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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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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.
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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.
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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 Hochdruck-AGR (HDAGR) wird das Abgas vor dem Turboverdichter 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.
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Offenbarung der Erfindung
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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.
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Durch die Ermittlung einer ersten Regelgröße zu einem Betrieb sowohl eines Füllungsstellers als auch zu einem Betrieb eines Abgasrückführstellers wird vorteilhaft erreicht, dass eine gegenseitige Beeinflussung der Stellung des Füllungsstellers und des Abgasrückführstellers bei einer Regelung berücksichtigt wird. Damit kann sowohl eine Luft-Füllungsdynamik als auch eine externe Abgasrückführraten-Dynamik vorgegeben werden. Bei einer Brennkraftmaschine, die in einem mageren Bereich betrieben wird, kann eine gewünschte Frischluftfüllung schneller erreicht werden. Bei einer homogen betriebenen Brennkraftmaschine ergibt sich eine schnellere Einstellung der gewünschten Abgasrückführrate, wobei zusätzlich die Einstellgenauigkeit der Frischluftfüllung verbessert wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ergibt sich die erste Regelgröße aus der Subtraktion der zweiten Ist-Füllung von der ersten Ist-Füllung.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird eine Führungsgröße für den Füllungssteller und den Abgasrückführsteller in Abhängigkeit von einer ersten Soll-Füllung und in Abhängigkeit von einer zweiten Soll-Füllung ermittelt wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ergibt sich die Führungsgröße aus der Subtraktion der zweiten Soll-Füllung von der ersten Soll-Füllung.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird eine zweite Regelgröße zu dem Betrieb sowohl des Füllungsstellers als auch zu dem Betrieb des Abgasrückführstellers ermittelt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die zweite Regelgröße eine Ist-Abgasrückführrate.
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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.
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Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen
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1 eine Brennkraftmaschine in schematischer Form; und
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2 ein schematisches Blockdiagramm.
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1 zeigt ein Motorsystem 1 mit einer Brennkraftmaschine 2, beispielsweise einem Benzinmotor, in schematischer Form mit vier Brennräumen 4. Über einen ersten und zweiten Luftzuführabschnitt 6, 8 wird ein Massenstrom den jeweiligen Brennräumen 4 zugeführt. Aus einem Abgasabführabschnitt 20 kann Abgas über eine Abgasrückführung 24, die auch als Hochdruck-Abgasrückführung bezeichenbar ist, und in Abhängigkeit von einem Öffnungsgrad eines Abgasrückführsteller 26 an einer Einleitstelle 28 zwischen den Zuführabschnitten 6 und 8 dem zweiten Luftzuführabschnitt 8 zugeführt werden. Alternativ kann auch eine mehrstufige Abgasrückführung oder zusätzlich eine Niederdruck-Abgasrückführung vorgesehen sein. Sowohl eine Drosselvorrichtung 10 vor dem Zuführabschnitt 6 als auch eine Aufladevorrichtung 16 vor der Drosselvorrichtung 10 sind vor der Abgasrückführung 24 und den jeweiligen Brennräumen 4 der Brennkraftmaschine 2 angeordnet.
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Die Aufladevorrichtung 16 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als Turbolader ausgeführt. Die Aufladevorrichtung 16 umfasst eine Turbine 18, die sich zwischen dem Abgasabführabschnitt 20 und einem weiteren Abgasabführabschnitt 21 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. Der Ladedruck wird im Abschnitt zwischen dem Kompressor 22 und der Drosselvorrichtung 10 bereitgestellt. Nach der Drosselvorrichtung 10 kann der Druck abhängig von einer Position der Drosselklappe unterschiedlich von dem Ladedruck in dem Abschnitt zwischen dem Kompressor 22 und der Drosselvorrichtung 10 sein. Die Aufladevorrichtung 16 ist auch als Füllungssteller bezeichenbar.
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Über die Drosselvorrichtung 10, die auch als Drosselklappe bezeichenbar ist, wird ein Massenstrom dem Zuführabschnitt 6 zugeführt. Nach einer Verbrennung wird aus dem jeweiligen Brennraum 4 das Verbrennungsabgas 13 dem Abgasabführabschnitt 20 zugeführt. Die Drosselvorrichtung 10 ist auch als Füllungssteller bezeichenbar.
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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.
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Gemäß der Gleichung 1 wird eine Regelstrecke des Motorsystems 1 bezüglich der Gesamtfüllung definiert. Es wird eine perfekte Durchmischung in dem zweiten Zuführabschnitt 8 unterstellt. Für den zweiten Zuführabschnitt 8 ist Vsr ein Volumen des Zuführabschnitts 8, Tsr eine Temperatur in dem Zuführabschnitt 8 und p .sr eine Druckänderungsrate in dem Zuführabschnitt 8. R ist die universelle Gaskonstante. An der Einleitstelle 28, die sich idealisiert in der Nähe der Drosselvorrichtung 10 befindet, ergibt sich eine Massenstrombilanz aus einem Ist-Massenstrom m .dk über die Drosselvorrichtung 10, einem Ist-Massenstrom m .agrv über den Abgasrückführsteller 26 und einem weiteren Ist-Massenstrom, der sich aus einem Umrechnungsfaktor kms Füllung in einen Massenstrom sowie einer Ist-Frischluft-Füllung mfg im Brennraum 4 über den Frischluftpfad gemäß dem ersten Zuführabschnitt 6 sowie einer Ist-Füllung magr im Brennraum 4 aus der Abgasrückführung 24. Die vorstehende Massenstrombilanz lässt sich auch gemäß dem rechten Teil der Gleichung 1 mittels eines Umrechnungsfaktors kpm von einem Druck in eine Füllung, mittels eines Ist-Drucks psr in dem zweiten Zuführabschnitt 8 und mittels eines Partialdrucks pbrint in dem Brennraum 4 durch internes Redisualgas darstellen.
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Gemäß der Gleichung 2 wird eine Regelstrecke des Motorsystems 1 bezüglich der Inertgasfüllung definiert, wobei p .sr,ig ein Partialdruck in dem zweiten Zuführabschnitt 8 durch Inertgas darstellt, wobei λ ein stöchiometrisches Verhältnis von Verbrennungsluft zu Kraftstoff darstellt, wobei magr,ig eine Ist-Inertgas-Füllung im Brennraum 4 durch die Abgasrückführung 24 darstellt, und wobei xsr eine Ist-Abgasrückführrate ist. Es wird ebenfalls eine perfekte Durchmischung in dem zweiten Zuführabschnitt 8 unterstellt.
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Eine Dynamik wird nach den Gleichungen 3 und 4 festgelegt, wobei τxsr,soll eine Soll-Zeitkonstante für die externe Abgasrückführrate ist, wobei xsr,soll eine Soll-Abgasrückführrate ist, wobei mfl eine Ist-Füllung von sowohl Frischluft 30 als auch Frischluft aus der Abgasrückführung 24 ist, wobei mfl,int eine Ist-Füllung interner Frischluft 32 ist, wobei τmfl,soll eine Soll-Zeitkonstante für die Füllung bezüglich der von außen zugeführten Frischluft 30 und über die Abgasrückführung 24 rückgeführter Frischluft ist, wobei mfl,soll eine Soll-Füllung mit von außen zugeführter Frischluft 30 und über die Abgasrückführung 24 rückgeführter Frischluft ist, und wobei mfl,int,soll eine Soll-Füllung mit interner Frischluft 32 ist.
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2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm zum Betrieb des Motorsystems 1, das als Regelstrecke dargestellt ist. Es sind des Weiteren ein Berechnungsabschnitt 33 und ein Regelabschnitt 35 gezeigt. Eine geforderte Füllung wird durch die Drosselvorrichtung 10 als Füllungssteller in Abhängigkeit von einem Soll-Massenstrom m .dk bereitgestellt. Die geforderte AGR-Rate wird durch den Abgasrückführsteller 26 in Abhängigkeit von einem Soll-Massenstrom m .agrv bereitgestellt.
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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 mfl,soll der zugeführten angesaugten Frischluft, mittels eines Blocks 50 eine zweite Soll-Füllung mfl,int für interne Frischluft, 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. Eine Soll-Füllung msoll für extern zurückgeführte Frischluft, die sich auch als erste Führungsgröße bezeichnet wird, ergibt sich aus der ersten Soll-Füllung mfl,soll und der zweiten Soll-Füllung mfl,int.
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Ein Block 72 ermittelt eine Soll-Abgasrückführrate xsr,soll in dem Zuführabschnitt 8 in Abhängigkeit von der Soll-Füllung msoll und in Abhängigkeit von der Soll-Rate xcb,soll beispielsweise mittels eines bedatbares Kennfeldes. Blöcke 64, 66 und 68 ermitteln die jeweiligen Ist-Größen in Abhängigkeit von Messgrößen und/oder in Abhängigkeit von Größen, die in dem Steuergerät 25 ermittelt werden. Aus der Soll-Füllung msoll und einer Ist-Füllung m, die auch als erste Regelgröße bezeichnet wird, ergibt sich eine erste Regeldifferenz Δ1. Aus der Soll-Abgasrückführrate xsr,soll und der Ist-Abgasrückführrate xsr ergibt sich eine zweite Regeldifferenz Δ2.
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Der Regelabschnitt 35 weist einen ersten Regler 60 für die Füllungsregelung mittels der Drosseleinrichtung 10, die auch als Füllungssteller bezeichnet wird, und einen zweiten Regler 62 für die Abgasrückführregelung mittels des Abgasrückführstellers 26 auf.
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Dem Regler 60 werden die erste und zweite Regeldifferenz Δ1 und Δ2 sowie die Ist-Abgasrückführrate xsr zugeführt. Der Regler 60 erzeugt in Abhängigkeit von den zugeführten Eingangsgrößen einen Soll-Massenstrom m .dk über die Drosselvorrichtung 10, der der Drosselvorrichtung 10 direkt oder über einen untergeordneten Regelkreis zugeführt wird, wobei sich der Soll-Massenstrom m .dk nach der Gleichung (5) ergibt. Bei (mfl – mfl,int) handelt es sich um einen Ist-Wert der extern zugeführten Frischluft.
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Dem Regler 62 werden die erste und zweite Regeldifferenz Δ1 und Δ2 zugeführt. Der Regler 62 erzeugt in Abhängigkeit von den zugeführten Eingangsgrößen einen Soll-Massenstrom m .agrv über den Abgasrückführsteller 26, der dem Abgasrückführsteller 26 direkt oder über einen untergeordneten Regelkreis zugeführt wird, wobei sich der Soll-Massenstrom m .agrv nach der Gleichung (6) ergibt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012207266 A1 [0002]
- DE 102012222107 A1 [0003]