DE102015216099A1 - Method and device for operating an internal combustion engine with exhaust gas recirculation - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (2) in einem Motorsystem (1) mit Abgasrückführung, mit folgenden Schritten:
– Betreiben des Verbrennungsmotors (2) durch Einstellen einer Menge an rückgeführtem Verbrennungsabgas;
– Einstellen der Menge an rückgeführtem Verbrennungsabgas abhängig von einer Vorsteuerung und einer Regelung; und
– bei einer Erhöhung einer Lastanforderung, Modifizieren der Vorsteuerung, so dass während des Übergangs zu der durch die Lastanforderung angegebenen Last die Menge an rückgeführtem Verbrennungsabgas auf eine Menge an rückgeführtem Verbrennungsabgas reduziert wird, die kleiner ist als die Menge an rückgeführtem Verbrennungsabgas, die sich im stationären Betriebsfall bei einer der erhöhten Lastanforderung entsprechenden Last ergibt. The invention relates to a method for operating an internal combustion engine (2) in an exhaust gas recirculation engine system (1), comprising the following steps:
- operating the internal combustion engine (2) by adjusting an amount of recirculated combustion exhaust gas;
- Setting the amount of recirculated combustion exhaust gas depending on a pilot control and a control; and
Upon an increase in a load request, modifying the pilot control so that during the transition to the load indicated by the load request, the amount of recirculated combustion exhaust gas is reduced to an amount of recirculated combustion exhaust gas that is less than the amount of recirculated combustion exhaust gas remaining in the exhaust gas stationary operating case at a load corresponding to the increased load requirement results.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren, insbesondere kraftstoffgeführte Verbrennungsmotoren mit Abgasrückführung. Weiterhin betrifft die Erfindung Maßnahmen zum Verbessern des Ansprechverhaltens von derartigen Verbrennungsmotoren im dynamischen Betrieb, insbesondere bei sprunghaften Lasterhöhungen.The invention relates to internal combustion engines, in particular fuel-driven internal combustion engines with exhaust gas recirculation. Furthermore, the invention relates to measures for improving the response of such internal combustion engines in dynamic operation, especially in sudden load increases.
Technischer HintergrundTechnical background
Die Abgasrückführung (AGR) dient grundsätzlich dazu, den Sauerstoffgehalt in den Zylindern eines Verbrennungsmotors und dadurch die durch die Verbrennung entstehende Temperatur zu senken. Damit kann das Entstehen von Stickoxiden während des Brennvorgangs in dem Verbrennungsmotor reduziert werden. The exhaust gas recirculation (EGR) basically serves to reduce the oxygen content in the cylinders of an internal combustion engine and thereby the temperature resulting from the combustion. This can reduce the formation of nitrogen oxides during the firing process in the internal combustion engine.
Schnelle Lasterhöhungen führen bei einem Verbrennungsmotor mit einer abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung aufgrund des Trägheitsmoments der Aufladeeinrichtung sowie aufgrund eines Totvolumens zwischen einem Verdichter der Aufladeeinrichtung und dem Einlassventil des Verbrennungsmotors zu einem verzögerten Aufbau des Ladedrucks. Eine zusätzliche Abgasrückführung verstärkt diesen Effekt, da bei aktiver Abgasrückführung rückgeführtes Verbrennungsabgas die Menge der in die Brennräume der Zylinder zugeführten Frischluft begrenzt.Rapid increases in load result in a combustion engine with an exhaust-driven charging device due to the moment of inertia of the charging device and due to a dead volume between a compressor of the charging device and the intake valve of the internal combustion engine to a delayed buildup of the boost pressure. Additional exhaust gas recirculation enhances this effect, since recirculated exhaust gas recirculated during active exhaust gas recirculation limits the amount of fresh air supplied into the combustion chambers of the cylinders.
Zum Einstellen des rückgeführten Abgasmassenstroms (AGR-Massenstroms) sind aus dem Stand der Technik eine Frischluftmassenstromregelung oder eine AGR-Ratenregelung bzw. eine AGR-Massenstromregelung bekannt. Bei der AGR-Ratenregelung sind Ansätze bekannt, nach denen die AGR-Rate basierend auf einem physikalischen Modell des Gasführungssystems eingestellt wird oder gemäß einem herkömmlichen PID-Regler basierend auf einer Frischluftmassenstromabweichung bzw. einer AGR-Ratenabweichung eingeregelt wird.To set the recirculated exhaust gas mass flow (EGR mass flow), a fresh air mass flow control or an EGR rate control or an EGR mass flow control are known from the prior art. In the EGR rate control approaches are known, according to which the EGR rate is adjusted based on a physical model of the gas supply system or adjusted according to a conventional PID controller based on a fresh air mass flow deviation or an EGR rate deviation.
Aus der Druckschrift
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit Abgasrückführung gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung und ein Motorsystem gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.According to the invention, a method for operating an internal combustion engine with exhaust gas recirculation according to
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further embodiments are specified in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors in einem Motorsystem mit Abgasrückführung vorgesehen, mit folgenden Schritten:
- – Betreiben des Verbrennungsmotors durch Einstellen einer Menge an rückgeführtem Verbrennungsabgas;
- – Einstellen der Menge an rückgeführtem Verbrennungsabgas abhängig von einer Vorsteuerung und einer Regelung; und
- – bei einer Erhöhung einer Lastanforderung, Modifizieren der Vorsteuerung, so dass während des Übergangs zu der durch die Lastanforderung angegebenen Last die Menge an rückgeführtem Verbrennungsabgas auf eine Menge an rückgeführtem Verbrennungsabgas reduziert wird, die kleiner ist als die Menge an rückgeführtem Verbrennungsabgas, die sich im stationären Betriebsfall bei einer der erhöhten Lastanforderung entsprechenden Last ergibt.
- - operating the internal combustion engine by adjusting an amount of recirculated combustion exhaust gas;
- - Setting the amount of recirculated combustion exhaust gas depending on a pilot control and a control; and
- Upon an increase in a load request, modifying the pilot control so that during the transition to the load indicated by the load request, the amount of recirculated combustion exhaust gas is reduced to an amount of recirculated combustion exhaust gas that is less than the amount of recirculated combustion exhaust gas remaining in the exhaust gas stationary operating case at a load corresponding to the increased load requirement results.
Bei einer Abgasrückführungsregelung z.B. basierend auf einem PID-Regler wird eine AGR-Stellgröße für das Einstellen des Abgasrückführungsventils basierend auf einer Vorsteuerstellgröße und einer AGR-Regelungsstellgröße generiert. Die Vorsteuerstellgröße kann basierend auf einem physikalischen Modell oder einem Kennfeldmodell des Gasführungssystems (z.B. eines Kennfelds von gemessenen stationären AGR-Ventil-Stellungen in Abhängigkeit von einer Einspritzmenge und einer Motordrehzahl) abhängig von einer Lastangabe für eine gewünschte Last wie z.B. von einer Soll-Einspritzmenge, erzeugt werden. Die AGR-Regelungsstellgröße wird entsprechend als Stellgröße einer Regelung generiert, die einer PID-Regelung mit applizierbaren Regelungsparametern entsprechend kann. In an exhaust gas recirculation control e.g. Based on a PID controller, an EGR manipulated variable for adjusting the exhaust gas recirculation valve is generated based on a pilot control variable and an EGR control manipulated variable. The pilot control variable may be determined based on a physical model or map model of the gas routing system (e.g., a map of measured stationary EGR valve positions versus injection quantity and engine speed) depending on a load indication for a desired load, such as a desired load. from a desired injection quantity. The EGR control manipulated variable is correspondingly generated as a manipulated variable of a control, which can correspond to a PID control with applicable control parameters.
Bei einer schnellen Lasterhöhung wird die Vorsteuerstellgröße entsprechend schnell gestellt, so dass die Regelung nur noch transiente Abweichungen ausregeln muss. Dies führt jedoch dazu, dass der AGR-Massenstrom so eingestellt wird, dass er dem stationären AGR-Massenstrom bei dem neuen Betriebspunkt im stationären Fall entspricht. Während des transienten Übergangs begrenzt jedoch der eingestellte AGR-Massenstrom die Menge der den Brennräumen der Zylinder zugeführten Frischluft, so dass der Anstieg des vom Verbrennungsmotor bereitgestellten Motormoments entsprechend verlangsamt erfolgt und dadurch sich auch der Aufbau eines Ladedrucks durch eine Aufladeeinrichtung verzögert. Dadurch wird der als Turboloch bekannte Effekt des langsamen Ladedruckaufbaus verstärkt. With a fast load increase, the pilot control variable is set correspondingly fast, so that the control only has to compensate for transient deviations. However, this results in the EGR mass flow being adjusted to correspond to the stationary EGR mass flow at the new operating point in the steady state case. During the transient transition, however, the adjusted EGR mass flow limits the amount of fresh air supplied to the combustion chambers of the cylinders, so that the increase in the output from the engine provided engine torque is slowed down accordingly and thereby delayed the buildup of a boost pressure by a charging device. As a result, the known as turbo lag effect of slow boost pressure build-up is enhanced.
Um bei einer plötzlichen Lasterhöhung ausreichend Frischluft in den Brennräumen der Zylinder zur Verfügung zu stellen, sieht das obige Verfahren vor, die AGR-Stellgröße während der Dauer des transienten Übergangs so zu modifizieren, dass ein geringerer AGR-Massenstrom bereitgestellt wird als der AGR-Massenstrom, der durch die herkömmliche AGR-Vorsteuerung und die herkömmliche AGR-Regelung bei der geforderten Last im stationären Zustand eingestellt würde. Dazu ist vorgesehen, die Vorsteuerstellgröße so zu modifizieren, dass das Abgasrückführungsventil während der Dauer des transienten Lastwechsels weiter geschlossen ist, als dies bei dem angeforderten stationären Zustand der Fall wäre. Dadurch wird die Menge an rückgeführtem Verbrennungsabgas so deutlich reduziert, dass ein größerer Anteil an Frischluft in die Brennräume der Zylinder gelangt. So kann das Drehmoment entsprechend der Lastanforderung schneller bereitgestellt werden.In order to provide sufficient fresh air in the combustion chambers of the cylinders in the event of a sudden increase in load, the above method provides for modifying the EGR control variable during the transient transition so as to provide a lower EGR mass flow than the EGR mass flow which would be set by the conventional EGR pilot control and the conventional EGR control at the required steady state load. For this purpose, it is provided to modify the pilot control variable in such a way that the exhaust gas recirculation valve is closed further during the duration of the transient load change than would be the case with the requested stationary state. As a result, the amount of recirculated exhaust gas is reduced so much that a larger proportion of fresh air enters the combustion chambers of the cylinder. Thus, the torque can be provided faster according to the load request.
Weiterhin kann die Menge an rückgeführtem Verbrennungsabgas abhängig von einer Summe einer durch die Vorsteuerung vorgegebenen Vorsteuerstellgröße und einer durch die Regelung vorgegebenen AGR-Regelgröße bestimmt werden, wobei die Vorsteuerstellgröße abhängig von einem Transientenindikator so modifiziert wird, dass die durch die Vorsteuerstellgröße angegebene Menge an rückgeführtem Verbrennungsabgas während des Übergangs zu der durch die Lastanforderung angegebenen Last gegenüber einer stationären Vorsteuerstellgröße reduziert wird, die sich als Vorsteuerstellgröße nach dem Übergang zu der durch die Lastanforderung angegebenen Last ergibt.Furthermore, the amount of recirculated combustion exhaust gas can be determined depending on a sum of a pre-control predetermined Vorsteuerstellgröße and a predetermined by the regulation EGR control variable, the pilot control variable is modified depending on a transient indicator so that the specified by the pilot control variable amount of recirculated combustion exhaust gas during transition to the load indicated by the load request, is reduced from a steady state pilot control variable, which results as a pilot control variable after the transition to the load indicated by the load request.
Insbesondere kann die Vorsteuerung die Vorsteuerstellgröße abhängig von einem Transientenindikator auf die reduzierte Menge an rückgeführtem Verbrennungsabgas nur dann reduzieren, wenn der Transientenindikator ein dynamisches Verhalten im Luftzuführungssystem angibt, das eine vorgegebene Schwelle für das dynamische Verhalten übersteigt.In particular, the pilot control may only reduce the pilot control variable depending on a transient indicator to the reduced amount of recirculated combustion exhaust gas if the transient indicator indicates a dynamic behavior in the air supply system that exceeds a predetermined dynamic behavior threshold.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Regelung auf einem oder auf mehreren Regelparametern basieren, wobei mindestens einer der Regelparameter während des Übergangs zu der durch die Lastanforderung angegebenen Last geändert wird. According to another embodiment, the control may be based on one or more control parameters, wherein at least one of the control parameters is changed during the transition to the load indicated by the load request.
Es kann vorgesehen sein, dass die Änderung des mindestens einen Regelparameters abhängig von einem vorgegebenen Faktor und/oder einem Transientenindikator bestimmt wird. It can be provided that the change of the at least one control parameter is determined as a function of a predetermined factor and / or a transient indicator.
Weiterhin kann die Regelung eine PID-Regelung umfassen, wobei insbesondere ein Proportional-Regelanteil während des Übergangs zu der durch die Lastanforderung angegebenen Last erhöht wird und/oder ein Integrations-Regelanteil während des Übergangs zu der durch die Lastanforderung angegebenen Last erniedrigt wird und/oder ein Differential-Regelanteil während des Übergangs zu der durch die Lastanforderung angegebenen Last unverändert belassen oder erniedrigt wird. Furthermore, the control may comprise a PID control, wherein in particular a proportional control component is increased during the transition to the load specified by the load request and / or an integration control component is reduced during the transition to the load specified by the load request and / or a differential control component is left unchanged or decreased during the transition to the load indicated by the load request.
Insbesondere kann ein I-Regelanteil der PID-Regelung abhängig von dem Übergang zu der durch die Lastanforderung angegebenen Last zurückgesetzt werden, insbesondere abhängig von dem Transientenindikator, insbesondere wenn der Transientenindikator ein dynamisches Verhalten im Luftzuführungssystem angibt, das eine vorgegebene Schwelle für das dynamische Verhalten übersteigt. In particular, an I-control part of the PID control can be reset depending on the transition to the load indicated by the load request, in particular depending on the transient indicator, in particular if the transient indicator indicates a dynamic behavior in the air supply system that exceeds a predetermined threshold for the dynamic behavior ,
Es kann vorgesehen sein, dass der Transientenindikator angibt, in welchem Maße die Erhöhung der Lastanforderung eine dynamische Änderung in dem Luftzuführungssystem des Motorsystems bewirkt. It can be provided that the transient indicator indicates to what extent the increase in the load requirement causes a dynamic change in the air supply system of the engine system.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Betreiben eines Verbrennungsmotors in einem Motorsystem mit Abgasrückführung vorgesehen, wobei die Vorrichtung vorgesehen ist, um:
- – den Verbrennungsmotor durch Einstellen einer Menge an rückgeführtem Verbrennungsabgas zu betreiben;
- – die Menge an rückgeführtem Verbrennungsabgas abhängig von einer Vorsteuerung und einer Regelung einzustellen; und
- – bei einer Erhöhung einer Lastanforderung, die Vorsteuerung zu modifizieren, so dass während des Übergangs zu der durch die Lastanforderung angegebenen Last die Menge an rückgeführtem Verbrennungsabgas auf eine Menge an rückgeführtem Verbrennungsabgas reduziert wird, die kleiner ist als die Menge an rückgeführtem Verbrennungsabgas, die sich im stationären Betriebsfall bei einer der erhöhten Lastanforderung entsprechenden Last ergibt.
- To operate the internal combustion engine by adjusting an amount of recirculated combustion exhaust gas;
- To adjust the amount of recirculated combustion exhaust gas depending on a pilot control and a control; and
- Upon an increase in a load request, modify the feedforward such that during the transition to the load indicated by the load request, the amount of recirculated combustion exhaust gas is reduced to an amount of recirculated combustion exhaust gas that is less than the amount of recirculated combustion exhaust gas that dissipates results in steady-state operation at a load corresponding to the increased load requirement.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Motorsystem mit einem Verbrennungsmotor und der obigen Vorrichtung vorgesehen.In another aspect, an engine system including an internal combustion engine and the above apparatus is provided.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Embodiments are explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:
Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments
Den Zylindern
Im Luftzuführungssystem
Der Ladedruckabschnitt
Im Ladedruckabschnitt
Es ist weiterhin mindestens ein Aufladesteller
Es ist weiterhin eine Abgasrückführungsleitung
Während die in
Es ist ein Steuergerät
Die Vorsteuerstellgröße SV hängt im Fall einer Kennfeldbasierten Vorsteuerung im Wesentlichen von dem Ergebnis eines Vorsteuerblocks
Werden die stationäre Vorsteuerstellgröße SVStat und die AGR-Regelgröße SR zur Generierung der AGR-Stellgröße SAGR direkt verwendet, so führt dies jedoch dazu, dass sich bei einer schnellen Lasterhöhung auch die AGR-Rate erhöht, was die Frischluftzufuhr begrenzt und einer schnellen Momentenerhöhung entgegenwirkt.If the stationary pilot control variable S VStat and the EGR control variable S R are used directly to generate the EGR control variable S AGR , this also leads to an increase in the EGR rate in the event of a rapid increase in load, which limits the fresh air supply and a rapid one Counteracts torque increase.
Es ist daher vorgesehen, während der Dauer eines transienten Übergangs, d.h. während eine Lasterhöhung stattfindet, die AGR-Rate zu reduzieren und den AGR-Massenstrom niedriger einzustellen, als es dem AGR-Massenstrom bei dem angeforderten Lastzustand im stationären Zustand entspricht. Dies wird durch Nutzen eines sogenannten Transientenindikators TI erreicht. Der Transientenindikator TI wird in einem Transientenindikatorblock
In einem ersten Multiplikationsglied
Zum Bereitstellen der AGR-Regelstellgröße SR kann eine Regelungseinheit
Die aus dem P-Glied
Der P-Faktor und/oder der I-Faktor und/oder der D-Faktor können fest vorgegeben werden oder mithilfe von entsprechenden Faktorkennfeldern eines entsprechenden P-Kennfeldblocks
In den Transientenblöcken
Die in den Transientenblöcken
Letztlich sieht das P-Faktorkennfeld
Weiterhin kann das I-Glied
Die Funktionsweise der in der
Gleichzeitig resultiert daraus eine Erhöhung des in den Verbrennungsmotor strömenden Luftmassenstroms mIst entsprechend dem Soll-Luftmassenstrom mSoll, der dem maximal bereitstellbaren Luftmassenstrom bei dem während des Ansteigens des Ist-Ladedrucks pLDIst bereitgestellten Abgasenthalpie entspricht. Die sprunghafte Lastanforderung hat normalerweise zur Folge, dass die Vorsteuerstellgröße SV ebenfalls sprunghaft einen neuen Wert annimmt, der entsprechend dem zugrundeliegenden Vorsteuerungs-Modell dem Bedarf an rückgeführtem Verbrennungsabgas im stationären Betriebsfall nach der Lasterhöhung entspricht. Stattdessen wird während des transienten Übergangs die Vorsteuerstellgröße SV weiter reduziert, um so die Menge an rückgeführtem Verbrennungsabgas zu reduzieren und eine größere Menge an Frischluft in die Brennräume der Zylinder gefördert werden kann. Nähert sich der Zustand des Motorsystems
Die Reduzierung der Vorsteuerstellgröße SV erfolgt entsprechend des Verlaufs des Transientenindikators TI, der für den transienten Übergang des Soll-Ladedrucks pLDSoll einen Wert größer 0 aufweist, und insbesondere bei großen oder sprunghaften Lasterhöhungen einen Wert 1 aufweist, der im Zuge der Annäherung des Ist-Ladedrucks pLDIst an den Soll-Ladedruck pLDSoll wieder den Wert 0 erreicht. The reduction of the pilot control variable S V takes place in accordance with the course of the transient indicator TI, which has a value greater than 0 for the transient transition of the desired boost pressure p LDSoll , and has a
Die Regelparameter der Regelungseinheit
Das obige Verfahren sieht eine Ergänzung zu einer herkömmlichen PID-Regelung für das Stellen des AGR-Ventils
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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