und einem besseren Kraftstoff-Wirkungsgrad im Vergleich zu Saugmotoren resultiert.
  • Ein typischer Turbolader enthält einen Kompressor und eine Turbine, die durch eine gemeinsame Welle gekoppelt sind. Das Abgas treibt die Turbine, die den Kompressor antreibt, der seinerseits Umgebungsluft verdichtet und sie in den Einlasskrümmer leitet. Ein Turbolader mit stufenlos variabler Geometrie (continuously variable geometry; VGT) ermöglicht die kontinuierliche Optimierung des Ansaugluftdurchsatzes über einen Bereich von Motordrehzahlen. Bei Diesel-Motoren wird dies durch die Änderung des Winkels der Eintrittsleitschaufeln am Turbinengehäuse erreicht, wobei die optimale Position der Eintrittsleitschaufeln aus einer Kombination aus dem gewünschten Drehmomentansprechverhalten, der Kraftstoffeinsparung und dem Emissionsanforderungen bestimmt wird.
  • Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Verringerung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs eines Motors bereitzustellen.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Verringerung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs bei instationären Betriebsbedingungen eines Motors bereitgestellt, der einen Turbolader mit einer Turbine hat, die so angeordnet ist, dass sie von den Abgasen des Motors angetrieben wird, und eine elektronisch gesteuerte Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung zur Regelung des in die Turbine eintretenden Motorabgases, wobei das Verfahren vorsieht, die elektronisch gesteuerte Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung auf einen minimalen Schließgrenzwert einzustellen, um den Druckaufbau des Abgases vor der Turboladerturbine zu verringern, wenn der aktuelle Wert des mittleren effektiven Pumpdrucks einen ersten Grenzwert des mittleren effektiven Pumpdrucks überschreitet.
  • Der Motor kann einen Abgaskrümmer und einen Einlasskrümmer und der Turbolader kann einen Kompressor zur selektiven Erhöhung des Drucks im Einlasskrümmer des Motors haben.
  • Das Einstellen eines minimalen Schließgrenzwertes kann das Hinzufügen eines Korrekturfaktors zur normal geforderten Position beinhalten, um eine minimale Schließposition zu definieren, unterhalb der die elektronisch gesteuerte Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung nicht geschlossen werden kann.
  • Der minimale Schließgrenzwert kann nur dann eingestellt werden, wenn die Anforderung seitens des Fahrers unter einem vorgegebenen Grenzwert liegt.
  • Die Anforderung seitens des Fahrers kann die Position des Gaspedals sein.
  • Das Verfahren kann ferner die Bestimmung des ersten Grenzwertes des mittleren effektiven Pumpdrucks, die Bestimmung des aktuellen Wertes des mittleren effektiven Pumpdrucks, die Bestimmung, ob der aktuelle Wert des mittleren effektiven Pumpdrucks größer ist als der erste Grenzwert des mittleren effektiven Pumpdrucks und, falls der aktuelle Wert des mittleren effektiven Pumpdrucks größer ist als der erste Grenzwert des mittleren effektiven Pumpdrucks, das Eingeben des minimalen Schließgrenzwertes an die elektronische Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung aufweisen.
  • Der aktuelle Wert des mittleren effektiven Pumpdrucks kann mittels eines virtuellen Sensors bestimmt werden.
  • Der virtuelle Sensor kann eine Nachschlagtabelle sein, die dynamisch erhaltene Werte des mittleren effektiven Pumpdrucks, dynamisch erhaltene Werte des Druckverhältnisses und der Motordrehzahl in Beziehung setzt.
  • Der virtuelle Sensor kann erzeugt werden durch: –
    • (a) Beschleunigen des Motors mit einer vorgegebenen Rate, wobei die elektronisch gesteuerte Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung auf eine vorgegebene Öffnungsposition eingestellt ist;
    • (b) Aufzeichnen des mittleren effektiven Pumpdrucks und des Druckverhältnisses für die Beschleunigung zwischen Leerlaufdrehzahl und maximaler Betriebsdrehzahl des Motors;
    • (c) Wiederholen der Schritte (a) und (b) für eine Reihe weiterer Öffnungspositionen der elektronisch gesteuerten Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung, bis eine Reihe Öffnungspositionen, die den normalen Arbeitsbereich der Öffnungspositionen abdecken, aufgezeichnet worden ist;
    • (d) Wiederholen der Schritte (a) bis (c) für eine weitere Reihe vorgegebener Motorbeschleunigungsraten, die den normalen Arbeitsbereich des Motors abdecken; und
    • (e) Aufzeichnen der erzeugten Daten in einer Nachschlagtabelle, die die dynamisch erhaltenen Werte des mittleren effektiven Pumpdrucks, die dynamisch erhaltenen Werte des Druckverhältnisses, der Motorbeschleunigung und der Motordrehzahl in Beziehung setzt.
  • Ein erster Grenzwert des mittleren effektiven Pumpdrucks kann anhand einer Nachschlagtabelle für stationäre Betriebsbedingungen bestimmt werden, die die Drehzahl zum Motordruckverhältnis in Beziehung setzt.
  • Die elektronisch gesteuerte Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung kann eine Reihe Leitschaufeln aufweisen, die durch einen Aktor bewegt werden können und einen minimalen Schließgrenzwert für die elektronisch gesteuerte Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung eingeben, um den Aufbau des Abgasdrucks vor der Turboladerturbine zu begrenzen, indem die Funktion des Aktors begrenzt wird, um zu verhindern, dass die Leitschaufeln über den minimalen Schließgrenzwert hinaus geschlossen werden.
  • Der Motor kann ein Drosselventil aufweisen, mit dem der Luftdurchsatz zum Motor geregelt wird, und das Verfahren kann ferner den Schritt aufweisen, mit dem verhindert wird, dass das Drosselventil über einen kalibrierbaren Grenzwert hinaus schließt, wenn der aktuelle Wert größer ist als der erste Grenzwert des mittleren effektiven Pumpdrucks.
  • Das Verfahren kann ferner vorsehen, dass keine Maßnahmen ergriffen werden, wenn der aktuelle Wert des mittleren effektiven Pumpdrucks kleiner ist als der erste Grenzwert des aktuellen mittleren effektiven Pumpdrucks.
  • Das Verfahren kann ferner die Ausgabe einer Warnung an den Benutzer des Motors aufweisen, wenn der aktuelle Wert des mittleren effektiven Pumpdrucks höher ist als der obere Grenzwert des mittleren effektiven Pumpdrucks, der höher ist als der erste Grenzwert of mittleren effektiven Pumpdrucks.
  • Das Verfahren kann ferner die Verringerung der Kraftstoffzufuhr zum Motor vorsehen, wenn der aktuelle Wert des mittleren effektiven Pumpdrucks höher ist als der Fehlergrenzwert des mittleren effektiven Pumpdrucks, der deutlich höher ist als der erste Grenzwert des mittleren effektiven Pumpdrucks.
  • Der Schließgrenzwert kann auf Basis der Differenz zwischen dem aktuellen Wert des mittleren effektiven Pumpdrucks and dem ersten Grenzwert des mittleren effektiven Pumpdrucks variiert werden.
  • Der Schließgrenzwert kann mit zunehmender Differenz erhöht werden.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Steuersystem zum Steuern eines Motors mit einem Turbolader bereitgestellt, der eine Turbine hat, die so angeordnet ist, dass sie von den Motorabgasen angetrieben wird, wobei das System eine elektronische Steuerung und eine von der elektronischen Steuerung gesteuerte Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung hat, um das in die Turbine des Turboladers eintretende Abgas zu regeln, wobei die elektronische Steuerung so betrieben werden kann, dass sie die elektronisch gesteuerte Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung so steuert, dass sie nicht unter einem minimalen Schließgrenzwert schließt, um den Aufbau des Abgasdrucks vor dem Turbolader zu reduzieren, wenn der aktuelle Wert des mittleren effektiven Pumpdrucks den ersten Grenzwert des mittleren effektiven Pumpdrucks überschreitet.
  • Der Motor kann einen Abgaskrümmer und einen Einlasskrümmer haben und der Turbolader kann mit einem Kompressor zur selektiven Erhöhung des Drucks im Einlasskrümmer des Motors ausgerüstet sein.
  • Die Steuerung kann so betrieben werden, dass sie eine normal geforderte Position mit einem Korrekturfaktor versieht, um zu verhindern, dass die elektronisch gesteuerte Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung über eine dem minimalen Schließgrenzwert entsprechenden Position hinaus geschlossen wird.
  • Der minimale Schließgrenzwert kann nur dann eingesetzt werden, wenn die Anforderung seitens des Fahrers unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt.
  • Die Anforderung seitens des Fahrers kann die Position des Gaspedals sein.
  • Der minimale Schließgrenzwert kann auf Basis der Differenz zwischen dem aktuellen Wert des mittleren effektiven Pumpdrucks und dem ersten Grenzwert des mittleren effektiven Pumpdrucks kalibriert werden.
  • Der minimale Schließgrenzwert kann bei zunehmender Differenz erhöht werden.
  • Die elektronische Steuerung veranlasst keine weiteren Maßnahmen, wenn der aktuelle Wert des mittleren effektiven Pumpdrucks kleiner ist als der erste Grenzwert des aktuellen mittleren effektiven Pumpdrucks.
  • Die elektronisch gesteuerte Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung kann eine Reihe Leitschaufeln aufweisen, die durch einen Aktor bewegt werden können und so betrieben werden, dass sie die elektronisch gesteuerte Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung so steuert, dass der Aufbau des Abgasdrucks vor der Turboladerturbine verringert wird, indem die Funktion des Aktors begrenzt wird, um zu verhindern, dass die Leitschaufeln über den minimalen Schließgrenzwert hinaus geschlossen werden.
  • Der Motor kann ein Drosselventil enthalten, um den Luftdurchsatz zum Motor zu regeln, und die elektronische Steuerung kann ferner verhindern, dass das Drosselventil über einen kalibrierbaren Grenzwert hinaus geschlossen wird, wenn der aktuelle Wert des mittleren effektiven Pumpdrucks größer ist als der erste Grenzwert des mittleren effektiven Pumpdrucks.
  • Die elektronische Steuerung kann ferner so betrieben werden, dass sie eine Warnung an den Benutzer des Motors ausgibt, wenn der aktuelle Wert des mittleren effektiven Pumpdrucks höher ist als der obere Grenzwert des mittleren effektiven Pumpdrucks, der höher ist als der erste Grenzwert of mittleren effektiven Pumpdrucks.
  • Die elektronische Steuerung kann ferner so betrieben werden, dass sie die Verringerung der Kraftstoffzufuhr zum Motor vorsieht, wenn der aktuelle Wert des mittleren effektiven Pumpdrucks höher ist als der Fehlergrenzwert des mittleren effektiven Pumpdrucks, der deutlich höher ist als der erste Grenzwert des mittleren effektiven Pumpdrucks.
  • Die elektronische Steuerung kann ferner so betrieben werden, dass sie den ersten Grenzwert des mittleren effektiven Pumpdrucks bestimmt, den aktuellen Wert des mittleren effektiven Pumpdrucks bestimmt und bestimmt, ob der aktuelle Wert des mittleren effektiven Pumpdrucks größer ist als der erste Grenzwert. Wenn bestimmt wird, dass der aktuelle Wert größer ist als der erste Grenzwert des mittleren effektiven Pumpdrucks, wird die elektronisch gesteuerte Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung so gesteuert, dass sie nicht unter dem minimalen Schließgrenzwert schließt.
  • Der aktuelle Wert des mittleren effektiven Pumpdrucks kann mittels eines virtuellen Sensors bestimmt werden.
  • Die Verwendung eines virtuellen Sensors kann den Einsatz einer Nachschlagtabelle beinhalten, die dynamisch erhaltene Werte des mittleren effektiven Pumpdrucks, dynamisch erhaltene Werte des Druckverhältnisses und der Motordrehzahl in Beziehung setzt.
  • Die Verwendung eines virtuellen Sensors zur Bereitstellung eines Wertes des aktuellen mittleren effektiven Pumpdrucks kann die Verwendung eines virtuellen Sensors aufweisen, der erzeugt wird durch: –
    • (a) Beschleunigen des Motors mit einer vorgegebenen Rate, wobei die elektronisch gesteuerte Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung auf eine vorgegebene Öffnungsposition eingestellt ist;
    • (b) Aufzeichnen des mittleren effektiven Pumpdrucks und des Druckverhältnisses für die Beschleunigung zwischen Leerlaufdrehzahl und maximaler Betriebsdrehzahl des Motors;
    • (c) Wiederholen der Schritte (a) und (b) für eine Reihe weiterer Öffnungspositionen der elektronisch gesteuerten Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung, bis eine Reihe Öffnungspositionen, die den normalen Arbeitsbereich der Öffnungspositionen abdecken, aufgezeichnet worden ist;
    • (d) Wiederholen der Schritte (a) bis (c) für eine weitere Reihe vorgegebener Motorbeschleunigungsraten, die den normalen Arbeitsbereich des Motors abdecken; und
    • (e) Aufzeichnen der erzeugten Daten in einer Nachschlagtabelle, die die dynamisch erhaltenen Werte des mittleren effektiven Pumpdrucks, die dynamisch erhaltenen Werte des Druckverhältnisses, der Motorbeschleunigung und der Motordrehzahl in Beziehung setzt, und Bereitstellen eines Wertes des aktuellen mittleren effektiven Pumpdrucks anhand der so erzeugten dynamischen Nachschlagtabelle.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Erzeugung eines virtuellen Sensors für den mittleren effektiven Pumpdruck für die Verwendung in einem Steuersystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung bereitgestellt, bei dem der virtuelle Sensor veranlasst wird, den Wert des aktuellen mittleren effektiven Pumpdrucks bereitzustellen, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: –
    • (a) Beschleunigen des Motors mit einer vorgegebenen Rate, wobei die elektronisch gesteuerte Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung auf eine vorgegebene Öffnungsposition eingestellt ist;
    • (b) Aufzeichnen des mittleren effektiven Pumpdrucks und des Druckverhältnisses für die Beschleunigung zwischen Leerlaufdrehzahl und maximaler Betriebsdrehzahl des Motors;
    • (c) Wiederholen der Schritte (a) und (b) für eine Reihe weiterer Öffnungspositionen der elektronisch gesteuerten Eintrittsluftdurchsatz-Steuerein richtung, bis eine Reihe Öffnungspositionen, die den normalen Arbeitsbereich der Öffnungspositionen abdecken, aufgezeichnet worden ist;
    • (d) Wiederholen der Schritte (a) bis (c) für eine weitere Reihe vorgegebener Motorbeschleunigungsraten, die den normalen Arbeitsbereich des Motors abdecken; und
    • (e) Aufzeichnen der erzeugten Daten in einer Nachschlagtabelle, die die dynamisch erhaltenen Werte des mittleren effektiven Pumpdrucks, die dynamisch erhaltenen Werte des Druckverhältnisses, der Motorbeschleunigung und der Motordrehzahl in Beziehung setzt.
  • Die Erfindung wird nunmehr beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben; es zeigen:
  • 1 eine schematische Ansicht eines Motorsystems mit einem EGR-System und einem Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) gemäß der Erfindung;
  • 2 einen schematischen Graphen der Beziehung zwischen der Turbolader-Anforderung, dem Ansprechverhalten des Turboladers und des mittleren effektiven Pumpdrucks für einen typischen Motor;
  • 3 ein Diagramm, das graphische Darstellungen des idealen mittleren effektiven Pumpdrucks und des oberen Grenzwertes des mittleren effektiven Pumpdrucks zeigt;
  • 4 einen Graphen, der vier verschiedene Motorbeschleunigungen mit den Kennzeichnungen 'A' bis 'D' zeigt;
  • 5A eine Tabelle, die die Beziehung zwischen der Begrenzung der Turboladerleitschaufeln für verschiedene Motordrehzahl- und Delta-PMEP-Kombinationen zeigt;
  • 5B eine Tabelle, die die Beziehung zwischen der Drosselventilbegrenzung für verschiedene Motordrehzahl- und Delta-PMEP-Kombinationen zeigt; und
  • 6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern des in 1 dargestellten Motors und VGT gemäß dieser Erfindung.
  • Nunmehr sei auf 1 verwiesen, die einen Motor 10 zeigt. Der Motor 10 enthält ein Abgasrückführ-(EGR)System 12 und einen Turbolader 14 mit variabler Geometrie.
  • Der Turbolader 14 hat einen Kompressor 36 und eine Turbine 38, die durch eine gemeinsame Welle 40 gekoppelt sind, sowie eine Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung, die in diesem Fall ein Satz verstellbarer Turbinenleitschaufeln 44 ist, die von einem Aktor bewegt werden. Schließen der Schaufeln 44 erhöht die Geschwindigkeit der Eintrittsluft, wodurch die Aufladung verstärkt wird, und außerdem erhöht sich der Druck vor dem Turbolader. Umgekehrt verringert das Öffnen der Schaufeln 44 die Geschwindigkeit der Eintrittsluft, wodurch die Aufladung schwächer wird, und außerdem verringert sich der Druck vor dem Turbolader. Es ist bekannt, dass der spezifische Kraftstoffverbrauch eines Motors mit dem mittleren effektiven Pumpdruck (PMEP) des Motors in Beziehung steht. Allgemein nimmt der spezifische Kraftstoffverbrauch des Motors bei zunehmendem PMEP aufgrund der höheren Pumpverluste zu. Es ist deshalb wünschenswert, den PMEP niedrig zu halten, wenn die Kraftstoffeinsparung maximiert werden soll.
  • Für den Fachmann ergibt sich, dass: – BMEP = IMEP – FMEP – PMEP
  • Dabei bedeutet:
    • IMEP
    (Indicated Mean Effective Pressure) indizierter mittlerer Arbeitsdruck über den gesamten Viertaktprozess;
    BMEP
    (Brake Mean Effective Pressure) mittlerer Arbeitsdruck nur über die Kompressions- und Expansionszyklen;
    PMEP
    (Pumping Mean Effective Pressure) mittlerer effektiver Pumpdruck nur über den Ausaug- und Auslasshub; und
    FMEP
    (Friction Mean Effective Pressure) mittlerer effktiver Reibungsdruck.
  • Das bedeutet, dass BMEP = IMEP – Verluste, wobei PMEP einer der Verluste ist, der minimiert werden muss, um die Kraftstoffeinsparung zu verbessern.
  • Der Turbolader 14 nutzt die Abgasenergie, um die Masse der an die Brennräume 18 des Motors gelieferten Luftladung (d. h. Aufladung) zu erhöhen, was in einem höheren Drehmoment und erhöhter Leistung im Vergleich zu Saugmotoren ohne Turbolader resultiert. Das Abgas 30 treibt die Turbine 38, die den Kompressor 36 antreibt, der seinerseits Umgebungsluft verdichtet und in Richtung des Pfeils 43 in den Einlasskrümmer 26 leitet.
  • Der VGT 14 wird in Abhängigkeit von den Motorbetriebsbedingungen, wie z. B. der Motordrehzahl während des Motorbetriebs durch Variieren des Turbinendurchsatzquerschnitts zwischen entweder einer relativ offenen Position und einer relativ geschlossenen Position verstellt. Dies wird durch die Änderung des Winkels der Eintrittsleitschaufeln 44 an der Turbine 38 erreicht.
  • Die relativ offene oder geschlossene Position der Leitschaufeln 44 wird anhand der gewünschten Motorbetriebskennlinien bei verschiedenen Motordrehzahlen bestimmt. Es ist zu beachten, dass bei einer gegebenen Betriebsbedingung mit relativ offener Position die durch den Pfeil 43 gekennzeichnete Aufladung relativ gering ist, während mit relativ geschlossener Position die Aufladung relativ hoch ist. In der geschlossenen Position ist der Druck im Abgaskrümmer und somit am Eintritt des EGR-Ventils 34 relativ hoch, während er in der offenen Position relativ niedrig ist.
  • Ein Motorblock 16 ist mit vier Brennräumen 18 dargestellt, von denen ein jeder eine Kraftstoffeinspritzdüse 20 für Direkteinspritzung enthält. Das Lastspiel der Kraftstoffeinspritzdüsen 20 wird von einer elektronischen Steuerung bestimmt, die in diesem Fall eine Motorsteuereinheit (motor control unit (ECU)) 24 ist, und über eine Signalleitung 22 übertragen.
  • Die Luft tritt durch einen Einlasskrümmer 26 in die Brennräume 18 ein und die Verbrennungsgase werden durch einen Abgaskrümmer 28 in Richtung des Pfeils 30 ausgestoßen.
  • Um die NOx-Emissionen zu verringern, ist der Motor mit dem EGR-System 12 ausgerüstet, das eine Leitung 32 aufweist, die den Abgaskrümmer 28 mit dem Einlasskrümmer 26 verbindet. Dadurch kann ein selektiver Teil des Abgases vom Abgaskrümmer 28 zum Einlasskrümmer 26 in Richtung des Pfeils 31 zirkulieren. Ein EGR-Ventil 34 regelt die vom Abgaskrümmer 28 rückgeführte Abgasmenge und in den Brennräumen wirkt das rückgeführte verbrannte Abgas als ein inertes Gas, wodurch die Flammentemperatur sowie die Temperatur in den Zylindern und die NOx-Bildung verringert werden. Dem Fachmann ist bekannt, dass der Abgasdurchsatz durch das EGR-Ventil 34 vom Druck über das Ventil 34 und der Ventilposition abhängt, die vom elektrischen Signal gefordert wird, das auf der Leitung 46 von der ECU 24 an das EGR-Ventil 34 gelegt wird. Das bedeutet, dass es keine lineare Beziehung zwischen dem EGR-Durchsatz und der Position des EGR-Ventils 34 gibt.
  • Das elektrische Signal auf der Leitung 46 wird von der ECU 24 aus Beziehungen erzeugt, die in der ECU 24 gemäß einem im ECU 24 gespeicherten Computerprogramm gespeichert sind.
  • Sämtliche Motorsysteme, einschließlich des EGR-Ventils 34, des VGT 14 und der Kraftstoffeinspritzdüsen 20 werden von der ECU 24 gesteuert. So regelt beispielsweise das Signal 46 von der ECU 24 die Position des EGR-Ventils, ein Signal auf der Leitung 48 regelt die Position der VGT-Leitschaufeln 44 und ein Signal auf der Leitung 47 steuert ein Drosselventil 49.
  • Die Befehlssignale 46, 48 an die Aktoren des EGR 34 und des VGT 14 werden in der ECU 24 aus gemessenen oder geschätzten Variablen und den Motorbetriebsparametern von Steueralgorithmen berechnet. Sensoren und kali brierbare Nachschlagtabellen im ECU-Speicher liefern Motorbetriebsinformationen an die ECU 24.
  • Ein Einlasskrümmer-Drucksensor (MAP) 50 liefert ein Signal 52 an die ECU, das den Druck im Einlasskrümmer 26 angibt, ein Luftladungs-Temperatur sensor 58 liefert ein Signal über die Leitung 60 an die ECU 24, das die Temperatur der Ansaugluftladung angibt, und ein Luftdurchsatzsensor (MAF) liefert über die Leitung 66 ein Signal des Luftdurchsatzes in den Kompressorabschnitt 36. Weitere Sensoreingaben werden ebenfalls von der ECU 24 über die Signalleitung 62 empfangen, wie die Motorkühlmitteltemperatur, der Druck in der Kraftstoff-Verteilerleitung, die Taktung der Kraftstoffeinspitzdüsen, die Motordrehzahl, der Druck im Abgaskrümmer und die Drosselposition. Eingaben 68 des Fahrers warden über die Signalleitung 70 empfangen, etwa die Position des Gaspedals.
  • Auf Basis der Sensoreingaben, der im Speicher gespeicherten Daten, wie z. B. der Motorabbildungsdaten und verschiedener Algorithmen steuert die ECU 24 die EGR 34, um den Anteil des EGR-Durchsatzes und die Position der Leitschaufeln 44 zu regeln, damit die EGR eine Verringerung der Emissionen und die VGT-Aufladung eine hohe Kraftstoffeinsparung erzielen können. Außerdem kann die ECU 24 mittels der folgenden Gleichung das Druckverhältnis des Motors 10 anhand des Ausgangs des MAP-Sensors 50 und eines Algorithmus oder einer Nachschlagtabelle berechnen, in der die Motordrehzahl in Beziehung zum Einlasskrümmerdruck gesetzt wird, um einen Wert des Abgasdrucks zu bestimmen: –
    Druckverhältnis (Pressure Ratio; PR) = Abgasdruck/Ansaugdruck
  • Unter Bezugnahme auf die 2 und 3 wird das zu lösende Problem zusammen mit seiner Lösung ausführlicher beschrieben.
  • Zuerst sei auf 2 verwiesen, in der die Beziehung zwischen dem Turboladeraufladungsdruck und der Zeit für eine typische Situation einer erhöhten Anforderung dargestellt ist. Es versteht sich, dass die Graphen rein repräsentativ sind und keinen tatsächlichen Fall, sondern nur das Problem und seine Lösung aufzeigen sollen.
  • Es ist zu sehen, dass das Ansprechen des Turboladers, d. h. der vom Turbolader 14 erzeugte Aufladungsdruck gegenüber der geforderten Aufladung am Anfang des geforderten Anstiegs verzögert ist, dann später im Anforderungszyklus der tatsächliche Aufladungsdruck die Anforderung übersteigt, und danach die Anforderung auf abklingende Weise unter- und überschreitet, bis die tatsächliche Aufladung schließlich nach zwei oder drei Schwingungen der geforderten Aufladung entspricht. Es versteht sich, dass Filterung und Dämpfung des Steuersystems in der Praxis eingesetzt werden, um dieses zu wenig gedämpfte Ansprechen zu minimieren, damit Größe und Anzahl der Überschreitungen auf ein Minimum beschränkt werden.
  • Dieses typische Turboladeransprechen führt zu einem deutlichen Anstieg des spezifischen Kraftstoffverbrauchs (g/kWh) aufgrund der Tatsache, dass während des erstens Teils des Anforderungszyklus eine große Differenz zwischen der geforderten und der tatsächlich oder aktuell erzeugten Aufladung besteht (siehe mit Lag (Verzögerung) versehener Doppelpfeil). Dies führt dazu, dass die ECU 24 veranlasst wird, den zur Steuerung der Leitschaufeln 44 dienenden Aktor anzuweisen, die Leitschaufeln 44 bei dem Versuch, die vom Turbolader 14 erzeugte Aufladung rasch zu erhöhen, weiter als notwendig zu schließen, um die endgültige geforderte Aufladung zu erzeugen. Es ist einleuchtend, dass das Schließen der Leitschaufeln 44 die Geschwindigkeit, mit der das Abgas in den Turbolader 14 eintritt, erhöht, wodurch es beschleunigt wird, um einen höheren Aufladungsdruck zu erzeugen. Ein Nachteil dieser Steuerungsart ist, dass der PMEP des Motors 10 durch das von der ECU 24 veranlasste Schließen der Leitschaufeln 44 stark erhöht wird, da der Druck vor der Turboladerturbine 38 aufgrund der durch die geschlossenen Leitschaufeln 44 gegebenen Durchsatzbegrenzung ansteigt. Wie bereits erwähnt, steht der spezifische Kraftstoffverbrauch eines Motors mit dem PMEP in Beziehung, und wenn der PMEP zunimmt, nimmt auch der spezifische Kraftstoffverbrauch zu. Aus 2, die den zugehörigen PMEP für eine höhere Turboladeranforderung zeigt, ist ersichtlich, dass der PMEP aufgrund des Einflusses, den der Versuch der ECU 24 hat, die Verzögerung zu verringern, rasch und deutlich ansteigt.
  • Nunmehr sei auf 3 verwiesen, die einen Graphen des idealen PMEP für verschiedene Druckverhältnisse und Drehzahlen zeigt. Es ist wünschenswert, den Motor 10 so nah wie möglich an dieser idealen Beziehung zu betreiben, da dies in einem niedrigen spezifischen Kraftstoffverbrauch des Motors 10 resultiert. In der Praxis ist es jedoch nicht möglich, den Motor während instationärer Ereignisse gemäß dieser Beziehung zu betreiben, so dass ein erster Grenzwert (in 3 mit Limit (Grenzwert) gekennzeichnet) auf Basis der idealen Beziehung erzeugt wird, um zu bestimmen, wann Maßnahmen ergriffen werden müssen, damit der normale Betrieb der ECU 24 gesperrt wird, soweit dies die Steuerung der Leitschaufeln 44 betrifft.
  • Die Anwendung dieses ersten Grenzwertes wird anhand von 2 deutlich, in der dieser Grenzwert als die Kurve unterer Grenzwert (lower Limit) im PMEP-Graphen dargestellt ist.
  • Es ist zu erkennen, dass der PMEP den Grenzwert während eines großen Teils des Anfangsstadiums des Anforderungszyklus überschreitet. Wenn der PMEP den ersten oder unteren Grenzwert überschreitet, ist die ECU 24 gemäß dieser Erfindung so programmiert, dass sie die Steuerung der Leitschaufeln 44 so modifiziert, dass der Anstieg des PMEP auf einem Minimum zu halten.
  • In 2 sind außerdem zwei weitere Grenzwerte dargestellt, die als oberer Grenzwert und Fehlergrenzwert bezeichnet sind. Diese Grenzwerte sind vom unteren Grenzwert abgeleitet und repräsentieren jeweils einen Pegel, bei dessen Überschreitung eine Warnung (OBD-Warnung) an den Benutzer des Motors 10 ausgegeben werden muss, damit die Integrität des Systems überprüft wird, sowie einen Pegel, bei dessen Überschreitung eine Systemstörung eingetreten ist, die in einem unkontrollierten übermäßigen spezifischen Kraftstoffverbrauch resultiert, wenn normale Motorsteuertechniken angewendet werden, so dass Notmaßnahmen in Form einer automatischen Verringerung der Kraftstoffzufuhr zum Motor 10 zum Einsatz kommen.
  • Die Erfinder haben erkannt, dass durch die Begrenzung des Gegendrucks im Abgaskrümmer 28 vor der Turboladerturbine 38 während instationärer Ereignisse der spezifische Kraftstoffverbrauch des Motors deutlich verbessert wird. Der Effekt dieser Verbesserung auf den Gesamt-Kraftstoffverbrauch (l/km) hängt jedoch vom Betriebszyklus des Motors 10 ab. Wenn der Motor 10 beispielsweise den größten Teil der Zeit bei konstanter Drehzahl arbeitet (z. B. wenn der Motor in einem Fahrzeug eingebaut ist, das auf der Autobahn fährt), wird die Verbesserung des Gesamt-Kraftstoffverbrauchs minimal sein, aber wenn der Motor 10 zahlreiche instationäre Ereignisse erfährt (z. B. wenn der Motor in einem im Stadtverkehr oder auf einer Landstraße fahrenden Fahrzeug eingebaut ist) wird die Verbesserung des Gesamt-Kraftstoffverbrauchs erheblich sein.
  • Nunmehr sei auf 6 verwiesen, die ein Beispiel eines Verfahrens zum Betrieb des Motors 10 gemäß dieser Erfindung darstellt.
  • Das Verfahren beginnt mit dem Einschaltereignis der Zündung des Kraftfahrzeugs, in dem der Motor 10 in diesem Fall eingebaut ist.
  • Dann wird in Block 210 ein erster oder unterer Grenzwert für den PMEP bestimmt wie oben erläutert, und in Block 220 wird ein dynamischer oder aktueller Wert für den PMEP bestimmt, wie im Folgenden beschrieben wird.
  • In Block 230 wird dann die Differenz zwischen dem aktuellen PMEP-Wert und dem ersten Grenzwert gemäß der nachstehenden Gleichung bestimmt: – Delta-PMEP = Aktueller PMEP – PMEP-Grenzwert (1)
  • Es ist zu beachten, dass die PMEP-Werte im Rahmen dieser Erfindung als absolute Werte behandelt werden, obwohl der PMEP-Wert genau genommen negativ ist (d. h. je höher der PMEP-Verlust ist, umso größer ist der negative Zahlenwert), so dass ein höherer PMEP-Wert für einen höheren Verlust steht.
  • In Block 240 wird dann anhand der nachstehenden Bedingung bestimmt, ob Delta-PMEP größer ist als der obere Grenzwert: –
    Delta-PMEP > Oberer Grenzwert?
  • Wenn die Antwort Ja ist, geht das Verfahren zu Block 244 weiter, in dem eine Warnung an den Benutzer des Motors 10 ausgegeben wird (z. B. Leuchten eines Warnlichtes, Ertönen eines Summers oder Erscheinen einer Meldung auf einer alphanumerischen Anzeige).
  • Das Verfahren geht dann zu Block 246 weiter, wo anhand der nachstehenden Bedingung bestimmt wird, ob Delta-PMEP größer ist als der Fehlergrenzwert: –
    Delta-PMEP > Fehlergrenzwert?
  • Wenn die Antwort Nein ist, endet das Verfahren in Block 900 und es erfolt die normale Steuerung der Leitschaufeln 44 und des Drosselventils 49 durch die ECU 24.
  • Wenn dagegen die Antwort in Block 246 Ja ist, geht das Verfahren zu Block 248 weiter, wo die Kraftstoffzufuhr zum Motor 10 verringert oder auf einen vorgegebenen maximalen Wert begrenzt wird. Danach geht das Verfahren zu Block 900 weiter, wo es endet und die normale Steuerung der Leitschaufeln 44 und des Drosselventils 49 durch die ECU 24, wenn auch mit der Einschränkung der Kraftstoffzufuhr erfolgt.
  • Nunmehr sei erneut auf Block 240 verwiesen, bei dem dann, wenn die Antwort Nein ist, das Verfahren zu Block 242 geht, wo bestimmt wird, ob die Anorderung des Fahrers über einem Grenzwert liegt. Der Grenzwert entspricht einer Position des Gaspedals, bei deren Überschreitung die Leitschaufelsteuerung nicht wünschenswert ist, da eine maximale Leistung erforderlich ist. Deshalb gilt z. B. und ohne Einschränkung, dass dann, wenn das Gaspedal weiter als 75% seines vollen Wegs niedergedrückt ist, die Bedingung in Block 242 übersprungen wird und das Verfahren zu Block 400 und 410 weitergeht, wo die normale Steuerung der Leitschaufeln 44 und des Drosselventils 49 durch die ECU 24 erfolgt.
  • Wenn jedoch die Anforderung seitens des Fahrers unter dem Grenzwert liegt, der in diesem Fall 75% des Betätigungsweges entspricht, geht das Verfahren zu Block 250 weiter, wo anhand der nachstehenden Bedingung bestimmt wird, ob der aktuelle PMEP über dem unteren Grenzwert liegt: –
    Delta-PMEP > Erster (unterer) Grenzwert?
  • Wenn die Anwort Nein ist, geht das Verfahren zu 400 weiter, wo die ECU 24 die Leitschaufeln 44 mit der normalen Leitschaufelsteuerung positioniert, und dann zu Block 410, wo die normale Steuerung des Drosselventils durch die ECU 24 zur Steuerung der Position des Drosselventils 49 erfolgt. Wenn der Motor kein Drosselventil hat, entfällt Block 410. Das Verfahren geht dann zu Block 500 weiter, um zu bestimmen, ob der Motor 10 noch arbeitet. Falls ja, geht das Verfahren zu Block 210 zurück, um den Prozess zu wiederholen. Wenn der Motor 10 jedoch nicht mehr arbeitet, endet das Verfahren in Block 900. Es ist zu erkennen, dass dann, wenn die Gleichung (1) positiv ist, dies auf einen zu hohen aktuellen PMEP-Wert hinweist und Maßnahmen ergriffen werden müssen, aber bei einem Ergebnis, das null oder einen negativen Wert aufweist, liegt der aktuelle PMEP unter dem ersten Grenzwert, so dass keine Maßnahmen ergriffen werden und die ECU 24 die Leitschaufeln 44 zur Erfüllung der Anforderung normal steuert wie in Block 400 angegeben.
  • Wenn die Antwort in Block 250 Ja ist, geht das Verfahren zu Block 300, wo die Position der Leitschaufeln 44 gesperrt wird, oder genauer gesagt, die Operation der ECU 24 so modifiziert wird, dass der zur Bewegung der Leitschaufeln 44 dienende Aktor die Leitschaufeln 44 nicht über einen minimalen Schließgrenzwert hinaus schließen kann.
  • 5A ist eine Tabelle, die angibt, wie die Steuerung der ECU 24 modifiziert wird. Wenn die Drehzahl des Motors 10 N1 ist und der Wert von Delta-PMEP P1, dann ist der erforderlich Korrekturwert für die Leitschaufelposition im Schnittpunkt dieser beiden Werte, nämlich im Punkt N1P1 gegeben. Wenn die Motordrehzahl z. B. 1000 U/min und der Wert von Delta-PMEP +5 beträgt, dann kann dies eine Korrektur oder einen minimalen Schließgrenzwert von X% ergeben. Die ECU 24 verwendet dann diesen Wert, um ein Schließen der Leitschaufeln über mehr als X% über den normalen Wert für den stationären Zustand hinaus zu verhindern. Wenn beispielsweise die normale geforderte Position der Leitschaufeln für die aktuelle Turboladeranforderung eine Öffnung von 10% ist und X = 10%, dann werden die Leitschaufeln 44 um nicht mehr als 20% der offenen Position geschlossen, ungeachtet einer eventuellen Differenz zwischen der geforderten und der aktuellen Aufladung. Damit soll der Druck im Abgaskrümmer 28 vor der Turboladerturbine 38 verringert wird, wodurch ein übermäßiger Anstieg des spezifischen Kraftstoffverbrauchs verhindert wird. Diese Regelung der minimalen Schließposition der Leitschaufeln führt zu einer Verlangsamung des Ansprechens des Turboladers 14 auf höhere Anforderungen, aber durch eine sorgfältige Kalibrierung des minimalen Schließgrenzwertes kann dieser Ansprechverlust auf einem akzeptierbaren Niveau gehalten werden. Der Wert des Korrekturfaktors X% für die Drehzahl N5 und für den Delta-PMEP-Wert P5 wird z. B. verschieden von denen für die Drehzahl- und Delta-PMEP-Kombination N1P1 sein. Die zur Bestückung der in 5A dargestellten Tabelle werden experimentell bestimmt und als eine Nachschlagtabelle im Speicher der ECU 24 gespeichert.
  • Generell ist der Korrekturfaktor für einen großen Delta-PMEP höher als für einen kleinen Delta-PMEP, da ein großer PMEP normalerweise eine stark ge schlossene Leitschaufelposition ergibt, während ein kleiner Delta-PMEP einen weniger stark geschlossenen Zustand erzeugt. Wenn z. B. der Delta-PMEP +5 beträgt, kann der Wert von X 25% sein und die normale Position der Leitschaufeln 44 wäre 5% offen. Deshalb könnten die Leitschaufeln nach Einstellen des minimalen Schließgrenzwertes von 25% nicht über 30% der offenen Position hinaus schließen. Wenn jedoch Delta-PMEP +1 beträgt, können die Leitschaufeln normalerweise 25% offen und der Wert von X 15% sein, so dass nach Einstellen des minimalen Schließgrenzwertes von 15% die Leitschaufeln nicht über 40% der offenen Position hinaus schließen könnten. Das bedeutet, der Schließgrenzwert nimmt mit größer werdender PMEP-Differenz zu.
  • Nunmehr sei nochmals auf Block 300 verwiesen: Wenn der Motor 10 kein Drosselventil hat, geht das Verfahren zu Block 500 weiter, um zu bestimmen, ob der Motor 10 noch arbeitet; falls ja, geht das Verfahren zu Block 210 zurück, um den Prozess zu wiederholen. Wenn jedoch der Motor 10 nicht mehr arbeitet, endet das Verfahren in Block 900.
  • Jedoch in dem Fall, in dem der Motor 10 mit einem Drosselventil 49 ausgerüstet ist, geht des Verfahren zu Block 310 weiter, wo die Steuerung des Drosselventils 49 durch die ECU 24 auf ähnliche Weise modifiziert wird, wie oben bezüglich der Leitschaufeln 44 beschrieben worden ist.
  • Das bedeutet, die Position des Drosselventils 49 wird gesperrt oder genauer gesagt, die Operation der ECU 24 wird modifiziert, so dass der zur Bewegung des Drosselventils 49 dienende Aktor das Drosselventil nicht über einen minimalen Schließgrenzwert hinaus schließen kann.
  • Nach Beendigung der Operation in Block 310 geht das Verfahren zu Block 500 weiter, um zu bestimmen, ob der Motor 10 noch arbeitet; falls ja, geht das Verfahren zu Block 210 zurück, um den Prozess zu wiederholen, aber wenn der Motor 10 nicht mehr arbeitet, endet Verfahren in Block 900.
  • 5B ist eine Tabelle, die angibt, wie die Steuerung der ECU 24 modifiziert wird. Wenn die Drehzahl des Motors 10 N1 ist und der Wert von Delta-PMEP P1, dann ist der erforderliche Korrekturwert für die Drosselventilposition im Schnittpunkt dieser beiden Werte, nämlich im Punkt N1P1 gegeben. Wenn die Motordrehzahl z. B. 1000 U/min und der Wert von Delta-PMEP +5 beträgt, dann kann dies eine Korrektur oder einen minimalen Schließgrenzwert von Y% ergeben. Die ECU 24 verwendet dann diesen Wert, um ein Schließen des Drosselventils über mehr als Y% über den normalen Wert für den stationären Zustand hinaus zu verhindern. Wenn beispielsweise die normale geforderte Position des Drosselventils 49 40% der offenen Position ist und Y = 5%, dann wird das Drosselventil um nicht mehr als 45% der offenen Position geschlossen, ungeachtet einer eventuellen Differenz zwischen der geforderten und der aktuellen Aufladung. Damit sollen die Pumpverluste im Motor 10 verringert werden, wodurch der spezifische Kraftstoffverbrauch verringert wird.
  • Diese Regelung der minimalen Schließposition des Drosselventils hängt von der sorgfältigen Kalibrierung ab, so dass der Wert von Y% für verschiedene Drehzahl- und Delta-PMEP-Kombinationen variiert. So wird z. B. der Wert des Korrekturfaktors Y% für die Drehzahl N5 und für den Delta-PMEP-Wert P5 verschieden von denen für die Drehzahl- und Delta-PMEP-Kombination N1P1 sein. Die zur Bestückung der in 5B dargestellten Tabelle werden experimentell bestimmt und als eine Nachschlagtabelle im Speicher der ECU 24 gespeichert.
  • Indem nunmehr zu Block 220 zurückverwiesen wird, wird nachfolgend ein Verfahren zur Bestimmung des aktuellen oder dynamischen PMEP insbesondere anhand von 4 beschrieben.
  • Der erste Schritt des Verfahrens besteht in der Beschleunigung des Motors 10 mit einer vorgegebenen Rate durch die elektronisch gesteuerte Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung, die auf eine vorgegebene Öffnungsposition eingestellt ist. 4 zeigt vier Beschleunigungen A bis D, d. h. im ersten Schritt wird der Motor 10 mit der Beschleunigung 'A' beschleunigt, wobei die Leitschaufeln 44 auf z. B. 5% der Öffnungsposition eingestellt sind und die Werte des mittleren effektiven Pumpdrucks und des Druckverhältnisses für die Beschleunigung von Leerlaufdrehzahl (850 U/min) und der maximalen normalen Betriebsdrehzahl des Motors (5000 U/min) aufgezeichnet werden. Wie oben erwähnt wird das Druckverhältnis anhand der Ausgabe des MAP-Sensors 50 sowie eines oder mehrerer im Speicher der ECU 24 gespeicherten Algorithmen bestimmt.
  • Im nächsten Schritt wird die Beschleunigung 'A' mit einer zweiten Position der Leitschaufeln von z. B. 10% der Öffnungsposition wiederholt und die Werte des mittleren effektiven Pumpdrucks und des Druckverhältnisses für die Beschleunigung von der Leerlaufdrehzahl zur maximalen normalen Betriebsdrehzahl des Motors 10 aufgezeichnet. Dieser Prozess wird dann so oft wiederholt, bis eine Reihe Öffnungspositionen, die den normalen Arbeitsbereich der Öffnungspositionen der Leitschaufeln 44 abdecken, aufgezeichnet worden ist.
  • Dann wird der gesamte Prozess für die Beschleunigungen 'B', 'C' und 'D' wiederholt, die den normalen Arbeitsbereich des Motors von geringer bis hoher Beschleunigung erfassen. Bekanntlich wird die Beschleunigung durch die auf den Motor wirkende Last gesteuert, so dass bei Beschleunigung 'A' eine maximale Last und bei Beschleunigung 'D' eine minimale Last über das Dynamometer auf den Motor 10 wirkt.
  • Dieser Prozess erzeugt ein großes Datenvolumen, das den PMEP und das Druckverhältnis PR für verschiedene Motordrehzahlen und verschiedene Beschleunigungsraten beschreibt. Es ist zu beachten, dass diese Daten während des instationären Betriebs des Motors erzeugt werden und demzufolge dynamische und nicht stationäre Werte repräsentieren.
  • Die gesammelten Daten können dann in einer Nachschlagtabelle wie der von 5 abgelegt werden, die die dynamisch erfassten Werte des mittleren effektiven Pumpdrucks, die dynamisch erfassten Werte des Druckverhältnisses für verschiedene Motorbeschleunigungen und Motordrehzahlen zueinander in Beziehung setzt.
  • Deshalb kann für jede Motordrehzahl, Beschleunigung und jedes Druckverhältnis PR ein dynamischer Wert des PMEP erhalten werden, so dass damit ein virtueller PMEP-Sensor erzeugt wird.
  • Es versteht sich, dass das oben beschriebene und in 6 dargestellte Verfahren von der ECU 24 ausgeführt wird, und dass verschiedene Modifikationen des Verfahrens wie etwa eine Änderung der Abfolge der Ausführung der Blöcke vorgenommen werden können.
  • Es versteht sich, dass die Beschleunigung des Motors durch verschiedene Verfahren aus der Motordrehzahl erhalten werden kann.
  • Obwohl die Erfindung für einen Motor mit einem Drosselventil beschrieben worden ist, versteht es sich außerdem, dass sie gleichermaßen auf einen Dieselmotor ohne Drosselventil angewendet werden kann.
  • Für den Fachmann versteht es sich auch, dass die Erfindung zwar beispielhaft anhand einer oder mehrerer Ausführungsformen beschrieben worden ist, aber nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, und dass eine oder mehrere Modifikationen der offenbarten Ausführungsformen oder alternativer Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Gültigkeitsbereich der Erfindung gemäß den angefügten Ansprüchen abzuweichen.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Verringerung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs eines Motors bei instationären Betriebsbedingungen, der einen Turbolader mit einer Turbine hat, die so angeordnet ist, dass sie von den Abgasen des Motors angetrieben wird, und eine elektronisch gesteuerte Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung zur Regelung des in die Turbine eintretenden Motorabgases, wobei das Verfahren vorsieht, die elektronisch gesteuerte Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung auf einen minimalen Schließgrenzwert einzustellen, um den Druckaufbau des Abgases vor der Turboladerturbine zu verringern, wenn der aktuelle Wert des mittleren effektiven Pumpdrucks einen ersten Grenzwert des mittleren effektiven Pumpdrucks überschreitet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner die Bestimmung des ersten Grenzwertes des mittleren effektiven Pumpdrucks, die Bestimmung des aktuellen Wertes des mittleren effektiven Pumpdrucks, die Bestimmung, ob der aktuelle Wert des mittleren effektiven Pumpdrucks größer ist als der erste Grenzwert des mittleren effektiven Pumpdrucks und, falls der aktuelle Wert des mittleren effektiven Pumpdrucks größer ist als der erste Grenzwert des mittleren effektiven Pumpdrucks, das Eingeben des minimalen Schließgrenzwertes an die elektronisch gesteuerte Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Wert des aktuellen mittleren effektiven Pumpdrucks mittels eines virtuellen Sensors bestimmt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der virtuelle Sensor eine Nachschlagtabelle ist, die dynamisch erhaltene Werte des mittleren effektiven Pumpdrucks, dynamisch erhaltene Werte des Druckverhältnisses und der Motordrehzahl in Beziehung setzt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der erste Grenzwert des mittleren effektiven Pumpdrucks anhand einer Nachschlagtabelle für stationäre Betriebsbedingungen bestimmt wird, die die Drehzahl zum Motordruckverhältnis in Beziehung setzt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Schließgrenzwert auf Basis der Differenz zwischen dem aktuellen Wert des mittleren effektiven Pumpdrucks und dem ersten Grenzwert des mittleren effektiven Pumpdrucks variiert wird.
  7. Steuersystem zum Steuern eines Motors mit einem Turbolader, der eine Turbine hat, die so angeordnet ist, dass sie von den Motorabgasen angetrieben wird, wobei das System eine elektronische Steuerung und eine von der elektronischen Steuerung gesteuerte Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung hat, um das in die Turbine des Turboladers eintretende Abgas zu regeln, wobei die elektronische Steuerung so betrieben werden kann, dass sie die elektronisch gesteuerte Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung so steuert, dass sie nicht unter einem minimalen Schließgrenzwert schließt, um den Aufbau des Abgasdrucks vor der Turboladerturbine zu reduzieren, wenn der aktuelle Wert des mittleren effektiven Pumpdrucks den ersten Grenzwert des mittleren effektiven Pumpdrucks überschreitet.
  8. Steuersystem nach Anspruch 7, bei dem der minimale Schließgrenzwert auf Basis der Differenz zwischen dem aktuellen Wert des mittleren effektiven Pumpdrucks und dem ersten Grenzwert des mittleren effektiven Pumpdrucks kalibriert wird.
  9. Steuersystem Anspruch 7 oder 8, bei dem die elektronisch gesteuerte Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung eine Reihe Leitschaufeln aufweist, die durch einen Aktor bewegt werden können und die elektronische Steuerung so betrieben werden kann, dass sie die elektronisch gesteuerte Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung so steuert, dass der Aufbau des Abgasdrucks vor der Turboladerturbine verringert wird, indem die Funktion des Aktors begrenzt wird, um zu verhindern, dass die Leitschaufeln über den minimalen Schließgrenzwert hinaus geschlossen werden.
  10. Steuersystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem der Motor ein Drosselventil enthält, um den Luftdurchsatz zum Motor zu regeln, und die elektronische Steuerung ferner so betrieben werden kann, um zu verhindern, dass das Drosselventil über einen kalibrierbaren Grenzwert hinaus geschlossen wird, wenn der aktuelle Wert des mittleren effektiven Pumpdrucks größer ist als der erste Grenzwert des mittleren effektiven Pumpdrucks.
  11. Steuersystem nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem die elektronische Steuerung ferner so betrieben werden kann, dass sie die Verringerung der Kraftstoffzufuhr zum Motor vorsieht, wenn der aktuelle Wert des mittleren effektiven Pumpdrucks höher ist als der Fehlergrenzwert des mittleren effektiven Pumpdrucks, der deutlich höher ist als der erste Grenzwert des mittleren effektiven Pumpdrucks.
  12. Steuersystem nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei dem die elektronische Steuerung ferner so betrieben werden kann, dass sie den ersten Grenzwert des mittleren effektiven Pumpdrucks bestimmt, den aktuellen Wert des mittleren effektiven Pumpdrucks bestimmt und ob der aktuelle Wert des mittleren effektiven Pumpdrucks größer ist als der erste Grenzwert, und wenn bestimmt wird, dass der aktuelle Wert größer ist als der erste Grenzwert des mittleren effektiven Pumpdrucks, die elektronisch gesteuerte Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung so gesteuert wird, dass sie nicht unter dem minimalen Schließgrenzwert schließt.
  13. Steuersystem nach einem der Ansprüche 7 bis 12, bei dem der aktuelle Wert des mittleren effektiven Pumpdrucks durch die Steuerung mittels eines virtuellen Sensors bestimmt wird.
  14. Steuersystem nach Anspruch 13, bei dem die Verwendung eines virtuellen Sensors den Einsatz einer Nachschlagtabelle aufweist, die dynamisch erhaltene Werte des mittleren effektiven Pumpdrucks, dynamisch erhaltene Werte des Druckverhältnisses und der Motordrehzahl in Beziehung setzt.
  15. Verfahren zum Erzeugen eines virtuellen Sensors für den mittleren effektiven Pumpdruck zur Verwendung in einem Steuersystem nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: – (a) Beschleunigen des Motors mit einer vorgegebenen Rate, wobei die elektronisch gesteuerte Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung auf eine vorgegebene Öffnungsposition eingestellt ist; (b) Aufzeichnen des mittleren effektiven Pumpdrucks und des Druckverhältnisses für die Beschleunigung zwischen Leerlaufdrehzahl und maximaler Betriebsdrehzahl des Motors; (c) Wiederholen der Schritte (a) und (b) für eine Reihe weiterer Öffnungspositionen der elektronisch gesteuerten Eintrittsluftdurchsatz-Steuereinrichtung, bis eine Reihe Öffnungspositionen, die den normalen Arbeitsbereich der Öffnungspositionen abdecken, aufgezeichnet worden ist; (d) Wiederholen der Schritte (a) bis (c) für eine weitere Reihe vorgegebener Motorbeschleunigungsraten, die den normalen Arbeitsbereich des Motors abdecken; und (e) Aufzeichnen der erzeugten Daten in einer Nachschlagtabelle, die die dynamisch erhaltenen Werte des mittleren effektiven Pumpdrucks, die dynamisch erhaltenen Werte des Druckverhältnisses, der Motorbeschleunigung und der Motordrehzahl in Beziehung setzt.
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