DE102009024290B4

DE102009024290B4 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

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Publication number: DE102009024290B4
Application number: DE102009024290.2A
Authority: DE
Inventors: Christian Nöthen; Dr. Jeschke Jens; Dr. Nitzke Hans-Georg
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2009-06-05
Publication date: 2016-02-18
Anticipated expiration: 2029-06-06
Also published as: DE102009024290A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Brennraum in mindestens einem Arbeitszylinder, wobei mindestens ein Aktuator von einem Regler in Abhängigkeit von einer Regelgröße durch einen Vergleich eines Sollwertes für die Regelgröße dieses Aktuators mit einem Istwert für die Regelgröße dieses Aktuators eingestellt wird, sowie für mindestens einen Aktuator als Regelgröße eine von diesem Aktuator beeinflusste physikalische Größe verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine in einer Regelung mit hierarchischer Struktur geregelt wird, wobei auf einer obersten Ebene der Regelung globale Zielgrößen definiert und daraus die Regelgrößen für jeden Aktuator abgeleitet werden, und dass die Brennkraftmaschine in unterschiedlichen Betriebsarten ohne Strukturumschaltung in der Regelung betrieben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere Ottomotor oder Dieselmotor, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einem Brennraum in mindestens einem Arbeitszylinder, wobei mindestens ein Aktuator von einem Regler in Abhängigkeit von einer Regelgröße durch einen Vergleich eines Sollwertes für die Regelgröße dieses Aktuators mit einem Istwert für die Regelgröße dieses Aktuators eingestellt wird, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Regelung eines Dieselmotors erfolgt im Wesentlichen über die Zusammensetzung des Gemisches aus Kraftstoff und Frischladung (Qualitätsregelung). Die abgegebene Leistung wird dabei in Abhängigkeit vom Lastpunkt über die eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmt. Weiterhin ist es bekannt, eine Abgasrückführung (AGR) vorzusehen. Die Frischladung setzt sich herbei aus einer Mischung von Luft und zurückgeführtem Abgas zusammen. Auf diesen Grundzusammenhängen basieren Regelungskonzepte für verschiedene Motorteilfunktionen. Zum Beispiel die AGR-Raten-Regelung. Der Dieselmotor saugt ein konstantes Volumen an, welches in Teillastbetriebspunkten üblicherweise aus Frischluft und zurückgeführtem Abgas besteht. Wird eine dieser Komponenten (z. B. die angesaugte Frischluftmasse) gemessen, lässt sich die andere Komponente (hier das zurückgeführte Abgas) errechnen und damit regeln. Dieses Prinzip funktioniert jedoch nur so lange, wie das Ansaugvolumen des Motors konstant bleibt. Beim Einsatz einer variablen Ventilsteuerung (VVT) ändert sich dies jedoch gravierend. Das Schluckverhalten des Motors wird dabei durch Veränderung der Öffnungs- und/oder Schließzeitpunkte bzw. der Ventilhübe für Einlass- und Auslassventil(e) verändert. Eine herkömmliche Regelung für Dieselmotoren kann daher nicht zusammen mit einer variablen Ventilsteuerung verwendet werden.
Aktuelle Verbrennungsmotoren stellen aufgrund der Bemühungen zur stetigen Reduktion der Abgasemissionen sehr komplexe mechatronische Systeme dar. Sowohl das Kraftstoff-, als auch das Gassystem werden konsequent weiter entwickelt und mit zusätzlichen Aktoren weiter flexibilisiert. Ziel ist es, gerade im dynamischen Motorbetrieb weiteres Potential zur Emissionsreduzierung zu erschließen. Dabei ergibt sich das Problem, dass die gewachsenen Strukturen der konventionellen Motorsteuerung kurzfristige, nicht stationär wirksame Eingriffe erschweren. Zusätzlich ist die Integration komplexer Aktoren, die mehrere Zielgrößen gleichzeitig beeinflussen, wie beispielsweise ein variabler Ventiltrieb, kaum möglich. Die Regelung des Gassystems von Verbrennungsmotoren, beispielsweise eines Dieselmotors, hat großen Einfluss auf das Emissionsverhalten des Verbrennungsmotors.
Aufgrund des insbesondere in den letzten Jahren wachsenden öffentlichen Interesses an emissionsarmen Kraftfahrzeugen, rückt die Suche nach umweltverträglichen Antriebstechnologien immer stärker in den Fokus der automobilen Forschung. Neben der Entwicklung neuartiger Antriebskonzepte, wie Brennstoffzellen und Hybridantrieben, sind kurzfristig auch Verbesserungen der bestehenden Verbrennungsmotoren notwendig, an die aufgrund der zunehmend strenger werdenden Grenzwerte in der Abgasgesetzgebung wachsende Anforderungen gestellt werden. Aus diesem Grund sind auch moderne Dieselmotoren durch zahlreiche mechanische und elektrische Komponenten erweitert worden. Neben Konzepten zur direkten Beeinflussung der Verbrennung, wie beispielsweise Abgasrückführung, Abgasturboaufladung und zylinderdruckbasierter Einzelverbrennungsregelung, werden auch nachgelagerte Systeme, wie Dieselpartikelfilter und Oxidationskatalysatoren, eingesetzt. Der somit zu einem sehr komplexen mechatronischen Gesamtsystem herangewachsene Dieselmotor muss nun durch geeignete Steuerungs- und Regelungskonzepte beherrscht werden. Insbesondere die Abgasnachbehandlungssysteme erfordern spezielle Umgebungsbedingungen, um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen. Diese müssen durch die Konditionierung der Verbrennung eingestellt werden.
Konventionelle Ansätze zur Gassystemregelung verwenden die Regelgrößen Frischluftmasse und Ladedruck. Hier ergeben sich jedoch ggf. aus der Messposition resultierende Nachteile im dynamischen Regelverhalten. Bezüglich der physikalischen Zusammenhänge erlauben diese Größen nur bedingt eine optimale Gassystemregelung, da insbesondere keine direkte Beeinflussung der interessierenden Schadstoffemissionen möglich ist. Der Ladedruck wird in aktuellen Steuergeräten vorrangig wegen der verfügbaren Sensorik und der leichten Überwachung des Turboladers verwendet. Dabei dient der Ladedruck nur als Ersatz für die Gesamtgasmasse im Zylinder, die beispielsweise durch ihren Einfluss auf die Verbrennungstemperatur einen direkten Zusammenhang zur Schadstoffbildung aufweist. Die Frischluftmasse wird aufgrund der leichten Zugänglichkeit für eine direkte Messung bevorzugt verwendet.
Die DE 10 2006 054 043 A1 betrifft eine Brennkraftmaschine und ein dazugehöriges Verfahren, in dem ein realer ND-AGR-Massenstrom bestimmt wird, der als Basiswert zum Steuern der Abgasklappe und des ND-AGR-Ventils verwendet wird.
Die DE 103 12 493 A1 beschreibt ein Steuerungsverfahren für einen Verbrennungsmotor, bei dem die Füllung und die Abgasrückführrate geregelt werden. Das beschriebene Verfahren besitzt gegenüber herkömmlichen Konzepten den Vorteil, dass nicht die Frischluftmasse und der Ladedruck, sondern die Füllung und die AGR-Rate geregelt werden.
Im Artikel „Modellgestütztes AGR-Management für zukünftige Luftsysteme aufgeladener Dieselmotoren-Steuerung und Regelung von Fahrzeugen und Motoren” (Autoreg 2008, Baden-Baden) ist ein ganzheitliches AGR-Management entwickelt worden, das die zusätzlichen Freiheitsgrade und Stellgliederanzahl eines Dieselmotors mit Hoch- und Niederdruck-Abgasrückführungen sowie Systemen zur Abgasnachbehandlung in ein Motorsteuerkonzept umsetzt.
In dem Buch „BOSCH: Ottomotor Management”, Vieweg Verlag, 2003, wird ein Motorsteuerungskonzept zur Benzin-Direkteinspritzung beschrieben, um einen Homogenbetrieb und einen Schichtbetrieb im Brennraum fahren zu können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der o. g. Art zur Verfügung zu stellen, bei dem eine saubere Strukturierung eines Regelungskonzeptes unter Einbeziehung aller manipulierbaren Luftsteller erzielt wird und welches modular erweiterbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Dazu ist es bei einem Verfahren der o. g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass für mindestens einen Aktuator als Regelgröße eine von diesem Aktuator beeinflusste physikalische Größe verwendet wird.
Dies hat den Vorteil, dass das Luft- und Abgassystem der Brennkraftmaschine gemeinsam und auch bei Betriebsartenübergängen eindeutig definiert ist, so dass eine Führung des Luft- und Abgassystem jederzeit möglich ist. Außerdem können dynamische Eingriffe in das Gesamtsystem an der richtigen Stelle einfach realisiert werden.
Eine globale Definition des Gesamtsystems aus Luft- und Abgassystem mittels unmittelbar emissionsrelevanter Größen erzielt man dadurch, dass der Sollwert für mindestens eine Regelgröße aus einem Sollwert für eine Gasmasse in einem Brennraum der Brennkraftmaschine und/oder einem Sollwert für eine Gaszusammensetzung, insbesondere eine AGR-Rate, eine Inertgasrate oder einen Quotient von AGR-Rate zu einem Lambdawert (iAGR), in einem Brennraum der Brennkraftmaschine bestimmt wird.
Dies ermöglicht einen Strukturaufbau für eine Gesamtsystemregelung umfassend Luft- und Abgassystem, bei dem zwischen stationärer Applikation und dynamisch notwendigen Eingriffen getrennt wird.
Eine besonders gute Definition des Gesamtsystems aus Luft- und Abgassystem erzielt man dadurch, dass der mindestens eine Aktuator eine Drosselklappe umfasst, für die als Regelgröße ein Saugrohrdruck verwendet wird. Ein Sollwert für den Saugrohrdruck wird aus einem Sollwert für einen Brennraumdruck im unteren Totpunkt (UT) bestimmt. Der Sollwert für den Brennraumdruck im unteren Totpunkt (UT) wird aus einem Sollwert für eine Gasmasse in einem Brennraum bestimmt.
Eine weitere Verbesserung der Definition des Gesamtsystems aus Luft- und Abgassystem erzielt man dadurch, dass der mindestens eine Aktuator eine variable Turbinengeometrie einer Turbine eines Abgasturboladers umfasst, für die als Regelgröße ein Abgasgegendruck verwendet wird. Ein Sollwert für den Abgasgegendruck wird aus einem Sollwert für einen Ladedruck bestimmt. Der Sollwert für den Ladedruck wird aus einem Sollwert für eine Gasmasse in einem Brennraum bestimmt.
Eine weitere Verbesserung der Definition des Gesamtsystems aus Luft- und Abgassystem erzielt man dadurch, dass der mindestens eine Aktuator einen variablen Ventiltrieb (VVT), insbesondere einen Phasensteller, von Gaswechselventilen der Arbeitszylinder umfasst, für den als Regelgröße ein Brennraumdruck im unteren Totpunkt (UT) verwendet wird. Ein Sollwert für den Brennraumdruck im unteren Totpunkt (UT) wird aus einem Sollwert für eine Gasmasse in einem Brennraum bestimmt.
Eine weitere Verbesserung der Definition des Gesamtsystems aus Luft- und Abgassystem erzielt man dadurch, dass der mindestens eine Aktuator ein Hochdruck(HD)-Abgasrückführungs(AGR)-Ventil umfasst, für das als Regelgröße ein Massenstrom der Hochdruck(HD)-Abgasrückführung(AGR) verwendet wird. Ein Sollwert für den Massenstrom der HD-AGR wird aus einem Sollwert für eine HD-AGR-Rate bestimmt. Der Sollwert für die HD-AGR-Rate wird aus einem Sollwert für eine externe AGR-Rate bestimmt. Der Sollwert für die externe AGR-Rate wird aus einem Sollwert für eine AGR-Rate in einem Brennraum bestimmt. Der Sollwert für die AGR-Rate in einem Brennraum wird aus einem Sollwert für eine Gaszusammensetzung im Brennraum bestimmt.
Eine weitere Verbesserung der Definition des Gesamtsystems aus Luft- und Abgassystem erzielt man dadurch, dass der mindestens eine Aktuator ein Niederdruck(ND)-Abgasrückführungs(AGR)-Ventil umfasst, für das als Regelgröße ein Massenstrom der Niederdruck(ND)-Abgasrückführung(AGR) verwendet wird. Ein Sollwert für den Massenstrom der ND-AGR wird aus einem Sollwert für eine ND-AGR-Rate bestimmt. Der Sollwert für die ND-AGR-Rate wird aus einem Sollwert für eine externe AGR-Rate bestimmt. Der Sollwert für die externe AGR-Rate wird aus einem Sollwert für eine AGR-Rate in einem Brennraum bestimmt. Der Sollwert für die AGR-Rate in einem Brennraum wird aus einem Sollwert für eine Gaszusammensetzung im Brennraum bestimmt.
Eine weitere Verbesserung der Definition des Gesamtsystems aus Luft- und Abgassystem erzielt man dadurch, dass der mindestens eine Aktuator eine Abgasklappe und/oder eine Drosselklappe vor einer ND-AGR-Zuführung umfasst, für die als Regelgröße ein Differenzdruck über das ND-AGR-Ventil verwendet wird. Ein Sollwert für den Differenzdruck über das ND-AGR-Ventil wird aus einem Sollwert für eine ND-AGR-Rate bestimmt. Der Sollwert für die ND-AGR-Rate wird aus einem Sollwert für eine externe AGR-Rate bestimmt. Der Sollwert für die externe AGR-Rate wird aus einem Sollwert für eine AGR-Rate im Brennraum bestimmt. Der Sollwert für die AGR-Rate in einem Brennraum wird aus einem Sollwert für eine Gaszusammensetzung im Brennraum bestimmt.
Eine verbesserte Momentenabgabe im dynamischen Betrieb der Brennkraftmaschine erzielt man dadurch, dass ein höherer Ladedruck angefordert wird, als für den aktuellen Gasmassensollwert erforderlich, wobei vorzugsweise der höhere Ladedruck mittels mindestens einem Aktuator auf einen für den aktuellen Gasmassensollwert erforderlich Wert abgesenkt wird und wobei die Absenkung des höheren Ladedrucks beendet wird, wenn eine höhere Lastanforderung erfolgt.
Zum Ausgleich von Gaslaufzeiten zwischen Hoch- und Niederdruck-AGR wird bei einer Erhöhung oder Erniedrigung der ND-AGR auf einen neuen Wert, ein Wert für die HD-AGR solange erhöht bzw. erniedrigt, bis die ND-AGR den neuen Wert am Brennraum zur Verfügung stellt.
Um die Stickoxidemissionen bei einem Übergang von einem Schubbetrieb zu einem Lastbetrieb, beispielsweise bei einem Gangwechsel, zu reduzieren, wird in einem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine die AGR-Rate für eine vorbestimmte Zeit angehoben, ein Anteil der HD-AGR angehoben und/oder die Gesamtgasmasse im Brennraum abgesenkt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in
1 ein Flussdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und
2 ein Flussdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform einer Regelung einer Zylinderladungsmasse gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausgehend von einer Zuordnung physikalisch motivierter Regelgrößen zu den Gassystemstellern wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein hierarchisches Konzept für die Regelungsfunktionen zur Verfügung gestellt. Dieses erleichtert aufgrund seiner übersichtlichen Struktur und der Einbeziehung modellbasierter Regelungen die Applikation für den Serieneinsatz und ermöglicht die Vorgabe emissionsrelevanter Sollgrößen. Weiterhin wird die Integration zusätzlicher Aktoren des Gassystems und die Nutzung der entstehenden Freiheitsgrade für die Verteilung der Stellgrößen erleichtert. Durch so genannte Verteilungssollwerte können diese Freiheitsgrade für den stationären Betrieb festgelegt und im dynamischen Motorbetrieb zusätzlich angepasst werden. Somit ergibt sich die Möglichkeit, kurzfristig von den stationären Sollvorgaben abzuweichen und so die zur Verfügung stehenden Aktoren für eine bessere Einhaltung der Emissionsvorgaben zu nutzen. Verbesserungen in den Schadstoffemissionen lassen sich durch Messungen am Motorprüfstand nachweisen.
Wesentliches Kennzeichen eines für die derzeit weltweit strengste Abgasgesetzgebung im US-Bundesstaat Kalifornien entwickelten Dieselmotors ist die neben der bekannten Hochdruck-Abgasrückführung (HD-AGR) eingesetzte Niederdruck-Abgasrückführung (ND-AGR), siehe beispielsweise DE 10 2006 054 043 A1 . Diese entnimmt das Abgas erst nach dem Dieselpartikelfilter und führt es noch vor dem Verdichter der angesaugten Frischluft zu. Zur Erhöhung des Druckverhältnisses über dem ND-AGR-Ventil steht zudem eine Abgasklappe und/oder eine Drosselklappe vor einer ND-AGR-Zufühung zur Verfügung. Damit besteht die Möglichkeit, dem Brennverfahren Frischluft mit hohen Anteilen gekühlten und gut durchmischten Abgases zur Verfügung zu stellen. Dies erleichtert insbesondere die Senkung von Stickoxidemissionen. Als Führungsgrößen werden im Wesentlichen Frischluftmasse und Ladedruck verwendet. Gerade im dynamischen Motorbetrieb, wo derzeit die größten Potenziale zur Emissionsreduzierung liegen, kann mit einer rein stationären Applikation keine zielgerichtete Beeinflussung des Systems erfolgen.
Erfindungsgemäß wird eine Auswahl von emissionsrelevanten Führungsgrößen sowie eine neue Strukturierung des Regelungssystems vorgeschlagen. Wesentliches Ziel ist es dabei, Möglichkeiten für kurzfristig wirksame Eingriffe in das Systemverhalten zu schaffen. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass sich eine Zylinderfüllung und eine AGR-Rate als Führungsgrößen besonders eignen. Dies ist deshalb überraschend, da beide Größen einer direkten Messung nicht zugänglich sind. Aus diesem Grund hängen die erreichbaren Emissionsergebnisse maßgeblich von der Modellierungsgüte ab.
Herkömmliche Modelle für das Gassystem von Verbrennungsmotoren nutzen den Gaszustand (vor allem Druck und Temperatur) im Saugrohr, um in Verbindung mit dem angesaugten Volumenstrom auf den Zylindermassenstrom und damit die Zylinderladungsmasse zu schließen. Gerade bei komplexeren Systemen, die über einen Drallsteller im Ansaugkanal oder über einen variablen Ventiltrieb verfügen, führt dies zu einem erhöhten Modellierungsaufwand, weil deren Einfluss auf den Gaszustand erfasst werden muss. Insbesondere ein variabler Ventiltrieb (VVT) stellt hier auf Grund seiner Flexibilität und der Vielzahl von Einflussgrößen hohe Anforderungen. Stattdessen kann allerdings auch ein evtl. vorhandener Zylinderdrucksensor für die Modellierung der Zylindergasmasse verwendet werden. Dies reduziert den Modellierungsaufwand erheblich, weil so die Druckkomponente bereits im Zylinder erfasst wird und lediglich die Temperaturänderung zwischen Saugrohr und Zylinder modelliert werden muss. Den zentralen Bestandteil des Modells bildet die ideale Gasgleichung
wobei der Zylinder als ein geschlossenes System und dessen Ladung als ideales Gas aufgefasst wird. Für eine möglichst leichte Bestimmung der benötigten Temperatur im Brennraum kann diese Gleichung für den Schließzeitpunkt der Einlassventile angewendet werden. Allerdings Wird dann im Falle eines verstellbaren Ventiltriebs neben einer Lagerückmeldung auch die Kenntnis der zu den jeweiligen (kontinuierlich verstellbaren) Schließwinkeln gehörigen Brennraumvolumina vorausgesetzt. Aus diesem Grund wird hier stattdessen ein fester Winkel, beispielsweise der untere Totpunkt (UT) der Kolbenbewegung vor der Kompression (180°KW vor dem oberen Totpunkt OT), als Referenzpunkt verwendet. Auf Grund des unzureichenden Signal-Rausch-Verhältnisses bei kleinen Druckwerten, kann der zugehörige Druck p_z,180 nicht unmittelbar aus dem Sensorsignal verwendet werden. Stattdessen wird ein Druckwert kurz vor dem OT, beispielsweise bei 20°KW, vor dem oberen Totpunkt (OT) des Kompressionstakts ermittelt und unter der Annahme einer polytropen Kompression der Druck p_z,180 im unteren Totpunkt (UT) berechnet.
Hierbei ist V_Z,340 ein Brennraumvolumen 20°KW vor dem OT im Kompressionstakt, V_Z,180 ist ein Brennraumvolumen im UT im Ladungswechseltakt, pZ,340 ein Druck 20°KW vor dem OT im Kompressionstakt, n der Polytropenexponent. Dabei ist zu beachten, dass der berechnete Druck p_z,180 in der Realität nicht im Brennraum herrscht, da eine ideale polytrope Verdichtung und ein geschlossenes System im unteren Totpunkt (UT) angenommen werden. Tatsächlich sind die Einlassventile zu diesem Zeitpunkt in der Regel allerdings nicht geschlossen. Die Verwendung eines festen Referenzzeitpunktes bietet aber den Vorteil, dass ein Kennwert für die Wirkung des VVT-Stellers (variabler Ventiltrieb) berechnet werden kann. Dazu wird der Quotient aus Saugrohrdruck und berechnetem p_z,180 gleichbedeutend mit dem Druckverhältnis über den Einlasskanälen gebildet. Wird dieser Quotient um dasjenige Druckverhältnis bereinigt, welches auch ohne Phasenverschiebung herrscht, so ergibt sich ein Maß für die Druckbeeinflussung durch den Ventiltrieb.
In konventionellen Motorsteuerungen wird die AGR-Rate durch Messung des Frischluftmassenstroms und Modellierung der Zylinderfüllung bestimmt. Dieses Vorgehen hat allerdings mehrere Nachteile: Es ist keine Trennung zwischen Hoch- und Niederdruck-AGR möglich. Weiterhin stellt der verwendete Frischluftmassenmesser eine große Unsicherheit bei geöffnetem AGR-Ventil dar, weil sich auftretende Druckpulsationen durch die Ansaugstrecke bis zur Messstelle ausbreiten und die Messgenauigkeit negativ beeinflussen. Aus diesem Grund wird hier ein anderes Verfahren bevorzugt, dass in erster Linie Druckmessungen erfordert und somit prinzipiell keine Einschränkung bezüglich eines Serieneinsatzes darstellt. Kernstück ist die Drosselgleichung nach Saint-Vernant, mit der sich der Massenstrom durch eine Drosselstelle unter Annahme einer adiabaten Strömung berechnen lässt
Darin bezeichnen A_eff die effektive Querschnittsfläche, p₁ den Druck und T₁ die Temperatur vor der Drossel. Die auftretende Funktion Ψ bezeichnet die Durchflussfunktion
Dies Drosselfunktion ist lediglich vom Druckverhältnis über der Drosselstelle und vom Isentropenexponenten κ abhängig. Unterhalb eines kritischen Druckverhältnisses
ist die Durchflussfunktion konstant, da das Medium dann bereits mit Schallgeschwindigkeit durch den engsten Querschnitt der Drossel strömt. Folglich erreicht die Durchflussfunktion für den Bereich p₂ / p₁ ≥ π_kr an dieser Stelle ihr Maximum Ψ_max. Zur Reduzierung des Rechenaufwands wird Y in diesem Bereich durch die Näherungsfunktion
approximiert. Aus den mit dieser Näherung und der Gleichung für ṁ berechneten Massenströmen kann mit Hilfe der modellierten Zylindergasmasse eine zylinderbezogene Rate berechnet werden.
Erfindungsgemäß erfolgt eine physikalisch motivierte Zuordnung von Sollwerten zu den einzelnen Aktoren. Dabei wird das Ziel verfolgt, die physikalischen Vorgänge im Motor durch die zugeordneten Stellgrößen derart abzubilden, dass Strukturumschaltungen in der Regelung verhindert werden. In der Folge eröffnen sich neue Möglichkeiten, die im System vorhandenen Freiheitsgrade im Sinne von mehrfachen Stellmöglichkeiten mit ähnlicher Wirkung gezielt zu beeinflussen. Die Regelungsstruktur ist auf diese Weise durch die Wirkung der Steller definiert und es lassen sich die physikalischen Zusammenhänge des Gesamtsystems abbilden.
1 zeigt eine vereinfachte Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer möglichen Sollwertstruktur für die Regelung eines um einen variablen Ventiltrieb (VVT) erweiterten Gassystems. Die hierarchische Anordnung der Komponenten und die sukzessive Zusammenfassung zu Teilsystemen ordnen jeden Aktuator (unterste Ebene) einer bestimmten Aufgabe und damit auch einer bestimmten Regelgröße zu.
In 1 bezeichnet 10 einen Brennraum, 11 eine Gasmasse im Brennraum 10, 12 einen Füllungskoordinator, 14 ein Füllungsmodell, 16 einen Druck im UT, 18 einen Vorhaltkoordinator, 20 ein Vorhaltmodell, 22 einen Saugrohrdruck, 24 einen Ladedruck, 26 einen ggf. vom Vorhaltkoordinator 18 modifizierten Druck im UT, 28 einen Koordinator Saugrohr, 30 einen Koordinator Turbolader, 32 einen Koordinator Ventiltrieb, 34 einen Saugrohrdruck, 36 einen Abgasgegendruck, 38 einen Druck im UT, 40 eine Drosselklappe, 42 ein Drosselmodell, 44 eine Turbine bzw. variable Turbinengeometrie (VTG), 46 ein Ladermodell, 48 einen Phasensteller, 50 ein VVT-Modell, 52 eine AGR-Rate im Brennraum 10, 54 einen AGR-Koordinator, 56 ein Ansaugmodell, 58 eine externe AGR-Rate, 60 eine externe AGR, 62 ein AGR-Modell, 64 eine HD-AGR-Rate, 66 eine ND-AGR-Rate, 68 einen Koordinator HD-AGR, 70 einen Koordinator ND-AGR, 72 einen HD-AGR-Massenstrom, 74 einen ND-AGR-Massenstrom, 75 einen Differenzdruck über dem ND-AGR-Ventil 80, 76 ein HD-AGR-Ventil, 78 ein Drosselmodell, 80 ein ND-AGR-Ventil, 82 ein Drosselmodell, 84 eine Abgasklappe und 86 ein Drosselmodell. Die mit 40, 44, 48, 76, 80 und 84 bezeichneten Teile befinden sich auf einer Aktuatorebene.
Diese Erfindung beschreibt einen neuen, modellbasierten Regelungsansatz für einen Verbrennungsmotor. Das Konzept ermöglicht gleichermaßen die Behandlung von Otto- und Dieselmotoren, so dass es auch auf zukünftige Brennverfahren angewendet werden kann. Eine wesentliche Eigenschaften der Erfindung liegt darin, dass eine neue Funktionsarchitektur als Grundlage für eine neue Luftsystemregelung von Verbrennungsmotoren vorgeschlagen wird. Hierbei werden physikalisch motivierte, modellbasierte Regelungsansätze für eine möglichst einfache Applikation verwendet. Es wird eine hierarchische Struktur zur besseren Übersicht und Skalierbarkeit eingehalten, so dass sich eine Verwendbarkeit für andere Brennverfahren und unterschiedlich ausgestattete Motoren ergibt. Jedem Stellglied 40, 44, 48, 76, 80 und 84 wird eine feste Regelgröße 34, 36, 38, 72, 74 zugeordnet, wobei diese Regelgröße eine physikalische Größe betrifft, die von dem zugeordneten Stellglied 40, 44, 48, 76, 80 und 84 beeinflusst wird. Der Zustand des Luft- und Abgassystem ist durch die Festlegung dieser unterlagerten Regelgrößen 34, 36, 38, 72, 74 eindeutig definiert. Es ist eine dynamische Führung der Regelgrößen möglich, so beispielsweise eine strategische Überführung des Motors in andere Betriebszustände mit verschiedenen Zielgrößen, wie beispielsweise eine maximale Leistung oder minimale Schadstoffemissionen.
Es wird das Gesamtsystem umfassend das Luft- und Abgassystem erfasst, wobei sich dies auch auf andere Teile der Motorsteuergeräte-Software, wie ein Einspritzsystem, übertragen bzw. anwenden lässt. Es handelt sich um eine streng hierarchische Struktur, wobei Verkopplungen und Strategien auf den oberen Ebenen für alle Teilsysteme gemeinsam gelöst bzw. festgelegt werden. Das erfindungsgemäße Regelungskonzept ist Skalierbar, d. h. das Regelungskonzept lässt sich auf Grund der Hierarchie mit möglichst geringem Aufwand insbesondere bei der Applikation durch weitere Stellglieder erweitern, wie beispielsweise einen variabler Ventiltrieb. Es besteht die Möglichkeit der Trajektorienvorgabe und -folgeregelung für ausgewählte Systemgrößen aufgrund der ganzheitlichen Betrachtung des Verbrennungsmotors. Dies ist vor allem bei Betriebsartenübergängen und dynamischer Führung relevant.
Die erfindungsgemäße Funktionsarchitektur wird nun auf ein neues Luftsystemregelungskonzept, wie beispielhaft in 1 dargestellt, angewendet. Dabei werden zunächst einmal die bekannten aktuellen und zukünftigen Aktoren 40, 44, 48, 76, 80, 84 im Gesamtsystem des Luft- und Abgassystem von Verbrennungsmotoren gesammelt und Ihre zugehörige physikalische Größe, die von diesem Steller maßgeblich beeinflusst wird, als dem Aktuator zugeordnete Regelgröße 34, 36, 38, 72, 74 definiert. Jede dieser Regelgrößen 34, 36, 38, 72, 74 erhält einen Sollwert, der beispielsweise aus einem Kennfeld oder physikalischen Modell bestimmt wird. Die Regelgröße wird unter Berücksichtigung des aktuellen Zustands des Luft- und Abgassystem möglichst schnell und genau auf den Sollwert eingeregelt. Dies betrifft die unterste Ebene der neuen Luftsystemregelungsstruktur, d. h. die Aktuatorebene mit den Stellern 40, 44, 48, 76, 80, 84. Die Sollwerte für die verschiedenen Aktuatoren werden von den übergeordneten Schichten der Regelungsstruktur erzeugt. Dabei werden teilweise Kennfelder, vorwiegend aber physikalische Modelle verwendet. Diese erlauben eine Entkopplung der verschiedenen Regelgrößen voneinander, eine dynamische Beeinflussung bzw. Korrektur und die Berücksichtung von Nichtlinearitäten im Gesamtsystem des Motors.
Um zu den Sollgrößen für die verschiedenen Aktuatoren zu gelangen und um die für die Regelung notwendigen Istwerte zu erhalten, werden die Istwerte entweder gemessen oder über physikalische Modelle berechnet. Eingangsgrößen der physikalischen Modelle sind beispielsweise modellierte und/oder gemessene Größen, wie beispielsweise eine Drossel. Durch die Berechnung der Sollgrößen für jeden Aktuator wird der Zustand des Luft- und Abgassystems eindeutig beschrieben und vor allem definiert. Dies ist eine der entscheidenden Neuerungen zu bekannten Regelsystemen. Bei bekannten Luftsystemregelungen, die als Sollwerte lediglich den Ladedruck und den Luftmassensollwert verwenden, können identische Sollwerte durch unterschiedliche Stellungen der Aktuatoren (Schaufelstellung ATL, Stellung Drosselklappe, Stellung VVT, Stellung Niederdruck + Hochdruck AGR-Ventil) erreicht werden. Diese beiden Sollwerte definieren den Zustand des Luft- und Abgassystems also nicht eindeutig. Dieses Problem verschärft sich noch in den Übergängen zwischen unterschiedlichen Betriebsarten, in denen auch noch die Regelgrößen teilweise umgeschaltet werden, beispielsweise von Luftmasse und Ladedruck auf Füllung. Damit ist der Zustand des Luft- und Abgassystems in diesen Übergängen nicht mehr bestimmt. Im Gegensatz dazu werden bei der vorliegenden Erfindung auf der obersten Ebene die globalen Zielgrößen definiert und daraus die Sollgrößen bzw. Regelgrößen für jeden Aktuator abgeleitet bzw. berechnet. Damit definieren diese Größen auch in Betriebsartenübergängen eindeutig den Zustand des Luft- und Abgassystems. Dadurch ist eine Führung des Luft- und Abgassystems jederzeit möglich. Außerdem können dynamische Eingriffe in das Gesamtsystem an der richtigen Stelle wesentlich leichter realisiert werden.
Die oben schon erwähnten globalen Zielgrößen sind in dem erfindungsgemäßen Ansatz die Gasmasse im Zylinder 11 des Verbrennungsmotors und die Abgasrückführrate 52 des Gasgemisches im Zylinder. Alternativ können als Zielgrößen auch der Quotient aus AGR-Rate und der Lambda-Wert, abgekürzt iAGR und der Quotient aus der Inertgasrate und der Gesamtgassumme, abgekürzt iGR, verwendet werden.
Also je ein Sollwert für die Gesamtmasse im Zylinder 11 und einer für die Gaszusammensetzung im Zylinder, welche sich aus der AGR-Rate 52 ergibt. Diese Sollwerte werden beispielsweise zylinderindividuell oder für alle Zylinder gleich vorgegeben und auch eingestellt. Voraussetzung dafür sind allerdings schnelle zylinderindividuelle Stelleinrichtungen, wie beispielsweise ein variabler Ventiltrieb, und eine zylinderindividuelle Messung bzw. Modellierung der Masse bzw. der Zusammensetzung des Gases in den Zylindern bzw. Brennräumen. Ein Ausführungsbeispiel ist dabei die zylinderindividuelle Bestimmung der Gasmasse im Zylinder. Dieses zylinderdruckbasierte Gasmassenmodell kann dann für die Bestimmung der Gasmasse 11 im Brennraum aber auch invertiert zur Vorsteuerung eines variablen Ventiltriebes (VVT) genutzt werden.
In dem erfindungsgemäßen Regelungskonzept werden die Motorfüllung 11 und eine Abgasrückführrate 52 als Zielgrößen bzw. Führungsgrößen definiert, alternativ wiederum IAGR.
Diese Führungsgrößen sind Zielgrößen für die Gaszusammensetzung im Zylinder des Verbrennungsmotors und definieren eindeutig das Luft-Abgasgemisch im Brennraum 10. Die Zielgrößen gelten für Otto- und Dieselmotoren. Optional wird den Zylinder-Zielgrößen noch ein weiterer Block übergeordnet. In diesem wird dann beispielsweise aus einem Ziel-Lambda beim Ottomotor und der gewünschten AGR-Rate die Sollfüllung berechnet. Ausgehend von diesen Zielgrößen werden noch weitere Blöcke zwischen den Zielgrößen und den Funktionsblöcken für die Aktuatoransteuerung gefüllt.
Die erfindungsgemäße Luftsystemregelung ist für Ottomotoren und Dieselmotoren einsetzbar und derart modular aufgebaut, dass sie erweiterbar ist. Dies ist wichtig, wenn neue Aktoren bei Verbrennungsmotoren zum Einsatz kommen.
Nachfolgend wir ein Beispiel für eine ND-AGR-Regelung beschrieben. Der Sollwert des Niederdruck-AGR-Systems ist entsprechend der 1 eine Niederdruck-AGR-Rate 64. Diese wird aus der Gesamt-AGR-Rate 58 mit Hilfe eines vorgebbaren Verteilungsfaktors bestimmt. Durch Multiplikation mit dem Bezugsmassenstrom ergeben sich so für die beiden Abgasrückführventile 76 und 80 die einzustellenden Massenströme 72, 74, die als deren wesentliche Beeinflussungsgrößen aufgefasst werden. Im Gegensatz dazu ist die Abgasklappe 84 dafür vorgesehen, einen bestimmten Druckabfall über dem Niederdruck-AGR-Ventil 80 zu erzeugen. Aus diesem Grund wird hier nicht der Massenstrom durch die Abgasklappe, sondern der Differenzdruck 75 über dem Ventil 80 als Regelgröße verwendet. Die einzelnen Steller werden dann in Richtung der dargestellten höheren Ebenen in Funktionsgruppen zusammengefasst. Abgasklappe 84 und Niederdruck-AGR-Ventil 80 bilden entsprechend eine Gruppe zur Einstellung eines Niederdruck-AGR-Massenstroms 74. Dabei stellt der zugehörige Koordinator 70 sicher, dass die Abgasklappe 84 nur soweit angestellt wird, wie für den angeforderten Massenstrom 74 notwendig. So kann ein unnötig hoher Abgasgegendruck und die damit einhergehende Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs vermieden werden. Entsprechend erfolgt erst hier die Berechnung des Sollwertes für den Abgasklappenregler. Eine einfache Realisierung des ”Koordinators ND-AGR” 70 basiert auf der nach dem Druck p₁ umgestellten Drosselgleichung (1) für ṁ. Dazu wird aus dem Sollventilmassenstrom und der maximalen Ventilfläche der minimal erforderliche Staudruck vor dem AGR-Ventil berechnet. Der zugehörige Klappenregelkreis sowie der Ventilregelkreis mit dem Niederdruck-AGR-Massenstrom 74 als Regelgröße enthalten einen einfachen linearen Regler mit einer modellbasierten Vorsteuerung, die mit Hilfe der Drosselgleichung (1) die zur Einstellung des angeforderten Sollwerts erforderliche Querschnittsfläche berechnet und additiv zur Reglerstellgröße vorgibt.
Nachfolgend wird ein Beispiel für die Einbindung eines VVT-Stellers beschrieben. Ausgangspunkt der im Folgenden vorgestellten Regelung der Gesamtladungsmasse ist der Druck p_z,180, der gleichzeitig auch der zentrale Bestandteil des zuvor vorgestellten Modells ist. Unter der Annahme, dass sich die Temperatur im unteren Totpunkt (UT) vor der Kompression gegenüber dem Druck vergleichsweise langsam ändert, wird ein lokaler Verstärkungsfaktor zwischen Druck und Gesamtladungsmasse gemäß folgender Formel berechnet.
Mit dessen Hilfe lässt sich aus einem Sollwert für die Zylinderfüllung der bei der aktuellen Gastemperatur notwendige Druck im unteren Totpunkt (UT) berechnen. Die vorhandenen Gassystemsteller werden dann genutzt, um diesen vom Ladedruck ausgehend einzustellen. Gleichzeitig wird die Überbestimmtheit des Systems dahingehend ausgenutzt, dass beispielsweise ein höherer Ladedruck angefordert wird, als für den aktuellen Gasmassensollwert erforderlich. Dieser erhöhte Druck wird dann durch Drosselklappe 40 und Ventiltrieb 48 auf den eigentlichen Sollwert im Zylinder abgesenkt. Dadurch entsteht eine Art Druckreserve im System, die im dynamischen Betrieb kurzfristig freigegeben und für eine schnelle Erhöhung der Zylinderladungsmasse genutzt wird. Selbstverständlich ist ein derartiges Vorgehen stets vor dem Hintergrund der verursachten Verbrauchserhöhung zu betrachten. Dennoch bietet die vorgeschlagene Struktur auch ohne Verwendung von Druckvorhalten Vorteile, wobei Drosselklappe 40 und Ventiltrieb 48 dann immer noch zum Ausgleich eines ungewollten Ladedrucküberschwingens genutzt werden. 2 zeigt eine beispielhafte Regelungsstruktur zur Beeinflussung der Zylinderladungsmasse mit den vorgenannten Eigenschaften unter Einbeziehung eines variablen Ventiltriebs. In 2 bezeichnet 88 einen Füllungssollwert, 90 einen Füllungsistwert, 92 ein Füllungsmodell, 94 einen Vorhalt Ventiltrieb, 96 ein Vorsteuermodell, 98 eine Phasenlage, 100 eine Strecke, 102 einen Solldruck im UT, 104 einen Vorhalt Ventiltrieb, 106 einen Sollsaugrohrdruck, 108 einen Vorhalt Drosselklappe, 110 einen Ladedrucksollwert, 112 eine Ladedruckregelung, 114 ein Drosselmodell, 116 eine Drosselfläche und 118 eine Strecke.
Die vorgestellte Gassystemregelung birgt allein aufgrund der gezielten Wahl der Führungsgrößen Zylinderfüllung 11 und AGR-Rate 52 das Potenzial den Schadstoffausstoß zu reduzieren. Darüber hinaus werden aber auch Mechanismen zur Verfügung gestellt, die einen kurzzeitigen, nicht stationären, Eingriff in das Gassystem erlauben. Dabei geht es darum, die Überbestimmtheit des Systems aufgrund der Vielzahl vorhandener Aktuatoren dahingehend auszunutzen, dass auf Abweichungen von den stationären Sollwerten reagiert werden kann. Im Gegensatz zu konventionellen Systemen erfolgt hier bewusst eine Abkehr von einer reinen Stationärapplikation. Als Beispiel wird auf die zuvor beschriebene Regelung der Zylinderfüllung mit Druckvorhalten verwiesen. Ausgehend vom Sollwert der Ladungsmasse im Brennraum werden hier Sollwerte für die unterlagerten Druckregelungen ermittelt. Tritt im dynamischen Betrieb beispielsweise ein Überschwinger im Ladedruck auf, so wird die Drosselklappe von ihrem eigentlich vorgesehenen Druckvorhalt abweichen und einen höheren Druckabfall erzeugen. So kann dem für die Einstellung der Füllung relevanten Saugrohrdrucksollwert deutlich besser gefolgt werden. In gleicher Weise wird auch ein mangelnder Ladedruck durch die Freigabe eines evtl. aufgebauten Vorhalts ausgeglichen. Überschwinger im Ladedruck können gut ausgeglichen werden, so dass der Druck im Zylinder und damit auch die Ladungsmasse insgesamt gesehen sehr gut dem vorgegebenen Sollwert folgt. Vor allem gegenüber dem Regelverhalten des Ladedrucks wird eine deutliche Verbesserung erzielt.
Eine weitere Möglichkeit für dynamische Eingriffe in das Motorgassystem stellt die Rauchbegrenzung dar. In konventionellen Systemen wird dabei meist in Abhängigkeit von der gemessenen aktuellen Frischluftmasse die einzuspritzende Kraftstoffmasse derart begrenzt, dass ein bestimmtes Verbrennungsluftverhältnis nicht unterschritten wird. Dies bewirkt unmittelbar eine Abweichung des vom Fahrer über die Fahrpedalstellung angeforderten Drehmoments. In vielen Fällen wird dabei nicht in die Sollwerte für die AGR-Regelung eingegriffen, obwohl eine Verringerung des Abgasanteils der Zylinderladung bereits die Verbrennung höherer Kraftstoffmassen ermöglicht. Aus diesem Grund wird hier zunächst die bei der aktuellen Zylindergasmasse m_z zulässige AGR-Rate r_z berechnet, wenn die für das angeforderte Moment erforderliche Kraftstoffmasse m_K umgesetzt werden soll.
Darin bezeichnet l_st das stöchiometrische Luftverhältnis und λ_gr das zulässige Grenz-Verbrennungsluftverhältnis, das zur Verhinderung einer erhöhten Rußbildung nicht unterschritten werden soll. Erst wenn auch eine AGR-Rate von 0% der Einhaltung von λ_gr widerspricht, erfolgt eine Begrenzung der Kraftstoffmasse. Dazu kann ebenfalls Gleichung (2) verwendet werden. Sollen auch die Stickoxidemissionen während einer aktiven Rauchbegrenzung kontrolliert werden, ist die Vorgabe einer Mindest-AGR-Rate möglich. In diesem Fall erfolgt die Begrenzung der Kraftstoffmasse entsprechend früher, wobei sich dann stets eine bestimmte Abgasmasse im Brennraum befindet.
Moderne Dieselmotoren stellen aufgrund der Vielzahl der zur Verfügung stehenden Gassystemsteller und der damit entstehenden Freiheitsgrade hohe Anforderungen an die Regelungsfunktionen der Motorsteuerung. Die vorliegende Erfindung stellt sich insbesondere der Herausforderung, die Überbestimmtheit des Systems im dynamischen Betrieb auszunutzen. Hierzu erfolgt einerseits die Zuordnung der einzelnen Aktoren zu physikalischen Sollwerten und andererseits die Strukturierung der Regelungsfunktionen. Es werden Führungsgrößen verwendet, die eine zielgerichtete Beeinflussung der relevanten Schadstoffemissionen auch in der Dynamik erlauben. Die angegebenen Regelungsfunktionen stellen dadurch Eingriffsmöglichkeiten für den dynamischen Motorbetrieb zur Verfügung, die über den hier dargestellten Umfang hinaus gehen. Beispielhaft seien hier Maßnahmen für einen Ausgleich der Unterschiede in den Gaslaufzeiten zwischen Hoch- und Niederdruck-AGR, dynamische Anpassungen der AGR-Verteilung (Hochdruck-Niederdruck) oder kurzfristige Anhebungen der AGR-Rate im Schubbetrieb genannt.
In Anbetracht der aktuellen und zukünftigen Emissionsgrenzen für PKW kommt dem Motorgassystem eine besondere Bedeutung bei der Erforschung innermotorischer Maßnahmen zur Emissionsreduzierung zu. Insbesondere der dynamische Betrieb birgt derzeit noch ein großes ungenutztes Potenzial zur Optimierung. Dies liegt an den über Jahre gewachsenen Strukturen in der Steuergerätesoftware sowie an der Auswahl von Regelgrößen und unzureichend abgebildeten physikalischen Zusammenhängen. In der Folge wird eine zunehmende Anzahl von Teilproblemen (insbesondere der Betrieb von Abgasnachbehandlungssystemen) in eigene Betriebsarten ausgelagert. Diese sind durch eigene Sollwerte aber auch eigene Regelungsstrukturen und Führungsgrößen gekennzeichnet, so dass beim Wechsel von Betriebsarten zwischen verschiedenen Regelungsverfahren umgeschaltet werden muss. Dadurch entsteht neben einem hohen Applikationsaufwand auch eine unübersichtliche Gesamtsoftware. Die vorliegende Erfindung stellt ein neues Konzept zur Regelung des Gassystems von Verbrennungsmotoren zur Verfügung. Darin werden den einzelnen (aktuellen und zukünftig absehbaren) Aktuatoren Sollwerte nach ihrer physikalischen Wirkung zugeordnet. In einer hierarchischen Struktur werden dann die Kopplungen und Nichtlinearitäten des Systems abgebildet. Durch die Schaffung zusätzlicher Schnittstellen für dynamische, nur kurzfristig wirksame Eingriffe erfolgt zudem eine Abkehr von einer reinen Stationärapplikation. Damit erfolgen gezielte Abweichungen von den stationären Sollwerten, so dass der dynamische Betrieb optimiert wird. Durch die hierarchische Strukturierung wird zudem die Anwendung auf andere Motorenkonzepte mit weniger oder sogar mehr Aktoren erleichtert. Auch eine in weiten Bereichen gleichwertige Betrachtung von Otto- und Dieselmotoren ist durch die eingesetzten modellbasierten Regelungsverfahren möglich.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Brennraum in mindestens einem Arbeitszylinder, wobei mindestens ein Aktuator von einem Regler in Abhängigkeit von einer Regelgröße durch einen Vergleich eines Sollwertes für die Regelgröße dieses Aktuators mit einem Istwert für die Regelgröße dieses Aktuators eingestellt wird, sowie für mindestens einen Aktuator als Regelgröße eine von diesem Aktuator beeinflusste physikalische Größe verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine in einer Regelung mit hierarchischer Struktur geregelt wird, wobei auf einer obersten Ebene der Regelung globale Zielgrößen definiert und daraus die Regelgrößen für jeden Aktuator abgeleitet werden, und dass die Brennkraftmaschine in unterschiedlichen Betriebsarten ohne Strukturumschaltung in der Regelung betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert für mindestens eine Regelgröße aus einem Sollwert für eine Gasmasse in einem Brennraum der Brennkraftmaschine und/oder einem Sollwert für eine Gaszusammensetzung in einem Brennraum der Brennkraftmaschine bestimmt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktuator eine Drosselklappe umfasst, für die als Regelgröße ein Saugrohrdruck verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sollwert für den Saugrohrdruck aus einem Sollwert für einen Brennraumdruck bei einem vorbestimmten Referenzwinkel im Ladungswechsel bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert für den Brennraumdruck bei einem vorbestimmten Referenzwinkel im Ladungswechsel aus einem Sollwert für eine Gasmasse in einem Brennraum bestimmt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktuator eine variable Turbinengeometrie einer Turbine eines Abgasturboladers umfasst, für die als Regelgröße ein Abgasgegendruck verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sollwert für den Abgasgegendruck aus einem Sollwert für einen Ladedruck bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert für den Ladedruck aus einem Sollwert für eine Gasmasse in einem Brennraum bestimmt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktuator einen variablen Ventiltrieb (VVT), insbesondere einen Phasensteller, von Gaswechselventilen der Arbeitszylinder umfasst, für den als Regelgröße ein Brennraumdruck bei einem vorbestimmten Referenzwinkel im Ladungswechsel verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sollwert für den Brennraumdruck bei einem vorbestimmten Referenzwinkel im Ladungswechsel aus einem Sollwert für eine Gasmasse in einem Brennraum bestimmt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktuator ein Hochdruck(HD)-Abgasrückführungs(AGR)-Ventil umfasst, für das als Regelgröße ein Massenstrom der Hochdruck(HD)-Abgasrückführung(AGR) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sollwert für den Massenstrom der HD-AGR aus einem Sollwert für eine HD-AGR-Rate bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert für die HD-AGR-Rate aus einem Sollwert für eine externe AGR-Rate bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert für die externe AGR-Rate aus einem Sollwert für eine AGR-Rate in einem Brennraum bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert für die AGR-Rate in einem Brennraum aus einem Sollwert für eine Gaszusammensetzung im Brennraum bestimmt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktuator ein Niederdruck(ND)-Abgasrückführungs(AGR)-Ventil umfasst, für das als Regelgröße ein Massenstrom der Niederdruck(ND)-Abgasrückführung(AGR) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sollwert für den Massenstrom der ND-AGR aus einem Sollwert für eine ND-AGR-Rate bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert für die ND-AGR-Rate aus einem Sollwert für eine externe AGR-Rate bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert für die externe AGR-Rate aus einem Sollwert für eine AGR-Rate in einem Brennraum bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert für die AGR-Rate in einem Brennraum aus einem Sollwert für eine Gaszusammensetzung im Brennraum bestimmt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktuator eine Abgasklappe und/oder eine Drosselklappe vor einer ND-AGR-Zuführung umfasst, für die als Regelgröße ein Differenzdruck über das ND-AGR-Ventil verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sollwert für den Differenzdruck über das ND-AGR-Ventil aus einem Sollwert für eine ND-AGR-Rate bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert für die ND-AGR-Rate aus einem Sollwert für eine externe AGR-Rate bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert für die externe AGR-Rate aus einem Sollwert für eine AGR-Rate im Brennraum bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert für die AGR-Rate in einem Brennraum aus einem Sollwert für eine Gaszusammensetzung im Brennraum bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 und mindestens einem der Ansprüche 3 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass ein höherer Ladedruck angefordert wird, als für den aktuellen Gasmassensollwert erforderlich.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der höhere Ladedruck mittels mindestens einem Aktuator auf einen für den aktuellen Gasmassensollwert erforderlich Wert abgesenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Absenkung des höheren Ladedrucks beendet wird, wenn eine höhere Lastanforderung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2 und mindestens einem der Ansprüche 3 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Erhöhung oder Erniedrigung der ND-AGR auf einen neuen Wert, ein Wert für die HD-AGR solange erhöht bzw. erniedrigt wird, bis die ND-AGR den neuen Wert am Brennraum zur Verfügung stellt.
Verfahren nach Anspruch 2 und mindestens einem der Ansprüche 3 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine die AGR-Rate für eine vorbestimmte Zeit angehoben, ein Anteil der HD-AGR angehoben und/oder die Gesamtgasmasse im Brennraum abgesenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert für eine Gaszusammensetzung eine AGR-Rate, eine Inertgasrate oder ein Quotient von AGR-Rate zu einem Lambdawert ist.