DE102016212833A1 - Method and device for regulating a filling of an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer Brennkraftmaschine mit einem variablen Ventilhub (33) an mindestens einem Einlassventil der Brennkraftmaschine, mindestens einem Abgasrückführungsventil (31), mindestens einer Drosselklappe (35) und mindestens einer Ladedruckregelungsanlage, bei dem ein Luftmassenstrom zur Füllung mindestens eines Zylinders der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit eines aktuellen Betriebspunktes der Brennkraftmaschine mittels des variablen Ventilhubs (33) eingestellt wird, und bei dem ein Saugrohrdruck in Abhängigkeit des aktuellen Betriebspunktes der Brennkraftmaschine mittels der mindestens einen Drosselklappe (35) oder der Ladedruckregelungsanlage eingestellt wird.The present invention relates to a method for controlling an internal combustion engine having a variable valve lift (33) on at least one intake valve of the internal combustion engine, at least one exhaust gas recirculation valve (31), at least one throttle valve (35) and at least one charge pressure control system, in which an air mass flow for filling at least one Cylinder of the internal combustion engine in response to a current operating point of the internal combustion engine by means of the variable valve lift (33) is set, and wherein an intake manifold pressure in dependence on the current operating point of the internal combustion engine by means of at least one throttle valve (35) or the wastegate is set.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer Brennkraftmaschine mit einem variablen Ventilhub an mindestens einem Einlassventil der Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine mit einem zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens konfigurierten Steuergerät.The present invention relates to a method for controlling an internal combustion engine with a variable valve lift on at least one intake valve of the internal combustion engine and an internal combustion engine with a configured for carrying out the presented method controller.
Stand der TechnikState of the art
Zur Steuerung einer Brennkraftmaschine werden von einer Steuerungseinheit, wie bspw. einem Motorsteuergerät, in Abhängigkeit einer aktuellen Lastanforderung verschiedene Komponenten der Brennkraftmaschine zur Regulierung eines Luftmassenstroms, mit dem jeweilige Zylinder der Brennkraftmaschine befüllt werden, verwendet. Bei konventionellen aufgeladenen Motoren werden zur Regulierung des Luftmassenstroms eine Drosselklappe und ein Turbolader eingesetzt. Unter Verwendung eines variablen Ventilhubs an Einlassventilen der Brennkraftmaschine steht neben einer Drosselklappe und einem Turbolader eine weitere Stellgröße zur Verfügung, um einen Luftmassenstrom zu regeln. To control an internal combustion engine, various components of the internal combustion engine are used by a control unit, such as an engine control unit, in response to a current load request to regulate an air mass flow to be filled with the respective cylinder of the internal combustion engine. In conventional supercharged engines, a throttle and a turbocharger are used to regulate the mass air flow. Using a variable valve lift on intake valves of the internal combustion engine, in addition to a throttle valve and a turbocharger, another manipulated variable is available in order to regulate an air mass flow.
Mittels einer Kombination eines variablen Ventilhubs an Einlassventilen einer Brennkraftmaschine und einer in der Phase verstellbaren Einlassnockenwelle lässt sich eine Füllung von Zylindern einer Brennkraftmaschine ausschließlich durch eine Veränderung eines zeitlichen Verlaufs einer Einlassventilerhebungskurve einstellen, wodurch aufgrund eines nahezu drosselfreien Füllsteuerungsverfahrens Ladungswechselverluste einer Brennkraftmaschine stark reduziert werden und, dadurch bedingt, ein Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine im Teillastbereich deutlich erhöht wird. By means of a combination of a variable valve lift on intake valves of an internal combustion engine and a phase-variable intake camshaft, a filling of cylinders of an internal combustion engine can be adjusted exclusively by changing a time profile of an intake valve lift curve, which greatly reduces charge cycle losses of an internal combustion engine and due to a nearly throttle-free Füllsteuerungsverfahrens As a result, an efficiency of the internal combustion engine in the partial load range is significantly increased.
Weiterhin sind zusätzliche Verbrauchs- und Emissionsreduktionen durch einen Einsatz eines Abgasrückführungsventils, das einen Teil eines von einer Brennkraftmaschine erzeugten Abgases der Brennkraftmaschine zur erneuten Verbrennung zuführt, möglich. Dazu wird bei Benzinmotoren mit einem Niederdruckabgasrückführungssystem in der Regel Abgas nach einer Abgasnachbehandlung entnommen und vor einem Verdichter eines Turboladers wieder in einen Verbrennungskreislauf der Brennkraftmaschine eingeleitet.Furthermore, additional consumption and emission reductions through the use of an exhaust gas recirculation valve, which supplies a part of an exhaust gas of the internal combustion engine generated by an internal combustion engine for re-combustion, possible. For this purpose, in gasoline engines with a low-pressure exhaust gas recirculation system, exhaust gas is generally removed after exhaust gas aftertreatment and introduced again into a combustion cycle of the internal combustion engine in front of a compressor of a turbocharger.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 9 vorgestellt. Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und den abhängigen Ansprüchen.Against this background, a method according to claim 1 and an internal combustion engine according to
Das vorgestellte Verfahren dient insbesondere zum Regeln einer Brennkraftmaschine, wie bspw. einem Benzinmotor mit Turboaufladung. Dazu ist vorgesehen, dass ein Luftmassenstrom, d. h. eine Kombination aus Frischluft und externem Inertgas, zum Füllen mindestens eines Zylinders der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit eines aktuellen Betriebspunkts bzw. einer aktuell vorgegebenen Lastanforderung der Brennkraftmaschine mittels eines variablen Ventilhubs eingestellt wird. The presented method is used in particular for controlling an internal combustion engine, such as, for example, a gasoline engine with turbocharging. For this purpose, it is provided that an air mass flow, d. H. a combination of fresh air and external inert gas, for filling at least one cylinder of the internal combustion engine in response to a current operating point or a current predetermined load request of the internal combustion engine is set by means of a variable valve lift.
Unter Verwendung eines variablen Ventilhubs für mindestens ein Einlassventil der Brennkraftmaschine kann ein Saugrohrdruck unabhängig von einem aktuellen Luftmassenstrom zur Füllung der Zylinder der Brennkraftmaschine bspw. mittels einer Drosselklappe oder einer Ladedruckregelungsanlage, wie bspw. einem Turbolader oder einem Kompressor, eingestellt werden. Entsprechend steht durch die von dem Luftmassenstrom zur Füllung der Zylinder der Brennkraftmaschine und einem Abgasrückführungssystem unabhängige Regelung des Saugrohrdrucks gegenüber einer konventionell betriebenen Brennkraftmaschine ein zusätzlicher Freiheitsgrad zur Regelung der Brennkraftmaschine zur Verfügung.Using a variable valve lift for at least one intake valve of the internal combustion engine, an intake manifold pressure can be adjusted independently of a current air mass flow for filling the cylinders of the internal combustion engine, for example by means of a throttle valve or a wastegate, such as a turbocharger or a compressor. Accordingly, by the independent of the air mass flow for filling the cylinder of the internal combustion engine and an exhaust gas recirculation system control of the intake manifold pressure compared to a conventionally operated internal combustion engine, an additional degree of freedom to control the internal combustion engine available.
Um den Saugrohrdruck unabhängig von dem Luftmassenstrom zur Füllung der Zylinder der Brennkraftmaschine und dem Abgasrückführungssystem zu regeln, ist insbesondere vorgesehen, dass in einem aufgeladenen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine der Saugrohrdruck durch die Ladedruckregelungsanlage, die selbst durch einen entsprechenden untergeordneten Regelkreis geregelt wird, eingestellt wird. In einem Saugbereich, d. h. einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine, in dem keine Aufladung durch die Ladedruckregelungsanlage erfolgt, kann der Saugrohrdruck durch Verwendung der Drosselklappe der Brennkraftmaschine eingestellt werden. In order to regulate the intake manifold pressure independently of the air mass flow for filling the cylinders of the internal combustion engine and the exhaust gas recirculation system, it is provided in particular that in a supercharged operating range of the internal combustion engine, the intake manifold pressure is adjusted by the wastegate, which itself is regulated by a corresponding subordinate control circuit. In a suction area, d. H. an operating range of the internal combustion engine, in which no charge is made by the wastegate, the intake manifold pressure can be adjusted by using the throttle valve of the internal combustion engine.
Durch die Möglichkeiten zur Einstellung des Saugrohrdrucks mittels der Drosselklappe oder der Ladedruckregelungsanlage unabhängig von dem Luftmassenstrom zur Füllung der Zylinder der Brennkraftmaschine ergeben sich im Wesentlichen drei unterschiedliche Verfahren bzw. Betriebsmodi zum Regeln der Brennkraftmaschine, bei denen die Ladedruckregelungsanlage, die Drosselklappe, der variable Ventilhub der Einlassventile und das Abgasrückführungsventil als Stellglieder jeweils unterschiedliche Funktionen übernehmen.Due to the possibilities for adjusting the intake manifold pressure by means of the throttle valve or the wastegate independently of the air mass flow to fill the cylinder of the engine, there are essentially three different methods or operating modes for controlling the internal combustion engine, in which the wastegate, the throttle valve, the variable valve Inlet valves and the exhaust gas recirculation valve as actuators each take on different functions.
In einem ersten Betriebsmodus kann eine Regelung des Luftmassenstroms durch den variablen Ventilhub im Saugbereich der Brennkraftmaschine erfolgen. Dazu wird eine geforderte, d. h. bspw. extern vorgegebene, Füllung bzw. ein entsprechender Luftmassenstrom zur Füllung der Zylinder der Brennkraftmaschine über den variablen Ventilhub, d. h. einen Aktuator an einem jeweiligen Einlassventil der Brennkraftmaschine, eingestellt, während eine entsprechende, bspw. extern vorgegebene Rate zur Abgasrückführung durch das Abgasrückführungsventil, das bspw. als Niederdruckabgasrückführungsventil ausgestaltet ist, eingestellt wird. Dabei wird die Drosselklappe so eingestellt, dass ein vorgegebener Sollsaugrohrdruck, der bspw. zur Minimierung von Ladungswechselverlusten geeignet ist, eingeregelt wird. In a first operating mode, the air mass flow can be regulated by the variable valve lift in the intake region of the internal combustion engine. For this purpose, a required, ie, for example, externally specified, filling or a corresponding air mass flow to fill the cylinder Internal combustion engine via the variable valve lift, ie an actuator to a respective intake valve of the internal combustion engine, set while a corresponding, for example. Externally predetermined rate for exhaust gas recirculation through the exhaust gas recirculation valve, which is designed, for example, as a low-pressure exhaust gas recirculation valve is set. In this case, the throttle valve is adjusted so that a predetermined Sollsaugrohrdruck, which is suitable, for example, to minimize charge exchange losses, is adjusted.
Zur Durchführung des ersten Ansatzes, bei dem eine Regelung des Luftmassenstroms durch den variablen Ventilhub im Saugbereich der Brennkraftmaschine erfolgt, ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit eines Betriebspunkts der Brennkraftmaschine, d. h. in Abhängigkeit von bspw. einer To carry out the first approach, in which a regulation of the air mass flow takes place by the variable valve lift in the intake region of the internal combustion engine, it is provided that, depending on an operating point of the internal combustion engine, ie. H. as a function of, for example, one
Drehzahl der Brennkraftmaschine und einem vorgegebenen Sollantriebsmoment, passende Sollwerte für die Füllung
Mittels Formel (1) wird ein Vorsteuerungsanteil für eine Ansteuerung eines Aktuators zum Bewegen eines jeweiligen Einlassventils ermittelt. Dabei kann der Vorsteuerungsanteil um einen Regleranteil
Der gemäß Formel (2) berechnete Sollliefergrad
Die Solleinlassventilerhebungskurve "IVCsoll" wird anschließend durch einen untergeordneten Regelkreis des Aktuators zum Bewegen des Einlassventils eingestellt.The target intake valve lift curve "IVC soll " is then adjusted by a subordinate control loop of the actuator for moving the intake valve.
Um die Drosselklappe an den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine anzupassen, wird ein funktionaler Zusammenhang "Φdk" verwendet. Dabei wird der Sollsaugrohrdruck
Um eine Dynamik einer Änderungsrate von einem Istsaugrohrdruck zu einem Sollsaugrohrdruck zu verbessern, kann beim Einstellen des Drosselklappenmassenstroms
Anschließend wird der Solldrosselklappenmassenstrom
Für eine Einregelung einer gewünschten bzw. dem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine entsprechenden Abgasrückführungsrate
In einem zweiten Betriebsmodus kann in einem aufgeladenen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine ein vorgegebener bzw. in Abhängigkeit eines aktuellen Betriebspunkts der Brennkraftmaschine gewählter Sollsaugrohrdruck
Sobald der Sollladedruck
In einem dritten Betriebsmodus, der bspw. dann aktiviert wird, wenn Stellgrenzen des variablen Ventilhubs erreicht sind, kann die Steuerung der Füllung der Zylinder der Brennkraftmaschine, d. h. die Regelung des Luftmassenstroms zur Füllung der Zylinder der Brennkraftmaschine, konventionell über die Drosselklappe und/oder die Ladedruckregelungsanlage erfolgen. Entsprechend reduziert sich bei dem dritten Betriebsmodus eine Anzahl unabhängiger Regelgrößen von drei auf zwei, nämlich den Luftmassenstrom zur Füllung der Zylinder der Brennkraftmaschine "mZyl,in" und die Abgasrückführungsrate "xZyl", die in einem Brennraum eines jeweiligen Zylinders einzustellen ist.In a third operating mode, which is activated, for example, when setting limits of the variable valve lift are reached, the control of the filling of the cylinders of the internal combustion engine, ie the regulation of the air mass flow to fill the cylinders of the internal combustion engine, conventionally via the throttle and / or Charge pressure control system done. Accordingly, in the third operating mode, a number of independent controlled variables are reduced from three to two, namely the air mass flow for filling the cylinders of the internal combustion engine "m Cyl, in " and the exhaust gas recirculation rate "x Cyl " to be set in a combustion chamber of a respective cylinder.
Zwischen den drei voranstehenden beschriebenen Betriebsmodi kann während eines Betriebs einer Brennkraftmaschine fließend gewechselt werden, um bspw. Vorgaben zur Verbrauchsoptimierung und/oder zur Emissionsoptimierung zu erreichen. Dazu können jeweilige Betriebspunkte der Brennkraftmaschine, die zu einem Wechsel zwischen jeweiligen Betriebsmodi führen, bspw. experimentell auf einem Leistungsprüfstand ermittelt und in einem Steuergerät der Brennkraftmaschine hinterlegt werden. Selbstverständlich können die Betriebspunkte der Brennkraftmaschine, die zu einem Wechsel zwischen jeweiligen Betriebsmodi führen, auch mittels eines Modells, ggf. dynamisch in Abhängigkeit mindestens eines Betriebsparameters der Brennkraftmaschine ermittelt werden.Between the three above-described operating modes can be changed fluently during operation of an internal combustion engine, for example, to achieve requirements for fuel consumption optimization and / or emission optimization. For this purpose, respective operating points of the internal combustion engine, which lead to a change between the respective operating modes, eg. Experimentally determined on a dynamometer and stored in a control unit of the internal combustion engine. Of course, the operating points of the internal combustion engine, which lead to a change between the respective operating modes, can also be determined by means of a model, possibly dynamically as a function of at least one operating parameter of the internal combustion engine.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.The invention is schematically illustrated by means of embodiments in the drawings and will be described in detail below with reference to the drawings.
In
Nach einem Verbrennungsvorgang in den Zylindern
In
Bei dem dritten Betriebsmodus
In
Ausgehend von einer Sollwertvorgabe, die in Abhängigkeit eines Betriebspunkts der Brennkraftmaschine eine Sollabgasrückführungsrate, einen Sollluftmassenstrom und einen Sollsaugrohrdruck bereitstellt, werden jeweilige Steuereinheiten eines Abgasrückführungsventils
Ausgehend von den jeweiligen durch das Motorsteuergerät
Weiterhin wird der Sollluftmassenstrom durch die Steuereinheit des variablen Ventilhubs
Ausgehend von dem durch das Motorsteuergerät
In
Zur Regelung des Saugrohrdrucks wird hier jedoch durch das Motorsteuergerät
In
Weiterhin übermittelt das Motorsteuergerät
Für einen nicht aufgeladenen Betriebsmodus ermittelt die Steuereinheit der Drosselklappe
Zur Regelung des Saugrohrdrucks für einen aufgeladenen Betriebspunkt wird durch das Motorsteuergerät
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