DE102009014533A1 - Control device for controlling turbocharger or turbocharger connected to internal combustion engine, is provided with storage device in which turbine map of turbine of turbocharger is stored - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Steuerungseinrichtung und ein Verfahren zum Steuern eines Turboladers, insbesondere eines Abgasturboladers eines Kraftfahrzeugs.The The invention relates to a control device and a method for controlling a turbocharger, in particular an exhaust gas turbocharger of a motor vehicle.
Im Allgemeinen weisen Turbolader eine Abgasturbine auf, die in einem Abgasstrom angeordnet ist und über eine Welle mit einem Verdichter im Ansaugtrakt verbunden ist. Dabei sind ein Turbinenrad und ein Verdichterrad auf einer gemeinsamen Welle gelagert. Im Betrieb wird das Turbinenrad über einen Abgasstrom eines angeschlossenen Motors angetrieben. Hierbei treibt das Turbinenrad wiederum das Verdichterrad an, wodurch der Verdichter den Druck im Ansaugtrakt des Motors erhöht. Dadurch kann während des Ansaugtaktes eine größere Masse Luft in den Zylinder des Motors gelangen. Dies bewirkt, dass mehr Sauerstoff zur Verfügung steht und eine entsprechend größere Kraftstoffmenge verbrannt werden kann. Dadurch kann die Leistungsabgabe des Motors erhöht werden.in the Generally turbochargers have an exhaust gas turbine, which in a Exhaust gas flow is arranged and over a shaft is connected to a compressor in the intake system. there are a turbine wheel and a compressor wheel on a common Shaft stored. In operation, the turbine wheel via an exhaust gas flow of a driven motor. This drives the turbine wheel turn the compressor wheel, causing the compressor pressure increased in the intake of the engine. This can be done during the intake stroke a larger mass Air enters the cylinder of the engine. This causes more Oxygen available stands and a correspondingly larger amount of fuel can be burned. This can reduce the power output of the engine elevated become.
Zur Regelung von Kenngrößen in der Motorsteuerung, entsprechend dem Lastwunsch des Fahrers, wird unter anderem das Schluckverhalten einer verwendeten Turbine des Turboladers berücksichtigt. Das Schluckverhalten einer Radialturbine nimmt mit steigender Drehzahl ab und verlangt daher ein Kennfeld das mindestens von dem Druckverhältnis ΠtS und der Drehzahl abhängt. Daher wird bisher das Schluckverhalten der Turbine des Turboladers entweder in Form von zweidimensionalen Kennfeldern in der Motorsteuerung abgelegt oder die Drehzahl abhängigkeit des Schluckverhaltens der Turbine wird unter Inkaufnahme eines damit verbundenen Fehlers nicht berücksichtigt.To regulate parameters in the engine control, according to the driver's load request, among other things, the absorption behavior of a used turbine of the turbocharger is taken into account. The absorption behavior of a radial turbine decreases with increasing speed and therefore requires a characteristic map that depends on at least the pressure ratio Π tS and the speed. Therefore, so far, the swirling behavior of the turbine of the turbocharger is either stored in the form of two-dimensional maps in the engine control or the speed dependency of the absorption behavior of the turbine is not taken into account at the expense of an associated error.
Demnach ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zur Regelung von Kenngrößen in der Motorsteuerung eine Steuerungseinrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, welche eine Steuerung des Turboladers oder einer damit verbundenen Brennkraftmaschine mittels eines vereinfachten Turbinenkennfeldes erlauben.Therefore It is the object of the present invention to control parameters in the Motor controller to provide a controller and a method which is a control of the turbocharger or an associated Internal combustion engine by means of a simplified turbine map allow.
Diese Aufgabe wird durch eine Steuerungseinrichtung für einen Turbolader, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.These Task is by a control device for a turbocharger, with the Characteristics of claim 1 solved.
Demgemäß wird erfindungsgemäß eine Steuerungseinrichtung bereitgestellt zum Steuern eines Turboladers und/oder einer mit dem Turbolader verbundenen Brennkraftmaschine, wobei die Steuerungseinrichtung aufweist:
- – eine Speichereinrichtung in welcher wenigstens ein Turbinenkennfeld einer Turbine des Turboladers abgespeichert ist, wobei das Turbinenkennfeld nur abhängig von dem Turbinendruckverhältnis ΠtS vorgegeben ist, und/oder die Gleichung für den Durchsatzkennwert abgespeichert ist,
- – wobei die Steuerungseinrichtung den Turbolader und/oder die mit dem Turbolader verbundene Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von wenigstens einer Kenngröße steuert, welche mittels dem Turbinenkennfeld und/oder der Gleichung für den Durchsatzkennwert DKW2 ermittelbar ist.
- - A memory device in which at least one turbine map of a turbine of the turbocharger is stored, the turbine map is given only depending on the turbine pressure ratio Π tS , and / or the equation for the flow rate characteristic is stored,
- Wherein the control device controls the turbocharger and / or the internal combustion engine connected to the turbocharger as a function of at least one parameter which can be determined by means of the turbine characteristic diagram and / or the equation for the throughput characteristic value DKW 2 .
Die Steuerungseinrichtung hat dabei den Vorteil, dass das Kennfeld für das Schluckverhalten der Turbine des Turboladers auf ein eindimensionales Kennfeld reduziert werden kann, welches lediglich von dem anliegenden Druckverhältnis abhängt. Durch solch eine reduzierte Darstellung des Schluckverhaltens der verwendeten Turbine gegenüber den bisher verwendeten Turbinenkennfeldern kann erheblich Speicherplatz in einer Speichereinrichtung eingespart werden, die mit der Steuerungseinrichtung verbunden ist. Dadurch kann die Speichereinrichtung beispielsweise kompakter gebaut werden. Die Gleichung für den Turbinendurchsatzkennwert DKW2 hat den Vorteil, dass mit dieser Gleichung das eindimensionale Turbinenkennfeld beschreibbar ist. Dies ist mit der bisher bekannten Gleichung für den Turbinendurchsatzkennwert nicht möglich, wie im Folgenden noch näher erläutert wird.The control device has the advantage that the characteristic map for the absorption behavior of the turbine of the turbocharger can be reduced to a one-dimensional characteristic map, which depends only on the applied pressure ratio. As a result of such a reduced representation of the absorption behavior of the turbine used compared with the previously used turbine characteristic diagrams, it is possible to considerably save storage space in a storage device which is connected to the control device. As a result, the storage device can be made more compact, for example. The equation for the turbine throughput characteristic value DKW 2 has the advantage that the one-dimensional turbine characteristic diagram can be described using this equation. This is not possible with the hitherto known equation for the turbine throughput characteristic value, as will be explained in more detail below.
Die vorgenannte Aufgabe wird des Weiteren durch ein Verfahren, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst.The The above object is further achieved by a method with which Characteristics of claim 8 solved.
Demgemäß wird erfindungsgemäß ein Verfahren bereitgestellt zum Steuern eines Turboladers und/oder einer mit dem Turbolader verbundenen Brennkraftmaschine, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
- – Bereitstellen wenigstens eines Turbinenkennfeldes einer Turbine des Turboladers, wobei das Turbinenkennfeld unabhängig von der Turbinendrehzahl bzw. nur von dem Turbinendruckverhältnis abhängig vorgegeben ist (S1, S1*) und/oder der Gleichung für den Turbinendurchsatzkennwert
- – Bestimmen wenigstens einer Kenngröße des Turboladers mittels des Turbinenkennfelds und/oder der Gleichung für den Turbinendurchsatzkennwert (S2–S7, S2*–S7*), und
- – Steuern des Turboladers und/oder der mit dem Turbolader verbundenen Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der ermittelten Kenngröße.
- Providing at least one turbine characteristic diagram of a turbine of the turbocharger, wherein the turbine characteristic is independent of the turbine speed or only dependent on the turbine pressure ratio (S1, S1 *) and / or the equation for the turbine flow rate characteristic
- Determining at least one parameter of the turbocharger by means of the turbine characteristic map and / or the equation for the turbine throughput parameter (S2-S7, S2 * -S7 *), and
- - Controlling the turbocharger and / or connected to the turbocharger internal combustion engine as a function of the determined characteristic.
Das Verfahren hat dabei den Vorteil, dass nur an anhand des Turbinendruckverhältnisses ΠtS ein Wert eines zugeordneten Parameters, wie z. B. der Turbinendurchsatzkennwert DKW2, ermittelt werden kann, wobei das Turbinendruckverhältnis sehr einfach erfasst werden kann. Das Turbinenkennfeld, welches bei diesem Verfahren eingesetzt wird, zur Bestimmung eines Turboladers benötigt nur wenig Speicherplatz, da es nicht von der Drehzahl des Turboladers bzw. der Turbine abhängt. Die Gleichung für den Turbinendurchsatzkennwert DKW2 hat wiederum den Vorteil, dass mit dieser Gleichung das eindimensionale Turbinenkennfeld beschreibbar ist und außerdem sehr einfach eine Kenngröße zum Steuern des Turboladers oder der Brennkraftmaschine bestimmt werden kann.The method has the advantage that only on the basis of the turbine pressure ratio Π tS a value of an associated parameter, such. As the turbine flow rate DKW 2 , can be determined, the turbine pressure ratio can be detected very easily. The turbine map, which is used in this method, for determining a turbocharger requires little storage space, since it does not depend on the speed of the turbocharger or the turbine. The equation for the turbine throughput characteristic value DKW 2 in turn has the advantage that the one-dimensional turbine characteristic diagram can be described using this equation, and furthermore a parameter for controlling the turbocharger or the internal combustion engine can be determined very simply.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.advantageous Refinements and developments of the invention will become apparent the dependent claims and the description with reference to the drawings.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Turbinenkennfeld eindimensional ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass das Turbinenkennfeld wesentlich weniger Speicherplatz benötigt als die bisherigen zweidimensionalen Turbinenkennfelder.According to one Embodiment of the invention, the turbine map is one-dimensional educated. This has the advantage that the turbine map is essential less space needed as the previous two-dimensional turbine maps.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das Turbinenkennfeld eine Kennlinie auf, wobei die Kennlinie den Turbinendurchsatzkennwert (DKW2) nur in Abhängigkeit von dem Turbinendruckverhältnis ΠtS angibt. Dies hat den Vorteil, dass die bisherigen Turbinenkennlinien für verschiedene Drehzahlen entfallen und durch eine Kennlinie ersetzt werden, was wesentlich weniger Speicherplatz benötigt.In a further embodiment according to the invention, the turbine characteristic map has a characteristic curve, wherein the characteristic curve indicates the turbine throughput characteristic value (DKW 2 ) only as a function of the turbine pressure ratio Π tS . This has the advantage that the previous turbine characteristics are omitted for different speeds and replaced by a characteristic, which requires much less storage space.
In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform bestimmt die Steuerungseinrichtung für eine Drehzahl des Turboladers ein zugeordnetes Turbinendruckverhältnis (ΠtS). Anhand des Turbinendruckverhältnisses kann die Steuerungseinrichtung sehr einfach den Turbinendurchsatzkennwert DKW2 aus dem Turbinenkennfeld entnehmen und diesen zur Bestimmung einer Kenngröße des Turboladers heranziehen, beispielsweise des Massenstroms über die Turbine, wobei hierzu die Gleichung für den Turbinendurchsatzkennwert eingesetzt werden kann.In another embodiment of the invention, the turbocharger speed control means determines an associated turbine pressure ratio (Π tS ). Based on the turbine pressure ratio, the controller can very easily take the turbine flow rate DKW 2 from the turbine map and use this to determine a characteristic of the turbocharger, such as the mass flow through the turbine, for which purpose the equation for the turbine flow characteristic can be used.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform bestimmt die Steuerungseinrichtung als Kenngröße oder Kenngrößen beispielsweise den Massenstrom ṁ über die Turbine, den Turbinendurchsatzkennwert DKW2, das Turbinendruckverhältnis ΠtS und/oder die Leistung der Turbine, mittels des Turbinenkennfeldes. Mit anderen Worten, der Turbinendurchsatzkennwert DKW2 und das Turbinendruckverhältnis ΠtS können direkt aus dem Turbinenkennfeld herausgelesen werden und beispielsweise zum Ermitteln weiterer Turboladerkenngrößen eingesetzt werden. Entsprechend kann auch anhand der Gleichung für den Turbinendurchsatzkennwert beispielsweise der Massenstrom ṁ über die Turbine für eine bestimmte Turbinenraddrehzahl U4 bzw. eine Blade-Speech Machzahl berechnet werden.In a further embodiment according to the invention, the control device determines, for example, the mass flow ṁ via the turbine, the turbine throughput characteristic value DKW 2 , the turbine pressure ratio Π tS and / or the power of the turbine by means of the turbine characteristic diagram . In other words, the turbine flow rate DKW 2 and the turbine pressure ratio Π tS can be read directly from the turbine map and used, for example, to determine further turbocharger characteristics. Accordingly, it is also possible, for example, to calculate the mass flow ṁ via the turbine for a specific turbine wheel speed U 4 or a blade-speech Mach number on the basis of the equation for the turbine throughput characteristic value.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform steuert die Steuerungseinrichtung mittels der jeweiligen Kenngröße oder Kenngrößen beispielsweise ein Wastegate, eine variab le Turbinengeometrie (VTG) eines Turboladers und/oder eine Drosselklappe einer mit dem Turbolader verbundenen Brennkraftmaschine. Beispielsweise kann die Steuerungseinrichtung hierzu den Massenstrom über die Turbine anhand des Turbinenkennfeldes ermitteln und entsprechend ein Wastegate öffnen oder schließen.According to one another embodiment of the invention controls the control device by means of the respective parameter or Characteristics, for example a wastegate, a variab le turbine geometry (VTG) of a turbocharger and / or a throttle of one connected to the turbocharger Internal combustion engine. For example, the control device this the mass flow over Determine the turbine based on the turbine map and accordingly open a wastegate or close.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist eine Speichereinrichtung vorgesehen, wobei in der Speichereinrichtung ein Turbinenkennfeld einer Turbine eines Turboladers abgespeichert ist, wobei das Turbinenkennfeld eindimensional ist bzw. nur abhängig von dem Turbinendruckverhältnis ΠtS vorgegeben ist und/oder wobei in der Speichereinrichtung die Gleichung für den modifizierten Durchsatzkennwert (Gleichung (2.1) und/oder (2.2)) abrufbar abgespeichert ist. Die Speichereinrichtung kann dabei beispielsweise ein optischer, magnetischer und/oder elektronischer Speicher sein, wie z. B. eine CD-Rom, eine Diskette, ein ROM-Speicher oder ein RAM-Speicher oder ein anderer Halbleiterspeicher. Die Erfindung ist aber auf diese Beispiele für die Speichereinrichtung nicht beschränkt. Im nachfolgenden ist die Speichereinrichtung z. B. Teil der Motorsteuerung oder mit dieser gekoppelt. Anhand des Kennfeldes bzw. der Gleichung für den Durchsatzkennwert kann bei reduziertem Speicherumfang sehr einfach ein Turbolader oder eine damit verbundene Brennkraftmaschine angesteuert werden.In a further embodiment according to the invention, a memory device is provided, wherein a turbine characteristic map of a turbine of a turbocharger is stored in the memory device, wherein the turbine map is one-dimensional or only dependent on the turbine pressure ratio Π tS and / or wherein in the memory device the equation for the modified Durchsatzkennwert (equation (2.1) and / or (2.2)) is stored retrievable. The memory device may be, for example, an optical, magnetic and / or electronic memory such. As a CD-ROM, a floppy disk, a ROM memory or a RAM memory or other semiconductor memory. However, the invention is not limited to these examples of the memory device. In the following, the memory device is z. B. part of the engine control or coupled with this. On the basis of the characteristic diagram or the equation for the flow rate characteristic, a turbocharger or an associated internal combustion engine can be controlled very simply with a reduced storage volume.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the schematic figures the drawings specified embodiments explained in more detail. It demonstrate:
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.In all figures are the same or functionally identical elements and devices - if nothing else is stated - with the same reference numerals have been provided.
Das Betriebsverhalten von Turbinen von Abgasturboladern wird in der Praxis durch Turbinenkennfelder beschrieben. In diesen Kennfeldern ist z. B. der Durchflussparameter über dem Turbi nendruckverhältnis dargestellt. Um das Durchflussverhalten allgemeingültig, d. h. unabhängig von der Eintrittstemperatur und dem Eintrittsdruck, darstellen zu können, wird ein aus der Ähnlichkeitstheorie abgeleiteter Durchflussparameter definiert, der diese beiden Größen berücksichtigt.The Operating behavior of turbines of turbochargers is in the Practice described by turbine maps. In these maps is z. B. the flow rate over the turbine nendruckverhältnis represented. To the flow behavior generally valid, d. H. independent of the inlet temperature and the inlet pressure to be able to one from the theory of similars derived flow parameter defining these two quantities.
In
Der bisher hierbei hinterlegte Durchsatzkennwert DKW für die Turbine ist dabei der Folgende: The previously stored flow rate DKW for the turbine is the following:
Wie
aus
Gemäß der Erfindung wird nun das Kennfeld für das Turbinenschluckverhalten vereinfacht und dabei auch der hierfür notwendige Speicherumfang für das Kennfeld in einer entsprechenden Speichereinrichtung reduziert.According to the invention Now the map for the turbine slugging behavior simplifies and thereby also the necessary Memory for reduces the map in a corresponding storage device.
Um das Kennfeld für das Turbinenschluckverhalten zu vereinfachen sieht die Erfindung dabei einen modifizierten Durchsatzkennwert DKW2 vor. Dieser modifizierte Durchsatzkennwert DKW2 erlaubt es, dass das Turbinenkennfeld von einem zweidimensionalen Kennfeld auf ein eindimensionales Kennfeld reduziert werden kann. Mit anderen Worten, in dem erfindungsgemäßen Kennfeld ist, statt einer Vielzahl von Turbinendurchsatzlinien für verschiedene Drehzahlen des Turboladers bzw. der Turbine anzugeben, eine Turbinendurchsatzlinie vorgegeben, wobei die Turbinendurchsatzlinie nicht von der Drehzahl des Turboladers abhängt, sondern nur von dem Turbinendruckverhältnis ΠtS.In order to simplify the characteristic diagram for the turbine slipping behavior, the invention provides for a modified throughput characteristic value DKW 2 . This modified throughput characteristic DKW 2 allows the turbine map to be reduced from a two-dimensional map to a one-dimensional map. In other words, in the map according to the invention, instead of specifying a large number of turbine throughput lines for different rotational speeds of the turbocharger or the turbine, a turbine throughput line is predetermined, wherein the turbine throughput line does not depend on the rotational speed of the turbocharger, but only on the turbine pressure ratio Π tS .
Der
modifizierte Durchsatzkennwert DKW2 für die Turbine
welcher dem neuen Kennfeld zu Grunde liegt, wie es in nachfolgender
Die Gleichung (2.1) des modifizierten Durchsatzkennwerts DKW2 gibt dabei eine spezielle Ausführungsform bzw. einen Spezialfall (n = 1/3) der nachfolgenden Gleichung (2.2) des modifizierten Durchsatzkennwertes DKW2 an.The equation (2.1) of the modified throughput characteristic value DKW 2 indicates a specific embodiment or a special case (n = 1/3) of the following equation (2.2) of the modified throughput characteristic value DKW 2 .
Die Gleichung (2.2) gibt wiederum die allgemeine Form für den modifizierten Durchsatzkennwertes DKW2 an.Equation (2.2) again gives the general form for the modified throughput characteristic value DKW 2 .
Dabei werden die nachfolgenden Bezeichnungen verwendet.
- ṁ
- Massenstrom in kg/s
- T
- Turbineneintrittstemperatur in K
- p
- Turbineneintrittsdruck in Pa
- ΠtS
- total statisches Druckverhältnis über die Turbine
- U4
- Umfangsgeschwindigkeit des Turbinenrads in m/s
- Mu4
- Blade Speech Machzahl (MU4 = Umfangsgeschwindigkeit des Turbinenrads U4/Schallgeschwindigkeit)
- R
- Gaskonstante
- γ
- Isentropenkoeffizient
- n
- empirisch anzupassender Parameter welchen den Reaktionsgrad der Turbine abdeckt
- m '
- Mass flow in kg / s
- T
- Turbine inlet temperature in K
- p
- Turbine inlet pressure in Pa
- Π tS
- total static pressure ratio across the turbine
- U 4
- Circumferential speed of the turbine wheel in m / s
- M u4
- Blade Speech Mach number (M U4 = peripheral speed of the turbine wheel U 4 / speed of sound)
- R
- gas constant
- γ
- Isentropenkoeffizient
- n
- empirically adjusted parameter which covers the degree of reaction of the turbine
Wie
aus
Das erfindungsgemäße Kennfeld bzw. der modifizierte Durchsatzkennwert DKW2 kann beispielsweise mittels eines Prüfstands für den Turbolader ermittelt werden.The characteristic diagram according to the invention or the modified throughput characteristic value DKW 2 can be determined, for example, by means of a test stand for the turbocharger.
Das
Diagramm in
Die
Vermessung eines Turbinenkennfeldes für einen Abgasturbolader mit
Abblasventil (Wastegate) erfolgt nach der folgenden Beschreibung:
Zunächst wird
in einem ersten Schritt A0 an einem Heißgasprüfstand eine Turbineneingangstemperatur
T03 von z. B. 873 Kelvin eingestellt. In einem weiteren Schritt
A1 wird eine Turboladerdrehzahl N1 eingestellt. In einem nächsten Schritt
A2 wird ein Druckverhältnis über der
Turbine einstellt, so dass bei fixiertem Abgasgegendruck p4 ein
Turbineneinlassdruck p3 anliegt. Es stellt sich ein entsprechender
Massenstrom ṁ ein der nun gemessen wird (Schritt A3). Der
Schritt A2 wird nun für
verschiedene Druckverhältnisse
wiederholt und dabei der sich einstellende Massenstrom ṁ gemessen.
Die Massenströme ṁ werden
sodann z. B. in elektronischer Form abgelegt. Weiterhin wird der
Schritt A1 wiederholt und weitere Drehzahlen eingestellt, wobei
für jede Drehzahl
die Schritte A2 und A3 zur Bestimmung des Massenstroms ṁ bei
eingestelltem Druckverhältnis
wiederholt werden. Sind diese Massenströme ṁ ermittelt, wird
zunächst
der reduzierte Massenstrom ermittelt (Schritt A4). In
einem weiteren Schritt A5 wird der Exponent (n) in der weiteren
reduzierten Darstellung so angepasst, dass sich aufgrund
des Reaktionsgrades eine eindimensionale Darstellung des Turbinenmassenstromes
ergibt. In einem Schritt A6 wird der modifizierte Durchsatzkennwert
DKW2 berechnet.The measurement of a turbine characteristic diagram for an exhaust gas turbocharger with blow-off valve (wastegate) takes place according to the following description:
First, in a first step A0 on a hot gas test stand, a turbine inlet temperature T03 of z. B. 873 Kelvin set. In a further step A1, a turbocharger speed N1 is set. In a next step A2, a pressure ratio over the turbine is set, so that at a fixed exhaust gas back pressure p4 a turbine inlet pressure p3 is applied. It adjusts a corresponding mass flow ṁ which is now measured (step A3). The step A2 is now repeated for different pressure conditions and thereby the self-adjusting mass flow ṁ measured. The mass flows ṁ are then z. B. filed in electronic form. Furthermore, step A1 is repeated and further rotational speeds are set, the steps A2 and A3 for determining the mass flow ṁ at a set pressure ratio being repeated for each rotational speed. Once these mass flows ṁ have been determined, the reduced mass flow will be calculated first determined (step A4). In a further step A5, the exponent (n) in the further reduced representation adapted so that due to the degree of reaction results in a one-dimensional representation of the turbine mass flow. In a step A6, the modified throughput characteristic value DKW 2 is calculated.
Die
Vermessung der Turbinenkennfelder für einen Abgasturbolader mit
variabler Turbinengeometrie (VTG, VNT) erfolgt nach der folgenden
Beschreibung und mit Bezug auf
Zunächst wird in einem ersten Schritt A0* an einem Heißgasprüfstand eine Turbineneingangstemperature T03 von z. B. 873 Kelvin eingestellt. Da sich für jede VTG Stellung eine andere Turbinencharakteristik ergibt, wird im nächsten Schritt A1* eine VTG Position fixiert. In einem weiteren Schritt A2* wird eine Turboladerdrehzahl N1 eingestellt. In einem nächsten Schritt A3* wird ein Druckverhältnis Π über der Turbine einstellt, so dass bei fixiertem Abgasgegendruck p4 ein Turbineneinlassdruck p3 anliegt. Es stellt sich ein entsprechender Massenstrom ṁ ein der nun gemessen wird (Schritt A4*). Der Schritt A3* wird nun für verschiedene Druckverhältnisse Π wiederholt und dabei der sich einstellende Massenstrom ṁ gemessen. Die Massenströme ṁ werden sodann z. B. in elektronischer Form abgelegt. Weiterhin wird der Schritt A2* wiederholt und weitere Drehzahlen eingestellt, wobei für jede Drehzahl die Schritte A3* und A4* zur Bestimmung des Massenstroms ṁ bei eingestelltem Druckverhältnis wiederholt werden. Sind diese Massenströme ṁ ermittelt wird zunächst der reduzierte Massenstromermittelt (Schritt A5*). In einem weiteren Schritt A6* wird der Exponent (n) in der weiteren reduzierten Darstellungso angepasst, dass sich aufgrund des Reaktionsgrades eine eindimensionale Darstellung des Turbinenmassenstromes ergibt. Des Weiteren wird in einem Schnitt A7* der modifizierte Durchsatzkennwert DKW2 berechnet. Für jede weitere VTG Positionen werden nun die Schritte A2* und A3* wiederholt, um entsprechende reduzierte Massenströme zu ermitteln.First, in a first step A0 * at a hot gas test stand, a turbine inlet temperature T03 of z. B. 873 Kelvin set. Since a different turbine characteristic results for each VTG position, a VTG position is fixed in the next step A1 *. In a further step A2 *, a turbocharger speed N1 is set. In a next step A3 *, a pressure ratio Π is set over the turbine so that a turbine inlet pressure p3 is applied when the exhaust gas back pressure p4 is fixed. It sets a corresponding mass flow ṁ which is now measured (step A4 *). The step A3 * is now repeated for different pressure ratios Π and the resulting mass flow ṁ is measured. The mass flows ṁ are then z. B. filed in electronic form. Furthermore, step A2 * is repeated and further rotational speeds are set, the steps A3 * and A4 * for determining the mass flow ṁ being repeated at a set pressure ratio for each rotational speed. If these mass flows ṁ are determined first the reduced mass flow determined (step A5 *). In a further step A6 *, the exponent (n) in the further reduced representation adapted so that due to the degree of reaction results in a one-dimensional representation of the turbine mass flow. Furthermore, the modified throughput characteristic value DKW 2 is calculated in a section A 7 *. For each additional VTG position, steps A2 * and A3 * are repeated to determine corresponding reduced mass flows.
In
In einem ersten Schritt S1 wird zunächst wenigstens ein erfindungsgemäßes Turbinenkennfeld und die Formel gemäß der Gleichung (2.2) für den modifizierten Durchsatzkennwert DKW2 bereitgestellt bzw. in einer Speichereinrichtung abgelegt.In a first step S1, at least one turbine map according to the invention and the formula according to equation (2.2) for the modified throughput characteristic value DKW 2 are initially provided or stored in a memory device.
Gemäß einem weiteren Schritt S2 wird die Drehzahl des Turboladers des Motors bestimmt und daraus die Turbinenradumfangsgeschwindigkeit U4 berechnet. Des Weiteren wird die Schallgeschwindigkeit bestimmt und mit dieser und der Turbinenradumfangsgeschwindigkeit U4 die Blade-Speech Machzahl MU4. In einem weiteren Schritt S3 wird das Turbinendruckverhältnis ΠtS und der Turbineneintrittsdruck p erfasst bzw. bestimmt. Weiter wird in einem Schritt S4 die Turbineneintrittstemperatur T bestimmt. Die Turbineneintrittstemperatur kann dabei ebenfalls erfasst werden über eine entsprechende Sensoreinrichtung oder Sensoreinrichtung. Alternativ oder zusätzlich kann die Turbineneintrittstemperatur T auch aus einem geeigneten Kennfeld entnommen werden, in welchem die Turbineneintrittstemperatur T beispielsweise in Abhängigkeit von dem Lastpunkt des Turboladers abgespeichert ist. Es kann aber auch jedes andere geeignete Kennfeld oder eine Kombination von Kennfeldern herangezogen werden, um anhand dessen die Turbineneintrittstemperatur T zu bestimmen bzw. auf diese rückzuschließen.In accordance with a further step S2, the rotational speed of the turbocharger of the engine is determined and from this the turbine peripheral speed U 4 is calculated. Furthermore, the speed of sound is determined and with this and the turbine peripheral speed U 4, the blade-speech Mach number M U4 . In a further step S3, the turbine pressure ratio Π tS and the turbine inlet pressure p are detected or determined. Furthermore, the turbine inlet temperature T is determined in a step S4. The turbine inlet temperature can also be detected via a corresponding sensor device or sensor device. Alternatively or additionally, the turbine inlet temperature T can also be taken from a suitable characteristic map, in which the turbine inlet temperature T is stored, for example, as a function of the load point of the turbocharger. However, it is also possible to use any other suitable characteristic map or a combination of characteristic diagrams in order to determine or infer the turbine inlet temperature T based on this.
In einem Schritt S5 wird der Isentropenkoeffizient γ bestimmt und beispielsweise der Parameter n.In In a step S5, the isentropic coefficient γ is determined and, for example the parameter n.
Weiter
wird in einem Schritt S6 nun mittels des erfassten Druckverhältnisses ΠtS aus
einem entsprechenden erfindungsgemäßen Turbinenkennfeld, vergleichbar
dem in
Die Gleichung für den modifizierten Durchsatzkennwert DKW2 kann nach dem Massenstrom ṁ wie folgt aufgelöst werden und der Massenstrom ṁ in einem Schritt S7 als ein Beispiel für eine Kenngröße des Turboladers berechnet werden mittels des modifizierten Durchsatzkennwertes DKW2. The equation for the modified throughput characteristic value DKW 2 can be resolved as follows after the mass flow ṁ and the mass flow ṁ can be calculated in a step S7 as an example of a parameter of the turbocharger by means of the modified throughput characteristic value DKW 2 .
Auf Basis des so ermittelten Massenstroms ṁ kann beispielsweise ein Wastegate eines Turboladers betätigt werden, um ein Beispiel zu nennen. Die Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebene Reihenfolge der Schritte S2 bis S6 beschränkt. Die Reihenfolge kann geeignet variiert werden oder auch einzelne Schritte zusammengefasst oder aufgetrennt werden.On Basis of the thus determined mass flow ṁ can, for example a wastegate of a turbocharger be actuated, for example to call. The invention is not in the order described above limited to steps S2 to S6. The order can be suitably varied or even individual Steps are summarized or separated.
In einer weiteren Ausführung kann bei geschlossenem Wastegate und der Kenntnis der Drehzahl aus dem Massenstrom und der Turboladerdrehzahl einfach auf das anliegende Druckverhältnis geschlossen werden.In another embodiment can with closed wastegate and the knowledge of the speed of the Mass flow and turbocharger speed easy on the adjoining pressure ratio getting closed.
In
In einem ersten Schritt S1* werden zunächst ein oder mehrere erfindungsgemäße Turbinenkennfelder für verschiedene VTG Stellungen und die Formel gemäß z. B. der Gleichung (2.2) für den modifizierten Durchsatzkennwert DKW2 bereitgestellt bzw. in einer Speichereinrichtung abgelegt.In a first step S1 *, one or more turbine maps according to the invention for different VTG positions and the formula according to z. B. the equation (2.2) for the modified flow rate DKW 2 provided or stored in a memory device.
Gemäß einem weiteren Schritt S2* wird die Drehzahl des Turboladers des Motors bestimmt und daraus die Turbinenradumfangs geschwindigkeit U4 berechnet. Des Weiteren wird die Schallgeschwindigkeit bestimmt und mit dieser und der Turbinenradumfangsgeschwindigkeit U4 die Blade-Speech Machzahl MU4. In einem weiteren Schritt S3* wird das Turbinendruckverhältnis ΠtS und der Turbineneintrittsdruck p erfasst bzw. bestimmt. Weiter wird in einem Schritt S4* wird die Turbineneintrittstemperatur T bestimmt. Die Turbineneintrittstemperatur kann dabei ebenfalls erfasst werden über eine entsprechende Sensoreinrichtung oder Sensoreinrichtung. Alternativ oder zusätzlich kann die Turbineneintrittstemperatur T auch aus einem geeigneten Kennfeld entnommen werden, in welchem die Turbineneintrittstemperatur T beispielsweise in Abhängigkeit von dem Lastpunkt des Turboladers abgespeichert ist. Es kann aber auch jedes andere geeignete Kennfeld oder eine Kombination von Kennfeldern herangezogen werden, um anhand dessen die Turbineneintrittstemperatur T zu bestimmen bzw. auf diese rückzuschließen.In accordance with a further step S2 *, the rotational speed of the turbocharger of the engine is determined and from this the turbine peripheral speed U 4 is calculated. Furthermore, the speed of sound is determined and with this and the turbine peripheral speed U 4, the blade-speech Mach number M U4 . In a further step S3 *, the turbine pressure ratio Π tS and the turbine inlet pressure p is detected or certainly. Further, in a step S4 *, the turbine inlet temperature T is determined. The turbine inlet temperature can also be detected via a corresponding sensor device or sensor device. Alternatively or additionally, the turbine inlet temperature T can also be taken from a suitable characteristic map, in which the turbine inlet temperature T is stored, for example, as a function of the load point of the turbocharger. However, it is also possible to use any other suitable characteristic map or a combination of characteristic diagrams in order to determine or infer the turbine inlet temperature T based on this.
Weiter wird in einem Schritt S5* der Isentropenkoeffizient γ bestimmt und beispielsweise der Parameter n.Further the isentropic coefficient γ is determined in a step S5 * and, for example, the parameter n.
In
einem Schritt S6* wird des Weiteren nun mittels des erfassten Druckverhältnisses ΠtS aus
einem entsprechenden erfindungsgemäßen Turbinenkennfeld bei entsprechender
VTG Stellung, vergleichbar dem in
Die Gleichung für den modifizierten Durchsatzkennwert DKW2 kann nach dem Massenstrom ṁ wie folgt aufgelöst werden und der Massenstrom ṁ in einem Schritt S7* als ein Beispiel für eine Kenngröße des Turboladers berechnet werden mittels des modifizierten Durchsatzkennwertes DKW2. The equation for the modified throughput characteristic DKW 2 can be resolved as follows after the mass flow ṁ and the mass flow ṁ can be calculated in a step S7 * as an example of a parameter of the turbocharger by means of the modified throughput characteristic value DKW 2 .
Auf Basis des so ermittelten Massenstroms ṁ kann beispielsweise ein Wastegate eines Turboladers betätigt werden, um ein Beispiel zu nennen. Die Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebene Reihenfolge der Schritte S2* bis S6* beschränkt. Die Reihenfolge kann geeignet variiert werden oder auch einzelne Schritte zusammengefasst oder aufgetrennt werden.On Basis of the thus determined mass flow ṁ can, for example a wastegate of a turbocharger be actuated, for example to call. The invention is not in the order described above of steps S2 * to S6 * limited. The order can be suitably varied or even individual Steps are summarized or separated.
In einer weiteren Ausführung kann bei Kenntnis der VTG Stellung und der Kenntnis der Drehzahl aus dem Massenstrom und der Turboladerdrehzahl einfach auf das anliegende Druckverhältnis geschlossen werden.In another embodiment can with knowledge of the VTG position and the knowledge of the speed from the mass flow and the turbocharger speed simply to the adjoining pressure ratio getting closed.
Aufgrund der Variation der Massenströme mit der VTG Stellung kann zu Diagnosezwecken ebenfalls aus Kenntnis von Massenstrom, Drehzahl und Druckverhältnis auf die VTG Position Rückschluss gezogen werden.by virtue of the variation of the mass flows with the VTG position can also be made out of knowledge for diagnostic purposes of mass flow, speed and pressure ratio to the VTG position conclusion to be pulled.
Neben
dem Massenstrom ṁ als einer Kenngröße die mittels des erfindungsgemäßen Turbinenkennfeldes
bzw. des modifizierten Durchsatzkennwertes DKW2 bestimmt
werden kann, sind selbstverständlich noch
weitere geeignete Kenngrößen des
Turboladers hiermit ermittelbar, d. h. sowohl direkt als auch indirekt. Die
Erfindung ist nicht auf den Massenstrom ṁ beschränkt. Die
Des
Weiteren ist in
Die
Steuerungseinrichtung weist dabei eine Speichereinrichtung auf oder
ist mit einer externen Speichereinrichtung verbunden (nicht dargestellt).
In der Speichereinrichtung sind dabei wenigstens ein, zwei, drei oder
eine Vielzahl von Turbinenkennfeldern abgespeichert, wie eines beispielhaft
in
Des Weiteren kann die Steuerungseinrichtung und/oder die Speichereinrichtung Teil der Motorsteuerung sein oder mit dieser verbunden bzw. koppelbar sein. Entsprechend der Kenngrößen die direkt oder indirekt über das jeweilige Turbinenkennfeld und/oder die Formel für den Durchsatzkennwert DKW2 gemäß der Gleichung (2.1) bzw. der Gleichung (2.2) ermittelt werden, wie beispielsweise der Massenstrom ṁ usw., kann der Turbolader und/oder die Brennkraftmaschine über die Steuerungseinrichtung angesteuert werden. Dabei kann beispielsweise mittels einer oder mehrere Kenngrößen, die anhand des Turbinenkennfeldes ermittelt werden, ein Wastegate und/oder eine variable Turbinengeometrie eines Turboladers gesteuert werden und/oder beispielsweise eine Drosselklappe einer Brennkraftmaschine, die mit dem Turbolader verbunden ist. Dieses sind jedoch nur einige wenige Beispiele von Einrichtungen des Turboladers und der mit ihm verbundenen Brennkraftmaschine, die durch die Steuerungseinrichtung bzw. durch das erfindungsgemäße Verfahren gesteuert werden können. Es kann prinzipiell jede weitere Einrichtung des Turboladers oder der Brennkraftmaschine mittels der Steuereinrichtung bzw. mittels des Verfahrens gesteuert werden.Furthermore, the control device and / or the memory device may be part of the motor control or be connected or coupled with it. According to the parameters which are determined directly or indirectly via the respective turbine characteristic map and / or the formula for the flow rate characteristic DKW 2 according to the equation (2.1) or the equation (2.2), such as the mass flow ṁ etc., the turbocharger and / or or the internal combustion engine can be controlled via the control device. In this case, for example, by means of one or more parameters, which are determined based on the turbine characteristic, a wastegate and / or a variable turbine geometry of a turbocharger are controlled and / or for example a throttle valve of an internal combustion engine, which is connected to the turbocharger. However, these are only a few examples of devices of the turbocharger and the internal combustion engine connected to it, which can be controlled by the control device or by the method according to the invention. In principle, any further device of the turbocharger or of the internal combustion engine can be controlled by means of the control device or by means of the method.
Der
Vorteil des erfindungsgemäßen Kennfeldes
bzw. einer Steuerung des Turboladers auf Basis dieses Kennfeldes
liegt in der einfachen reduzierten Darstellung des Turbineschluckverhaltens.
Diese Darstellung erlaubt eine einfache Speicherung als Kennlinie
in der Motorsteuerung, wie beispielhaft in
Das erfindungsgemäße Turbinenkennfeld wird dabei in einer Speichereinrichtung abrufbar abgelegt. Die Speichereinrichtung ist dabei beispielsweise ein Teil d der Motorsteuerung.The Turbine map according to the invention is stored retrievable in a memory device. The storage device is for example a part d of the engine control.
Claims (19)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102009014533A DE102009014533A1 (en) | 2009-03-24 | 2009-03-24 | Control device for controlling turbocharger or turbocharger connected to internal combustion engine, is provided with storage device in which turbine map of turbine of turbocharger is stored |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102009014533A DE102009014533A1 (en) | 2009-03-24 | 2009-03-24 | Control device for controlling turbocharger or turbocharger connected to internal combustion engine, is provided with storage device in which turbine map of turbine of turbocharger is stored |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102009014533A1 true DE102009014533A1 (en) | 2010-10-07 |
Family
ID=42674793
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102009014533A Ceased DE102009014533A1 (en) | 2009-03-24 | 2009-03-24 | Control device for controlling turbocharger or turbocharger connected to internal combustion engine, is provided with storage device in which turbine map of turbine of turbocharger is stored |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102009014533A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102013223900A1 (en) * | 2013-11-22 | 2015-05-28 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Method and device for controlling a boost pressure of a supercharged internal combustion engine |
DE102015004421A1 (en) * | 2015-04-02 | 2016-10-06 | GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) | Determining a desired position parameter value for a bypass valve of an exhaust gas turbocharger |
DE102013113645B4 (en) | 2013-05-22 | 2018-08-16 | GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) | A method of controlling the intake air flow in an internal combustion engine comprising an intake air compressor |
-
2009
- 2009-03-24 DE DE102009014533A patent/DE102009014533A1/en not_active Ceased
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102013113645B4 (en) | 2013-05-22 | 2018-08-16 | GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) | A method of controlling the intake air flow in an internal combustion engine comprising an intake air compressor |
DE102013223900A1 (en) * | 2013-11-22 | 2015-05-28 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Method and device for controlling a boost pressure of a supercharged internal combustion engine |
DE102015004421A1 (en) * | 2015-04-02 | 2016-10-06 | GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) | Determining a desired position parameter value for a bypass valve of an exhaust gas turbocharger |
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