DE102014217591A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines Abgasrückführventils einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbau des zu einer Vermeidung eines Drehmomenteinbruchs notwendigen Ladedrucks einer einen Abgasturbolader aufweisenden Brennkraftmaschine, die einen Frischlufteingangskanal, einen ein Abgasrückführventil aufweisenden Abgasrückführkanal und einen Mischer aufweist. Dabei werden folgende Schritte durchgeführt: – Erkennung eines Beschleunigungswunsches, – nach Erkennung des Beschleunigungswunsches Vorgeben eines erhöhten Zielwertes für die Abgasrückführrate, – Messen des momentanen Ist-Ladedrucks, – Ermitteln einer Soll-Abgasrückführrate aus dem erhöhten Zielwert für die Abgasrückführrate, dem momentanen Soll-Ladedruck und dem momentanen Ist-Ladedruck, – Ermitteln eines einer Stellgröße für das Abgasrückführventil entsprechenden Steuersignals unter Verwendung der ermittelten Soll-Abgasrückführrate und – Zuführen des Steuersignals an das Abgasrückführventil zur Veränderung von dessen Öffnungszustand.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Abgasrückführventils einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung.
- Aus der
DE 10 2005 060 350 B4 ist ein Verfahren zur Regelung eines Verbrennungsprozesses einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung bekannt, die mit unterschiedlichem Luft/Kraftstoff-Verhältnis betreibbar ist. Dabei werden dem Verbrennungsvorgang ein Frischluftstrom und ein rückgeführter Abgasstrom gezielt zugemessen, wobei jeweils eine Messgröße für den Frischluftstrom und den rückgeführten Abgasstrom bestimmt wird. Die Messgrößen für den Frischluftstrom und für den rückgeführten Abgasstrom werden direkt durch einen Massen- und/oder Volumenstrommesser ermittelt. Bei einem Einsatz des Verfahrens in Turbomotoren werden diese im unteren Lastbereich entlang der Pumpgrenze des Verdichters betrieben. - Aus der
DE 10 2007 042 577 B3 sind ein Verfahren zum Regeln eines Verbrennungsvorganges und ein Steuergerät bekannt. Bei diesem Verfahren werden Kraftstoff zur Verbrennung in die Brennkraftmaschine eingespritzt, Abgas in einen Ansaugkanal zurückgeführt, ein Zeitpunkt der Verbrennung erfasst, der erfasste Zeitpunkt mit einem Sollwert verglichen und abhängig vom Vergleichsergebnis die Einspritzung verändert, um die Verbrennung in Richtung auf den Sollwert zu bewegen. Ein Teil der Änderung der Einspritzung wird in einen Adaptionswert für die Regelung der Abgasrückführung überführt, um die Verbrennung in Richtung auf den Sollwert zu bewegen. - Aus der
DE 10 2007 003 855 A1 ist ein Verfahren zum Steuern der Abgasrückführung bei einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welchem ein Teil des Abgases von dem Abgastrakt über eine externe Leitung zu dem Saugrohr rückgeführt und der den Zylindern zugeführten Frischluft beigemischt wird. Ein weiterer Teil des Abgases wird über die Ventile intern dem Brennraum des Motors wieder zugeführt. Die intern rückgeführte Abgasmenge wird durch Steuern der Nockenphasen abhängig von der Motorlast und der Motordrehzahl eingestellt. Ein Sollwert für die interne Abgasrückführungsrate wird als Differenz zwischen dem Sollwert der Abgasrückführung und der externen Abgasrückführungsrate berechnet. - Bei derartigen Brennkraftmaschinen mit Abgasrückführung kann es bei Beschleunigungsvorgängen bei Motoren mit Lambda-1 Konzept, beispielsweise Benzinmotoren, zu einem Einbruch des Drehmoments kommen. Diese Probleme werden dadurch verursacht, dass durch die erfolgte Öffnung des Abgasrückführventils die Luftdichte vor dem Kompressor sinkt. Folglich gelangt solange zu wenig Luft in den jeweiligen Zylinder, bis der Ladedruck wieder auf einen ausreichenden Wert aufgebaut ist.
- Es ist bekannt, diesen Aufbau des Ladedrucks auf einen ausreichenden Wert durchzuführen, indem das Abgasrückführventil mittels eines rampenförmigen Ansteuersignals angesteuert wird. Ein derartiger Aufbau des Ladedrucks geschieht jedoch nur langsam und erfordert Applikationsaufwand.
- Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbau des zu einer Vermeidung eines Drehmomenteinbruches notwendigen Ladedrucks einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung anzugeben, bei welchen der Ladedruckaufbau schneller und einfacher erfolgt.
- Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und eine Vorrichtung mit den im Anspruch 7 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Aufbau des zu einer Vermeidung eines Drehmomenteinbruchs notwendigen Ladedrucks einer einen Abgasturbolader aufweisenden Brennkraftmaschine, die einen Frischlufteingangskanal, einen ein Abgasrückführventil aufweisenden Abgasrückführkanal und einen Mischer aufweist, werden folgende Schritte durchgeführt:
- – Erkennung eines Beschleunigungswunsches,
- – nach Erkennung des Beschleunigungswunsches Vorgeben eines erhöhten Zielwertes für die Abgasrückführrate,
- – Messen des momentanen Ist-Ladedrucks,
- – Ermitteln einer Soll-Abgasrückführrate aus dem erhöhten Zielwert für die Abgasrückführrate, dem momentanen Soll-Ladedruck und dem momentanen Ist-Ladedruck,
- – Ermitteln eines einer Stellgröße für das Abgasrückführventil entsprechenden Steuersignals unter Verwendung der ermittelten Soll-Abgasrückführrate und
- – Zuführen des Steuersignals an das Abgasrückführventil zur Veränderung von dessen Öffnungszustand.
- Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aufbau des zu einer Vermeidung eines Drehmomenteinbruchs notwendigen Ladedrucks einer Brennkraftmaschine enthält
- – einen Abgasturbolader, welcher eine Turbine und einen mit der Turbine über eine Welle verbundenen Verdichter aufweist,
- – einen an den Ausgang der Turbine angeschlossenen Abgaskanal,
- – einen vom Abgaskanal abzweigenden Abgasrückführkanal, dessen Ausgang mit einem ersten Eingang eines Mischers verbunden ist, dessen Ausgang mit einem Eingang des Verdichters verbunden ist,
- – ein im Abgasrückführkanal angeordnetes Abgasrückführventil,
- – einen Frischlufteingangskanal, dessen Ausgang mit einem zweiten Eingang des Mischers verbunden ist, und
- – eine zur Bereitstellung von Ansteuersignalen für das Abgasrückführventil vorgesehene Steuereinheit,
- – wobei die Steuereinheit zur Durchführung eines Verfahrens mit den in einem der vorhergehenden Ansprüche angegebenen Schritten ausgebildet ist.
- Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass der zur Vermeidung eines Drehmomenteinbruchs notwendige Ladedruck einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung schneller und einfacher erfolgt als beim Stand der Technik. Insbesondere erfolgt bei der vorliegenden Erfindung die Veränderung des Öffnungszustandes des Abgasrückführventils mit zumindest in etwa derselben Geschwindigkeit, mit welcher der zu einer Vermeidung eines Drehmomenteinbruchs notwendige Ladedruck aufgebaut wird. Die Veränderung des Öffnungszustandes des Abgasrückführventils ist folglich an die Geschwindigkeit des Aufbaus des Ladedrucks angepasst.
- Diese Vorteile werden insbesondere dadurch erreicht, dass die Ermittlung der Soll-Abgasrückführrate unter Verwendung des momentanen Ist-Ladedrucks erfolgt. Steigt der momentane Ist-Ladedruck schnell an, dann wird auch die Soll-Abgasrückführrate schnell erhöht. Steigt der momentane Ist-Ladedruck langsam an, dann wird auch die Soll-Abgasrückführrate langsam erhöht.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
-
1 eine Blockdarstellung zur Erläuterung einer Vorrichtung zum Aufbau des zu einer Vermeidung eines Drehmomenteinbruchs notwendigen Ladedrucks einer einen Abgasturbolader aufweisenden Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung und -
2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Aufbau des zu einer Vermeidung eines Drehmomenteinbruchs notwendigen Ladedrucks einer einen Abgasturbolader aufweisenden Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung. - Die in der
1 gezeigte Vorrichtung weist einen Frischlufteingangskanal9 auf, in welchem ein Frischlufteingang11 , eine Luftreinigungsvorrichtung12 und eine Eingangsklappe13 enthalten sind. - Des Weiteren weist die gezeigte Vorrichtung einen Abgaskanal
5 auf, der an den Ausgang2b der Turbine2 eines Abgasturboladers1 angeschlossen ist. Der Abgaskanal5 enthält einen Abgaskatalysator17 , einen Abzweig18 und einen Dämpfer19 . Im Abzweig18 zweigt ein Abgasrückführkanal6 ab. Dieser weist einen Abgaskühler20 und ein Abgasrückführventil8 auf. - Der Ausgang des Abgasrückführventils
8 ist mit einem ersten Eingang7a eines Mischers7 verbunden. Der Ausgang der Eingangsklappe13 des Frischlufteingangskanals9 ist an den zweiten Eingang7b des Mischers7 angeschlossen. - Der Ausgang
7c des Mischers7 ist mit dem Eingang4a eines Verdichters4 des Abgasturboladers verbunden. Der Verdichter4 weist ein Verdichterrad auf, welches drehfest auf einer Welle3 befestigt ist, mit welcher auch ein Turbinenrad der Turbine2 drehfest verbunden ist. - Dem Eingang
2a der Turbine werden die Abgase einer Brennkraftmaschine16 in Form eines Abgasstromes zugeführt. Dieser Abgasstrom treibt das Turbinenrad an. Dadurch wird auch die Welle3 des Abgasturboladers1 in Drehung versetzt. Diese Drehung der Welle wird auf das Verdichterrad übertragen. - Der Verdichter saugt das im Mischer
7 gebildete und dem Eingang4a des Verdichters zugeführte Frischluft/Abgas-Gemisch an und verdichtet dieses. Das verdichtete Frischluft/Abgas-Gemisch wird am Ausgang4b des Verdichters ausgegeben und über einen Ladeluftkühler14 und eine Drosselklappe15 der Brennkraftmaschine16 zugeführt. Das in der Brennkraftmaschine gebildete Abgas wird – wie bereits oben ausgeführt wurde – an den Eingang2a der Turbine2 ausgegeben. - Ferner weist die in der
1 gezeigte Vorrichtung eine Steuereinheit10 auf. Diese enthält eine Recheneinheit und mehrere Speichereinheiten, in denen Tabellen und Kennfelder abgespeichert sind. Der Steuereinheit10 werden als Eingangssignale die Ausgangssignale einer Vielzahl von Sensoren zugeführt, welche der Steuereinheit Ist-Werte einer Vielzahl von Parametern zuführen. Dazu gehört unter anderem ein Sensor, der die Betätigungen des Fahrpedals detektiert. Anhand der Ausgangssignale dieses Sensors erkennt die Steuereinheit10 das Vorliegen eines Beschleunigungswunsches. Des Weiteren gehört dazu ein Sensor, der der Steuereinheit10 Informationen über den Ist-Ladedruck bereitstellt. Dieser Sensor ist zwischen dem Ausgang des Verdichters4 und der Brennkraftmaschine16 vorgesehen, beispielsweise zwischen dem Ladeluftkühler14 und der Drosselklappe15 oder zwischen dem Verdichter4 und dem Ladeluftkühler14 . - Die Steuereinheit
10 ermittelt unter Auswertung dieser Ausgangssignale der Sensoren, der abgespeicherten Tabellen und der abgespeicherten Kennfelder Steuersignale, mittels welcher Komponenten der dargestellten Vorrichtung angesteuert werden. - Unter anderem ist die Steuereinheit
10 derart ausgebildet, dass sie Ansteuersignales1 für das Abgasrückführventil8 ermittelt und an dieses ausgibt. Mittels dieser Ansteuersignales1 wird je nach momentanem Bedarf der Öffnungszustand des Abgasrückführventils8 verändert, um dem Mischer7 mehr oder weniger Abgas zuzuführen. Insbesondere werden die Ansteuersignales1 für das Abgasrückführventil8 so erzeugt, dass bei einem vom Fahrer durch Betätigung des Fahrpedals ausgelösten Beschleunigungsvorgang kein Drehmomenteinbruch auftritt. - Beim Vorliegen eines Beschleunigungswunsches wird die Ziel-Abgasrückführrate erhöht. Dabei muss das Abgasrückführventil
8 derart gesteuert werden, dass die durch eine Öffnung des Abgasrückführventils8 verursachte Reduktion der Luftdichte durch einen Ladedruckaufbau kompensiert wird, um einen Drehmomenteinbruch zu vermeiden. - Die Vorgabe des erhöhten Wertes für die Ziel-Abgasrückführrate erfolgt durch die Steuereinheit
10 in Abhängigkeit von der Soll-Luftmasse oder dem Soll-Drehmoment und der Drehzahl der Welle3 des Abgasturboladers. - Durch das Öffnen des Abgasrückführventils
8 wird die Luftdichte entsprechend der Ist-Abgasrückführrate reduziert. Somit wird der Ist-Partialdruck P_lade_air_ist für Frischluft nach dem Verdichter4 wie folgt bestimmt:P_lade_air_ist = P_lade_ist (1 – eta_egr_ist), (1) - Kann bei einem Beschleunigungsvorgang der Ist-Partialladedruck für Frischluft dem Soll-Partialladedruck für Frischluft folgen, dann gibt es keinen Drehmomenteinbruch.
- Abgeleitet aus der Gleichung (1) ergibt sich, dass die aktuelle Soll-Abgasrückführrate eta_egr_soll abhängig vom Ist-Ladedruck so bestimmt werden muss, dass die folgende Beziehung gilt:
P_lade_ist (1 – eta_egr_soll) = P_lade_air_soll. (2) - Zwischen dem Soll-Partialladedruck für Frischluft und dem Soll-Ladedruck und der Ziel-Abgasrückführrate eta_egr_soll_0 ergibt sich folgender Zusammenhang:
P_lade_air_soll = (1 – eta_egr_soll_0)·P_lade_soll. (3) - Setzt man die Gleichung (3) in die Gleichung (2) ein, dann folgt:
eta_egr_soll = 1 – (1 – eta_egr_soll_0)·(P_lade_soll/P_lade_ist). (4) - Der anhand der Gleichung (4) berechnete Wert gilt für den Fall, dass der Soll-Ladedruck größer ist als der Ist-Ladedruck. Sobald der Soll-Ladedruck kleiner oder gleich dem Ist-Ladedruck ist, wird die aktuelle Abgasrückführrate eta_egr_soll dem Zielwert eta_egr_soll_0 gleichgesetzt.
- Der anhand der Gleichung (4) berechnete Wert wird nach oben auf eta_egr_soll_0 und nach unten auf Null begrenzt.
- Aus dem aktuellen Sollwert für die Abgasrückführrate wird dann von der Recheneinheit der Steuereinheit
10 unter Verwendung einer in einer Speichereinheit der Steuereinheit10 abgespeicherten Abgasrückführventilkennlinie die Stellgröße für die Abgasrückführventilöffnung ermittelt und in Form der Steuersignale s1 an das Abgasrückführventil8 ausgegeben. - Die Berechnung und Ausgabe des Wertes für die Abgasrückführrate unter Verwendung der Gleichung (4) werden erst durchgeführt, wenn der Zielwert für die Abgasrückführrate eta_egr_soll_0 aus Soll-Luftmasse und Drehzahl um einen vorgegebenen Differenzwert DELTA größer ist als die Ist-Abgasrückführrate, d. h.:
Eta_egr_soll_0 > eta_egr_ist + DELTA. - Der Wert DELTA liegt beispielsweise bei 4%.
- Der Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass das Abgasrückführventil
8 seinen Öffnungszustand nicht zu häufig verändert, d. h. sich nicht zu unruhig bewegt. - Andernfalls wird die aktuelle Abgasrückführrate eta_egr_soll direkt gleich dem Zielwert eta_egr_soll_0 gesetzt.
- Nachfolgend wird anhand der
2 ein Verfahren zum Aufbau des zu einer Vermeidung eines Drehmomenteinbruchs notwendigen Ladedrucks erläutert. Gemäß diesem Verfahren erfolgt in einem Schritt S1 eine Erkennung eines Beschleunigungswunsches des Fahrers, beispielsweise anhand der Ausgangssignale eines Sensors, der die Bewegungen des Fahrpedals erfasst. Anschließend erfolgt in einem Schritt S2 nach der Erfassung des Beschleunigungswunsches die Vorgabe eines erhöhten Zielwertes für die Abgasrückführrate durch die Steuereinheit10 . Danach erfolgt in einem Schritt S3 das Messen des momentanen Ist-Ladedrucks. In einem darauf folgenden Schritt S4 erfolgt ein Ermitteln einer Soll-Abgasrückführrate aus dem erhöhten Zielwert für die Abgasrückführrate, dem momentanen Soll-Ladedruck und dem momentanen Ist-Ladedruck durch die Steuereinheit10 . Anschließend erfolgt in einem Schritt S5 ein Ermitteln eines einer Stellgröße für das Abgasrückführventil entsprechenden Steuersignals unter Verwendung der ermittelten Soll-Abgasrückführrate. Schließlich erfolgt in einem Schritt S6 ein Zuführen des Steuersignals an das Abgasrückführventil zur Veränderung von dessen Öffnungszustand. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102005060350 B4 [0002]
- DE 102007042577 B3 [0003]
- DE 102007003855 A1 [0004]
Claims (7)
- Verfahren zum Aufbau des zu einer Vermeidung eines Drehmomenteinbruchs notwendigen Ladedrucks einer einen Abgasturbolader aufweisenden Brennkraftmaschine, die einen Frischlufteingangskanal, einen ein Abgasrückführventil aufweisenden Abgasrückführkanal und einen Mischer aufweist, mit folgenden Schritten: – Erkennung eines Beschleunigungswunsches, – nach Erkennung des Beschleunigungswunsches Vorgeben eines erhöhten Zielwertes für die Abgasrückführrate, – Messen des momentanen Ist-Ladedrucks, – Ermitteln einer Soll-Abgasrückführrate aus dem erhöhten Zielwert für die Abgasrückführrate, dem momentanen Soll-Ladedruck und dem momentanen Ist-Ladedruck, – Ermitteln eines einer Stellgröße für das Abgasrückführventil entsprechenden Steuersignals unter Verwendung der ermittelten Soll-Abgasrückführrate und – Zuführen des Steuersignals an das Abgasrückführventil zur Veränderung von dessen Öffnungszustand.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erhöhte Zielwert für die Abgasrückführrate in Abhängigkeit von der momentanen Soll-Luftmasse und der momentanen Drehzahl der Welle des Abgasturboladers vorgegeben wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Abgasrückführrate gemäß der folgenden Beziehung berechnet wird:
eta_egr_soll = 1 – (1 – eta_egr_soll_0)·P_lade_soll/P_lade_ist), - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße für das Abgasrückführventil aus der berechneten Soll-Abgasrückführrate unter Verwendung einer abgespeicherten Kennlinie des Abgasrückführventils ermittelt wird.
- Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der Soll-Abgasrückführrate und die Ermittlung der Stellgröße für das Abgasrückführventil vorgenommen werden, wenn der vorgegebene Zielwert für die Abgasrückführrate die momentane Abgasrückführrate um einen vorgegebenen Differenzwert übersteigt.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Abgasrückführrate gleich dem vorgegebenen Zielwert für die Soll-Abgasrückführrate gesetzt wird, wenn der vorgegebene Zielwert für die Abgasrückführrate die momentane Abgasrückführrate nicht um einen vorgegebenen Differenzwert übersteigt.
- Vorrichtung zum Aufbau des zu einer Vermeidung eines Drehmomenteinbruchs notwendigen Ladedrucks einer Brennkraftmaschine, welche – einen Abgasturbolader (
1 ), welcher eine Turbine (2 ) und einen mit der Turbine über eine Welle (3 ) verbundenen Verdichter (4 ) aufweist, – einen an den Ausgang (2b ) der Turbine (2 ) angeschlossenen Abgaskanal (5 ), – einen vom Abgaskanal (5 ) abzweigenden Abgasrückführkanal (6 ), dessen Ausgang mit einem ersten Eingang (7a ) eines Mischers (7 ) verbunden ist, dessen Ausgang (7c ) mit einem Eingang (4a ) des Verdichters (4 ) verbunden ist, – einen im Abgasrückführkanal (6 ) angeordneten Abgasrückführventil (8 ), – einen Frischlufteingangskanal (9 ), dessen Ausgang mit einem zweiten Eingang (7b ) des Mischers (7 ) verbunden ist, und eine zur Bereitstellung von Ansteuersignalen (s1) für das Abgasrückführventil (8 ) vorgesehene Steuereinheit (10 ) aufweist, – dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10 ) zur Durchführung eines Verfahrens mit den in einem der vorhergehenden Ansprüche angegebenen Schritten ausgebildet ist.
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