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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer gesteuerten Schaltung einer Registeraufladung einer Brennkraftmaschine, mit einem Motor, einer Abgas-Turboaufladegruppe, die einen Basis-Abgasturbolader und einen Schalt-Abgasturbolader für den Motor aufweist, und mit einem Getriebe mit einer Anzahl von Gangstufen. Insbesondere weist der Basis-Abgasturbolader einen Basis-Verdichter für Ladeluft und eine Basis-Turbine für Abgas auf, wobei die Basis-Turbine ausgebildet ist, den Basis-Verdichter anzutreiben. Insbesondere weist der Schalt-Abgasturbolader einen Schalt-Verdichter für Ladeluft und eine Schalt-Turbine für Abgas auf, wobei die Schalt-Turbine ausgebildet ist den Schalt-Verdichter anzutreiben. Vorzugsweise ist der Schalt-Abgasturbolader ausgebildet, zusätzlich zum Basis-Abgasturbolader betrieben zu werden. Die Erfindung betrifft auch eine Steuereinrichtung und eine Brennkraftmaschine.
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Bei Verbrennungsmotoren wird im Idealfall eine möglichst gleichförmige und hohe Drehmomentkennlinie ausgehend von der Leerlaufdrehzahl bis hin zu hohen Drehzahlen angestrebt. Ein Mittel zur Erhöhung des Drehmoments, insbesondere im Drehzahlbereich unterhalb einer Nenndrehzahl, besteht darin, mit Abgasturboladern oder mechanischen Ladern mehr Luft in den Brennraum zu fördern. Diese Systeme weisen allerdings im niedrigen Drehzahlbereich, z. B. im Bereich von etwa 1500 min-1 bis 2000 min-1, eine ausgeprägte Drehmomentschwäche auf. Hinzu kommen im transienten Fahrbetrieb Einschränkungen bei der Dynamik des Motors, da bei Beschleunigungsvorgängen zunächst der Rotor des Turboladers beschleunigt werden muss, um einen dem Sollwert entsprechenden Luftmassenstrom bereitzustellen. Die Drehmomentschwäche kann insbesondere beim Schalten eines Schaltturboladers auch nach dem eingangs genannten Verfahren noch spürbar sein; diese Problematik führt auf einen Aspekt dieser Anmeldung.
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Zur Steuerung einer Registeraufladung einer Brennkraftmaschine sind aus dem Stand der Technik verschiedenste Verfahren bekannt. Beispielsweise offenbart
EP 1 640 597 A1 eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit zwei Abgasturboladern, deren Turbinen parallel geschaltet sind und deren Verdichter in Reihe geschaltet sind, wobei ein gesamter Abgasstrom sowohl vollständig durch die erste Turbine als auch vollständig durch die zweite Turbine hindurch führbar ist.
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DE 40 24 572 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine mit zwei Abgasturboladern, deren Abgasleitungen vor den Abgasturboladern miteinander verbunden sind und wobei die Ladeluftleitungen beider Abgasturbolader gegebenenfalls über einen Ladeluftkühler in Verbindung stehen. Ein Abgasturbolader ist über Absperrorgane in der Ladeluft und Abgasleitung absperrbar, wobei die Absperrorgane über eine Steuereinheit unabhängig voneinander betätigbar sind.
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DE 198 16 840 C2 offenbart eine Brennkraftmaschine mit mehreren parallel arbeitenden Abgasturboladern, die jeweils durch eine steuerbare Abgasabsperreinrichtung und Ladeluftabsperreinrichtung zu- und abschaltbar sind, nämlich durch einen Klappenschaltmechanismus. Der Klappenschaltmechanismus weist eine bistabile Betätigungseinrichtung auf, welche die zum selbsttätigen Öffnen der Ladeluftabsperreinrichtung notwendige Druckdifferenz zwischen der stromabwärtigen Seite und der stromaufwärtigen Seite der Ladeluftabsperreinrichtung vorgibt. Dazu ist eine Ladeluftabsperreinrichtung in Form eines Rückschlagventils vorgesehen, welches dazu dient, das Abströmen von komprimierter Ladeluft aus der Ladeluftsammelleitung rückwärts durch den Ladeluftverdichter zu verhindern, wenn dieser nicht fördert. Eine Zugfeder bildet zusammen mit dem Klappenhebel die bistabile Betätigungseinrichtung für die Luftschaltklappe der Ladeluftabsperreinrichtung, welche in der Lage ist, die Ladeluftabsperreinrichtung bis zum Erreichen einer vorgegebenen Druckdifferenz zwischen der stromabwärtigen Seite und der stromaufwärtigen Seite der Ladeluftabsperreinrichtung geschlossen zu halten und diese nach Überschreiten der vorgegebenen Druckdifferenz aufgrund der zunehmenden Förderleistung des Ladeluftverdichters des schaltbaren Abgasturboladers bis zur Öffnungsendlage zu öffnen und dort zu halten bis die Ladeluftabsperreinrichtung wieder geschlossen wird.
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DE 10 2006 057 204 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine, in deren Abgasstrang ein erster Abgasturbolader und zumindest ein zweiter über eine Stelleinrichtung in dem Abgasstrang schaltbarer Abgasturbolader angeordnet ist, wobei die Stelleinrichtung eine von einem schnellen Steller in beliebige Stellungen zwischen zwei Einstellungen verfahrbare Klappe ist, die derart geregelt wird, dass die Ladedrehzahl des zweiten Abgasturboladers auf einen Wert nahe der maximalen Ladedrehzahl eingestellt wird. Dabei ist der Verdichter von der weiterführenden Ladeluftleitung abgesperrt bzw. die Saugseite und die Druckseite sind zusätzlich über eine Bypassleitung zusammengeschaltet. Der Steller ist bevorzugt Kennlinien- oder Kennfeld-gesteuert und die Endstellungen der Klappe lassen sich lastabhängig aus einem solchen Kennfeld oder einer Kennlinie ableiten.
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Aus
DE 40 07 584 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung bekannt, bei dem vor Aktivierung eines zweiten Abgasturboladers ein zweites Wastegate aktiviert wird, wodurch der zweite Abgasturbolader zunächst in einen Leerlaufbetrieb versetzt ist. Zugeschaltet wird der zweite Abgasturbolader, indem eine Schalteinrichtung den Abgasstrom zum zweiten Abgasturbolader freigibt und danach eine weitere Schalteinrichtung die Ladeluftleitung stromab des zweiten Abgasturboladers freigibt. Die einzelnen Betriebszustände werden in Abhängigkeit der Motordrehzahl und der Drosselklappe gesteuert, beispielsweise mit Überschreiten einer Motordrehzahl-Drosselklappen-Kennlinie aktiviert.
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DE 103 08 075 B4 offenbart ein Verfahren zur Steuerung von Abgasturboladern einer Brennkraftmaschine gemäß der eingangs genannten Art, die versehen ist mit einem ersten permanent betriebenen Abgasturbolader und einem zweiten schaltbaren Abgasturbolader und mit einer Umgehungsleitung zum Vorbeiführen des Abgasstroms am ersten Abgasturbolader. Ein erstes und ein zweites Wastegate sind zur Steuerung eines Abgasstroms vorgesehen, wobei das erste Wastegate aktiviert wird, wenn die Drehzahl des ersten Abgasturboladers einen Grenzwert überschreitet. Danach wird geprüft, ob eine Betriebsgröße der Brennkraftmaschine --beispielsweise der Ladeluftdruck oder der Abgasvolumenstrom-- einen Grenzwert übersteigt. Ist dies der Fall, wird das zweite Wastegate aktiviert. Hierdurch wird der zweite Abgasturbolader in einen Leerlaufbetrieb versetzt. Anschließend wird geprüft, ob die Drehzahl des zweiten Abgasturboladers einen Grenzwert übersteigt. Ist dies der Fall wird der zweite Abgasturbolader vollständig aktiviert. Danach werden beide Wastegates geschlossen.
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Das Dokument
DE 197 30 578 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine mit einem Motor und einer Abgas-Turboaufladegruppe.
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Dieses Verfahren zur Steuerung einer Registeraufladung stellt bereits einen guten Ansatz zur Verbesserung eines Ansprechverhaltens einer Registeraufladung für eine Brennkraftmaschine dar, insbesondere für einen transienten Fahrbetrieb und bei niedrigen Motordrehzahlen. Dennoch muss auch hier bei Beschleunigungsvorgängen zunächst der Rotor des Schalt-Abgasturboladers beschleunigt werden, um einen für die weitere Aufladung der Brennkraftmaschine geeigneten Ladeluftmassenstrom bereitzustellen. Das aus dem Stand der Technik bekannte Prinzip einer Schwellwertregelung, --d. h. zunächst eine Schalteinrichtung für Abgas zu öffnen und anschließend für Ladeluft zu öffnen, wenn der Schalt-Abgasturbolader eine fest oder variabel vorgegebene Drehzahl erreicht hat-- ist jedoch lediglich ein Kompromiss, der ohne Berücksichtigung von Betriebszuständen anderer Komponenten der Brennkraftmaschine --insbesondere des Motors und der Abgas-Turboaufladegruppe-- auskommen muss. Beispielsweise kann bei einer Bergabfahrt und sehr hoher Motordrehzahl die Situation entstehen, dass trotz vergleichsweise geringem Motormoment dennoch eine Aktivierung des Schalt-Abgasturboladers erfolgt. Selbst wenn der Betrieb des Schalt-Abgasturboladers unter Luftverdichtung erst oberhalb einer vorgegebenen Drehzahl erfolgte, so müsste in dieser Situation dennoch mit einem Leistungseinbruch, d. h. einem Abfall der Drehzahl jedenfalls des Schalt-Abgasturboladers und einem Abfall des Ladedrucks gerechnet werden.
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Bereits bei Leerlaufdrehzahl erreicht das Drehmoment von Dieselmotoren mit 50 % des Maximalwertes verhältnismäßig große Drehmomente. In einigen Straßenfahrzeugen wird die Drehmomentkurve durch eine Steuerelektronik, die in kritischen Betriebsfällen die eingespritzte Treibstoffmenge und damit das Drehmoment zurücknimmt, begrenzt, um den Antriebsstrang (Getriebe, Achsantrieb, Antriebswellen) vor Überlastung zu schützen bzw. um aus Kostengründen mit der vorhandenen Auslegung des Antriebsstranges eine größere Anzahl von Gleichteilen mit ähnlichen Fahrzeugmodellen zu behalten. Die Steuerelektronik der Motorsteuerung ist mit weiteren Steuerungen vernetzt. Für den Antrieb des Fahrzeugs sind vor allem die Steuerungen von automatisierten Getrieben oder Automatikgetrieben, die Bremsanlage, die Fahrstabilitätskontrolle aber auch der Klimaanlage relevant. Die Schnittstellen für die antriebsstrangbezogene Kommunikation sind im Diesel-Motorsteuergerät in der Drehmomentstruktur integriert. Innerhalb der Drehmomentstruktur wird aus allen Drehmomentanforderungen und den aktiven Begrenzungen das erforderliche Motormoment berechnet. Am Ausgang der Drehmomentstruktur wird das einzustellende Motormoment des Dieselmotors in eine bzw. mehrere Einspritzmengen und die jeweils zugehörigen Einspritzbeginn umgerechnet. Die Gestaltung der Drehmomentstruktur bildet den Hintergrund für einen weiteren Aspekt dieser Anmeldung.
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US 5 351 486 A1 offenbart eine Steuerung, die in der Lage ist die Anlaufzeit für einen Schalt-Abgasturbolader zu verkürzen, wenn die instantane Motorgeschwindigkeit gering ist, so dass eine Drehmomentschwäche beim Umschalten von einem Einlader- auf einen Zweiladerbetrieb verringert ist. Während hoher Beschleunigungen bei hohen Motorgeschwindigkeiten öffnet ein Abgasschaltventil auf einmal. Zudem wird die Referenz der Motorgeschwindigkeit und der Ladeluftmasse zum Schalten des Schalt-Abgasturboladers variiert entsprechend einer Gangstufen-Schaltstellung des Getriebes sodass ein verbesserter Zweiladerbetrieb erreicht wird.
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Eine Abregelung des Motors erfolgt jedoch erst bei Überdrehzahlen des Motors zum Bauteilschutz über eine drastische Reduzierung der Einspritzmenge. Dieses digitale oder abrupte Abregelungsverhalten führt zu Nachteilen im Fahrbetrieb.
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Wünschenswert ist es, ein noch weiter verbessertes Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer gesteuerten Schaltung einer Registeraufladung einer Brennkraftmaschine, mit einem Motor und einer Abgas-Turboaufladegruppe und einem Getriebe zur Verfügung zu stellen. Insbesondere ist es wünschenswert, ein verbessertes Betriebsverhalten des Motors unter Berücksichtigung der Abgas-Turboaufladegruppe, insbesondere des Schalt-Abgasturboladers zu erreichen. Dabei steht vor allem der Wunsch im Vordergrund, insbesondere im Zwei-Laderbetrieb, einen Schutz der Abgas-Turboaufladegruppe, insbesondere eines Turboladers, insbesondere vor Überdrehzahl, z. B. bei einer Bergabfahrt, zu gewährleisten. Dennoch sollte jedenfalls in Grenzfällen auch eine möglichst hohe Geschwindigkeit erreichbar sein.
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An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mittels der eine verbesserte Steuerung der Brennkraftmaschine mit einem Motor und einer Abgas-Turboaufladegruppe ermöglicht ist, insbesondere eine verbesserte Steuerung des Motors, insbesondere auch einer Registeraufladung der Brennkraftmaschine ermöglicht ist. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben mittels welchen der Betrieb des Motors unter verbesserter Berücksichtigung des Getriebes möglich ist.
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Betreffend das Verfahren wird die Aufgabe durch die Erfindung mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem erfindungsgemäß auch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 vorgesehen sind.
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Betreffend die Vorrichtung wird die Aufgabe durch die Erfindung mit einer Steuereinrichtung des Anspruchs 18 gelöst.
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Betreffend die Vorrichtung wird die Aufgabe durch die Erfindung auch mit einer Brennkraftmaschine des Anspruchs 19 gelöst.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass gemäß dem Stand der Technik bei Erreichen von Abgasturbolader-Grenzdrehzahlen grundsätzlich keine Einspritzmenge zurückgenommen wird. Bei Fahrsituationen unter Höchstlast können aber vereinzelt und kurzzeitig Laderüberdrehzahlen auftreten, die eine drastische Leistungsreduzierung sowie einen Fehlereintrag zur Folge haben. Bei ungünstigen Randbedingungen wie z. B. Höhenbetrieb und verschmutzten Luftfilter ist zu erwarten, dass dieses Fehlerbild gehäuft auftreten kann und als Folge das Fahrzeug nur noch mit eingeschränkter Mobilität betrieben werden kann.
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Die Erfindung hat erkannt, dass eine Fahrsituation unter Höchstlast dennoch eine Laderüberdrehzahl vermeiden sollte, insbesondere aber selbst im Falle einer Laderüberdrehzahl nicht zu einer drastischen Leistungsreduzierung führen sollte, die eine Höchstlast-Leistungsanforderung der Brennkraftmaschine stark beeinträchtigen kann. Ausgehend von dieser Erkenntnis sieht das erfindungsgemäße Konzept vor, dass der Betriebsmodus der Abgas-Turboaufladegruppe signalisiert wird und der Betrieb des Motors gesteuert wird im Rahmen einer dynamischen Drehzahlbegrenzungsregelung. Der Betrieb des Motors kann erfindungsgemäß entweder gemäß der primären DBR-Kennlinie oder --bei einem signalisierten vorbestimmten Betriebsmodus der Abgas-Turboaufladegruppe-gemäß der sekundären DBR-Kennlinie in Abhängigkeit des Betriebsmodus der Abgas-Turboaufladegruppe erfolgen.
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Dies hat zum Einen den Vorteil, dass eine Laderüberdrehzahl vermieden wird, jedoch gleichzeitig auch eine drastische Mengenrücknahme einer Einspritzmenge zur Vermeidung einer Laderüberdrehzahl vermieden wird. Im Ergebnis wird insbesondere für die Abgas-Turboaufladegruppe ein erheblich verbesserter Bauteilschutz gewährleistet ohne jedoch eine Mobilitätseinschränkung in einem nicht zumutbaren Maße für den Motor in Kauf nehmen zu müssen. Dies gilt insbesondere für einen Grenzlastbetrieb der Brennkraftmaschine. Auch das übrige Fahrverhalten der Brennkraftmaschine ist vorteilhaft durch das Konzept der Erfindung wesentlich verbessert.
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Insbesondere kann eine primäre DBR-Kennlinie mit einem primären Abregelbogen und eine sekundäre DBR-Kennlinie mit einem sekundären Abregelbogen zur Motorsteuerung vorgehalten werden. Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Werte in einem sekundären Abregelbogen unterhalb der Werte im primären Abregelbogen liegen. Insbesondere koppelt die Weiterbildung eine Dynamik zur Änderung eines primären Abregelbogens in einen sekundären Abregelbogen an die Dynamik der Abgas-Turboaufladegruppe.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
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Die primäre und/oder sekundäre DBR-Kennlinie ist --wie erläutert-- vorzugsweise eine Funktion einer Einspritzmenge und einer Motordrehzahl, die ausgebildet ist, im Betrieb der Brennkraftmaschine eine Drehmomentüberhöhung zu erzeugen. Dies dient nicht nur dem Schutz der weiteren Komponenten des Antriebsstranges, sondern auch im Kompromiss einer Drehmomentüberhöhung und dem Erhalt eines hohen Drehmoments im oberen Drehzahlbereich des Motors bzw. einer Ausweitung des nutzbaren Drehzahlbereichs des Motors. Dazu weist eine primäre und/oder sekundäre DBR-Kennlinie als Funktion einer Einspritzmenge und einer Motordrehzahl vorteilhaft in einem oberen Motordrehzahlbereich einen Abregelbogen auf, der den Motor in seiner Drehzahl begrenzt. Die dem Abregelbogen zugeordnete Einspritzmenge wird auch als Einspritzmenge zur Erreichung eines maximalen Drehmoments bezeichnet.
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Besonders bevorzugt ist, dass --im Rahmen eines Bauteileschutzes des Antriebsstrangs und/oder der Abgas-Turboaufladegruppe und/oder des Motors-- eine durch die DBR-Kennlinie festgelegte Einspritzmenge unter eine Einspritzmenge zur Erreichung eines maximalen Drehmoments abgesenkt ist. Insbesondere ist dazu vorgesehen, dass der Abregelbogen der primären DBR-Kennlinie um einen negativen Offsetbetrag einer Einspritzmenge abgesenkt ist unter Bildung einer Grenz-Kennlinie, bzw. der sekundären DBR-Kennlinie.
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Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass zur Darstellung des primären und/oder sekundären Abregelbogens eine Grenzkennlinie zur Verfügung gestellt wird, deren Wert abhängt von den Betriebsparametern des signalisierten Betriebsmoduls der Abgas-Turboaufladegruppe und wobei der Betrieb des Motors in Abhängigkeit der Grenzlinie erfolgt. Besonders vorteilhaft ist eine Grenz-Kennlinie zur Darstellung des primären und/oder sekundären Abregelbogens in einem oberen MotordrehzahlBereich drehzahlbegrenzt, und für einen Übergang vom primären zu einem sekundären Abregelbogen wird die Einspritzmenge unter eine Einspritzmenge zur Erreichung einer maximalen Motordrehzahl variabel abgesenkt in Abhängigkeit eines Betriebsmodus der Abgas-Turboaufladegruppe. Anders ausgedrückt wird die Grenzkennlinie im Betrieb der Brennkraftmaschine aufgrund des signalisierten Betriebsmodus der Abgas-Turboaufladegruppe aus der primären DBR-Kennlinie gewonnen. Insbesondere wird der sekundäre Abregelbogen als Funktion des primären Abregelbogens und in Abhängigkeit des signalisierten Betriebsmodus der Abgas-Turboaufladegruppe bestimmt. Dies hat den Vorteil, dass der sekundäre Abregelbogen bzw. die Grenzkennlinie zur Bildung der sekundären DBR-Kennlinie nicht notwendiger Weise vorbestimmt festzulegen oder in einer Steuereinrichtung vorgehalten werden muss; vielmehr hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass sich der Abregelbogen der Grenzkennlinie aus den sich beim Fahrbetrieb ergebenden Betriebsparametern errechnet wird. Grundsätzlich kann zusätzlich oder alternativ auch eine sekundäre DBR-Kennlinie mit einem sekundären Abregelbogen in einer Motorsteuereinrichtung vorgehalten werden, wobei die Abhängigkeit von den Betriebsparametem einer Abgas-Turboaufladegruppe durch Kopplung an Parameterkennlinien der Abgas-Turboaufladegruppe erfolgen kann. Beide Varianten sind zur Umsetzung des Konzepts der Erfindung grundsätzlich geeignet und lassen sich allein oder in Kombination realisieren.
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Besonders vorteilhaft ist, dass ein Betrieb des Schalt-Abgasturboladers zusätzlich zum Basis-Abgasturbolader signalisiert und geprüft wird, ob zusätzlich ein Grenzwert einer Drehzahl der Abgas-Turboaufladegruppe signalisiert ist. Die Weiterbildung sieht vor, dass das Konzept der Erfindung vor allem im Zweiladerbetrieb zur Umsetzung kommt und als Betriebsmodusparameter der Abgas-Turboaufladegruppe eine Drehzahl der Abgas-Turboaufladegruppe genutzt wird. Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass generell die Abhängigkeit eines Betriebsmodus der Abgas-Turboaufladegruppe dargestellt wird über eine Maximalwertbildung. Die Maximalwertbildung wird vorteilhaft umgesetzt als Funktion einer Drehzahl des Basis-Abgasturboladers und einer Drehzahl des Schalt-Abgasturboladers. Dies hat den Vorteil, dass jede Überdrehzahl --sei es die eines Basis-Abgasturboladers oder die eines Schalt-Abgasturboladers-- zu einer geeigneten dynamischen Drehzahlbegrenzungsregelung für den Motorbetrieb führt. Im Ergebnis kann im positiven Prüfungsergebnis der Motor gemäß der sekundären --insofern insbesondere variabel festlegbaren-- DBR-Kennlinie betrieben werden. Vorteilhaft wird im positiven Prüfungsergebnisfall der Motor gemäß der sekundären DBR-Kennlinie betrieben, insbesondere im Falle eines Betriebs des Motors gemäß der primären DBR-Kennlinie, dieser von der primären DBR-Kennlinie auf die sekundäre DBR-Kennlinie umgestellt wird in Abhängigkeit eines Betriebsmodus der Abgas-Turboaufladegruppe. Anders ausgedrückt, wird im Falle eines Betriebs des Motors gemäß der primären DBR-Kennlinie der Betrieb von der primären DBR-Kennlinie auf die sekundäre DBR-Kennlinie umgestellt in Abhängigkeit eines Betriebsmodus der Abgas-Turboaufladegruppe, insbesondere in Abhängigkeit eines signalisierten Betriebsmodus der Abgas-Turboaufladegruppe, d. h. im letzteren Fall variabel je nach akuten Betriebszustand der Brennkraftmaschine und Abgas-Turboaufladegruppe.
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Beispielsweise hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass zur Überblendung zwischen der primären DBR-Kennlinie und der sekundären DBR-Kennlinie eine zeitliche Rampe vorgesehen ist. Darüber hinaus erweist es sich als vorteilhaft, dass zwischen der primären DBR-Kennlinie und der sekundären DBR-Kennlinie eine Rampe zur Überblendung vorgesehen ist, indem eine vorerwähnte Grenzkennlinie über die Rampe dynamisch versetzt wird und zwar in Abhängigkeit eines Betriebsmodus der Abgas-Turboaufladegruppe, insbesondere in Abhängigkeit eines signalisierten Betriebsmodus der Abgas-Turboaufladegruppe, d. h. je nach akuten Betriebszustand der Brennkraftmaschine.
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Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, eine Steigung einer Absenkungsrampe, d. h. zur Drehzahlbegrenzung und eine Steigung einer Freigaberampe, d. h. zur Freigabe einer Drehzahl mit unterschiedlicher Steigung zu versehen. Vorteilhaft hat dies den Hintergrund, dass eine über die Drehzahlbegrenzung durch eine primäre DBR-Kennlinie hinausgehende Drehzahlbegrenzung möglichst ohne gravierende Einschränkung einer Last, insbesondere Volllastleistung, der Brennkraftmaschine einhergehen sollte. Andererseits kann es sich bei einer Freigabe einer Drehzahl um einen Fall handeln, der möglichst schnell vor sich gehen sollte. Grundsätzlich ist somit vorgesehen, dass eine Freigaberampe eine größere Steigung als eine Absenkungsrampe hat.
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Grundsätzlich ist die primäre und die sekundäre DBR-Kennlinie vorteilhaft jeweils als eine Funktion einer Einspritzmenge und einer Motordrehzahl gebildet und weist in dem oberen Motordrehzahlbereich einen drehzahlbegrenzenden Abregelbogen auf. Insbesondere ist dazu vorgesehen, dass eine abgeregelte Einspritzmenge mal bei einer Motordrehzahl in einer oberen Motordrehzahl unterhalb einer Einspritzmenge zur Erzeugung einer maximalen Motordrehzahl und/oder unterhalb einer Einspritzmenge zur Erzeugung eines maximalen Drehmoments vorgesehen ist. Dadurch ist es möglich eine für das Fahrverhalten günstige Drehmomentenüberhöhung zu etablieren. Zur besonders bevorzugten Umsetzung des Konzepts ist vorgesehen, dass die sekundäre DBR-Kennlinie einen insbesondere variabel festlegbaren sekundären Abregelbogen derart aufweist, dass bei gegebener Motordrehzahl der Wert einer Einspritzmenge gemäß dem sekundären Abregelbogens unterhalb des Wert einer Einspritzmenge gemäß des primären Abregelbogens liegt, wobei die Variabilität in Abhängigkeit eines Betriebsmodus der Abgas-Turboaufladegruppe geführt ist. Vergleichsweise einfach kann dies beispielsweise dadurch umgesetzt werden, dass zur Bildung der sekundären DBR-Kennlinie aus der primären DBR-Kennlinie eine Rücknahmemenge der Einspritzmenge von einer aktuellen primären DBR-Kennlinie subtrahiert wird. Die Rücknahmemenge ist bevorzugt in Abhängigkeit eines Betriebsmodus der Abgas-Turboaufladegruppe zu bilden. Es hat sich darüber hinaus als vorteilhaft erwiesen, dass die Rücknahme aktiv bleibt bis ein Bedingung zur Freigabe einer vollen Einspritzmenge wieder erfüllt ist. Die volle Einspritzmenge kann je nach Fahrsituation über eine Rampe angefahren werden oder beispielsweise bei Vorliegen eines Triggersignals sofort freigegeben werden. Ein Triggersignal kann somit die Grenzkennlinie beispielsweise für einen Ausnahmebetriebszustand wie etwa eine Kampfsituation eines Militärfahrzeugs oder eine Schwerlastsituation eines schweren Nutzfahrzeugs derart wegschalten, dass sofort eine volle Einspritzmenge frei gegeben wird.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass der sekundäre Abregelbogen nur oberhalb einer Motordrehzahl von 3.500 Umdrehen pro Minute verläuft. Dadurch kann die primäre und/oder sekundäre DBR-Kennlinie ein maximales Drehmoment in einem Drehzahlband einer Motordrehzahl oberhalb von 3.100 Umdrehungen pro Minute etablieren.
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Im Rahmen einer besonders bevorzugten konkreten Weiterbildung kann somit vorgesehen sein, dass eine primäre DBR-Kennlinie oberhalb einer Motordrehzahl von 3.500 Umdrehungen pro Minute an einen signalisierten Maximalwert einer Turboladerdrehzahl des Basis- und/oder Abgasschaltturboladers gekoppelt wird sobald der Maximalwert einen Grenzwert überschreitet. Bei weitersteigender Turboladerdrehzahl kann beispielsweise die von einer zur Erreichung einer maximalen Motordrehzahl und/oder maximalen Drehmoment vorgesehene Einspritzmenge abzuziehende Rücknahmemenge gestaffelt zu nehmen solange bis das Steigen einer Drehzahl des Turboladers gestoppt ist.
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Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass eine erste untere Grenzwertdrehzahl des Abgasturboladers zwischen 97 und 99 krpm liegt. Bei einem weiteren Ansteigen der Drehzahl um 500 rpm ist beispielsweise vorgesehen, dass die primäre DBR-Kennlinie im primären Abregelbogen um 5 Einheiten einer Einspritzmenge gesenkt wird, d. h. die Rücknahmemenge einer Einspritzmenge beträgt 5 Einheiten. Ist ein weiterer Grenzwert einer Maximaldrehzahl von beispielsweise 99 krpm erreicht, ist z. B. vorgesehen, dass die Rücknahmemenge auf 10 Einheiten steigt.
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Die vorgenannte Maßnahme hat sich insbesondere für den Bereich niedriger Gangstufen als vorteilhaft erwiesen, insbesondere beispielsweise für einen Bereich der Gangstufen „eins“ bis „fünf“; insbesondere auch für eine Rückwärtsgangstufe.
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Insbesondere haben sich Ausnahmemaßnahmen für eine höhere Gangstufe in Form der sechsten Gangstufe bewährt, jedenfalls für die höchste Gangstufe eines Getriebes. Dies gilt insbesondere für den Teil einer Kennlinie zur lastabhängigen Motorsteuerung, der auch als sogenannte DBR-Kennlinie bezeichnet wird. Eine primäre und/oder eine sekundäre DBR-Kennlinie ist jedenfalls in einem höheren Motordrehzahlbereich vorteilhaft zur dynamischen, insbesondere Drehzahl-, Begrenzungsregelung ausgeführt.
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Es hat sich gezeigt, dass für eine Gruppe höherer, insbesondere eine höchste Gangstufe, eine Senkung der Einspritzmenge unter einer Einspritzmenge zur Erreichung eines maximalen Drehmoments nicht gewünscht sein kann. Dies erweist sich insbesondere als korrekt für den Fall, dass die sechste oder höchste Gangstufe eines Getriebes oder das Getriebe im manuellen Betrieb gefahren wird. Es hat sich dementsprechend als besonders vorteilhaft erwiesen, dass wenigstens eine, bevorzugt zusätzlich zu einer primären DBR-Kennlinie eine weitere primäre DBR-Kennlinie vorgesehen ist, für die höchste Gangstufe und die weitere primäre DBR-Kennlinie ausgebildet ist, im Betrieb der Brennkraftmaschine eine maximale Geschwindigkeit zu erlauben. Damit ist vorteilhafterweise sichergestellt, dass die Brennkraftmaschine und das Getriebe in aufeinander abgestimmter Weise in einer Gruppe höherer Gangstufen, insbesondere in einer höchsten Gangstufe, befähigt sind eine maximale Geschwindigkeit zu erreichen.
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Eine für die Gruppe höherer Gangstufen oder höchste Gangstufe vorgesehene DBR-Kennlinie ist bevorzugt frei von einer Absenkung der Einspritzmenge unter einer Einspritzmenge zur Erreichung eines maximalen Drehmoments. Diese DBR-Kennlinie ist bevorzugt auch frei von einer Drehzahlbegrenzung in einem oberen Drehzahlbereich. Insbesondere kann die Freischaltung einer primären DBR-Kennlinie, insbesondere im Bereich eines primären Abregelbogens, gemäß einem Triggersignal derart erfolgen, dass bei Vorliegen des Triggersignals eine Einspritzmenge nicht abgesenkt wird bzw. eine Drehzahl nicht begrenzt wird. Dies erweist sich insbesondere für Sonderbetriebsanforderungen z. B. bei Anforderung einer Höchstlast oder einer Sonderleistung als vorteilhaft. Dies kann beispielsweise bei schweren Nutzfahrzeugen auftreten, wenn diese für längere Strecken bei Höchstgeschwindigkeit betrieben werden sollen oder bei einem Militärfahrzeug im Kampfeinsatz.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass ein Basis-Abgasturbolader einen Basis-Verdichter für Ladeluft und eine Basis-Turbine für Abgas aufweist, wobei die Basis-Turbine ausgebildet ist, den Basis-Verdichter anzutreiben, und
der Schalt-Abgasturbolader einen Schalt-Verdichter für Ladeluft und eine Schalt-Turbine für Abgas aufweist, wobei die Schalt-Turbine ausgebildet ist, den Schalt-Verdichter anzutreiben, und wobei
- - der Schalt-Abgasturbolader ausgebildet ist, zusätzlich zum Basis-Abgasturbolader betrieben zu werden, wobei:
- - der Betrieb des Basis-Abgasturboladers und/oder Schalt-Abgasturboladers, insbesondere des Schalt-Abgasturboladers, der Abgas-Turboaufladegruppe in Abhängigkeit der Werte wenigstens einer Parametergruppe von wenigstens zwei Betriebsparametern geschaltet wird, insbesondere aktiviert und/oder deaktiviert wird.
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Der Begriff „Schalten“ umfasst vorliegend „aktivieren“ und --für umgekehrte Regelrichtung-- auch „deaktivieren“.
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Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung sind die Schritte vorgesehen:
- - Betreiben des Basis-Abgasturboladers mit sich ändernden Drehzahlen (nATL1);
- - Erkennen eines Grenzwerts einer ersten Parameterkennlinie, insbesondere einer Grenzwertdrehzahl (GW-nATL1) des Basis-Abgasturboladers und/oder einer Grenzwertdrehzahl (GW-nMOT) des Motors;
- - Betreiben des Schalt-Abgasturbolader im Leerlauf unter Führung von Abgas über die Schalt-Turbine ohne Führung von Ladeluft über den Schalt-Verdichter;
- - Erkennen eines Grenzwerts einer zweiten Parameterkennlinie
- - Betreiben des Schalt-Abgasturboladers unter Luftverdichtung unter Führung von Abgas über die Schalt-Turbine und Führung von Ladeluft über den Schalt-Verdichter. Die Schaltung zunächst in den Leerlaufbetrieb und anschließend in den Lastbetrieb der Aufladegruppe hat sich bewährt zum Senken der Drehmomentschwäche.
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Die Weiterbildung geht von der Überlegung aus, dass bislang bekannte Ansätze der Schwellwertregelung --beispielsweise zur Erreichung einer maximalen Ladedrehzahl oder einer Aktivierung des Schalt-Abgasturboladers erst oberhalb einer Grenzwertdrehzahl des Schalt-Abgasturboladers-- grundsätzlich positive Effekte zur Vermeidung von Leistungseinbrüchen und/oder Drehmomentschwächen im Schaltvorgang vom Basis-Abgasturbolader auf den Schalt-Abgasturbolader zeigen. Gleichwohl hat die Weiterbildung erkannt, dass derartige und andere Ansätze natürlicherweise --selbst wenn diese mit Kennlinien oder Kennfeldern arbeiten-- starre oder sehr einschränkende Vorgaben machen; so z. B. wenn lediglich der Betriebszustand des zuzuschaltenden Abgasturboladers berücksichtigt ist, um das Schaltverhalten zu regeln. Damit bleiben, wie von der Weiterbildung erkannt, aktuelle Lastzustände und Drehzahlzustände anderer Komponenten der Brennkraftmaschine, insbesondere des Motors und/oder der Abgas-Turboaufladegruppe unberücksichtigt, obwohl diese gegebenenfalls entscheidend für einen Schaltvorgang ohne Leistungseinbruch sein können.
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Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Basis-Abgasturbolader und/oder Schalt-Abgasturbolader in Abhängigkeit des signalisierten Betriebsmodus des Getriebes geschaltet wird wobei die erste und/oder zweite Parameterkennlinie abhängig von einem Betriebsmodus des Getriebes ist, insbesondere z. B. von einer Gangstufe oder einer Hochschaltsperre od. dgl. Betriebsmodus.
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Die Weiterbildung geht von der Überlegung aus, dass bislang der Schaltvorgang der Aufladegruppe, insbesondere beim Leerlaufbetrieb und/oder beim Lastbetrieb (d. h. unter Luftverdichtung) des Schaltladers ohne ausreichende Berücksichtigung z. B. einer gewählten Gangstufe oder einer Übersetzungsbegrenzung erfolgt. Die Weiterbildung hat insbesondere einerseits erkannt, dass in den unteren Gangstufen andere Leistungsanforderungen an den Motor auftreten als in höheren Gangstufen. Die Weiterbildung hat andererseits erkannt, dass dies zu einem Zielkonflikt bezüglich der Abstimmung des Laderschaltens führen kann.
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Das Konzept der Weiterbildung schlägt in verbessernder Weise vor, dass der Betrieb des Basis-Abgasturboladers und/oder Schalt-Abgasturboladers der Abgas-Turboaufladegruppe in Abhängigkeit der Werte wenigstens einer Parametergruppe von wenigstens zwei Betriebsparametern erfolgt, insbesondere aktiviert und/oder deaktiviert wird. Die zwei Betriebsparameter umfassen bevorzugt wenigstens eine Drehzahl (nATL1) des Basis-Abgasturboladers und eine Drehzahl (nMOT) des Motors.
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In einer besonders bevorzugten Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass der Betrieb des Schalt-Abgasturboladers im Leerlauf in Abhängigkeit der Werte einer ersten Parametergruppe von Betriebsparametern aktiviert wird, welche besteht aus den Betriebsparametern: einer Drehzahl (nATL1) des Basis-Abgasturboladers, einer Drehzahl (nMOT) des Motors und einem lastbestimmenden Betriebsparameter des Motors. Mit anderen Worten schlägt die Weiterbildung in einer ersten Teilvariante vor, den Leerlaufbetrieb des Schalt-Abgasturboladers abhängig sowohl von der Drehzahl des Basis-Abgasturboladers als auch der Drehzahl des Motors und auch abhängig von einem lastbestimmenden Betriebsparameter des Motors zu schalten. Gemäß der ersten Teilvariante ist damit sichergestellt, dass bereits der Leerlaufbetrieb des Schalt-Abgasturboladers nur zu einem Zeitpunkt erfolgt, bei dem die Drehzahl des Basis-Abgasturboladers und/oder die Drehzahl des Motors ausreichend hoch ist und zudem der Motor eine ausreichende Lastreserve hat, um den Leerlaufbetrieb des Schalt-Abgasturboladers in verbesserter Weise aktivieren zu können. Ein nennenswerter Leistungseinbruch und /oder Drehmomentschwäche der Abgas-Turboaufladegruppe ist im Schaltvorgang verringert bzw. völlig vermieden. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist der lastbestimmende Betriebsparameter des Motors eine Einspritzmenge. Mit Vorteil wurde erkannt, dass die Einspritzmenge eine besonders realistische Bestimmung der Last des Motors erlaubt, da grundsätzlich alle Regelungsbemühungen auf die Regelung der Einspritzmenge --neben Einspritzzeitpunkt und Raildruck-- hinauslaufen. Grundsätzlich kann als lastbestimmender Betriebsparameter ein Soll- oder Ist-Wert der Einspritzmenge verwendet werden.
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Zusätzlich oder alternativ ist gemäß einer zweiten Teilvariante der Weiterbildung vorgesehen, dass der Betrieb des Schalt-Abgasturboladers unter Luftverdichtung in Abhängigkeit der Werte einer zweiten Parametergruppe von Betriebsparametern aktiviert wird, welche besteht aus den Betriebsparametern: einer Drehzahl (nATL2) des Schalt-Abgasturboladers, einer Drehzahl (nATL1) des Basis-Abgasturboladers und einer Drehzahl (nMOT) des Motors. Anders ausgedrückt berücksichtigt die zweite Teilvariante des erfindungsgemäßen Konzepts zum Aktivieren eines luftverdichtenden Lastbetriebs des Schalt-Abgasturboladers sowohl die Drehzahl des Schalt-Abgasturboladers selbst als auch die Drehzahl des Basis-Abgasturboladers und die Drehzahl des Motors. Damit ist sichergestellt, dass beim Aktivieren des Lastbetriebs des Schalt-Abgasturboladers nicht nur die Drehzahl des Schalt-Abgasturboladers im Leerlauf auf eine ausreichend hohe Drehzahl gestiegen ist, sondern darüber hinaus ist berücksichtigt, dass auch die den Schaltvorgang unterstützende Drehzahl des Basis-Abgasturboladers als auch die Drehzahl des Motors ausreichend hoch ist. Durch den Schaltbetrieb in Abhängigkeit aller Betriebsparameter der zweiten Parametergruppe wird der Lastbetrieb des Schalt-Abgasturboladers ohne nennenswerten Leistungseinbruch und/oder Drehmomentschwäche möglich gemacht.
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Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung der zweiten Teilvariante hat es sich bewährt, dass die zweite Parametergruppe von Betriebsparametern besteht aus den Betriebsparametern: Verhältnis (Q) einer Drehzahl (nATL2) des Schalt-Abgasturboladers zu einer Drehzahl (nATL1) des Basis-Abgasturboladers, einer Drehzahl (nATL1) des Abgasturboladers und einer Drehzahl (nMOT) des Motors. Da bei dieser Weiterbildung das Verhältnis der Drehzahlen des Schalt-Abgasturboladers und des Basis-Abgasturboladers als Betriebsparameter direkt in die das Schalten des Schalt-Abgasturboladers beeinflussende zweite Parametergruppe eingeht, ist unmittelbar berücksichtigt, dass die luftverdichtende Aktivierung des Schalt-Abgasturboladers erst bei einem ausreichend großen Verhältnis der Drehzahl des Schalt-Abgasturboladers zur Drehzahl des Basis-Abgasturboladers erfolgt. Die Abhängigkeit der Drehzahlen voneinander ist somit durch das Verhältnis derselben als Betriebsparameter für die Regelung unmittelbar implementiert. Vorteilhaft wird für das Regelverfahren selbst das Verhältnis zyklisch abgefragt und in einem Speicher, beispielsweise in Prozentwerten, abgelegt. Das Verhältnis kann mit ebenfalls abgefragten Werten der Drehzahl des Basis-Abgasturboladers multipliziert werden und das Ergebnis der Multiplikation kann zur Bestimmung der Auslösung des zweiten Zuschaltsignals herangezogen werden. Mit dieser Regelvorschrift lässt sich ein luftverdichtender Lastbetrieb des Schalt-Abgasturboladers praktisch ohne nennenswerte Drehmomentschwäche und/oder Leistungseinbruch zuschalten; dennoch lässt sich der Zuschaltvorgang vergleichsweise verlässlich und mit dennoch geringem Rechenaufwand und effizient einregeln.
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Die erste und zweite Teilvariante der Weiterbildung lassen sich allein unabhängig voneinander als auch bevorzugt in Kombination miteinander zur Realisierung einer verbesserten Steuerung einer Registeraufladung, insbesondere eines verbesserten Schaltverhaltens des Schalt-Abgasturboladers einsetzen. Im Ergebnis wird auch bei schweren Fahrzeugen mit hoch aufgeladenen Motoren und vergleichsweise geringem Hubraum eine wesentlich verbesserte Regelung für eine Registeraufladung erreicht. Das transiente dynamische Fahrverhalten selbst bei schweren Fahrzeugen, insbesondere schweren Nutzfahrzeugen oder Militärfahrzeugen, ist erheblich verbessert, da der Laderschaltzustand angepasst wird abhängig vom Lastzustand des Motors und zusätzlich abhängig von einer Drehzahl des Motors und/oder der Drehzahl des Basis- bzw. Schalt-Abgasturboladers. Insgesamt wird eine deutliche Verringerung eines Ladedruckeinbruchs beim Schalten des Schalt-Abgasturboladers festgestellt im Rahmen der Verwirklichung der Weiterbildung.
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Es hat sich als bevorzugt erwiesen, dass die Abgasschalteinrichtung als eine Abgasklappe gebildet ist, die durch das erste Zuschaltsignal aktuierbar ist und/oder die Ladeluftschalteinrichtung als eine Ladeluftklappe gebildet ist, die durch das zweite Zuschaltsignal aktuierbar ist. Grundsätzlich können als Schalteinrichtung auch Ventile oder dergleichen Aktuatoren zum Einsatz kommen; Klappen haben sich jedoch als vergleichsweise pflegeleicht und einfach regelbar erwiesen.
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Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist wenigstens die Basisturbine und/oder die Schaltturbine eine Turbine mit variabler Turbinengeometrie. Eine Turbine mit variabler Turbinengeometrie ist ausgebildet --geeignet insbesondere für niedrige Abgasströme-- der Strömung einen dichteren Querschnitt und höheren Strömungswiderstand (geschlossene Geometrie) entgegen zu stellen und ausgebildet --geeignet insbesondere für hohe Abgasströme-- der Strömung einen offeneren Querschnitt und geringeren Strömungswiderstand (offene Geometrie) entgegen zu stellen; dies wird beispielsweise über Anstellen der Turbinenblätter gegen die Strömung erreichbar.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung im Vergleich zum Stand der Technik, welcher zum Teil ebenfalls dargestellt ist, beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.
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Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und· beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
- 1: eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einem Motor und einer Abgas-Turboaufladegruppe zur Darstellung einer Registeraufladung, bei der eine elektronische Steuereinrichtung zur Steuerung der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, die ein Modul zur elektronischen Ladersteuerung und ein Modul einer elektronischen Getriebesteuerung aufweist, das einem Getriebe mit vorliegend sechs Gangstufen zugeordnet ist;
- 2A, 2B: bei einer Brennkraftmaschine wie diese z.B. in 1 gezeigt ist in (A) eine beispielhafte Parameterkennlinie zur Steuerung einer Registeraufladung der Brennkraftmaschine wie diese z. B. in 1 gezeigt ist; bei einer Brennkraftmaschine wie diese z.B. in 1 gezeigt ist in (B) eine beispielhafte primäre DBR-Kennlinie mit einem primären Abregelbogen, der unabhängig von einem Betriebsmodus des Getriebes zur Steuerung eines Motors vorgesehen ist und einem weiteren primären Abregelbogen, der für eine sechste Gangstufe des Getriebes zur Steuerung eines Motors vorgesehen ist und einem sekundären Abregelbogen, der abhängig von einem Betriebsmodus des Getriebes zur Steuerung eines Motors vorgesehen ist;
- 3: in einer dreidimensionalen schematischen Darstellung in einer flachen X-Y-Ebene zunächst das Feld der DBR-Kennlinien wie es bereits in 2B dargestellt ist, nämlich eine primäre DBR-Kennlinie sowie eine je nach Abgasaufladegruppe festgelegte Grenzkennlinie, die insofern eine variabel festlegbare und abhängig vom Betriebszustand der Abgas-Turboaufladegruppe festgelegte sekundäre DBR-Kennlinie darstellt und in einer Y-Z-Ebene ein Kennlinie zur Bestimmung einer variabel festlegbaren Einspritzmengenrücknahme in Abhängigkeit von max[nATL1, nATL2];
- 4: ein Ablaufdiagramm für eine Steuereinrichtung zur Steuerung eines Motors der Brennkraftmaschine wie diese z.B. in 1 gezeigt ist, wobei der Betrieb des Motors gesteuert wird im Rahmen einer dynamischen DrehzahlBegrenzungsregelung (DBR), wobei eine primäre DBR-Kennlinie mit einem primären Abregelbogen und eine sekundäre DBR-Kennlinie mit einem sekundären Abregelbogen zur Motorsteuerung vorgehalten wird, wobei die Werte im sekundären Abregelbogen unterhalb der Werte im primären Abregelbogen liegen.
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1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 1000 mit einer Abgas-Turboaufladegruppe 100, einem Motor 200 sowie mit einem zur Führung von Abgas AG und Ladeluft LL ausgebildeten Ladeführungssystem 300 und einem Getriebe 500. Weiter zeigt 1 schematisch die Verfügbarkeit einer Signalisierung auf einem Datenbus 430 CAN. An den Datenbus 430 ist ein Motorsteuergerät 400 sowie auch ein elektronisches Ladersteuermodul (ELS) 410 und ein elektronisches Getriebesteuermodul (EGS) 420 angebunden. Am Datenbus 430 liegen damit Daten 402 betreffend den Laderbetriebszustand, und den Getriebebetriebszustand an.
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Vorliegend ist der Motor 200 mit einem Motorblock 210 und einer V-Anordnung von zehn Zylindern gebildet, nämlich den Zylindern A1 bis A5 auf einer A-Seite A und Zylindern B1 bis B5 auf einer B-Seite B des Motorblocks 210. Über die Abgas-Turboaufladegruppe 100 und das Ladeführungssystem 300 kann Ladeluft LL den Zylindern über am Motorblock 210 angeschlossene Ladeluftkrümmer 220A, 220B zugeführt werden. Konkret wird Ladeluft LL in einer Ladeluftführung 310 den Ladeluftkrümmern 220A, 220B über nicht im Einzelnen dargestellte Zweigleitungen zugeleitet. Die Ladeluft LL wird zusammen mit eingespritztem Kraftstoff einer bestimmten Einspritzmenge qV bei jeder Verdichtungsphase der Kurbelwelle in den Zylindern verdichtet und dient zur Verbrennung des Kraftstoffs. Die Verbrennungsprodukte werden als Abgas AG über Abgaskrümmer 230A, 230B wieder in das Ladeführungssystem 300 abgegeben. Das Abgas AG wird von den Abgaskrümmern 230A, 230B in eine Abgasführung 320 aufgenommen und über die Abgas-Turboaufladegruppe 100 an die Umgebung abgeführt.
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Das vom Motor 200 erzeugte Drehmoment wird an dessen Kraftseite über die Kurbelwelle an das Getriebe 500 weitergegeben, das zur Umsetzung an den weiteren Antriebsstrang (Getriebe, Achsantrieb, Antriebswellen) sechs Gangstufen aufweist.
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Zur Steuerung der Brennkraftmaschine ist eine Fahrzeugsteuerung (genannt ECU oder ADEC) 400 und ein Datenbus 430 in Form eines Bussystems (CAN) vorgesehen. Mit der Fahrzeugsteuerung 400 ist über den Datenbus 430 auch ein elektronisches Getriebesteuermodul 420 und ein elektronisches Ladersteuermodul 410 verbunden.
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Konkret ist die Abgas-Turboaufladegruppe 100 als eine Registeraufladung mit einem ersten Abgasturbolader in Form eines Basis-Abgasturboladers 110 und einem zweiten Abgasturbolader in Form eines Schalt-Abgasturboladers 120 gebildet. Der Basis-Abgasturbolader 110 weist einen Basisverdichter 111 für Ladeluft LL und eine Basisturbine 112 mit variabler Turbinengeometrie VTG1 für Abgas AG auf. Der Schalt-Abgasturbolader 120 weist einen Schaltverdichter 121 und eine Schaltturbine 122 mit variabler Turbinengeometrie VTG2 für Abgas AG auf. Der Schalt-Abgasturbolader 120 ist über eine Schalteinrichtung 130 zusätzlich zu dem, grundsätzlich permanent betriebenen, Basis-Abgasturbolader 110 zuschaltbar. Die Schalteinrichtung 130 weist eine mit einem ersten Regler R1 versehene Ladeluftschalteinrichtung 131 in einer Schaltteilleitung 312 der Ladeluftführung 310 auf, die von einer Basisladeluftführung 311 abzweigt. Darüber hinaus ist eine der Schaltturbine 122 zugeordnete Abgasschalteinrichtung 132 mit einem zweiten Regler R2 in einer Abgasschaltteilleitung 322 vorgesehen, die von einer Abgasbasisleitung 321 abzweigt.
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Der erste und zweite Regler R1, R2 sowie Stellelemente für die variable Turbinengeometrie VTG1, VTG2 sind über entsprechende Steuerleitungen mit der Fahrzeugsteuerung 400 über elektronisches Ladersteuermodul 410 der elektronischen Ladersteuerung ELS verbunden. Dazu sind entsprechende Steuerleitungen 411, 412 des Datenbus 430 (z. B. CAN-Bus oder ADEC) zwischen dem Ladersteuermodul 410 und den Reglern R1, R2 bzw. den Stelleelementen für die variable Turbinengeometrie VTG1, VTG2 vorgesehen.
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Vorliegend wird Ladeluft LL über eine Basisladeluftführung 311, einem Basisverdichter 111 zugeführt, der über eine von Abgas AG in der Basisabgasführung 321 angetriebene Basisturbine 112 angetrieben wird. Die verdichtete Ladeluft LL wird in einem Wärmetauscher 330 gekühlt und weiter in der Ladeluftführung 310 --wie zuvor erläutert-- den Ladeluftkrümmem 220A, 220B und den Zylindern A1 bis A5 bzw. B1 bis B5 zugeführt. Der Basis-Abgasturbolader 110 wird lastabhängig mit sich ändernden Drehzahlen nATL1 betrieben.
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Im Zuschaltbetrieb der Abgas-Turboaufladegruppe 100 wird der Schalt-Abgasturbolader 120 zunächst im Leerlaufbetrieb unter Führung von Abgas AG über die Schaltturbine 122 ohne Führung von Ladeluft LL über den Schaltverdichter 121 betrieben sobald erkannt wird, dass ein Grenzwert einer ersten Parameterkennlinie erreicht ist; d. h. im Beschleunigungsvorgang mit zunehmender Drehzahl nATL2 bei Überwindung der Masseträgheit und ohne zusätzliche Last, da zunächst keine Ladeluft LL über den Schaltverdichter 121 verdichtet wird. Dazu öffnet die der Schaltturbine 122 zugeordnete Abgasschalteinrichtung 132. Der Schalt-Abgasturbolader 120 kann somit zunächst ohne Verdichterarbeit vergleichsweise schnell beschleunigt werden und dennoch kann --bei Bedarf-- Abgas AG effektiv abgeblasen werden. Bei weiter steigender Abgasmenge wird auch die dem Schaltverdichter 121 zugeordnete Ladeluftschalteinrichtung 131 geöffnet und der Betrieb des Schalt-Abgasturboladers 120 wird unter Luftverdichtung, d. h. als Lastbetrieb, aktiviert sobald erkannt wird, dass ein Grenzwert einer zweiten Parameterkennlinie erreicht ist.
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Die Aktivierung des Schalt-Abgasturboladers 120 --d. h. vorliegend das Öffnen einer Ladeluftklappe zur Bildung der Ladeluftschalteinrichtung 131 und dann einer Abgasklappe zur Bildung der Abgasschalteinrichtung 132-- erfolgt sauber verblendet und nur unter vergleichsweise geringem Ladedruckverlust.
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2A zeigt beispielhaft eine Projektion einer ersten Parameterkennlinie in Abhängigkeit der Werte einer ersten Parametergruppe als Projektion in eine Ebene aus Motordrehzahl nMOT und Drehzahl des Basis-Abgasturboladers nATL1 bei einem bestimmten Wert einer Einspritzmenge qV. 2A zeigt auch die Projektion einer weiteren dreidimensionalen Parameterkennlinie in Abhängigkeit der Werte einer zweiten Parametergruppe als Projektion in eine Ebene aus Motordrehzahl nMOT und Drehzahl des Basis-Abgasturboladers nATL1 bei einem bestimmten Wert eines Verhältnisses Q aus der Drehzahl nATL2 des Schalt-Abgasturboladers und der Drehzahl des Basis-Abgasturboladers nATL1. So zeigt konkret 2A beispielhaft eine Parameterkennlinie PK1 als Ausschnitt aus einem dreidimensionalen Kennlinienfeld, das durch die Betriebsparameter einer Drehzahl nATL1 des Basis-Abgasturboladers ATL1, einer Drehzahl nMOT des Motors 200 und einer Einspritzmenge qV bestimmt ist; die Parameterkennlinie PK1 zeigt die Projektion des Kennlinienfeldes in einer Ebene, die aufgespannt wird durch die Drehzahl nATL1 des Basis-Abgasturboladers und die Motordrehzahl nMOT. Bei Überschreiten einer durch das dreidimensionale Kennlinienfeld festgelegte Parameterkennlinie --vorliegend der Parameterkennlinie PK1-- wird der Betrieb des Schalt-Abgasturboladers im Leerlauf, d. h. ohne Luftverdichtung, geschaltet - hier also aktiviert. Dazu wird die der Schaltturbine 122 zugeordnete Abgasschalteinrichtung 132 geöffnet. Ganz ähnlich zeigt 2A eine weitere Parameterkennlinie PK2 als Ausschnitt aus einem zweiten dreidimensionalen Parameterkennlinienfeld, das in Abhängigkeit der Betriebsparameter einer Drehzahl nATL2 des Schalt-Abgasturboladers ATL2, einer Drehzahl nATL1 des Basis-Abgasturboladers ATL1 und einer Motordrehzahl nMOT des Motors 200 gebildet ist. Insbesondere ist vorliegend das zweite dreidimensionale Parameterkennlinienfeld in Abhängigkeit eines Verhältnisses der Drehzahl nATL2 des Schalt-Abgasturboladers zur Drehzahl nATL1 des Basis-Abgasturboladers gebildet. 2A zeigt vorliegend eine Projektion des zweiten dreidimensionalen Parameterkennlinienfeldes --als zweite Parameterkennlinie PK2-- in die Ebene, welche durch die Drehzahl nATL1 des Basis-Abgasturboladers und der Drehzahl nMOT des Motors 200 aufgespannt wird.
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Bei Überschreiten eines durch das zweite dreidimensionale Parameterkennlinienfeld festgelegten Grenzwertes, vorliegend bei Überschreiten der zweiten Parameterkennlinie PK2, wird der Betrieb des Schalt-Abgasturboladers im Lastbetrieb, d. h. unter Luftverdichtung geschaltet - hier also aktiviert. Dazu wird ein zweites Zuschaltsignal für die dem Schaltverdichter 121 zugeordnete Ladeluftschalteinrichtung 131 geöffnet. Insgesamt ist aus 2A ersichtlich, dass jedenfalls grundsätzlich mit zunehmender Motordrehzahl nMOT eine Zuschaltung des Leerlauf- und/oder Lastbetriebs des Schalt-Abgasturboladers 120 bei immer niedrigeren Werten der Drehzahl nATL1 des Basis-Abgasturboladers 110 erfolgen kann.
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Auch kann ein in 2A beispielhaft gezeigtes erstes und/oder zweites dreidimensionales Parameterkennlinienfeld zusätzlich abhängig von einem signalisierten Betriebsmodus des Getriebes, beispielsweise einer Gangstufe des Getriebes 500 oder einer sonstigen Übersetzungsbegrenzung gestaltet werden. Dazu kann es sich beispielsweise als vorteilhaft erweisen, neben der ersten und zweiten Parameterkennlinie PK1, PK2 (aus dem ersten und zweiten dreidimensionalen Parameterkennlinienfeld) ein von einem Betriebsmodus des Getriebes 500 abhängiges Parameterkennlinienfeld vorzusehen, z. B. für jede Gangstufe ein angepasstes Parameterkennlinienfeld vorzusehen. Dazu sind hier gangstufenspezifische weitere Parameterkennlinien PK1', PK2' (aus den weiteren dreidimensionalen Parameterkennlinienfeldern) vorgesehen, die in 2A als PK1' und PK2' beispielhaft eingezeichnet sind.
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2B zeigt für eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines Steuerverfahrens eine Anzahl unterschiedlicher DBR-Kennlinien, gemäß der in Abhängigkeit des Betriebsmodus des Getriebes 500 der Betrieb des Motors 200 gesteuert werden kann. Dazu ist vorliegend beispielhaft eine primäre DBR-Kennlinie 1STDBR mit einem primären Abregelbogen AR1 und eine sekundäre DBR-Kennlinie 2NDDBR mit einem sekundären Abregelbogen AR2 gezeigt, wobei die Werte im sekundären Abregelbogen AR2 unterhalb der Werte im primären Abregelbogen AR1 liegen. Außerdem ist eine für die sechste Gangstufe GS6 des Getriebes 500 vorgesehene weitere DBR-Kennlinie GS6-DBR gezeigt, die ansonsten analog einer primären DBR-Kennlinie verwendet wird; die weitere DBR-Kennlinie GS6-DBR hat einen dritten Abregelbogen AR3, der zur Erreichung einer möglichst maximalen Geschwindigkeit ausgebildet ist. Dieser dritte Abregelbogen AR3 dient insofern zwar auch einer Drehzahlbegrenzung, weist jedoch Werte auf, die über den Werten des ersten und zweiten Abregelbogens AR1, AR2 liegen.
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Jede der DBR-Kennlinien der 2B zeigt eine Funktion einer Einspritzmenge qV in Abhängigkeit einer Motordrehzahl nMOT. Die reduzierte Einspritzmenge qVred --d. h. bei der primären DBR-Kennlinie 1STDBR die Einspritzmenge qV1 und bei der sekundären DBR-Kennlinie 2NDDBR für die Gangstufen GS1 bis GS5 die Einspritzmenge qV2-- ist unter eine Einspritzmenge qVmax zur Erreichung eines maximalen Drehmoments abgesenkt. Für die sechste Gangstufe ist eine DBR-Kennlinie GS6-DBR vorgesehen, bei der die Einspritzmenge qVdreh einer Einspritzmenge zur Erreichung einer maximalen Geschwindigkeit entspricht. Die weitere primäre für die sechste Gangstufe vorgesehene DBR-Kennlinie GS6-DBR ist somit im Drehzahlbereich oberhalb von 3500U/min eines Abregelbogens der DBR-Kennlinie 1STDBR und der DBR-Kennlinie 2NDDBR für die Gangstufen GS1 bis GS5 frei von einer Absenkung einer Einspritzmenge bzw. eine Einspritzmenge qV3 ist nur geringfügig abgesenkt und liegt oberhalb der Einspritzmengen qV1, qV2 bei gleicher Drehzahl nMOT des Motors. Damit ist gewährleistet, dass die Brennkraftmaschine bei der höchsten Getriebegangstufe GS6 eine maximale Geschwindigkeit liefern kann. Dies erweist sich im Falle eines Sondersignals, beispielsweise für einen Kampfeinsatz, als erforderlich, sodass übliche Schutzanforderungen für Antriebsstränge oder Turbolader dahinter zurückzutreten haben.
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Für die Steuerung der Brennkraftmaschine 1000 ist damit neben einem ersten Satz I von Parameterkennfeldem PK1, PK2 und einem zweiten Satz II von Parameterkennfeldern PK1', PK2' hier ein Satz III von DBR-Kennlinien vorgesehen, bei der neben der primären DBR-Kennlinie 1STDBR, die sekundäre DBR-Kennlinie 2NDDBR für alle Gangstufen GS1 bis GS6 des Getriebes, d. h. bei Bedarf auch für die sechste Gangstufe GS6 einen Überdrehzahlschutz, und eine weitere DBR-Kennlinie GS6-DBR vorgesehen.
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Insbesondere ist für die sekundäre DBR-Kennlinie 2NDDBR, als eine Funktion einer Einspritzmenge qV und einer Motordrehzahl nMOT, vorgesehen, dass diese in einem oberen Drehzahlbereich des Motors, d. h. oberhalb von 3100 U/min, mit einem sekundären Abregelbogen AR2 drehzahlbegrenzt ist, wobei die abgeregelte Einspritzmenge qVred unterhalb einer Einspritzmenge zur Erzeugung einer maximalen Motordrehzahl qVred und auch unterhalb einer maximalen Einspritzmenge qVmax zur Erzeugung eines maximalen Drehmoments und auch unterhalb einer ersten Einspritzmenge qV1 des ersten Abregelbogens AR1 liegt. Der sekundäre Abregelbogen AR2 verläuft vorliegend oberhalb einer Drehzahl nMOT des Motors von 3100 U/min und stellt damit ein ausreichend breites Drehzahlband oberhalb eines Handrückschaltpunktes bei ca. 3100 U/min zur Erreichung einer maximal möglichen Motorleistung im Rahmen der primären DBR-Kennlinie 1STDBR als auch der sekundären DBR-Kennlinie 2NDDBR sicher; dies gilt für alle Getriebegangstufen GS1 bis GS6, wobei bei der sechsten Gangstufe GS6 die Option besteht zwischen einer dynamischen Überleistung gemäß der weiteren DBR-Kennlinie GS6-DBR und einem Überdrehzahlschutz gemäß der sekundären DBR-Kennlinie 2NDDBR zu wählen.
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3 zeigt in einer dreidimensionalen schematischen Darstellung --dort in einer flachen X-Y-Ebene-- zunächst das Feld der DBR-Kennlinien wie es bereits in 2B dargestellt ist, nämlich eine primäre DBR-Kennlinie 1STDBR und 2NDDBR. In der dreidimensionalen schematischen Darstellung --dort in einer Z-Y-Ebene-- ist eine beispielhafte Offset-Grenzlinie für eine Abgas-Turboaufladegruppe die der Bestimmung eines negativen Offset-DBR-Wert ΔqV dient. Über diese ist insofern eine variabel festlegbare und abhängig vom Betriebszustand der Abgas-Turboaufladegruppe festlegbare sekundäre DBR-Kennlinie 2NDDBR bestimmt und im Folgenden anhand von drei Situationen (A), (B), (C) dargestellt.
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Die Überblendung von einem primären Abregelbogen AR1 auf eine sekundären Abregelbogen AR2, d. h. bei fester Motordrehzahl nMOT von einem primären Wert einer Einspritzmenge qV1 zu einem sekundären Wert einer Einspritzmenge qV2 wird vorliegend bestimmt über einen negativen Offset-DBR-Wert ΔqV der von einem primären Wert qV1 abzuziehen ist. Dieser negative Offset-DBR-Wert ΔqV wird gemäß der senkrecht dargestellten Z-Y-Ebene der dreidimensionalen Darstellung auf der Z-Achse als Ergebnis einer Maximumfunktion dargestellt, die einen Maximalwert der Argumente liefert. Die Argumente sind vorliegend die Drehzahl nATL1 des Basis-Abgasturboladers ATL1 und die Drehzahl nATL2 des Schalt-Abgasturboladers ATL2. Die Rücknahmemenge in Form des negativen Offset-DBR-Wertes ΔqV ist also abhängig von einem durch die Maximalwertfunktion bestimmten Maximalwert von nATL1 und nATL2. Anders ausgedrückt, bestimmt sich die Rücknahmemenge ΔqV nach dem größeren Drehzahlwert nATL1 und nATL2 der aktuellen Drehzahl des Basis-Abgasturboladers und der Drehzahl des Schalt-Abgasturboladers im Betrieb. Insofern wird eine bedarfsmäßige Bestimmung der Rücknahmemenge aus einem dynamischen zweidimensionalen Kennlinienfeld zweier Laderdrehzahlen, nämlich einer aktuellen Drehzahl des Basis-Abgasturboladers und des Schalt-Abgasturboladers im Betrieb bestimmt.
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Die größere der Drehzahlen nATL1 und nATL2 wird als Argument einer Funktion genutzt, um die Rücknahmemenge ΔqV zu bestimmen. Die Funktion zur Bestimmung der Rücknahmemenge, d. h. des negativen Offset-DBR-Wertes ΔqV, in Abhängigkeit des Maximalwerts der Drehzahlen des Basis- und Schaltturbolader ist eine mit dem Maximalwert stetig und progressiv zunehmende Funktion einer Rücknahmemenge; d. h. je näher ein Maximalwert einer Überdrehzahl --sei es des Basis- oder Schalt-Abgasturboladers-kommt, desto höher wird die Rücknahmemenge der Einspritzmenge festgelegt. Vorteilhaft ist die Zunahme logarithmisch. Beispielsweise kann sich bei festen Drehzahlabständen ΔnATL1 oder ΔnATL2 jeweils die Rücknahmemenge einer Einspritzmenge, d. h. der negative Offset-DBR-Wert ΔqV, verdoppeln.
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Im vorliegenden Fall ist vorgesehen, dass eine erste untere Grenzwertdrehzahl GW-ATL eines Abgasturboladers --also entweder des Basis-Abgasturboladers oder Schalt-Abgasturboladers-- von GW-ATL=98 krpm vorgegeben ist, bei welcher der Prozess zur Festlegung einer dynamisch variablen sekundären DBR-Kennlinie mit entsprechend dynamisch variablem Abregelbogen AR2 beginnt. In dem Fall wird bei Erreichen von GW=98 krpm durch max[nATL1, nATL2] die Rücknahmemenge ΔqV zu 5 Einheiten festgelegt. D. h. von einer primären DBR-Kennlinie 1STDBR wird im Abregelbogen AR1 bei gegebener Motordrehzahl nMOT die Einspritzmenge qV1 um ΔqV = 5 Einheiten reduziert. Dieses Ereignis ist in der dreidimensionalen Darstellung mit Situation (A) bezeichnet.
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Steigt die Drehzahl eines der beiden Abgas-Turbolader ATL1, ATL2 weiter an, wird bei einem zweiten oberen Grenzwert von GW-ATL=99 krpm eine Rücknahmemenge der Einspritzmenge auf einen negativen Offset-DBR-Wert von ΔqV = 10 Einheiten erhöht. D. h. bei dann gegebener Motordrehzahl wird von der zu dem Zeitpunkt gegeben primären DBR-Kennlinie eine Einspritzmenge von 10 Einheiten abgezogen. Diese Situation ist in der dreidimensionalen Darstellung mit dem Buchstaben (B) bezeichnet.
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Erreicht die Drehzahl eines der beiden Abgas-Turbolader ATL1, ATL2 schließlich einen Wert, der bereits über einer Überdrehzahl liegt, beispielsweise bei GW-ATL= 99,9 krpm, sodass ein Bauteilschutz nur noch mit Einschränkung gewährleistet werden kann, ist vorgesehen, dass die Einspritzmenge um eine Rücknahmemenge mit einem vergleichsweise drastischen Betrag eines negativen Offset-DBR-Wert von ΔqV = 50 Einheiten zurückgenommen wird. Damit regelt die über die Situationen (A-C) beschriebene dynamische Entwicklung der sekundären DBR-Kennlinie den Motor variabel und schließlich drastisch ab, da eine akute Gefahr einer Bauteilbeschädigung besteht.
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Da jedoch dieses abschließend drastische Abregelverhalten in der Folge einer vorzugsweise asymptotischen Erhöhung einer Einspritzmengenrücknahme --nämlich des negativen Offset-DBR-Wert von ΔqV-- steht, beeinträchtigt dies nicht nachteilig den Betrieb der Brennkraftmaschine bei Volllast, sondern führt den Betrieb der Brennkraftmaschine eng an die Volllastgrenze heran; dabei wird dennoch ein Bauteilschutz und ein verbessertes Fahrverhalten ohne Mobilitätseinschränkungen ermöglicht.
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Das Verfahren zur dynamischen Drehzahlbegrenzungsregelung zeigt 4 in einem Regelschema für eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines Steuerverfahrens in einer Motorsteuerung (ECU). Diese Motorsteuerung 401 kann über einen CAN-Bus an ein elektronisches Steuermodul ELS für eine Abgas-Turboaufladegruppe 100 und auch an ein elektronisches Getriebesteuermodul 420 angebunden sein, wie dies anhand von 1 erläutert ist.
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4 zeigt beispielhaft ein Regelschema für ein Verfahren 2000 zur Steuerung einer Brennkraftmaschine 1000, bei dem eine Drehzahl nATL1 eines Basis-Abgasturboladers ATL1 und eine Drehzahl nATL2 eines Schalt-Abgasturboladers ATL2 auf den Motorsteuergerät 401 zur Verfügung gestellt wird. Dem Motorsteuergerät 401 wird über den CAN-Bus auch eine Motordrehzahl nMOT zur Verfügung gestellt. In einer Speichereinheit des Motorsteuergeräts 401 ist eine primäre DBR-Kennlinie 1STDBR hinterlegt. In einem ersten Schritt S1 wird mittels einer Recheneinheit eine Maximalwertfunktion MAXWERT aktiviert. Das Ergebnis von MAXWERT ist ein Maximalwert, der die größere der Drehzahlen nATL1 des Basis-Abgasturboladers ATL1 und nATL2 des Schalt-Abgasturboladers ATL2 ausgibt. Der Maximalwert wiederum dient in einem Schritt S2 als Argument einer Funktion zur Bestimmung eines zweidimensionalen dynamischen Kennlinienfeldes wie es in 3 in der Z-Y-Ebene gezeigt ist; d.h. zur Bestimmung einer Rücknahmemenge einer Einspritzmenge qV1; d.h. des negativen Offset-DBR-Wertes ΔqV im primären Abregelbogen AR1 der primären DBR-Kennlinie 1STDBR oberhalb einer Motordrehzahl von nMOT = 3.500 U/min. Ein entsprechendes Funktionsmodul der Logik einer Recheneinheit gibt den Wert des negativen Offset-DBR-Wertes ΔqV aus; dies ist beispielsweise ein Wert von 5 Einheiten gemäß der in 3 dargestellten Situation (A) oder ein Wert von 10 Einheiten gemäß der in 3 dargestellten Situation (B) oder ein Wert von 50 Einheiten gemäß der in 3 dargestellten Situation (C).
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Ein negativer Offset-DBR-Wert ΔqV wird in einem dritten Schritt S3 einem Freigabemodul zugeführt, das anhand des Betriebszustands der Brennkraftmaschine 1000 prüft, ob eine Reduzierung der primären Einspritzmenge qV1 im primären Abregelbogen AR1 der primären DBR-Kennlinie 1STDBR um die Rücknahmemenge erfolgen darf. Eine Freigabe der Rücknahmemenge, d. h. des negativen Offset-DBR-Wertes ΔqV, könnte beispielsweise unterbunden werden, wenn sich die Brennkraftmaschine in einem Betriebsmodus zur dynamischen Überleistung befindet. In dem Fall ist das zuerst gesetzte lastbestimmende Signal --z. B. einer Vmax-Lastanforderung-- vorrangig vor einer zusätzlichen Absenkung der primären DBR-Kennlinie1STDBR. Insbesondere kann eine Vmax-Lastanforderung vorrangig sein, wenn eine Überdrehzahl eines Abgasturboladers von beispielsweise 99 krpm noch nicht überschritten wurde. Eine Freigabe der Rücknahmemenge ΔqV kann beispielsweise selbst bei Vorliegen einer Vmax-Lastanforderung erfolgen, wenn eine Überdrehzahlgrenze bereits überschritten wurde. Dies gilt beispielsweise für die in 3 dargestellte Situation (C), bei der einer der Abgasturbolader bereits eine Drehzahl von 99,5 krpm und damit eine Überdrehzahl erheblich überschritten hat.
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Andererseits kann selbst in solch einem Fall die Freigabe einer Rücknahmemenge einer Einspritzmenge ΔqV verweigert werden, wenn beispielsweise ein Triggersignal für eine Sonderlast gesetzt ist. Ein solches Triggersignal kann beispielsweise auf enge Grenzen einer manuellen Festlegung beschränkt sein. Beispielsweise kann ein solches Triggersignal für einen Ausnahmebetriebszustand wie eine Kampfsituation eines Militärfahrzeugs oder eine für die Umgebung gefährliche Sonderlastanforderung für eine schweres Nutzfahrzeug darstellen.
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Erfolgt aber im Schritt S3 die Freigabe so wird die Rücknahmemenge zur Bildung des negativen Offset-DBR-Wertes ΔqV invertiert, d. h. mit negativen Vorzeichen versehen und in ein Additionsmodul im Schritt S4 eingebracht. Dem Additionsmodul wird auch ein Wert der aktuellen primären Einspritzmenge qV1 der primären DBR-Kennlinie bei gegebener Motordrehzahl nMOT aus der Wertbestimmung im Schritt S5 zugeführt. Das Additionsmodul ermittelt durch Addition von -ΔqV und qV1 eine resultierende sekundäre Einspritzmenge qV2, die in sofern eine resultierende Einspritzmenge qV(res) einer vorgenannten Grenzkennlinie darstellt. Die Grenzkennlinie ist damit bedarfsabhängig dynamisch variabel festgelegt in Abhängigkeit des Betriebszustands einer Abgas-Turboaufladegruppe. Damit stellt die Grenzkennlinie eine im Fahrbetrieb der Brennkraftmaschine dynamisch variable sekundäre DBR-Kennlinie dar, die im Schritt S6 je nach akuter Fahrsituation gebildet wird und zur Steuerung des Motors 200 herangezogen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1000
- Brennkraftmaschine
- 2000
- Verfahren
- 100
- Abgas-Turboaufladegruppe
- 110
- Basis-Abgasturbolader
- 111
- Basisverdichter
- 112
- Basisturbine
- 120
- Schalt-Abgasturbolader
- 121
- Schaltverdichter
- 122
- Schaltturbine
- 130
- Schalteinrichtung
- 131
- Ladeluftschalteinrichtung
- 132
- Abgasschalteinrichtung
- 200
- Motor
- 210
- Motorblock
- 220A, 220B
- Ladeluftkrümmer
- 230A, 230B
- Abgaskrümmer
- 300
- Ladeführungssystem
- 310
- Ladeluftführung
- 311
- Basisladeluftführung
- 312
- Schaltteilleitung
- 320
- Abgasführung
- 321
- Abgasbasisleitung, Basisabgasführung
- 322
- Abgasschaltteilleitung
- 330
- Wärmetauscher
- 400
- Fahrzeugsteuerung
- 401
- Motorsteuergerät
- 402
- Daten
- 410
- elektronisches Ladersteuermodul
- 411
- Steuerleitung
- 412
- Steuerleitung
- 420
- elektronisches Getriebesteuermodul
- 430
- Datenbus
- 500
- Getriebe
- PK1, PK2
- Parameterkennlinie
- PK1', PK2'
- Parameterkennlinienfeld
- 1STDBR
- primäre DBR-Kennlinie
- 2NDDBR
- sekundäre DBR-Kennlinie
- GS6-DBR
- weitere DBR-Kennlinie
- AR1
- primärer Abregelbogen
- AR2
- sekundärer Abregelbogen
- AR3
- dritter Abregelbogen
- nATL1
- Drehzahl des Basis-Abgasturboladers
- nATL2
- Drehzahl des Schalt-Abgasturboladers
- nMOT
- Drehzahl des Motors
- qV, qV1, qV2, qVdreh
- Einspritzmenge
- qVred
- abgeregelte Einspritzmenge
- qVmax
- maximale Einspritzmenge
- I - III
- Kennliniensätze
- S1-S6
- Verfahrensschritt
- GS1-GS6, GSn
- Gangstufen des Getriebes
- GS6
- sechste Gangstufe
- HSS
- Getriebehochschaltsperre
- AG
- Abgas
- LL
- Ladeluft
- A1 bis A5
- Zylinder
- A
- A-Seite des Motorblocks
- B1 bis B5
- Zylinder
- B
- B-Seite des Motorblocks
- VTG1, VTG2
- Turbinengeometrie für Abgas AG
- R1, R2
- Regler
- ELS
- elektronische Ladesteuerung
- ΔqV
- negativer Offset-DBR-Wert
- GW-ATL
- Grenzwertdrehzahl eines Abgasturboladers
- MAXWERT, max[nATL1, nATL2]
- Maximalwertfunktion
