DE102010038326A1 - Increasing the exhaust gas recirculation flow or the exhaust gas recirculation rate with the exhaust gas recirculation valve already open - Google Patents
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Abstract
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Motorsteuerverfahren für einen Verbrennungsmotor mit Abgasturbolader, Ladedrucksteller, Drossel und Abgasrückführung mit Abgasrückführventil. Zur Erhöhung des Abgasrückführstroms oder der Abgasrückführrate bei bereits im Wesentlichen offenem Abgasrückführventil wird der Ladedrucksteller derart angesteuert, dass der abgasseitige Druck stromaufwärts der Turbine erhöht wird. Gemäß dem Verfahren wird außerdem der Öffnungsgrad der Drossel verringert, so dass eine mit dem Ansteuern des Ladedruckstellers verbundene Erhöhung des Frischluftstroms oder des ansaugtraktseitigen Drucks stromabwärts der Drossel zumindest teilweise kompensiert oder verhindert wird.One aspect of the invention relates to an engine control method for an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger, boost pressure regulator, throttle and exhaust gas recirculation with exhaust gas recirculation valve. To increase the exhaust gas recirculation flow or the exhaust gas recirculation rate when the exhaust gas recirculation valve is already essentially open, the charge pressure regulator is activated in such a way that the exhaust gas-side pressure is increased upstream of the turbine. According to the method, the degree of opening of the throttle is also reduced, so that an increase in the fresh air flow or the pressure on the intake tract downstream of the throttle associated with the actuation of the boost pressure actuator is at least partially compensated for or prevented.
Description
Die Erfindung betrifft ein Motorsteuerverfahren für einen Verbrennungsmotor mit Abgasturbolader und Abgasrückführung. Die Erfindung betrifft insbesondere die Erhöhung des Abgasrückführstroms (oder der Abgasrückführrate) bei bereits im Wesentlichen offenen Abgasrückführventil.The invention relates to an engine control method for an internal combustion engine with exhaust gas turbocharger and exhaust gas recirculation. In particular, the invention relates to increasing the exhaust gas recirculation flow (or exhaust gas recirculation rate) while the exhaust gas recirculation valve is already substantially open.
Aus dem Stand der Technik sind Verbrennungsmotoren bekannt, die einen Abgasturbolader mit Turbine und Verdichter und eine externe Abgasrückführung mit Abgasrückführventil umfassen. Ein beispielhafter Verbrennungsmotor hierfür ist in dem Lehrbuch
Bei einem Verbrennungsmotor mit Abgasturbolader und Abgasrückführung kann sich eine instabile Einregelung bei Vorgabe der Zylinderfüllung (Frischluftstrom und Abgasrückführstrom) ergeben, insbesondere in dem Fall, wenn der Abgasrückführstrom nur über eine Drosselung vom Luftstrom erreicht wird.In an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger and exhaust gas recirculation, an unstable regulation can occur when specifying the cylinder charge (fresh air flow and exhaust gas recirculation flow), in particular in the case when the exhaust gas recirculation flow is only achieved by throttling the air flow.
Die Menge des zurückgeführten Abgases hängt von dem Öffnungsgrad des Abgasrückführventils ab. Außerdem wird die Menge des zurückgeführten. Abgases durch die Druckdifferenz zwischen dem abgasseitigen Druck stromaufwärts der Turbine (auch als Abgasgegendruck bezeichnet) und dem Saugrohrdruck beeinflusst.The amount of the recirculated exhaust gas depends on the opening degree of the exhaust gas recirculation valve. In addition, the amount of returned. Exhaust gas influenced by the pressure difference between the exhaust gas pressure upstream of the turbine (also referred to as exhaust back pressure) and the intake manifold pressure.
Zur Erhöhung vom Abgasrückführstrom (oder entsprechend der Abgasrückführrate) bei im Wesentlichen offenen Abgasrückführventil kann der Druck auf der Ansaugseite über ein Verringern des Öffnungsgrads der Drosselklappe reduziert werden, da mit Verringern des Öffnungsgrads die Frischluft gedrosselt wird und so der Druck stromabwärts der Drossel reduziert wird, wodurch der Abgasrückführstrom zunimmt. Diese Erhöhung des Abgasrückführstroms über die Verstellung der Drosselklappe weist eine hohe Dynamik auf, d. h. bei Verringern des Öffnungsgrads der Drossel nimmt der Abgasrückführstrom in kurzer Zeit zu. Die mit der Verringerung des Öffnungsgrads der Drossel verbundene Reduzierung des Frischluftstroms und des Drucks stromabwärts der Drossel kann über den Ladedrucksteller, der die Leistungsaufnahme der Turbine beeinflusst, bei entsprechendem Wunsch nur langsam ausgeregelt werden. Der Ladedruckregler bemerkt nämlich die Reduzierung des Ladedrucks und steuert zum Ausgleich den Ladedrucksteller entsprechend an; die Kompensation dieser Reduzierung des saugseitigen Frischluftstroms und des saugseitigen Ladedrucks dauert jedoch länger, da der Ladedruckregler abgasseitig eingreift und der Turbolader beschleunigt werden muss; durch die Ansteuerung des Ladedruckstellers steigt zugleich der abgasseitige Druck stromaufwärts der Turbine und bewirkt eine schnelle Erhöhung vom Abgasrückführstrom; Durch das schnelle Reagieren vom Abgasrückführstrom auf die Drosselklappe und den Ladedrucksteller neigt das System bei Kopplung über die Ladedruckregelung (Saugdruck) zum Schwingen.In order to increase the exhaust gas recirculation flow (or the exhaust gas recirculation rate) with the EGR valve substantially open, the pressure on the intake side may be reduced by decreasing the opening degree of the throttle valve, since reducing the opening degree throttles the fresh air and thus reducing the pressure downstream of the throttle, whereby the exhaust gas recirculation flow increases. This increase in the exhaust gas recirculation flow via the adjustment of the throttle valve has a high dynamic, d. H. When reducing the opening degree of the throttle, the exhaust gas recirculation flow increases in a short time. The reduction of the fresh air flow and the pressure downstream of the throttle associated with the reduction in the degree of opening of the throttle can be adjusted only slowly if desired by the charge pressure controller, which influences the power consumption of the turbine. Namely, the charge pressure regulator notices the reduction of the boost pressure and controls the charge pressure plate accordingly to compensate; However, the compensation of this reduction in the intake-side fresh air flow and the intake-side boost pressure takes longer because the boost pressure regulator must intervene on the exhaust gas side and the turbocharger must be accelerated; by controlling the boost pressure plate at the same time increases the exhaust gas pressure upstream of the turbine and causes a rapid increase of the exhaust gas recirculation flow; Due to the rapid reaction of the exhaust gas recirculation flow to the throttle valve and the boost pressure plate, the system tends to oscillate when coupled via the boost pressure control (suction pressure).
Aus der Druckschrift
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Motorsteuerverfahren für einen Verbrennungsmotor mit Abgasturbolader und Abgasführung anzugeben, wobei bei Erhöhung des Abgasrückführstroms oder der Abgasrückführrate bei bereits im Wesentlichen offenem Abgasrückführventil der langsame Ladedrucksteller keine oder nur eine geringe Schwingneigung aufweist. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Motorsteuergerät anzugeben.It is an object of the invention to provide an engine control method for an internal combustion engine with exhaust gas turbocharger and exhaust system, wherein when increasing the exhaust gas recirculation flow or the exhaust gas recirculation rate at already substantially open exhaust gas recirculation valve, the slow boost pressure plate has no or only a slight tendency to oscillate. In addition, it is an object of the invention to provide a corresponding engine control unit.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.The object is solved by the features of the independent claims.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Motorsteuerverfahren für einen Verbrennungsmotor. Der Verbrennungsmotor weist einen Abgasturbolader mit einer Turbine und einem Verdichter auf. Hierbei handelt es beispielsweise um einen Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie. Dieser Abgasturboladertyp wird auch als VTG-Lader (Variable Turbinengeometrie – VTG) oder VNT-Lader (variable nozzle turbocharger) bezeichnet. Alternativ kann auch anderer Abgasturbolader verwendet werden, beispielsweise ein sogenannter Wastegate-Lader.A first aspect of the invention relates to an engine control method for an internal combustion engine. The internal combustion engine has an exhaust gas turbocharger with a turbine and a compressor. This is, for example, an exhaust gas turbocharger with variable turbine geometry. This exhaust gas turbocharger type is also referred to as VTG (variable turbine geometry - VTG) or variable nozzle turbocharger (VNT) loaders. Alternatively, it is also possible to use another exhaust gas turbocharger, for example a so-called wastegate loader.
Ferner ist ein Ladedrucksteller vorhanden, welcher den Ladedruck dadurch einstellt, indem die Leistungsaufnahme durch die Turbine beeinflusst wird. Mit anderen Worten: Durch den Ladedrucksteller wird also der Antrieb der Turbine beeinflusst. Indem der Antrieb der Turbine beeinflusst wird, stellt sich ein bestimmter abgasseitiger Druck stromaufwärts der Turbine ein. Bei dem Ladedrucksteller kann es sich beispielsweise um den Ladedrucksteller eines VGT-Laders oder den Ladedrucksteller eines Wastegate-Laders handeln.Further, there is a boost pressure plate which adjusts the boost pressure thereby by affecting the power consumption by the turbine. In other words, the charge pressure controller influences the drive of the turbine. By influencing the drive of the turbine, a certain exhaust side pressure is established upstream of the turbine. The charge pressure regulator can be, for example, the charge pressure regulator of a VGT supercharger or the charge pressure regulator of a wastegate supercharger.
Ferner ist eine Drossel mit einstellbarem Öffnungsgrad vorhanden; diese ist vorzugsweise im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors stromabwärts des Verdichters angeordnet. Der Verbrennungsmotor weist eine Abgasrückführung mit Abgasrückführventil auf, welche Abgas stromaufwärts der Turbine abzweigt und stromabwärts der Drossel in den Ansaugtrakt zurückführt.Furthermore, a throttle with adjustable opening degree is present; this is preferably downstream in the intake tract of the internal combustion engine arranged the compressor. The internal combustion engine has exhaust gas recirculation with an exhaust gas recirculation valve, which branches off exhaust gas upstream of the turbine and returns downstream of the throttle into the intake tract.
Zur Erhöhung des Abgasrückführstroms (insbesondere der Masse des Abgasrückführstroms) oder der Abgasrückführrate bei bereits im Wesentlichen offenem Abgasrückführventil werden gemäß dem Verfahren folgende Schritte ausgeführt:
Der Ladedrucksteller wird derart angesteuert, dass der abgasseitige Druck stromaufwärts der Turbine erhöht wird. Durch die Erhöhung des Abgasgegendrucks nehmen der Abgasrückführstrom und die Abgasrückführrate zu. Diese Zunahme des Abgasgegendrucks und des Abgasrückführstroms weist eine hohe Dynamik auf, d. h. mit Ansteuerung des Ladedruckstellers, der zunächst abgasseitig eingreift, wird der abgasseitige Druck schnell erhöht und damit auch schnell der Abgasrückführstrom erhöht.In order to increase the exhaust gas recirculation flow (in particular the mass of the exhaust gas recirculation flow) or the exhaust gas recirculation rate with an already substantially open exhaust gas recirculation valve, the following steps are carried out according to the method:
The boost pressure plate is controlled such that the exhaust gas pressure upstream of the turbine is increased. By increasing the exhaust backpressure, the exhaust gas recirculation flow and the exhaust gas recirculation rate increase. This increase in the exhaust backpressure and the exhaust gas recirculation flow has a high dynamic, ie with control of the boost pressure plate, which initially engages the exhaust side, the exhaust gas pressure is increased quickly and thus also quickly increases the exhaust gas recirculation flow.
Gemäß dem Verfahren wird außerdem der Öffnungsgrad der Drossel verringert, so dass eine mit dem Ansteuern des Ladedruckstellers verbundene Erhöhung des Frischluftstroms oder des ansaugtraktseitigen Ladedrucks stromabwärts der Drossel zumindest teilweise kompensiert oder verhindert wird. Die eine langsame Dynamik aufweisende Erhöhung im Frischluftstrom kann also über die schnell wirkende Drossel ausgeregelt werden.According to the method, moreover, the opening degree of the throttle is reduced, so that an increase of the fresh air flow or the intake tract side boost pressure associated with the driving of the boost pressure plate is at least partially compensated or prevented downstream of the throttle. The slow dynamic increase in the fresh air flow can therefore be regulated by the fast-acting throttle.
Die vorstehend beschriebene Problematik der erhöhten Schwingneigung des Systems tritt hier also nicht auf. Der Turbolader bewirkt in diesem Fall eine langsame Erhöhung des ansaugtraktseitigen Ladedrucks stromaufwärts der Drossel; der Ladedruck stromabwärts der Drossel kann mit der Drosselklappe nahezu konstant gehalten werden und die Rückwirkung auf den Abgasrückführstrom ist gering. Auch die Drossel ist hier nicht von einer erhöhten Schwingneigung betroffen, da diese die vorstehend beschriebene Erhöhung im Frischluftstrom schnell ausgleichen kann.The above-described problem of increased oscillation tendency of the system does not occur here so. The turbocharger in this case causes a slow increase of intake manifold side boost pressure upstream of the throttle; the charge pressure downstream of the throttle can be kept almost constant with the throttle and the reaction to the exhaust gas recirculation flow is low. Also, the throttle is not affected by an increased tendency to oscillate, as this can quickly compensate for the increase in the fresh air flow described above.
Bei dem Verfahren kann vorgesehen sein, dass der Ladedrucksteller eine Erhöhung des Frischluftstroms oder des ansaugtraktseitigen Drucks vornimmt und erst dann die Drossel die Erhöhung zumindest teilweise kompensiert. Vorzugsweise reagiert die Drossel schnell, so dass schon eine geringfügige Erhöhung erkannt wird und von der Drossel zumindest teilweise kompensiert wird. Alternativ könnte auch vorgesehen sein, dass eine etwaige Erhöhung bereits im Vorfeld verhindert wird, indem die Drossel gleichzeitig mit dem Ladedrucksteller, kurz danach angesteuert oder sogar kurz davor angesteuert wird, so dass überhaupt keine Erhöhung auftritt (die ansonsten erkannt wird und dann von der Drossel kompensiert werden müsste).In the method, it can be provided that the boost pressure plate increases the fresh air flow or the intake air side pressure, and only then does the throttle at least partially compensate for the increase. Preferably, the throttle reacts quickly, so that even a slight increase is detected and is at least partially compensated by the throttle. Alternatively, it could also be provided that a possible increase is already prevented in advance by the throttle simultaneously with the boost pressure, shortly thereafter activated or even shortly before driven, so that no increase occurs (which is otherwise detected and then by the throttle would have to be compensated).
Bei dem Verfahren wird vorzugsweise die Abgasrückführung (insbesondere der Masse des Abgasrückführstroms oder die Abgasrückführrate) sowie der Ladedruck mit einem AGR-Regler (AGR – Abgasrückführung) bzw. einem Ladedruckregler geregelt. Erfindungsgemäß wird der Ladedrucksteller zur Erhöhung der Abgasrückführung im Fall eines im Wesentlichen offenen AGR-Ventils vorwendet; daher sieht die Erfindung vorzugsweise eine Kopplung von AGR-Regler und Ladedruckregler für den Fall von zu kleiner Abgasrückführmenge bei im Wesentlichen offenem AGR-Ventil vor.In the method, preferably the exhaust gas recirculation (in particular the mass of the exhaust gas recirculation stream or the exhaust gas recirculation rate) and the boost pressure with an EGR controller (EGR - exhaust gas recirculation) or a boost pressure regulator regulated. According to the invention, the boost pressure plate is used to increase the exhaust gas recirculation in the case of a substantially open EGR valve; Therefore, the invention preferably provides a coupling of EGR controller and boost pressure regulator in the case of too small exhaust gas recirculation amount at substantially open EGR valve.
Es wird darauf hingewiesen, dass ein im Wesentlichen offenes Abgasrückführventil nicht zwingend vollständig offen sein muss; es reicht, wenn durch eine etwaige weitere Öffnung des Abgasrückführventils die Abgasrückführmenge überhaupt nicht oder nur vernachlässigbar steigen würde.It should be noted that a substantially open exhaust gas recirculation valve does not necessarily have to be completely open; it is sufficient if the exhaust gas recirculation amount would not rise at all or only negligibly due to any further opening of the exhaust gas recirculation valve.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Verbrennungsmotor um einen Dieselmotor, obgleich das Verfahren auch bei einem Ottomotor verwendet werden kann.Preferably, the internal combustion engine is a diesel engine, although the method may also be used with a gasoline engine.
Vorzugsweise wird ein VTG-Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie verwendet. Bei Dieselmotoren wird aufgrund der im Vergleich zu Ottomotoren geringeren thermischen Belastung üblicherweise ein VTG-Lader statt eines Wastegate-Laders verwendet. Bei einem VTG-Lader ist der Strömungsquerschnitt, durch den das Abgas auf die Turbine strömt, durch verstellbare Leitschaufeln veränderbar. Der Ladedrucksteller wird zur Erhöhung des abgasseitigen Drucks stromaufwärts der Turbine vorzugsweise derart angesteuert, dass durch Verstellung der Leitschaufeln der Strömungsquerschnitt verringert wird. Im Fall eines VTG-Laders umfasst der Ladedrucksteller beispielsweise eine Verstelldose mit Verstellhebel oder Verstellgestänge, der bzw. das über einen Verstellring die Stellung der Leitschaufeln beeinflusst.Preferably, a VTG turbocharger with variable turbine geometry is used. Diesel engines typically use a VTG charger rather than a wastegate charger due to the lower thermal load compared to gasoline engines. In the case of a VTG loader, the flow cross section through which the exhaust gas flows onto the turbine can be varied by means of adjustable guide vanes. The boost pressure plate is preferably controlled to increase the exhaust gas pressure upstream of the turbine such that the flow cross section is reduced by adjusting the guide vanes. In the case of a VTG supercharger, the charge pressure controller comprises, for example, an adjusting box with adjusting lever or adjusting linkage, which influences the position of the guide vanes via an adjusting ring.
Alternativ kann auch ein sogenannter Wastegate-Lader verwendet werden. Hier wird ein variabler Anteil des Abgases über ein Bypass-Ventil an der Turbine vorbei in die Abgasanlage geleitet. Dies ermöglicht eine Einstellung des Ladedrucks.Alternatively, a so-called wastegate loader can be used. Here, a variable proportion of the exhaust gas is passed via a bypass valve past the turbine into the exhaust system. This allows adjustment of the boost pressure.
In beiden Fällen (VTG-Lader oder Wastegate-Lader) wird also der Ladedruck dadurch eingestellt, indem die Leistungsaufnahme der Turbine beeinflusst wird.In both cases (VTG loader or wastegate loader), the boost pressure is thus adjusted by influencing the power consumption of the turbine.
Bei dem Motorsteuerverfahren werden vorzugsweise
- – der Frischluftstrom oder der Ladedruck sowie
- – der Abgasrückführstrom (insbesondere die Masse des Abgasrückführstroms) oder die Abgasrückführrate
- - The fresh air flow or the boost pressure and
- - The exhaust gas recirculation flow (in particular the mass of the exhaust gas recirculation flow) or the exhaust gas recirculation rate
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Motorsteuergerät für einen vorstehend beschriebenen Verbrennungsmotor. Das Motorsteuergerät ist eingerichtet, zur Erhöhung des Abgasrückführstroms oder der Abgasrückführrate bei bereits im Wesentlichen offenem Abgasrückführventil folgende Schritte auszuführen: Der Ladedrucksteller wird derart angesteuert, dass der abgasseitige Druck stromaufwärts der Turbine erhöht wird. Außerdem wird der Öffnungsgrad der Drossel verringert, so dass eine mit dem Ansteuern des Ladedruckstellers verbundene langsame Erhöhung des Frischluftstroms oder des ansaugtraktseitigen Drucks stromabwärts der Drossel zumindest teilweise kompensiert oder verhindert wird.A second aspect of the invention relates to an engine control unit for an internal combustion engine as described above. The engine control unit is configured to carry out the following steps to increase the exhaust gas recirculation flow or the exhaust gas recirculation rate while the exhaust gas recirculation valve is already substantially open. The boost pressure regulator is controlled in such a way that the exhaust gas pressure upstream of the turbine is increased. In addition, the opening degree of the throttle is reduced, so that a slow increase in the fresh air flow or the intake tract side pressure downstream of the throttle associated with the driving of the boost pressure plate is at least partially compensated for or prevented.
Die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung gelten in entsprechender Weise auch für die erfindungsgemäße Steuervorrichtung nach dem zweiten Aspekt der Erfindung.The above statements on the method according to the invention according to the first aspect of the invention also apply correspondingly to the control device according to the invention according to the second aspect of the invention.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem vorstehend beschriebenen Verbrennungsmotor sowie einem Motorsteuergerät nach dem zweiten Aspekt der Erfindung.A third aspect of the invention relates to a motor vehicle having an internal combustion engine as described above and an engine control unit according to the second aspect of the invention.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Zuhilfenahme auf die beigefügte Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben.The invention will be described below with reference to the accompanying drawings with reference to an embodiment.
Die Zeichnung zeigt ein Beispiel für einen Verbrennungsmotor mit Abgasturbolader und Abgasrückführung. Die Steuerung des Verbrennungsmotors erfolgt über ein elektronisches Motorsteuergerät
Vorzugsweise wird ein VTG-Lader verwendet, welcher eine Turbine
Das Motorsteuergerät
Das Motorsteuergerät
Wie vorstehend ausgeführt, hängt die Menge des zurückgeführten Abgases sowohl von dem Öffnungsgrad eines Abgasrückführventils
Zur Erhöhung des Abgasrückführstroms oder der Abgasrückführrate bei bereits im Wesentlichen offenem Abgasrückführventil steuert das Motorsteuergerät
Durch die Erhöhung des Abgasgegendrucks P2 nehmen der Abgasrückführstrom und die Abgasrückführrate zu. Diese Zunahme des Abgasgegendrucks und des Abgasrückführstroms weist eine hohe Dynamik auf, d. h. mit Ansteuerung des Ladedruckstellers
Durch die Kopplung zwischen Turbine und Verdichter kommt es zwar auch zu einer Erhöhung des Frischluftstroms (vor der Zuführung des Abgases; also vor der Drossel
Das Motorsteuergerät
Die Erfindung erlaubt also eine Kopplung von AGR-Regler und Ladedruckregler für den Fall von zu kleiner Abgasrückführmenge bei im Wesentlichen offenem AGR-Ventil. Da der Ladedrucksteller
Die Erfindung ermöglicht also eine hohe Einregelqualität von Luft und Abgas und damit eine gute und stabile Einstellung, insbesondere Regelung, einer gewünschten Füllung (Luft und Abgas). Es ergeben sich hierdurch geringere Emissionen sowie Vorteile in der Fahrbarkeit.Thus, the invention enables a high Einregelqualität of air and exhaust gas and thus a good and stable setting, in particular control, a desired filling (air and exhaust gas). This results in lower emissions and drivability benefits.
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R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20120817 |