DE102016206554A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Einstellung des Massenstromes eines Abgasrückführventils - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung des Massenstromes eines mit einer Drosselklappe mechanisch gekoppelten Abgasrückführventils einer einen Turbolader aufweisenden Brennkraftmaschine, bei welchen ein einer Sollöffnungsposition des Abgasrückführventils entsprechender erster Sollwert ermittelt, ein einer Sollöffnungsposition der Drosselklappe entsprechender zweiter Sollwert ermittelt, der erste Sollwert mit dem zweiten Sollwert verglichen wird, der Massenstrom des Abgasrückführventils durch eine Veränderung der Öffnungsposition des Abgasrückführventils eingestellt wird, wenn der erste Sollwert größer ist als der zweite Sollwert, und der Massenstrom des Abgasrückführungsventils durch eine Veränderung der Öffnungsposition der Drosselklappe eingestellt wird, wenn der zweite Sollwert größer ist als der erste Sollwert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung des Massenstromes eines Abgasrückführventils einer einen Turbolader aufweisenden Brennkraftmaschine.
  • Zur Steuerung einer Brennkraftmaschine wird eine Zusammensetzung der Gasladung und eine Füllung des Verbrennungsraumes mit der Gasladung durch ein Stellen von Aktuatoren wie Drosselklappen, Abgasrückführventilen, Abgasklappen, etc., gezielt beeinflusst. Sowohl die Zusammensetzung als auch die Menge der Gasfüllung des Verbrennungsraumes bestimmen neben dem eingespritzten Kraftstoff das Drehmoment sowie die Verbrennungsprodukte und damit die Schadstoffmengen im Abgas. Die Mehrzahl von Benzinmotoren wird mit einem stöchiometrischen Verbrennungsgasgemisch betrieben. Dies erlaubt in Verbindung mit einem Dreiwegekatalysator eine effektive Reduktion der bei der Verbrennung entstehenden Schadstoffe.
  • Die einzuspritzende Kraftstoffmenge wird hierbei durch die im Verbrennungsraum vorhandene Luftmenge bestimmt. Bei einem Dieselmotor im Nominalbetrieb stellt die vorhandene Luftmenge eine Limitierung für die einzuspritzende Kraftstoffmenge dar, um zu erreichen, dass die Menge der Abgaspartikel begrenzt bleibt.
  • Die Sauerstoffkonzentration ist ein maßgeblicher Parameter für die Erzeugung von Stickoxiden durch die Verbrennung. Eine Verminderung der Sauerstoffkonzentration der Zylinderfüllung führt zu einer Verminderung der Stickoxidemissionen. In heutigen Dieselmotoren wird dies durch eine Abgasrückführung realisiert. Diese Abgasrückführung kann intern durch den Zylinder der Brennkraftmaschine erfolgen oder extern zusammen mit einer eventuell vorhandenen Kühlung. Diese externe Abgasrückführung kann vor und/oder hinter dem Verdichter eines Turboladers der Brennkraftmaschine durchgeführt werden. Entsprechend spricht man von einer Niederdruck-Abgasrückführung oder einer Hochdruck-Abgasrückführung.
  • Voraussetzung für eine Abgasrückführung ist stets, dass der Gasdruck an der Abzweigstelle höher ist als an der Einleitstelle. Dies ist insbesondere bei einer Niederdruck-Abgasrückführung nicht in allen Fällen ausreichend möglich. Aus diesem Grund werden zu einer Unterstützung der Abgasrückführung zusätzliche Drosselklappen eingebaut, um eine notwendige Erhöhung oder Absenkung des Gasdrucks an der Abzweigstelle oder der Einleitstelle zu ermöglichen.
  • Aus der DE 10 2013 209 815 B3 sind ein Verfahren und ein System zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bekannt, welche mit einem Abgasturbolader ausgestattet ist und des Weiteren eine Hochdruck-Abgasrückführung und eine Niederdruck-Abgasrückführung aufweist. Dabei erfolgt auf Basis eines physikalischen Modells eine Bestimmung von Flussparametern des im System fließenden Gasstromes an unterschiedlichen Stellen des Gasstromes in Abhängigkeit von einer Stellung eines Stellgliedes im Gasstrom. Zu diesen Flussparametern gehören eine Temperatur und/oder ein Druck. Es erfolgt auf der Basis des invertierten physikalischen Modells ein Bestimmen einer Stellung des Stellgliedes, die zu einem vorbestimmten Flussparameter im Zylinder korrespondiert, ein Steuern des Stellgliedes in die bestimmte Stellung, ein Bestimmen einer Abweichung des vorbestimmten Flussparameters vom Flussparameter des Gasstroms im Zylinder und ein Abgleichen des physikalischen Modells auf der Basis der Abweichung, wobei das physikalische Modell eine Rückführung verbrannten Gases in den Zylinder umfasst und wobei des Weiteren der Flussparameter eine Gaszusammensetzung oder eine Gasmenge des Gasstroms im Zylinder umfasst. Durch diese Maßnahmen soll eine direktere oder genauere Steuerung der Brennkraftmaschine erreicht werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung des durch das Abgasrückführventil einer Brennkraftmaschine fließenden Massenstroms anzugeben, welche im Betrieb der Brennkraftmaschine stabil arbeiten.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 5 angegeben. Der Anspruch 6 hat eine Vorrichtung zur Einstellung des Massenstroms eines Abgasrückführventils zum Gegenstand.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden bei einem Verfahren zur Einstellung des Massenstromes eines mit einer Drosselklappe mechanisch gekoppelten Abgasrückführventils einer einen Turbolader aufweisenden Brennkraftmaschine folgende Schritte ausgeführt:
    • – Ermittlung eines einer Sollöffnungsposition des Abgasrückführventils entsprechenden ersten Sollwertes,
    • – Ermittlung eines einer Sollöffnungsposition der Drosselklappe entsprechenden zweiten Sollwertes,
    • – Vergleichen des ersten Sollwertes mit dem zweiten Sollwert,
    • – Einstellung des Massenstromes des Abgasrückführventils durch eine Veränderung der Öffnungsposition des Abgasrückführventils, wenn der erste Sollwert größer ist als der zweite Sollwert und
    • – Einstellung des Massenstroms des Abgasrückführungsventils durch eine Veränderung der Öffnungsposition der Drosselklappe, wenn der zweite Sollwert größer ist als der erste Sollwert.
  • Durch diese Vorgehensweise gelingt es beim Vorliegen eines mit einer Drosselklappe mechanisch gekoppelten Abgasrückführventils dieses gekoppelte System bestehend aus Drosselklappe und Abgasrückführventil stabil anzusteuern. Dabei werden die Drosselklappe und das Abgasrückführventil unabhängig voneinander modellbasiert charakterisiert. Dies hat den Vorteil, dass eine direkte Bestimmung des über das Abgasrückführventil fließenden Massenstroms möglich ist und die Ansteuerung bei einer Veränderung des Sollwertes automatisch angepasst wird. Dies ist insbesondere beim Vorliegen unterschiedlicher Betriebsarten der Brennkraftmaschine von Vorteil.
  • Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender beispielhafter Erläuterung anhand der Figuren. Es zeigt:
  • 1 eine Blockdarstellung einer mit einem Abgasturbolader, einer Niederdruck-Abgasrückführung und einer Hochdruck-Abgasrückführung ausgestatteten Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 2 eine Blockdarstellung einer mit einem Abgasturbolader, einer Niederdruck-Abgasrückführung und einer Hochdruck-Abgasrückführung ausgestatteten Brennkraftmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
  • 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung der effektiven Öffnungsquerschnittsfläche eines Abgasrückführventils in Abhängigkeit von der Öffnungsposition des Abgasrückführventils und
  • 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung der effektiven Öffnungsquerschnittsfläche einer mit dem Abgasrückführventil mechanisch gekoppelten Drosselklappe in Abhängigkeit von der Öffnungsposition des Abgasrückführventils.
  • Die 1 zeigt eine Blockdarstellung einer mit einem Abgasturbolader, einer Niederdruck-Abgasrückführung und einer Hochdruck-Abgasrückführung ausgestatteten Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Diese Brennkraftmaschine 100 weist einen Turbolader 120 auf, zu welchem eine Abgasturbine 130 und ein Verdichter 125 gehören. Die Abgasturbine 130 wird mit Abgas versorgt, welches von den Zylindern 150 der Brennkraftmaschine 100 bereitgestellt wird. Durch dieses Abgas wird das Turbinenrad der Abgasturbine 130 in Drehung versetzt. Diese Drehung des Turbinenrades wird über eine Welle des Abgasturboladers an ein Verdichterrad des Verdichters 125 übertragen, welches dadurch ebenfalls in Drehung versetzt wird. Das Verdichterrad ist zur Verdichtung eines Gasgemisches vorgesehen, welches aus Frischluft und über eine Niederdruck-Abgasrückführung 180 rückgeführtem Abgas besteht. Die genannte Frischluft wird dem Verdichterrad über ein Luftfilter 110 zugeführt. Das von der Abgasturbine 130 ausgegebene Abgas wird über einen Katalysator 158, ein Partikelfilter 160, eine Abgasklappe 162 und einen Schalldämpfer 164 an die Umgebung abgegeben.
  • Zwischen dem Partikelfilter 160 und der Abgasklappe 162 ist ein Abzweig vorgesehen, an welchem Abgas abgezweigt wird, welches über die Niederdruck-Abgasrückführung 180 dem Verdichter 125 zugeführt wird. In dieser Niederdruck-Abgasrückführung 180 sind ein Kühler 184 und ein Niederdruck-Abgasrückführventil 186 vorgesehen.
  • Das verdichtete Gasgemisch wird vom Ausgang des Verdichters 125 über einen Ladeluftkühler 135 und eine Drossel 140 den Zylindern 150 der Brennkraftmaschine 100 zugeführt.
  • Des Weiteren weist die in der 1 gezeigte Brennkraftmaschine 100 eine Hochdruck-Abgasrückführung 166 auf. Diese ist direkt an einen Ausgang der Zylinder 150 angeschlossen und wird über diesen Ausgang mit unter hohem Druck stehendem Abgas versorgt. Dieses unter hohem Druck stehende Abgas wird über einen Kühler 170 und ein Hochdruck-Abgasrückführventil 172 dem Eingang der Zylinder 150 zugeleitet, um diesen Zylindern rückgeführtes Abgas zuzuführen. Parallel zum Kühler 170 ist eine Bypassklappe 168 angeordnet, um den Kühler 170 bei Bedarf umgehen zu können.
  • Ferner weist die in der 1 dargestellte Brennkraftmaschine 100 eine Steuereinheit 188 auf. Dieser Steuereinheit 188 werden von einer Vielzahl von Sensoren bereitgestellte Sensorsignale se1, ..., sen zugeführt. Die Steuereinheit 188 ermittelt unter Auswertung dieser Sensorsignale und eines in einem nicht dargestellten Speicher abgespeicherten Arbeitsprogrammes sowie abgespeicherten Tabellen und Kennfeldern sowie physikalischen Modellen Steuersignale s1, ..., sn für die Stellglieder der Brennkraftmaschine. Zu diesen Stellgliedern gehören unter anderem das Niederdruck-Abgasrückführventil 186 und die Abgasklappe 162. Zu den physikalischen Modellen gehören ein Modell des Niederdruck-Abgasrückführventils 186 und ein Modell der Abgasklappe 162, welche eine Drosselstelle bildet.
  • Das Niederdruck-Abgasrückführventil 186 und die Abgasklappe 162 sind in vorteilhafter Weise mechanisch miteinander gekoppelt und können mittels desselben Steuersignals angesteuert werden. Diese Ansteuerung erfolgt modellbasiert, wie es noch unten anhand der 3 und 4 näher erläutert wird.
  • Die 2 zeigt eine Blockdarstellung einer mit einem Abgasturbolader, einer Niederdruck-Abgasrückführung und einer Hochdruck-Abgasrückführung ausgestatteten Brennkraftmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • Diese Brennkraftmaschine 100 weist einen Turbolader 120 auf, zu welchem eine Abgasturbine 130 und ein Verdichter 125 gehören. Die Abgasturbine 130 wird mit Abgas versorgt, welches von den Zylindern 150 der Brennkraftmaschine 100 bereitgestellt wird. Durch dieses Abgas wird das Turbinenrad der Abgasturbine in Drehung versetzt. Diese Drehung des Turbinenrades wird über eine Welle des Abgasturboladers an das Verdichterrad des Verdichters 125 übertragen, welches dadurch ebenfalls in Drehung versetzt wird. Das Verdichterrad ist zur Verdichtung eines Gasgemisches vorgesehen, welches aus Frischluft und über eine Niederdruck-Abgasrückführung 180 rückgeführtem Abgas besteht. Die genannte Frischluft wird dem Verdichterrad über ein Luftfilter 110 und eine Drosselklappe 182 zugeführt. Das von der Abgasturbine 130 ausgegebene Abgas wird über einen Katalysator 158, ein Partikelfilter 160 und einen Schalldämpfer 164 an die Umgebung abgegeben.
  • Zwischen dem Partikelfilter 160 und dem Schalldämpfer 164 ist ein Abzweig vorgesehen, an welchem Abgas abgezweigt wird, welches über die Niederdruck-Abgasrückführung 180 dem Verdichter 125 zugeführt wird. In dieser Niederdruck-Abgasrückführung 180 sind ein Kühler 184 und ein Niederdruck-Abgasrückführventil 186 vorgesehen.
  • Das verdichtete Gasgemisch wird vom Ausgang des Verdichters 125 über einen Ladeluftkühler 135 und eine Drossel 140 den Zylindern 150 der Brennkraftmaschine 100 zugeführt.
  • Des Weiteren weist die in der 2 gezeigte Brennkraftmaschine 100 eine Hochdruck-Abgasrückführung 166 auf. Diese ist direkt an einen Ausgang der Zylinder 150 angeschlossen und wird über diesen Ausgang mit unter hohem Druck stehendem Abgas versorgt. Dieses unter hohem Druck stehende Abgas wird über einen Kühler 170 und ein Hochdruck-Abgasrückführventil 172 an den Eingang der Zylinder 150 zurückgeführt, um diesen Zylindern rückgeführtes Abgas zuzuführen. Parallel zum Kühler 170 ist eine Bypassklappe 168 angeordnet, um den Kühler 170 bei Bedarf umgehen zu können.
  • Ferner weist die in der 2 dargestellte Brennkraftmaschine 100 eine Steuereinheit 188 auf. Dieser Steuereinheit 188 werden von einer Vielzahl von Sensoren bereitgestellte Sensorsignale se1, ..., sen zugeführt. Die Steuereinheit 188 ermittelt unter Auswertung dieser Sensorsignale und eines in einem nicht dargestellten Speicher abgespeicherten Arbeitsprogrammes sowie abgespeicherten Tabellen und Kennfeldern sowie physikalischen Modellen Steuersignale s1, ..., sn für die Stellglieder der Brennkraftmaschine 100. Zu diesen Stellgliedern gehören unter anderem das Niederdruck-Abgasrückführventil 186 und die Drosselklappe 182. Zu den physikalischen Modellen gehören ein Modell des Niederdruck-Abgasrückführventils 186 und ein Modell der Drosselklappe 182, welche eine Drosselstelle bildet.
  • Das Niederdruck-Abgasrückführventil 186 und die Drosselklappe 182 sind in vorteilhafter Weise mechanisch miteinander gekoppelt und können mittels desselben Steuersignals angesteuert werden. Diese Ansteuerung erfolgt modellbasiert.
  • Eine derartige modellbasierte Ansteuerung eines Ventils oder einer Drossel nutzt den bekannten Zusammenhang zwischen dem Gasmassenstrom und der Position bzw. Stellung des Ventils bzw. der Drossel bei bekannten Gaseigenschaften wie Temperatur, Druck und Gaszusammensetzung vor und nach dem Ventil bzw. der Drossel. Zur Modellierung kann entweder das Ventil alleine oder die gesamte Abgasrückführstrecke gemeinsam betrachtet werden. In der Regel faktorisiert die Abhängigkeit des Gasmassenstroms in eine Abhängigkeit von den Gaseigenschaften vor und nach dem Ventil und einer Abhängigkeit von der Stellung des Ventils selbst, so dass das Modell durch eine Gleichung der Form ṁ = A(s)·g(evor, enach) gegeben ist, wobei ṁ der Abgasmassenstrom, A(s) der effektive Öffnungsquerschnitt und g(evor, enach) eine Funktion der Gaseigenschaften vor und hinter dem Ventil sind. Dies gilt sowohl für die Drossel als auch für das Abgasrückführventil. Bei einer separaten Ansteuerung des Abgasrückführventils und der Drossel kann die Drossel zur Einstellung eines gewünschten Druckabfalls über das Abgasrückführventil oder die Abgasrückführstrecke benutzt werden und das Abgasrückführventil zur Einstellung des gewünschten Abgasrückführmassenstromes.
  • Die Sollstellung des Abgasrückführventils ergibt sich für den Fall einer frischluftseitigen Drosselung, wie sie in der 2 gezeigt ist, aus der folgenden Beziehung:
    Figure DE102016206554A1_0002
  • Dabei ist
    • sEGR,SP
    die Sollstellung des Abgasrückführventils,
    AEGR –1
    die inverse Funktion für den effektiven Öffnungsquerschnitt des Abgasrückführventils,
    ṁEGR,SP
    der Sollmassenstrom durch das Abgasrückführventil und
    gEGR(evorEGR, enachEGR)
    eine Funktion der Gaseigenschaften vor und hinter dem Abgasrückführventil.
  • Die Sollstellung der Drosselklappe 182 ergibt sich für den Fall einer frischluftseitigen Drosselung, wie sie in der 2 gezeigt ist, aus der folgenden Beziehung:
    Figure DE102016206554A1_0003
  • Dabei ist
    • sTHR,SP
    die Sollstellung der Drosselklappe,
    ATHR –1
    die inverse Funktion für den effektiven Öffnungsquerschnitt der Drosselklappe,
    ṁTHR,SP
    der Sollmassenstrom durch die Drosselklappe und
    gTHR(evorTHR, enachTHR)
    eine Funktion der Gaseigenschaften vor und hinter der Drosselklappe.
  • Im Falle einer gemeinsamen Ansteuerung des Abgasrückführventils und der Drosselklappe ergibt sich aufgrund der mechanischen Kopplung des Abgasrückführventils mit der Drosselklappe bereits aus der Sollstellung des Abgasrückführventils die Sollstellung der Drosselklappe und umgekehrt. Wird die Sollstellung des Abgasrückführventils mittels der vorgenannten Gleichung (1) bestimmt, dann ist damit bereits die Sollstellung der Drosselklappe festgelegt. Da aber bei frischluftseitiger Drosselung in der Regel durch eine Veränderung der Stellung der Drosselklappe auch der Gasdruck hinter der Drosselklappe verändert wird, ergibt sich für den Gaszustand enachEGR ein neuer Wert. Diese Art der Ansteuerung führt daher in der Regel zu einem nicht gewünschten, instabilen Ansteuerverhalten, da enachEGR von sEGR abhängt. Im Prinzip müsste man sEGR,SP aus der Lösung der Gleichung
    Figure DE102016206554A1_0004
    bestimmen.
  • Hierbei ist die Abhängigkeit von enachEGR(sEGR,SP) durch die Gleichungen ṁTHR = ATHR(sTHR)·gthr(evorTHR, enachTHR) und sTHR = sEGR gegeben. Dabei ist
    • ṁTHR
    der Gasmassenstrom durch die Drosselklappe,
    ATHR
    der effektive Öffnungsquerschnitt der Drosselklappe,
    sTHR
    die Stellung der Drosselklappe und
    sEGR
    die Stellung des Abgasrückführventils.
  • Da sich die implizite Gleichung (3) nicht in eine explizite Gleichung für die Sollposition umstellen lässt, wäre ein aufwendiges iteratives Lösungsverfahren notwendig, um die Gleichung (3) zu lösen und damit die Sollposition zu bestimmen.
  • Um dies zu umgehen wird folgender Zusammenhang genutzt: Bei einer nur geringen Öffnung des Abgasrückführventils wird die Drosselklappe entweder gar nicht oder nur sehr wenig geschlossen. Die geringe Öffnung des Abgasrückführventils führt zu einer großen Veränderung des rückgeführten Abgasmassenstroms. Das geringe Schließen der Drosselklappe führt nur zu einer geringen oder gar keiner Veränderung des Gasdrucks nach der Drosselstelle. Die Bestimmung der Sollposition für das Abgasrückführventil mittels der genannten Gleichung (1) ist damit stabil. Bei einer sehr weiten Öffnung des Abgasrückführventils wird allein durch die Veränderung der geometrischen Querschnittsfläche des Abgasrückführventils keine wesentliche Massenstromveränderung erzielt. Hingegen ist durch die mechanische Kopplung des Abgasrückführventils mit der Drosselklappe die Drosselklappe fast geschlossen, was zu einer starken Veränderung des Drucks nach der Drosselstelle führt. Im Falle einer abgasseitigen Drosselung, wie sie in der 1 veranschaulicht ist, tritt diese starke Veränderung des Drucks vor der Drosselstelle auf. Eine Einstellung des rückgeführten Abgasmassenstroms erfolgt in diesem Fall durch eine Veränderung der Öffnungsposition der Drosselklappe und nicht durch eine Veränderung der Öffnungsposition des Abgasrückführventils.
  • Nachfolgend wird die effektive Öffnungsquerschnittsfläche des Abgasrückführventils und der Drosselklappe abhängig von der gemeinsamen Position oder Stellung des Ventils veranschaulicht.
  • Die 3 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der effektiven Öffnungsquerschnittsfläche O1 des Abgasrückführventils in Abhängigkeit von der Öffnungsposition P des Abgasrückführventils.
  • Die 4 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der effektiven Öffnungsquerschnittsfläche O2 der mit dem Abgasrückführventil mechanisch gekoppelten Drosselklappe in Abhängigkeit von der Öffnungsposition P des Abgasrückführventils.
  • Es ist ersichtlich, dass bei geschlossenem Abgasrückführventil die Drosselklappe geöffnet ist und umgekehrt.
  • Nun wird der Drucksollwert in enach THR,SP aus der Gleichung (2) über die Beziehung ṁEGR,SP = AEGR(sEGR,SP)gEGR(evor EGR, enach EGR) (4) durch Auflösen nach enachEGR bestimmt. Bei frischluftseitiger Drosselung – wie sie in der 2 gezeigt ist – ist der Druck nach der Drosselklappe im Wesentlichen identisch mit dem Druck nach dem Abgasrückführventil. Dabei wird nun allerdings die Funktion AEGR(sEGR,SP) durch eine konstante Querschnittsfläche AEGR,p-controlled ersetzt, die etwas unterhalb der maximalen Querschnittsfläche des Abgasrückführventils gewählt wird und gegebenenfalls motorbetriebspunktabhängig bestimmt wird. Ein so bestimmter Druck in enachTHR,SP wird nun zur Bestimmung von sTHR,SP nach Gleichung (2) genutzt. Gleichzeitig wird mit Gleichung (1) der Sollwert für die Stellung des Abgasrückführventils bestimmt. Der tatsächliche gültige Sollwert für die gemeinsame Position von Abgasrückführventil und Drosselklappe wird nun aber durch das Maximum von den so berechneten Sollwerten sTHR,SP und sEGR,SP bestimmt. Damit wird eine eindeutige Berechnungsvorschrift für die gemeinsame Stellung von Abgasrückführventil und Drosselklappe definiert, die folgende Eigenschaften besitzt:
    Für einen geringen rückgeführten Sollmassenstrom ergibt sich aus Gleichung (1) eine Sollposition mit einer Querschnittsfläche des Abgasrückführventils kleiner als AEGR,p-controlled. Die Sollposition für die Drosselklappe, die über den Drucksollwert nach der Drossel und dem Abgasrückführventil bei Annahme eines weit geöffneten Abgasrückführventils AEGR,p-controlled bestimmt wird, ist nun geringer als die über Gleichung (1) bestimmte Sollposition. Das System aus Abgasrückführventil und Drosselklappe befindet sich in einem Betriebsbereich, in dem der Massenstrom über das Abgasrückführventil im Wesentlichen durch die Querschnittsfläche des Abgasrückführventils eingestellt werden kann.
  • Ergibt sich hingegen für einen höheren rückgeführten Sollmassenstrom aus Gleichung (1) eine Sollposition, die einer Querschnittsfläche größer als AEGR,p-controlled entspricht, so wird die über Gleichung (2) bestimmte Sollposition eine höhere Sollposition sTHR,SP ergeben, da ja von einer geringeren Querschnittsfläche AEGR,p-controlled für die Drucksollwertbestimmung ausgegangen wurde. Somit wird nun der Massenstrom über das Abgasrückführventil im Wesentlichen durch den geforderten Druckabfall über die Drosselstelle bestimmt.
  • Mit diesem Verfahren gelingt es, das gekoppelte System aus Drosselklappe und Abgasrückführventil stabil anzusteuern. Es werden dabei beide Klappen – die Drosselklappe und das Abgasrückführventil – weitgehend unabhängig voneinander physikalisch modellbasiert charakterisiert. Dies hat den Vorteil, dass eine direkte Bestimmung des Massenstroms über das Abgasrückführventil möglich ist und die Ansteuerung bei einer Veränderung des Sollwertes automatisch angepasst wird. Dies ist insbesondere bei unterschiedlichen Betriebsarten des Verbrennungsmotors von Vorteil.
  • Demnach werden beim erfindungsgemäßen Verfahren zwei unterschiedliche Bereiche verwendet, um den rückzuführenden Sollmassenstrom in eine geeignete Ventilstellung umzusetzen, nämlich ein Massenstromansteuerbereich, bei welchem sich die Sollposition direkt aus dem Modell des Abgasrückführventils ergibt (Gleichung 1), und ein Druckansteuerbereich, bei dem zunächst anhand des Modells des Abgasrückführventils nach Gleichung 4 ein Drucksollwert nach dem Abgasrückführventil bestimmt wird, und dann aus dem Modell der Drosselklappe (Gleichung 2) eine Sollposition für die Drosselklappe bestimmt wird. Der notwendige Wechsel zwischen diesen beiden Bereichen erfolgt durch die oben beschriebene Auswahl des Maximums der Querschnittsfläche.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Brennkraftmaschine
    110
    Luftfilter
    120
    Turbolader
    125
    Verdichter
    130
    Abgasturbine
    135
    Ladeluftkühler
    140
    Drossel
    150
    Zylinder
    158
    Katalysator
    160
    Partikelfilter
    162
    Abgasklappe
    164
    Schalldämpfer
    166
    Hochdruck-Abgasrückführung
    168
    Bypassklappe
    170
    Kühler
    172
    Hochdruck-Abgasrückführventil
    180
    Niederdruck-Abgasrückführung
    182
    Drosselklappe
    184
    Kühler
    186
    Niederdruck-Abgasrückführventil
    188
    Steuereinheit
    se1, ..., sen
    Sensorsignale
    s1, ..., sn
    Steuersignale
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102013209815 B3 [0006]

Claims (6)

  1. Verfahren zur Einstellung des Massenstromes eines mit einer Drosselklappe mechanisch gekoppelten Abgasrückführventils einer einen Turbolader aufweisenden Brennkraftmaschine mit folgenden Schritten: – Ermittlung eines einer Sollöffnungsposition des Abgasrückführventils entsprechenden ersten Sollwertes, – Ermittlung eines einer Sollöffnungsposition der Drosselklappe entsprechenden zweiten Sollwertes, – Vergleichen des ersten Sollwertes mit dem zweiten Sollwert, – Einstellung des Massenstromes des Abgasrückführventils durch eine Veränderung der Öffnungsposition des Abgasrückführventils, wenn der erste Sollwert größer ist als der zweite Sollwert und – Einstellung des Massenstroms des Abgasrückführungsventils durch eine Veränderung der Öffnungsposition der Drosselklappe, wenn der zweite Sollwert größer ist als der erste Sollwert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der der Sollöffnungsposition des Abgasrückführventils entsprechende erste Sollwert nach der folgenden Beziehung ermittelt wird:
    Figure DE102016206554A1_0005
    wobei sEGR,SP die Sollstellung des Abgasrückführventils, AEGR –1 die inverse Funktion für den effektiven Öffnungsquerschnitt des Abgasrückführventils, ṁEGR,SP der Sollmassenstrom durch das Abgasrückführventil und gEGR(evorEGR, enachEGR) eine Funktion der Gaseigenschaften vor und hinter dem Abgasrückführventil ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der der Sollöffnungsposition der Drosselklappe entsprechende zweite Sollwert nach der folgenden Beziehung ermittelt wird:
    Figure DE102016206554A1_0006
    wobei STHR,SP die Sollstellung der Drosselklappe, ATHR –1 die inverse Funktion für den effektiven Öffnungsquerschnitt der Drosselklappe, ṁTHR,SP der Sollmassenstrom durch die Drosselklappe und gTHR(evorTHR, enachTHR) eine Funktion der Gaseigenschaften vor und hinter der Drosselklappe ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des zweiten Sollwertes zunächst anhand des Modells des Abgasrückführventils ein Drucksollwert bestimmt wird und danach anhand des Modells der Drosselklappe die Sollposition der Drosselklappe bestimmt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des zweiten Sollwertes zunächst unter Verwendung der Beziehung ṁEGR,SP = AEGR(sEGR,SP)gEGR(evor EGR, enach EGR) der Drucksollwert nach dem Abgasrückführventil bestimmt wird und der bestimmte Drucksollwert zur Bestimmung des zweiten Sollwertes verwendet wird.
  6. Vorrichtung zur Einstellung des Massenstromes eines mit einer Drosselklappe mechanisch gekoppelten Abgasrückführventils einer einen Turbolader aufweisenden Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuereinheit (188) aufweist, die dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zu steuern.
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