DE102014224534A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (2) vorgeschlagen. Ein Füllungssteller (10; 16) ist zwischen einer Abgasrückführung (24) und einem Brennraum (4) der Brennkraftmaschine (2) angeordnet. Eine Regelgröße zum Betrieb des Füllungsstellers (10; 16) wird in Abhängigkeit von einer ersten Ist-Füllung und in Abhängigkeit von einer zweiten Ist-Füllung ermittelt.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus der DE 10 2012 207 266 A1 ist ein Regelkreis zum Regeln eines Ladedruckes in einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors bekannt. Ein als Stellglied ausgebildetes Ventil dient zum Überbrücken einer Abgasturbine eines Turboladers.
  • Aus der DE 10 2012 222 107 A1 ist ein Verfahren zum Steuern einer Abgasrückführung eines Verbrennungsmotors bekannt. Es wird eine vom Verbrennungsmotor abzugebende Sollleistung bestimmt. Basierend auf der Sollleistung wird ein durch die Abgasrückführung geführter Abgasstrom bestimmt.
  • Des Weiteren ist bekannt, dass zur Realisierung der Lastanforderung verschiedene Komponenten zur Regulierung eines Luftmassenstroms eingesetzt werden. Dies sind bei aufgeladenen Motoren im Wesentlichen eine Drosselklappe und ein Turbolader. Um weitere Verbrauchs- und Emissionsreduzierungen zu erzielen, wird außerdem ein AGR-Ventil zur externen Abgasrückführung (AGR) eingesetzt. Bei Benzinmotoren mit Niederdruck-AGR (NDAGR) wird das Abgas nach der Abgasnachbehandlung entnommen und vor dem Turboverdichter wieder eingeleitet. Bei der Ansteuerung der beteiligten Steller besteht ein Zielkonflikt, da zum einen eine Emissionsreduzierung über die Abgasrückführung und zum anderen eine möglichst schnelle Umsetzung des Fahrerwunsches erreicht werden soll.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das der Erfindung zu Grunde liegende Problem wird durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
  • Dadurch, dass bei einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Benzin-Brennkraftmaschine, bei der ein Füllungssteller zwischen einer Abgasrückführung und einem Brennraum angeordnet ist, eine Regelgröße zum Betrieb des Füllungsstellers in Abhängigkeit von einer ersten Ist-Füllung aus einem Frischluftpfad und in Abhängigkeit von einer zweiten Ist-Füllung aus der Abgasrückführung ermittelt wird, wird die Regelung des Füllungsstellers vorteilhaft vereinfacht. Vorteilhaft wird durch diese Wahl der Regelgröße für den Füllungssteller eine Entkopplung der Regelungen für die Füllung und für die Abgasrückführung möglich. Darüber hinaus können so die erste und zweite Ist-Füllung vorteilhaft unabhängig voneinander ermittelt werden. Sowohl in einem aufgeladenen Zustand als auch einem nicht aufgeladenen Zustand der Brennkraftmaschine kann dieses Prinzip angewandt werden. Insbesondere wird eine bleibende Abweichung bei der Luftfüllung vermieden, da der Abgasmassenstrom bei der Füllungssteuerung berücksichtigt wird. Des Weiteren müssen keine betriebspunktabhängigen Reglerkoeffizienten bestimmt werden, was einen Applikations- und Bedatungsaufwand stark reduziert. Darüber hinaus erlaubt die Separierung der beiden Ist-Füllungen hinsichtlich der Regelgröße einen Abgasrückführsteller sowohl dynamisch als auch stationär besser an den Füllungssteller, der die Lastanforderung im Wesentlichen umsetzt, anzupassen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform wird in einem nicht aufgeladenen Zustand der Brennkraftmaschine eine Drosselvorrichtung als Füllungssteller mit der Regelgröße betrieben.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform wird in dem nicht aufgeladenen Zustand ein Abgasrückführsteller in Abhängigkeit von einem Vorgabewert für einen Massenstrom aus der Abgasrückrührung betrieben. Der Vorgabewert für den Massenstrom aus der Abgasrückrührung wird in Abhängigkeit von einer ersten Soll-Abgasrückführrate in einem ersten Zuführabschnitt vor der Drosselvorrichtung als Führungsgröße ermittelt. Die erste Soll-Abgasrückführrate wird in Abhängigkeit von einer zweiten Soll-Abgasrückführrate in einem zweiten Zuführabschnitt nach der Drosselvorrichtung als Führungsgröße ermittelt. Die Berücksichtigung zweier Volumina in Form der beiden Zuführabschnitte, die durch die Drosselvorrichtung getrennt sind, verbessert die Genauigkeit sowohl der Abgasrückführregelung als auch der Füllungsregelung.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform setzt sich in dem nicht aufgeladenen Zustand die erste Soll-Abgasrückführrate aus einem Regelanteil und einem Vorsteueranteil zusammen. Die zweite Soll-Abgasrückführrate setzt sich aus einem Regelanteil und einem Vorsteueranteil zusammen. Das Vorsehen sowohl eines Regelanteils als auch eines Vorsteueranteils ermöglicht es vorteilhaft, die Dynamik der beiden Soll-Abgasrückführraten unabhängig von der Füllungsregelung zu definieren. Ungenauigkeiten in dem Vorsteueranteil werden vorteilhaft durch den Regelanteil kompensiert.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform wird in dem nicht aufgeladenen Zustand die Drosselvorrichtung in Abhängigkeit von einem Vorgabewert für den Massenstrom über die Drosselvorrichtung betrieben. Der Vorgabewert für den Massenstrom über die Drosselvorrichtung ist abhängig von der Gesamtfüllung, die sich aus der ersten Füllung aus dem Frischluftpfad und der zweiten Füllung aus der Abgasrückführung zusammensetzt, und wird in Abhängigkeit von einem Regelanteil und in Abhängigkeit von einem Vorsteueranteil ermittelt. Das Vorsehen sowohl eines Regelanteils als auch eines Vorsteueranteils ermöglicht es vorteilhaft, die Dynamik der Füllungsregelung unabhängig von der Abgasregelung zu definieren. Ungenauigkeiten in dem Vorsteueranteil werden vorteilhaft durch den Regelanteil kompensiert.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform wird in einem aufgeladenen Zustand der Brennkraftmaschine eine Aufladevorrichtung als Füllungssteller mit der Regelgröße betrieben.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform wird in dem aufgeladenen Zustand ein Abgasrückführsteller in Abhängigkeit von einem Vorgabewert für den Massenstrom aus der Abgasrückrührung betrieben. Der Vorgabewert für den Massenstrom aus der Abgasrückrührung wird in Abhängigkeit von einer Soll-Abgasrückführrate in einem Gesamtvolumen als Führungsgröße ermittelt.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform wird in dem aufgeladenen Zustand ein Ist-Druck in dem Gesamtvolumen in Abhängigkeit von der Regelgröße ermittelt. Ein Soll-Druck in dem Gesamtvolumen wird in Abhängigkeit von einer Führungsgröße für die Aufladevorrichtung ermittelt.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform wird in dem aufgeladenen Zustand der Vorgabewert für den Massenstrom aus der Abgasrückrührung aus einem Regelanteil und einem Vorsteueranteil ermittelt. Das Vorsehen sowohl eines Regelanteils als auch eines Vorsteueranteils ermöglicht es vorteilhaft, die Dynamik der Abgasregelung unabhängig von der Füllungsregelung zu definieren. Ungenauigkeiten in dem Vorsteueranteil werden vorteilhaft durch den Regelanteil kompensiert.
  • Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Es werden für funktionsäquivalente Größen und Merkmale in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
  • Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen
  • 1 eine Brennkraftmaschine in schematischer Form;
  • 2 ein schematisches Zustands-Übergangs-Diagramm; und
  • 3 und 4 jeweils ein schematisches Blockdiagramm.
  • 1 zeigt ein Motorsystem 1 mit einer Brennkraftmaschine 2, beispielsweise einem Benzinmotor, in schematischer Form mit vier Brennräumen 4. Über einen ersten und zweiten Zuführabschnitt 6, 8, zwischen denen eine Drosselvorrichtung 10, die auch als Drosselklappe bezeichenbar ist, angeordnet ist, wird ein Massenstrom den jeweiligen Brennräumen 4 zugeführt. Nach einer Verbrennung wird aus dem jeweiligen Brennraum 4 das Verbrennungsabgas 13 einem ersten Abgasabführabschnitt 14 zugeführt. Die Drosselvorrichtung 10 ist auch als Füllungssteller bezeichenbar. Der zweite Zuführabschnitt 8 ist auch als Saugrohr bezeichenbar.
  • Es ist eine Aufladevorrichtung 16 vorgesehen, die im gezeigten Ausführungsbeispiel als Turbolader ausgeführt ist. Die Aufladevorrichtung 16 umfasst eine Turbine 18, die sich zwischen dem ersten Abgasabführabschnitt 14 und einem zweiten Abgasabführabschnitt 20 befindet, und die durch den Abgasstrom der Brennkraftmaschine 2 angetrieben wird. Ein Kompressor 22 ist mit der Turbine 18 gekoppelt, um in den Zuführabschnitten 6 und 8 Luft unter einem Ladedruck bereitzustellen. Die Aufladevorrichtung 16 ist auch als Füllungssteller bezeichenbar.
  • Aus dem zweiten Abgasabführabschnitt 20 kann Abgas über eine Abgasrückführung 24, die auch als Niederdruck-Abgasrückführung bezeichenbar ist, und in Abhängigkeit von einem Öffnungsgrad eines Abgasrückführstellers 26 an einer Einleitstelle 28 zwischen einem Frischluftabschnitt 30 und einem dritten Zuführabschnitt 32 eingeleitet werden. Alternativ kann auch eine mehrstufige Abgasrückführung oder zusätzlich eine Hochdruck-Abgasrückführung vorgesehen sein. Sowohl die Drosselvorrichtung 10 als auch die Aufladevorrichtung 16 sind zwischen der Abgasrückführung 24 und den jeweiligen Brennräumen 4 der Brennkraftmaschine 2 angeordnet.
  • Ein Steuergerät 25 stellt die Zustände des Abgasrückführstellers 26, der Drosselvorrichtung 10 und der Aufladevorrichtung 16 über einen Steller 36 ein. Selbstverständlich kann das Steuergerät 25 auch weitere Einstellungen vornehmen, wie beispielsweise die Einstellung der Einspritzmenge von Kraftstoff für die Brennräume 4. Ebenso sind dem Steuergerät 25 zugeführte Sensorsignale nicht gezeigt.
  • 2 zeigt ein schematisches Zustands-Übergangs-Diagramm 38 mit einem nicht aufgeladenen Zustand 40 und einem aufgeladenen Zustand 42. Gemäß der Zustandsübergänge 44 und 46 kann zwischen den Zuständen 40 und 42 gewechselt werden.
  • In dem nicht aufgeladenen Zustand 40 findet keine Aufladung der Brennkraftmaschine 2 statt, d. h. es wird insbesondere in den Zuführabschnitten 6 und 8 der Druck durch die Ladevorrichtung 16 nicht erhöht. In dem nicht aufgeladenen Zustand 40 wird die Füllung in den Brennräumen 4 lediglich durch die Drosselvorrichtung 10 eingestellt.
  • In dem aufgeladenen Zustand 42 hingegen wird die Drosselvorrichtung 10 komplett geöffnet, so dass die Zuführabschnitte 6 und 8 zu einem Abschnitt werden. In dem aufgeladenen Zustand 42 wird ein Ladedruck erzeugt, was eine Erhöhung des Drucks vom Abschnitt 32 zum Abschnitt 6 zur Folge hat.
  • Selbstverständlich ist auch eine Ausführungsform des Verfahrens möglich, bei dem das System 1 keine Aufladevorrichtung 16 aufweist und sich das System 1 somit stets in dem nicht aufgeladenen Zustand 40 befindet.
  • 3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm für den nicht aufgeladenen Zustand 40. Im nicht aufgeladenen Zustand 40 wird die geforderte Füllung durch die Drosselvorrichtung 10 als Füllungssteller bereitgestellt. Die geforderte AGR-Rate wird durch den Abgasrückführsteller 26 bereitgestellt. Durch die nicht vollständig geöffnete Drosselvorrichtung 10 ergeben sich zwei Teilvolumenelemente gemäß den beiden Zuführabschnitten 6 und 8.
  • Eine Massenstrombilanz für den ersten Zuführabschnitt 6 lässt sich nach Gleichung 1 bilden. Eine Massenstrombilanz für den zweiten Zuführabschnitt 8 lässt sich nach Gleichung 2 bilden. Hierbei ist Vvdk das Volumen im Bereich vor der Drosselvorrichtung 10 und damit das Volumen im ersten Zuführabschnitt 6, wobei der erste Zuführabschnitt 6 auch als Vorvolumen bezeichenbar ist, R ist die universelle Gaskonstante, Tvdk ist eine Temperatur in dem Volumen Vvdk, ṗvd ist die zeitliche Ableitung eines Drucks in dem Zuführabschnitt 6, ṁagrv ist ein Ist-Massenstrom über den Abgasrückführsteller 26, ṁhfm ist ein Ist-Massenstrom in dem Frischluftabschnitt 30, beispielsweise über einen nicht gezeigten Luftmassensensor, ṁdk ist ein Ist-Massenstrom über die Drosselvorrichtung 10, Vsr, ist ein Volumen des Zuführabschnitts 8, wobei der Zuführabschnitt 8 auch als Saugrohrabschnitt bezeichenbar ist, ṗsr ist die zeitliche Ableitung des Drucks in dem Zuführabschnitt 8, mfg ist eine Luftmasse aus dem Frischluftabschnitt 30, magr ist eine Abgasmasse aus der Abgasrückführung 24, und kms ein Umrechnungsfaktor von einer Füllung in einen Massenstrom.
  • Figure DE102014224534A1_0002
  • Eine Dynamik einer Ist-Abgasrückführrate xvdk in dem Zuführabschnitt 6 ergibt sich aus der folgenden Gleichung 3. Eine Dynamik einer Ist-Abgasrückführrate xsr in dem Zuführabschnitt 8 ergibt sich aus der folgenden Gleichung 4. Hierbei ist pvd ein Ist-Ladedruck in dem Zuführabschnitt 6, λ ist ein stöchiometrisches Verhältnis von Verbrennungsluft zu Kraftstoff,
    Figure DE102014224534A1_0003
  • Aus dem idealen Gasgesetz ergibt sich für einen Brennraum 4 zu einem Zeitpunkt, zu dem ein dem Brennraum 4 zugeordnetes Einlassventil schließt, die Gleichung 5, wobei psr ein Ist-Druck in dem zweiten Zuführabschnitt 8 ist, wobei kpm ein Umrechnungsfaktor von einem Druck in eine Füllung ist, und wobei pbrint ein Partialdruck in dem Brennraum 4 durch interne Abgasrückführung ist. Die Gleichung 5 stellt eine Beziehung zwischen dem Ist-Druck psr und der Ist-Füllung mfg aus extern über den Frischluftpfad 30 zugeführter Frischluft 31 und der Ist-Füllung magr aus über die Abgasrückführung 24 rückgeführten Abgasen her. psr = (mfg + magr)/kpm + pbrint (5)
  • In Abhängigkeit von einer Drehzahl n der Brennkraftmaschine 2 und in Abhängigkeit von einem Soll-Motormoment M, das dem Fahrerdrehmomentwunsch entspricht, wird mittels eines Blocks 48 eine erste Soll-Füllung mfg,soll für extern zugeführte Frischluft, mittels eines Blocks 50 eine zweite Soll-Füllung magr,soll für rückgeführtes Abgas, und mittels eines Blocks 52 eine Soll-Rate xcb,soll für externes Inertgas aus der Abgasrückführung 24 in dem Brennraum 4 jeweils beispielsweise über ein entsprechend bedatbares Kennfeld ermittelt.
  • In 3 sind eine Füllungsregelung 54, eine Abgasrückführregelung 56 und das Motorsystem 1 dargestellt, wobei das Motorsystem 1 als Regelstrecke dargestellt ist. Die Soll-Füllungen mfg,soll und magr,soll werden an einer Stelle 58 addiert und ergeben eine Soll-Füllung msoll. Die Soll-Füllung msoll wird sowohl einer Vorsteuerung 60 als auch einer Stelle 62 zugeführt. Die Soll-Füllung msoll wird auch als Führungsgröße bezeichnet.
  • Eine erste Ist-Füllung mfg für Frischluft wird mittels eines Blocks 64 ermittelt. Eine zweite Ist-Füllung magr für Abgas wird mittels eines Blocks 66 ermittelt. Die Ist-Füllungen mfg und magr werden an einer Stelle 68 addiert und in Form einer Ist-Füllung m in Form einer Rückführung der Stelle 62 zugeführt. Eine Regeldifferenz Δm ergibt sich aus der Subtraktion der Ist-Füllung m von der Soll-Füllung msoll. Die Regeldifferenz Δm wird einem Regler 70 zugeführt. Die Ist-Füllung m wird auch als Regelgröße bezeichnet.
  • Die Vorsteuerung 60 ermittelt gemäß der Gleichung 6 einen Vorsteueranteil ṁdk,ff für einen Soll-Massenstrom ṁdk,soll über die Drosselvorrichtung 10, wobei (mfg + magr)soll der Soll-Füllung msoll entspricht, und wobei τmsr eine Ist-Zeitkonstante einer Füllung im Zuführabschnitt 8 ist. Die Ist-Zeitkonstante τmsr ergibt sich gemäß der Gleichung 7, wobei kms Umrechnungsfaktor einer Füllung in einen Massenstrom ist, und wobei Tsr eine Temperatur in dem zweiten Zuführabschnitt 8 ist.
  • Figure DE102014224534A1_0004
  • Der Regler 70, der beispielhaft als Proportional-Regler, insbesondere für ein PT1-Wunschverhalten, ausgebildet ist, ermittelt gemäß der Gleichung 8 einen Regelanteil ṁdk,fb für den einen Soll-Massenstrom ṁdk,soll über die Drosselvorrichtung 10 in Abhängigkeit von der Regeldifferenz Δm = ((mfg + magr)soll – (mfg + magr)), wobei sich die Dynamik des Füllungsaufbaus über eine Zeitkonstante τmsr,soll einstellen lässt. Selbstverständlich kann der Regler 70 auch anders ausgebildet sein und eine andere Wunschdynamik aufweisen als die, die durch die Gleichung 8 vorgegeben ist.
  • Figure DE102014224534A1_0005
  • Der Vorsteueranteil ṁdk,ff und der Regelanteil ṁdk,fb werden an einer Stelle 72 addiert und als ein Soll-Massenstrom ṁdk,soll über die Drosselvorrichtung 10, der auch als Vorgabewert bezeichnet wird, der Drosselvorrichtung 10 zugeführt. Selbstverständlich kann einem weiteren untergeordneten, nicht dargestellten Regelkreis der Soll-Massenstrom ṁdk,soll zugeführt werden, der dann eine entsprechende Stellgröße an die Drosselvorrichtung 10 weitergibt.
  • Für die Abgasrückführregelung 56 ermittelt ein Block 74 eine Soll-Abgasrückführrate xsr,soll in dem zweiten Zuführabschnitt 8 in Abhängigkeit von der Soll-Füllung msoll und in Abhängigkeit von der Soll-Rate xcb,soll beispielsweise mittels eines bedatbaren Kennfeldes.
  • Ein Regler 76 ermittelt einen Regelanteil xvdk,fb Soll-Abgasrückführrate in dem ersten Zuführabschnitt 8 in Abhängigkeit von einer Regeldifferenz Δxsr, die gemäß einer Stelle 77 aus einer Subtraktion der Ist-Abgasrückführrate xsr in dem Zuführabschnitt 8, die mittels eines Blocks 78 ermittelt wird, von der Soll-Abgasrückführrate xsr,soll in dem zweiten Zuführabschnitt 8 ermittelt wird.
  • Eine Vorsteuerung 80 ermittelt einen Vorsteueranteil xvdk,ff der Soll-Abgasrückführrate xvdk,soll in Abhängigkeit von der Soll-Abgasrückführrate xsr,soll in dem zweiten Zuführabschnitt 8 und gemäß Gleichung 9 und 10, wobei der Ist-Massenstrom ṁdk über die Drosselvorrichtung 10 mittels eines Blocks 82 ermittelt wird, und wobei der ein Ist-Druck psr in dem zweiten Zuführabschnitt 8 mittels eines Blocks 84 ermittelt wird.
  • Figure DE102014224534A1_0006
  • Die an einer Stelle 86 sich ergebende Summe aus dem Vorsteueranteil xvdk,ff und dem Regelanteil xvdk,fb wird als die Soll-Abgasrückführrate xvdk,soll in dem ersten Zuführabschnitt 6 an eine Stelle 88 und an eine weitere Vorsteuerung 90 weitergeleitet.
  • Ein Regler 92 ermittelt einen Regelanteil ṁagrv,fb eines Soll-Abgasmassenstroms ṁagrv,soll, der auch als Vorgabewert bezeichnet wird, über den Abgasrückführsteller 26 in Abhängigkeit von einer Regeldifferenz Δxvdk, die gemäß der Stelle 88 aus einer Subtraktion der Ist-Abgasrückführrate xvdk in dem ersten Zuführabschnitt 6, die mittels eines Blocks 94 ermittelt wird, von der Soll-Abgasrückführrate xvdk,soll in dem ersten Zuführabschnitt 6 ermittelt wird.
  • Die von den Blöcken 64, 66, 78 und 94 ermittelten jeweiligen Ist-Größen können in Abhängigkeit von Messgrößen und/oder in Abhängigkeit von Größen, die in dem Steuergerät 25 ermittelt werden.
  • Die Vorsteuerung 90 ermittelt einen Vorsteueranteil ṁagrv,ff des Soll-Abgasmassenstroms ṁagrv,soll über den Abgasrückführsteller 26 gemäß Gleichung 11 und 12. Der Ist-Massenstrom ṁhfm in dem Frischluftabschnitt 30 wird von einem Block 98 ermittelt. Der Druck pvd in dem ersten Zuführabschnitt 6 wird von einem Block 100 ermittelt.
  • Figure DE102014224534A1_0007
  • An einer Stelle 96 ergibt sich die Summe aus dem Regelanteil ṁagrv,fb und der Vorsteueranteil ṁagrv,ff zu dem Soll-Abgasmassenstrom ṁagrv,soll über den Abgasrückführsteller 26. Der Soll-Abgasmassenstrom ṁagrv,soll wird dem Abgasrückführsteller 26 der Abgasrückführung 24 zugeführt. Selbstverständlich kann einem weiteren untergeordneten, nicht dargestellten Regelkreis der Soll-Abgasmassenstrom ṁagrv,soll zugeführt werden, der dann eine entsprechende Stellgröße an den Abgasrückführsteller 26 der Abgasrückführung 24 weitergibt.
  • Ähnlich wie bei dem Regelanteil ṁdk,fb für die externe Füllung, ergeben sich die Regelanteile der kaskadierten Regelungsstruktur in der Abgasrückführregelung 56 aus dem geforderten Verhalten der Soll-/Ist-Abweichung der AGR-Rate gemäß der Regeldifferenzen Δxsr und Δxvdk in den einzelnen Teilvolumenelementen gemäß der Zuführabschnitte 6 und 8. Über die Regelanteile xvdk,fb und ṁagrv,fb werden die gewünschte Dynamik der AGR-Raten mittels Soll-Zeitkonstanten definiert und diese vorteilhaft unabhängig vom Füllungsaufbau separat eingestellt. Eine erste Soll-Zeitkonstante ist für die die Definition der Dynamik der Abgasrückführrate im Vorvolumen vorgesehen. Eine zweite Soll-Zeitkonstante ist für die Definition der Dynamik der Abgasrückführrate im Saugrohr vorgesehen. Die von den Blöcken 82, 84, 98 und 100 bereitgestellten Größen werden jeweils als Ist-Werte gemessen oder modellbasiert ermittelt und sind aus regelungstechnischer Sicht als Vorsteuergrößen bezeichenbar.
  • Aufgrund der langen Laufzeit in den Zuführabschnitten 6 und 8 ist ein Totzeitverhalten in der jeweiligen AGR-Raten xsr und xvdk zu berücksichtigen.
  • Mittels eines Smith-Prädiktor wird beispielsweise eine stabile Regelung der AGR-Raten xsr und xvdk trotz der vorhandenen Totzeit gewährleistet.
  • Selbstverständlich kann auch mittels anderer regelungstechnischer Maßnahmen eine stabile Regelung der AGR-Raten xsr und xvdk erreicht werden.
  • Mithin ist in 3 gezeigt, dass mittels der Füllungsregelung 54 die Regelgröße m zum Betrieb der Drosselvorrichtung 10 in Abhängigkeit von der ersten Ist-Füllung mfg von Frischluft aus dem Frischluftpfad und in Abhängigkeit von der zweiten Ist-Füllung magr des aus der Abgasrückführung 24 ermittelt wird.
  • 4 zeigt ein schematisches Blockdiagramm für den aufgeladenen Zustand 42. Im aufgeladenen Zustand 42 wird die geforderte Luftfüllung durch die Aufladevorrichtung 16 bereitgestellt. Die Drosselvorrichtung 10 ist voll geöffnet, weshalb sich ein Gesamtvolumen 102 ergibt, das die Zuführabschnitt 6 und 8 vereint. Die geforderte AGR-Rate wird durch den Abgasrückführsteller 26 bereitgestellt. Im Unterschied zu dem in 3 dargestellten nicht aufgeladenen Zustand 40 sind in 4 eine weitere Füllungsregelung 154 und eine weitere Abgasrückführregelung 156 gezeigt.
  • Bei der weiteren Füllungsregelung 154 wird die Soll-Füllung msoll mittels eines Blocks 104, beispielsweise mittels einer Kennlinie oder eines Faktors, in einen Soll-Druck psoll im Bereich 102 umgerechnet, wobei der Soll-Druck psoll sich gemäß Gleichung 13 ergibt. Eine Regeldifferenz Δp wird einem Ladedruckregler 106 zugeführt und ergibt sich aus der Subtraktion eines Ist-Drucks p im Bereich 102, der mittels eines Blocks 108 aus der Ist-Füllung m ermittelt wird, von der Soll-Füllung msoll. Der Ladedruckregler 106 erzeugt eine Stellgröße pact, die der Aufladevorrichtung 16 zugeführt wird. psoll = (mfg + magr)soll/kpm + pbrint (13)
  • Bei der weiteren Abgasrückführregelung 156 wird mittels eines Blocks 110 eine Soll-Abgasrückführrate xsoll in dem Gesamtvolumen 102 in Abhängigkeit von der Soll-Rate xcb,soll für externes Inertgas aus der Abgasrückführung 24 und in Abhängigkeit von der Soll-Füllung msoll ermittelt.
  • Ein Regler 112 ermittelt einen Regelanteil ṁagrv,fb des Soll-Abgasmassenstroms ṁagrv,soll über den Abgasrückführsteller 24 in Abhängigkeit von einer Regeldifferenz Δx, die sich aus der Subtraktion einer Ist-Abgasrückführrate x in dem Gesamtvolumen 102, die von einem Block 114 ermittelt wird, von der Soll-Abgasrückführrate xsoll in dem Gesamtvolumen 102 an einer Stelle 116 ergibt.
  • Eine Vorsteuerung 120 ermittelt einen Vorsteueranteil ṁagrv,ff des Soll-Abgasmassenstroms ṁagrv,soll über den Abgasrückführsteller 26 gemäß Gleichung 14 und 15, wobei Tges die mittlere Temperatur in dem Gesamtvolumen 102 ist, und wobei Vges das Volumen des Gesamtvolumens 102 ist. Der Ist-Massenstrom ṁhfm in dem Frischluftabschnitt 30 wird von dem Block 98 ermittelt. Der Druck pvd in dem Gesamtvolumen 102 wird von dem Block 100 ermittelt. Der Soll-Abgasmassenstrom ṁagrv,soll wird dem Abgasrückführsteller 26 der Abgasrückführung 24 zugeführt.
  • Figure DE102014224534A1_0008
  • Aufgrund der langen Laufzeit in den Zuführabschnitten ist ein Totzeitverhalten in der AGR-Rate x zu berücksichtigen. Mittels eines Smith-Prädiktor wird beispielsweise eine stabile Regelung der AGR-Rate x trotz der vorhandenen Totzeit gewährleistet. Selbstverständlich kann auch mittels anderer regelungstechnischer Maßnahmen eine stabile Regelung der AGR-Rate x erreicht werden. Die von den Blöcken 98 und 100 bereitgestellten Größen werden jeweils als Ist-Werte gemessen oder modellbasiert ermittelt und sind aus regelungstechnischer Sicht als Vorsteuergrößen bezeichenbar.
  • Mithin ist in 4 gezeigt, das mittels der Füllungsregelung 154 die Regelgröße m zum Betrieb der Ladevorrichtung 16 in Abhängigkeit von der ersten Ist-Füllung mfg aus dem Frischluftpfad und in Abhängigkeit von der zweiten Ist-Füllung magr aus der Abgasrückführung 24 ermittelt wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012207266 A1 [0002]
    • DE 102012222107 A1 [0003]

Claims (15)

  1. Ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (2), wobei ein Füllungssteller (10; 16) zwischen einer Abgasrückführung (24) und einem Brennraum (4) der Brennkraftmaschine (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelgröße (m) zum Betrieb des Füllungsstellers (10; 16) in Abhängigkeit von einer ersten Ist-Füllung (mfg) aus einem Frischluftpfad und in Abhängigkeit von einer zweiten Ist-Füllung (magr) aus der Abgasrückführung (24) ermittelt wird.
  2. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Regelgröße (m) sich aus der Summe der ersten Ist-Füllung (mfg) und der zweiten Ist-Füllung (magr) ergibt.
  3. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Führungsgröße (msoll) für den Füllungssteller (10; 16) in Abhängigkeit von einer ersten Soll-Füllung (mfg,soll) von Frischluft (31) und in Abhängigkeit von einer zweiten Soll-Füllung (magr,soll) aus der Abgasrückführung (24) ermittelt wird.
  4. Das Verfahren nach Anspruch 3, wobei sich die Führungsgröße (msoll) aus der Summe der ersten Soll-Füllung (mfg,soll) und der zweiten Soll-Füllung (magr,soll) ergibt.
  5. Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in einem nicht aufgeladenen Zustand (40) der Brennkraftmaschine (2) eine Drosselvorrichtung (10) als Füllungssteller mit der Regelgröße (m) betrieben wird.
  6. Das Verfahren nach Anspruch 5, wobei in dem nicht aufgeladenen Zustand (40) ein Abgasrückführsteller (26) in Abhängigkeit von einem Vorgabewert (ṁagrv,soll) für einen Massenstrom aus der Abgasrückrührung (24) betrieben wird, wobei der Vorgabewert (ṁagrv,soll) für den Massenstrom aus der Abgasrückrührung (24) in Abhängigkeit von einer ersten Soll-Abgasrückführrate (xvdk,soll) in einem ersten Zuführabschnitt (6) vor der Drosselvorrichtung (10) als Führungsgröße ermittelt wird, und wobei die erste Soll-Abgasrückführrate (xvdk,soll) in Abhängigkeit von einer zweiten Soll-Abgasrückführrate (xsr,soll) in einem zweiten Zuführabschnitt (8) nach der Drosselvorrichtung (10) als Führungsgröße ermittelt wird.
  7. Das Verfahren nach Anspruch 6, wobei in dem nicht aufgeladenen Zustand (40) die erste Soll-Abgasrückführrate (xvdk,soll) sich aus einem Regelanteil (xvdk,fb) und einem Vorsteueranteil (xvdk,ff) zusammensetzt, und wobei die zweite Soll-Abgasrückführrate (xsr,soll) sich aus einem Regelanteil (xsr,fb) und einem Vorsteueranteil (xsr,ff) zusammensetzt.
  8. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei in dem nicht aufgeladenen Zustand (40) die Drosselvorrichtung (10) in Abhängigkeit von einem Vorgabewert (ṁdk,soll) für den Massenstrom über die Drosselvorrichtung (10) betrieben wird, wobei der Vorgabewert (ṁdk,soll) für den Massenstrom über die Drosselvorrichtung (10) in Abhängigkeit von einem Regelanteil (ṁdk,fb) und in Abhängigkeit von einem Vorsteueranteil (ṁdk,ff) ermittelt wird.
  9. Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in einem aufgeladenen Zustand (42) der Brennkraftmaschine (2) eine Aufladevorrichtung (16) als Füllungssteller mit der Regelgröße (m) betrieben wird.
  10. Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei in dem aufgeladenen Zustand (42) ein Abgasrückführsteller (26) in Abhängigkeit von einem Vorgabewert (ṁagrv,soll) für den Massenstrom aus der Abgasrückrührung (24) betrieben wird, und wobei der Vorgabewert (ṁagrv,soll) für den Massenstrom aus der Abgasrückrührung (24) in Abhängigkeit von einer Soll-Abgasrückführrate (xsoll) in einem Gesamtvolumen (102) als Führungsgröße ermittelt wird.
  11. Das Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei in dem aufgeladenen Zustand (42) ein Ist-Druck (p) in dem Gesamtvolumen (102) in Abhängigkeit von der Regelgröße (m) ermittelt wird, und wobei ein Soll-Druck (psoll) in dem Gesamtvolumen (102) in Abhängigkeit von einer Führungsgröße (msoll) für die Aufladevorrichtung (16) ermittelt wird.
  12. Das Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Vorgabewert (ṁagrv,soll) für den Massenstrom aus der Abgasrückrührung (24) sich aus einem Regelanteil (ṁagrv,fb) und einem Vorsteueranteil (ṁagrv,ff) zusammensetzt.
  13. Ein Computerprogramm für ein digitales Rechengerät, das dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche auszuführen.
  14. Ein Steuergerät (25) zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (2) insbesondere eines Kraftfahrzeugs, das mit einem digitalen Rechengerät insbesondere einem Mikroprozessor versehen ist, auf dem das Computerprogramm nach dem Anspruch 13 lauffähig ist.
  15. Ein Speichermedium für das Steuergerät (25) nach dem Anspruch 14, auf dem das Computerprogramm nach dem Anspruch 13 abgespeichert ist.
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