DE102016212946A1 - Method for controlling and controlled according to this method internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger - Google Patents
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Abstract
Der Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren und einen gemäß diesem Verfahren gesteuerten Verbrennungsmotors der zumindest einen Abgasturbolader aufweist, wobei bei einer Erhöhung der Leistungsanforderung an den Verbrennungsmotor eine Drehzahlerhöhung des Turboladers durch eine Erhöhung der Abgastemperatur unterstützt wird. Dabei wird in Abhängigkeit von der Leistungsanforderung und dem jeweils aktuellen Betriebspunkt des Abgasturboladers, mittel entsprechender Rechenmodelle, eine aktuelle Soll-Abgastemperatur und davon ausgehend ein zur Erreichung der Soll-Abgastemperatur erforderliche Soll-Steuerwert zumindest eines die Abgastemperatur beeinflussenden Steuerungsparameters ermittelt und zur Steuerung des Verbrennungsmotors angewandt, um die Abgastemperatur zu erhöhen. Dadurch wird, unter Vermeidung einer thermischen Überlastung des Abgasturboladers, die Ansprechzeit des Verbrennungsmotors, insbesondere bei sprunghafter Erhöhung der Leistungsanforderung signifikant verkürzt.The subject matter of the invention relates to a method and an internal combustion engine controlled according to this method which has at least one exhaust-gas turbocharger, wherein an increase in the power requirement to the internal combustion engine supports a speed increase of the turbocharger by increasing the exhaust-gas temperature. In this case, depending on the power requirement and the respective current operating point of the exhaust gas turbocharger, means of corresponding calculation models, a current target exhaust gas temperature and on the basis of required to achieve the target exhaust gas temperature target setpoint control value of at least one exhaust gas temperature influencing control parameter determined and to control the internal combustion engine applied to increase the exhaust gas temperature. As a result, while avoiding thermal overloading of the exhaust gas turbocharger, the response time of the internal combustion engine is significantly shortened, in particular in the event of a sudden increase in the power requirement.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, der mit einem Abgasturbolader zur Leistungserhöhung ausgestattet ist und einen Verbrennungsmotor mit zumindest einem Abgasturbolader und einer elektronischen Steuerungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, den Verbrennungsmotor gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zu steuern. The invention relates to a method for controlling an internal combustion engine, which is equipped with an exhaust gas turbocharger for increasing the power and an internal combustion engine with at least one exhaust gas turbocharger and an electronic control device which is adapted to control the internal combustion engine according to the inventive method.
Verbrennungsmotoren insbesondere für Kraftfahrzeuge sind in der Überzahl als Hubkolben-Verbrennungsmotoren ausgeführt, auf die in der vorliegenden Erfindung insbesondere Bezug genommen wird. Jedoch sind auch Drehkolben-Verbrennungsmotoren (Wankel-Prinzip) von diesem Oberbegriff und dem Rahmen der Erfindung umfasst. Hubkolben-Verbrennungsmotoren verfügen zumindest über einen Hubkolben-Zylinder, im Folgenden kurz als Zylinder bezeichnet, häufig jedoch über zumindest drei oder mehr Zylinder. Pro Zylinder ist ein Hubkolben vorgesehen, der mit dem Zylinder einen Brennraum begrenzt und sich im Zylinder über eine als Kolbenhub bezeichnete Stecke auf und ab bewegen kann. Durch die Befüllung des Brennraums mit einem Kraftstoff-Luftgemisch und die anschließende Verbrennung des Kraftstoffes wird der Hubkolben angetrieben und die Bewegung des Hubkolbens wird über ein Pleuel auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors übertragen, die dadurch in Drehung versetzt wird und das zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs erforderliche Drehmoment abgibt. Dabei werden sogenannte Otto-Motoren und Diesel-Motoren unterschieden, wobei Otto-Motoren mit Normal- oder Superbenzin bei Fremd-Zündung mittels zumindest einer Zündvorrichtung, z. B. Zündkerze, pro Zylinder und Diesel-Motoren mit Diesel-Kraftstoff bei Selbstzündung betrieben werden.Internal combustion engines, in particular for motor vehicles, are in the majority designed as reciprocating internal combustion engines, to which reference is made in the present invention in particular. However, rotary internal combustion engines (Wankel principle) are also encompassed by this generic term and the scope of the invention. Reciprocating internal combustion engines have at least one reciprocating cylinder, hereinafter referred to as cylinder, but often at least three or more cylinders. Per cylinder, a reciprocating piston is provided which limits a combustion chamber with the cylinder and can move up and down in the cylinder via a plug called a piston stroke. By filling the combustion chamber with a fuel-air mixture and the subsequent combustion of the fuel of the reciprocating piston is driven and the movement of the reciprocating piston is transmitted via a connecting rod to the crankshaft of the internal combustion engine, which is thereby rotated and the torque required to drive a motor vehicle emits. In this case, so-called gasoline engines and diesel engines are distinguished, with gasoline engines with normal or premium gasoline in foreign ignition by means of at least one ignition device, for. As spark plug, per cylinder and diesel engines are operated with diesel fuel in auto-ignition.
Aufgrund der immer strenger werdenden Gesetzgebung in Bezug auf das Abgasverhalten von Verbrennungsmotoren und der gestiegenen Leistungserwartung der Nutzer werden immer höhere Anforderungen an die Gestaltung, Steuerung und Regelung des Verbrennungsprozesses des Kraftstoffes im Brennraum sowie der Abgas-Nachbehandlung gestellt. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, sind moderne Verbrennungsmotoren mit elektronisch, zumeist mittels einer zentralen Steuereinheit, der sogenannten ECU (Electronic Control Unit), gesteuerten Systemen zur Kraftstoff- und Luftzumessung sowie Zündung, Ventilöffnung und Abgasrückführung sowie Abgas-Nachbehandlung ausgerüstet.Due to the ever stricter legislation with regard to the exhaust gas performance of internal combustion engines and the increased performance expectation of users, ever greater demands are placed on the design, control and regulation of the combustion process of the fuel in the combustion chamber and the exhaust aftertreatment. To meet these requirements, modern internal combustion engines are equipped with electronic, usually by means of a central control unit, the so-called ECU (Electronic Control Unit), controlled systems for fuel and Luftzumessung and ignition, valve opening and exhaust gas recirculation and exhaust aftertreatment.
Zur Kraftstoffzumessung werden Kraftstoff-Direkt-Einspritzsysteme eingesetzt, bei denen der Kraftstoff unter hohem Druck, zum Beispiel in einem sogenannten Common-Rail bereitgestellt und mittels elektronisch gesteuerter Einspritzventile in Abhängigkeit von der aktuellen Leistungsanforderung, hochgenau dosiert, mit hohem Druck, häufig in mehrere Teil-Einspritzmengen aufgeteilt und zeitgenau zum gewünschten Zeitpunkt in den Brennraum eingespritzt wird. For fuel metering direct fuel injection systems are used in which the fuel under high pressure, for example in a so-called common rail and electronically controlled injectors depending on the current power requirement, high-precision doses, high pressure, often in several parts -Injection quantities split and injected into the combustion chamber timely to the desired time.
Auch der zur Verbrennung notwendige Sauerstoff wird in Form von Umgebungsluft, ggf. unter, durch ein Aufladesystem, zum Beispiel einen Abgasturbolader, erhöhtem Druck, bedarfsgenau über Drosselklappen und Einlassventile in den Brennraum des jeweiligen Zylinders zugemessen.Also, the oxygen required for combustion is in the form of ambient air, possibly under, by a supercharging system, for example, an exhaust gas turbocharger, increased pressure, as needed metered via throttle valves and intake valves into the combustion chamber of the respective cylinder.
Auch die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum erfolgt in Abhängigkeit vom momentanen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors zeitgenau in Bezug auf die mit dem momentanen Kurbelwellendrehwinkel korrelierende Hubkolbenposition, wobei dieser momentane Kurbelwellendrehwinkel auch als sogenannter Zündwinkel bezeichnet wird. Die Zündung wird bei Otto-Motoren über eine von der zentralen Steuerungseinrichtung angesteuerte Zündvorrichtung und bei Diesel-Motoren durch den Einspritzzeitpunkt des Kraftstoffes vorgegeben.The ignition of the fuel-air mixture in the combustion chamber is carried out as a function of the instantaneous operating point of the engine timely with respect to the correlating with the current crankshaft rotation angle Hubkolbenposition, said instantaneous crankshaft rotation angle is also referred to as a so-called ignition angle. The ignition is specified in gasoline engines via an actuated by the central control device ignition device and in diesel engines by the injection timing of the fuel.
Eine weitere Möglichkeit der Einflussnahme auf den Verbrennungsprozess besteht bei Verbrennungsmotoren, die mit einem sogenannten variablen Ventiltrieb, also einem System zur variablen Verstellung der Ventilöffnungsintervalle, ausgestattet sind. Mit einem solchen System können die Öffnungsquerschnitte und die Öffnungszeiten der Einlassventile, über die die Ansaugluft aus dem Ansaugsystem in den Brennraum gelangt, und der Auslassventile, über die das Abgas nach der Verbrennung aus dem Brennraum in das Abgassystem gelangt, in bestimmten Grenzen variabel gesteuert werden. Dadurch lässt sich der sogenannten Ladungswechsel im Brennraum, also den Austausch von Abgas gegen Kraftstoff-Luftgemisch und somit die Leistungsabgabe wesentlich beeinflussen. Another possibility of influencing the combustion process is in internal combustion engines, which are equipped with a so-called variable valve train, so a system for variable adjustment of the valve opening intervals. With such a system, the opening cross sections and the opening times of the intake valves, via which the intake air from the intake system into the combustion chamber, and the exhaust valves, via which the exhaust gas from the combustion chamber passes into the exhaust system after combustion, can be variably controlled within certain limits , As a result, the so-called charge change in the combustion chamber, ie the exchange of exhaust gas for fuel-air mixture and thus the power output can be significantly influenced.
Als weiteres, den Verbrennungsprozess und somit die Leistung des Verbrennungsmotors wesentlich beeinflussendes Aggregat kommen insbesondere bei Diesel-Motoren, aber immer häufiger auch bei Otto-Motoren Aufladesysteme, insbesondere Abgasturbolader zum Einsatz. Dies geschieht immer häufiger mit dem Ziel den Verbrennungsmotor bei gleicher oder gar gesteigerter Leistung in Baugröße und Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig den Verbrauch und somit den CO2-Ausstoß, im Hinblick auf immer strenger werdende gesetzliche Vorgaben diesbezüglich, zu verringern. Das Wirkprinzip besteht darin, die im Abgasstrom enthaltene Energie zu nutzen um den Druck im Ansaugsystem vor den Zylindern des Verbrennungsmotors zu erhöhen und so eine bessere Befüllung des Brennraumes mit Luft-Sauerstoff zu bewirken und somit mehr Treibstoff, Benzin oder Diesel, pro Verbrennungsvorgang umsetzen zu können, also die Leistung des Verbrennungsmotors zu erhöhen.As a further, the combustion process and thus the performance of the internal combustion engine significantly influencing aggregate come especially in diesel engines, but increasingly often in gasoline engines charging systems, in particular exhaust gas turbocharger used. This happens more frequently with the aim to reduce and the combustion engine with the same or even increased performance in size and weight at the same time the consumption and thus in this respect to reduce in view of increasingly stringent legal requirements, the CO 2 emissions. The operating principle is to use the energy contained in the exhaust stream to increase the pressure in the intake system before the cylinders of the engine and thus to better fill the combustion chamber with air-oxygen and thus implement more fuel, gasoline or diesel, per combustion process can, So to increase the power of the engine.
Dazu weist der Abgasturbolader eine im Abgassystem des Verbrennungsmotors angeordnete Abgasturbine, einen im Ansaugsystem angeordneten Frischluftverdichter und ein dazwischen angeordnetes Läuferlager auf. Die Abgasturbine weist ein Turbinengehäuse und ein darin angeordnetes, durch den Abgasmassenstrom angetriebenes Turbinenlaufrad auf. Der Frischluftverdichter weist ein Verdichtergehäuse und ein darin angeordnetes, einen Ladedruck aufbauendes Verdichterlaufrad auf. Das Turbinenlaufrad und das Verdichterlaufrad sind auf den sich gegenüberliegenden Enden einer gemeinsamen Welle, der sogenannten Läuferwelle, drehfest angeordnet und bilden so den sogenannten Turboladerläufer. Die Läuferwelle erstreckt sich axial zwischen Turbinenlaufrad und Verdichterlaufrad durch das zwischen Abgasturbine und Frischluftverdichter angeordnete Läuferlager und ist in diesem, in Bezug auf die Läuferwellenachse, radial und axial drehgelagert. Gemäß diesem Aufbau treibt das vom Abgasmassenstrom angetriebene Turbinenlaufrad über die Läuferwelle das Verdichterlaufrad an, wodurch der Druck im Ansaugsystem des Verbrennungsmotors, bezogen auf den Frischluftmassenstrom hinter dem Frischluftverdichter, erhöht und dadurch eine bessere Befüllung des Brennraumes mit Luft-Sauerstoff bewirkt wird. Bei einer sprunghaften Lasterhöhung zum Beispiel im Zusammenhang mit einem Beschleunigungsvorgang eines Kraftfahrzeugs wird der Turboladerläufer erst verzögert durch den ansteigenden Abgasdruck beschleunigt, was darauf beruht, dass bei kleinem Abgasmassenstrom des Verbrennungsmotors und niedriger Anfahrdrehzahl des Turboladerläufers sowohl die Turbine, als auch der Verdichter des Abgasturboladers sehr schlechte Wirkungsgrade aufweisen. Aus diesem Grund und verstärkt durch die träge Masse des Turboladerläufers erfolgt der Druckaufbau im Ansaugsystem verzögert, was wiederum ein verzögertes Ansprechverhalten des Verbrennungsmotors, das allgemein als sogenanntes Turboloch bezeichnet wird, zur Folge hat. Dieses Turboloch wird in der Regel nicht nur vom Fahrzeuglenker als unangenehm empfunden, da das Fahrzeug erst mit Verzögerung auf eine gewollt dynamische Leistungsanforderung, zum Beispiel bei einem Überhohlvorgang, reagiert, sonder stellt auch ein nicht zu unterschätzendes Sicherheitsrisiko dar, wenn zum Beispiel ein Überhohlvorgang aufgrund der „Turboloch-Verzögerung“ nicht rechtzeitig abgeschlossen werden kann.For this purpose, the exhaust gas turbocharger has an exhaust gas turbine arranged in the exhaust system of the internal combustion engine, a fresh air compressor arranged in the intake system, and a rotor bearing arranged therebetween. The exhaust gas turbine has a turbine housing and a turbine runner, which is arranged therein and driven by the exhaust gas mass flow. The fresh air compressor has a compressor housing and a compressor impeller arranged therein, which builds up a boost pressure. The turbine runner and the compressor runner are arranged on the opposite ends of a common shaft, the so-called rotor shaft, rotatably and thus form the so-called turbocharger rotor. The rotor shaft extends axially between the turbine runner and the compressor runner through the rotor bearing arranged between the exhaust gas turbine and the fresh air compressor and is radially and axially rotatably mounted therein, with respect to the rotor shaft axis. According to this construction, the turbine wheel driven by the exhaust gas mass flow drives the compressor wheel via the rotor shaft, whereby the pressure in the intake system of the internal combustion engine, based on the fresh air mass flow behind the fresh air compressor, is increased and thereby a better filling of the combustion chamber with air oxygen is effected. In a sudden increase in load, for example, in connection with an acceleration process of a motor vehicle, the turbocharger rotor is delayed accelerated by the increasing exhaust pressure, which is based on the fact that at low exhaust gas mass flow of the engine and low starting speed of the turbocharger rotor both the turbine, and the compressor of the turbocharger very have poor efficiencies. For this reason and reinforced by the inertial mass of the turbocharger rotor, the pressure build-up in the intake system is delayed, which in turn has a delayed response of the internal combustion engine, which is generally referred to as a so-called turbo lag, the result. This turbo lag is not only perceived as unpleasant by the driver of the vehicle, since the vehicle only reacts with delay to a deliberately dynamic power requirement, for example during an overheating process, but also represents a safety risk which should not be underestimated, for example if an over-hollowing operation occurs the "turbo lag delay" can not be completed on time.
Diesem unerwünschten Effekt wird mit unterschiedlichen Lösungsansätzen entgegengetreten, wie zum Beispiel mit der parallelen oder sequenziellen Anordnung mehrerer Turbolader unterschiedlicher Baugröße, Leistung und Ansprechverhalten. Ein weiterer Lösungsansatz besteht in der zusätzlichen Anordnung einer vom Abgasstrom unabhängig betreibbaren Verdichtereinheit im Ansaugsystem, die als Ergänzung zu einem Abgasturbolader, gezielt in transienten Betriebsphasen des Verbrennungsmotors, für den schnellen Druckaufbau im Ansaugsystem, also zur Eliminierung des Turboloches eingesetzt wird. Diese Lösungen sind jedoch konstruktiv und konzeptionell sehr aufwendig und entsprechend teuer.This undesirable effect is countered with different approaches, such as the parallel or sequential arrangement of multiple turbochargers of different size, power and response. Another approach consists in the additional arrangement of a compressor unit operable independently of the exhaust gas flow in the intake system, which is used as a supplement to an exhaust gas turbocharger, specifically in transient operating phases of the internal combustion engine, for rapid pressure build-up in the intake system, ie for elimination of the turbo lag. However, these solutions are constructive and conceptually very expensive and correspondingly expensive.
Ein weiterer Lösungsansatz, um das besagte Turboloch zumindest zu verkleinern besteht zum Beispiel bei Verbrennungsmotoren, die mit einem variablen Ventiltrieb ausgerüstet sind, darin, die Öffnungszeiten der Einlass- und Auslassventile des jeweiligen Zylinders bezogen auf den Kurbelwellenwinkel so zu verändern, dass es zu einer Überschneidung der Öffnungszeiten der Einlassund Auslassventile, also zu einer über eine bestimmte Zeit andauernde gleichzeitige Öffnung von Einlass- und Auslassventilen kommt. Dabei kommt es zu dem sogenannten Überspülen, das auch unter dem Begriff „Scavening“ bekannt ist, wobei durch das Druckgefälle zwischen Ansaugsystem und Abgassystem der Ladungswechsel im Zylinder begünstigt und eine bessere Befüllung des Brennraumes mit Luft erreicht werden kann. Somit kann auch eine größere Kraftstoffmenge zugemessen werden, was in einer sofortigen erhöhten Leistungsabgabe resultiert. Der Nachteil dieses Verfahrens ist ein verschlechtertes Abgasverhalten, da bei dieser Betriebsart mit einem Sauerstoffüberschuss (Lambda > 1) also mit einem sogenannten mageren Kraftstoff-Luftgemisch gefahren werden muss, um zum Beispiel die Katalysatortemperatur zu begrenzen, dies jedoch zu erhöhten NOx-Emissionen führt.Another approach to at least downsizing said turbo lag is, for example, in internal combustion engines equipped with a variable valve train, to vary the opening times of the intake and exhaust valves of the respective cylinder with respect to the crankshaft angle so as to overlap the opening times of the intake and exhaust valves, so comes to a persisting over a certain time simultaneous opening of intake and exhaust valves. This leads to the so-called over-flushing, which is also known by the term "scavening", wherein the pressure gradient between the intake system and the exhaust system promotes the charge cycle in the cylinder and better filling of the combustion chamber with air can be achieved. Thus, a larger amount of fuel can be metered, resulting in an immediate increased power output. The disadvantage of this method is a deteriorated exhaust behavior, since in this mode with an excess of oxygen (lambda> 1) so with a so-called lean fuel-air mixture must be driven, for example, to limit the catalyst temperature, but this leads to increased NOx emissions.
Eine weitere Möglichkeit, um das Turboloch zu reduzieren besteht in der gezielten Erhöhung der Abgastemperatur vor der Turbine des Abgasturboladers. Dies hat eine größere Abgas-Enthalpie zur Folge, die eine schnellere Beschleunigung des Turboladerläufers und somit einen schnelleren Druckaufbau durch den Verdichter im Ansaugsystem zur Folge hat. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in dem Dokument
Auch das Dokument
In ähnlicher Weise wird auch bei dem im Dokument
Die genannten Verfahren zur Abgasenthalpie-Erhöhung haben jedoch den Nachteil, dass sich die Abgastemperatur dabei unkontrolliert erhöhen kann und insbesondere bei Otto-Motoren die Gefahr einer thermischen Schädigung der Abgasturbine oder der nachfolgenden Komponenten im Abgassystem, wie zum Beispiel Rußpartikelfilter und Katalysatoren, besteht. Weiterhin besteht die Gefahr, dass die nur an der Abgasenthalpie-Optimierung orientierten Steuerungseingriffe sich negativ auf das Betriebsverhalten des Verbrennungsmotors insgesamt auswirken. So können daraus erhöhte Emissionswerte resultieren oder sogar zusätzliche Drehmomentreduzierung, zum Beispiel bei einem zu stark nach hinten verlagerten Zündzeitpunkt oder zu früh geöffneten Auslassventilen. However, the abovementioned processes for increasing the exhaust gas enthalpy have the disadvantage that the exhaust gas temperature can increase uncontrollably and, especially in gasoline engines, there is a risk of thermal damage to the exhaust gas turbine or the downstream components in the exhaust system, such as soot particle filters and catalysts. Furthermore, there is the danger that the control interventions, which are oriented only on the exhaust gas enthalpy optimization, have a negative effect on the operating behavior of the internal combustion engine as a whole. This can result in increased emission levels or even additional torque reduction, for example in the case of an ignition point shifted too far to the rear or exhaust valves that are opened too early.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, der zumindest einen Abgasturbolader aufweist, sowie einen Verbrennungsmotor mit Abgasturbolader anzugeben, durch das bzw. bei dem die Drehmomentschwäche bei einer sprunghaften Leistungsanforderung aus niedrigen Drehzahlen des Verbrennungsmotors heraus sicher und signifikant reduziert ist, bei gleichzeitig sicherer Vermeidung einer thermischen Überlastung der Systemkomponenten sowie einem übermäßig erhöhten Schadstoffausstoß.The present invention is therefore based on the object, a method for controlling an internal combustion engine having at least one exhaust gas turbocharger, and to provide an internal combustion engine with turbocharger, by the or at which the torque weakness at a sudden power demand from low speeds of the engine out safely and significantly is reduced, while at the same time safely avoid thermal overload of the system components and an excessively increased pollutant emissions.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors und einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder, sofern es sich nicht um sich gegenseitig ausschließende Alternativen handelt, in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a method for controlling an internal combustion engine and an internal combustion engine with the features of the independent claims. Advantageous training and further education, which individually or, if it is not mutually exclusive alternatives, can be used in combination, are the subject of the dependent claims.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors der zumindest einen Zylinder und einen Abgasturbolader aufweist, wird bei einer Erhöhung, insbesondere bei einer sprunghaften Erhöhung, der Leistungsanforderung an den Verbrennungsmotor eine Drehzahlerhöhung des Turboladers und somit eine Anhebung des abrufbaren Drehmoments, durch eine Erhöhung der Abgastemperatur unterstützt. Dabei zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch aus, dass zunächst in Abhängigkeit von der Leistungsanforderung und dem jeweils aktuellen Betriebspunkt des Abgasturboladers, mittels eines Abgasturbolader-Rechenmodells eine momentane Soll-Abgastemperatur ermittelt wird. Darauf folgend wird dann, ausgehend von der ermittelten Soll-Abgastemperatur, mittels eines Abgastemperatur-Rechenmodells, der zur Erreichung der Soll-Abgastemperatur erforderliche Soll-Steuerwert zumindest eines die Abgastemperatur beeinflussenden Steuerungsparameters ermittelt. Aus dem Soll-Steuerwert wird dann unter Einbeziehung zumindest eines Grenz-Steuerwertes ein Vorgabe-Steuerwert ermittelt und der ermittelte Vorgabe-Steuerwert des zumindest einen die Abgastemperatur beeinflussenden Steuerungsparameters wird zur Steuerung des Verbrennungsmotors angewandt, um die Abgastemperatur zu erhöhen.In the method according to the invention for controlling an internal combustion engine comprising at least one cylinder and an exhaust gas turbocharger, an increase, in particular in the event of an abrupt increase, of the power requirement on the internal combustion engine increases the speed of the turbocharger and thus increases the retrievable torque by increasing the exhaust gas temperature supported. In this case, the method according to the invention is characterized in that initially as a function of the power requirement and the respective current operating point of the exhaust gas turbocharger, an instantaneous desired exhaust gas temperature is determined by means of an exhaust gas turbocharger calculation model. Subsequently, based on the determined target exhaust gas temperature, the desired control value required to achieve the target exhaust gas temperature is determined by means of an exhaust gas temperature calculation model of at least one control parameter influencing the exhaust gas temperature. From the target control value, a default control value is then determined, including at least one limit control value, and the determined default control value of the at least one control parameter influencing the exhaust gas temperature is used to control the internal combustion engine in order to increase the exhaust gas temperature.
Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und den weiteren Ausführungen des Verfahrens herangezogenen Rechenmodelle, das Abgasturbolader-Rechenmodell, das Abgastemperatur-Rechenmodell, das Brenngrenzen-Rechenmodell und das Drehmoment-Rechenmodell sind auf den physikalischen Gesetzmäßigkeiten des Verbrennungsmotors bzw. des Abgasturboladers beruhende mathematische Rechenmodelle, die in Form von entsprechenden Programm-Algorithmen zum Beispiel in der zentralen Steuereinheit abgelegt sind. Diese Rechenmodelle können auf Basis bzw. in Abhängigkeit von sensorisch ermittelten, konstruktiv festgelegten, in Kennfeldern zur Verfügung stehenden oder betriebsbedingt vorgegebenen Systemparametern die gesuchten variablen Stellgrößen bzw. Steuerwerte zur Ansteuerung der Teilsysteme voraus berechnen. Solche Modelle können so gestaltet und programmiert sein, dass je nachdem welche Variablen vorgegeben werden die jeweils andere Variable als Ergebnisgröße ermittelt werden können. So kann beispielsweise auch der Rechenweg umgekehrt werden. The calculation models used in the method according to the invention and the further embodiments of the method, the exhaust gas turbocharger calculation model, the exhaust gas temperature calculation model, the combustion boundary calculation model and the torque calculation model are mathematical calculation models based on the physical laws of the internal combustion engine or of the exhaust gas turbocharger Form of appropriate program algorithms, for example, stored in the central control unit. These calculation models can calculate the desired variable manipulated variables or control values for controlling the subsystems on the basis of or as a function of sensor-determined, constructively determined system parameters available in operating maps or prescribed for operational reasons. Such models can be designed and programmed in such a way that, depending on which variables are specified, the other variable can be determined as a result variable. For example, the calculation path can also be reversed.
So ist das Abgasturbolader-Rechenmodell in diesem Fall dazu vorgesehen, ausgehend von einer Drehmoment- bzw. Leistungsanforderung an den Verbrennungsmotor, die zum Beispiel mittels Gaspedal vom Fahrzeugführer vorgegeben wird, und unter Einbeziehung der momentanen, zum Beispiel sensorisch ermittelten, Betriebsgrößen wie zum Beispiel Motordrehzahl, Ladedruck im Ansaugsystem, Läuferdrehzahl des Turboladers, Abgasenthalpie (Druck und Temperatur) vor und nach der Abgasturbine, etc., die für einen gewünschten schnellen Drehzahlanstieg des Turboladerläufers erforderliche Erhöhung der Abgasenthalpie also auch der Soll-Abgastemperatur vor der Turbine zu errechnen. Thus, the exhaust gas turbocharger calculation model is provided in this case, starting from a torque or power requirement to the internal combustion engine, for example by means of Accelerator pedal is specified by the driver, and including the current, for example, sensory determined operating variables such as engine speed, boost pressure in the intake system, rotor speed of the turbocharger, exhaust enthalpy (pressure and temperature) before and after the exhaust gas turbine, etc., for a desired rapid increase in engine speed of the turbocharger rotor required to increase the exhaust gas enthalpy thus also the target exhaust gas temperature before the turbine to calculate.
Das Abgastemperatur-Rechenmodell dagegen ist dazu vorgesehen ausgehend von der mittels Abgasturbolader-Rechenmodell ermittelten erforderlichen Soll-Abgastemperatur zumindest einen Soll-Steuerwert zumindest eines die Abgastemperatur beeinflussenden Steuerungsparameters zu ermitteln. Parameter die in diese Berechnung eingehen können zum Beispiel sein, die Masse sowie die Temperatur der angesaugten Luft und die zugemessene Kraftstoffmasse. Der zu berechnende Soll-Steuerwert kann dann zum Beispiel der Zündzeitpunkt oder der Einspritzzeitpunkt des Kraftstoffes sein oder auch die Öffnungszeiten bzw. Öffnungswinkel der Ein- und Auslassventile. Auch eine kombinierte Anpassung der Steuerwerte mehrerer der genannten Steuerungsparameter kann vorgesehen werden. The exhaust-gas temperature calculation model, on the other hand, is intended to determine at least one desired control value of at least one control parameter influencing the exhaust-gas temperature on the basis of the required desired exhaust-gas temperature determined by means of the exhaust-gas turbocharger calculation model. Parameters that may be included in this calculation include, for example, the mass and temperature of the intake air and the metered fuel mass. The desired control value to be calculated can then be, for example, the ignition time or the injection time of the fuel or else the opening times or opening angles of the intake and exhaust valves. A combined adaptation of the control values of a plurality of said control parameters can also be provided.
Ein wesentlicher Punkt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass aus dem Soll-Steuerwert unter Einbeziehung zumindest eines Grenz-Steuerwertes ein Vorgabe-Steuerwert ermittelt wird. Für die zu ermittelnden Soll-Steuerwerte der die Abgastemperatur beeinflussenden Steuerungsparameter gibt es in der Regel Grenzen, bei deren Überschreitung sich das Betriebsverhalten des Verbrennungsmotors insgesamt oder in Bezug auf einzelne Merkmale, wie zum Beispiel das Emissionsverhalten oder das Motordrehmoment, unerwünscht negativ verändert. Um dies zu vermeiden können nun entsprechende Grenz-Steuerwerte fest oder auch betriebspunktabhängig vorgegeben und bei der Ermittlung der letztlich für die Temperaturerhöhung angewandten Vorgabe-Steuerwerte herangezogen werden. Dies geschieht in dem Sinne, dass zum Beispiel bei Überschreitung des Grenz-Steuerwertes durch den ermittelten Soll-Steuerwert, der Vorgabe-Steuerwerte auf den Wert des Grenz-Steuerwertes gesetzt wird, wogegen bei Unterschreitung des Grenz-Steuerwertes durch den ermittelten Soll-Steuerwert, der Vorgabe-Steuerwerte auf den Wert des Soll-Steuerwertes gesetzt wird.An essential point of the method according to the invention is that a default control value is determined from the desired control value including at least one limit control value. For the desired control values to be determined, the control parameters influencing the exhaust gas temperature generally have limits beyond which the operating behavior of the internal combustion engine as a whole or in relation to individual features, such as the emission behavior or the engine torque, undesirably changes negatively. In order to avoid this, corresponding limit control values can now be specified fixedly or also as a function of the operating point and used in the determination of the default control values ultimately used for the temperature increase. This happens in the sense that, for example, when the limit control value is exceeded by the determined desired control value, the default control values are set to the value of the limit control value, whereas when the limit control value is undershot, the determined desired control value, the default control values are set to the value of the desired control value.
Dieses Verfahren hat gegenüber den bisher bekannten Verfahren den signifikanten Vorteil, dass der Eingriff in die Steuerung des Verbrennungsmotors zur Erhöhung der Abgastemperatur so begrenzt wird, dass eine optimale Drehmomenterhöhung erzielt werden kann, ohne dass dadurch anderweitige negative Auswirkungen auf das Betriebsverhalten des Verbrennungsmotors in Kauf genommen werden müssen.This method has the significant advantage over the previously known methods that the intervention in the control of the internal combustion engine to increase the exhaust gas temperature is limited so that an optimal increase in torque can be achieved without thereby negatively affecting the negative pressure on the performance of the internal combustion engine Need to become.
Eine Fortbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Grenz-Steuerwert mittels eines Brenngrenzen-Rechenmodells für den aktuellen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors ermittelt wird. Die sogenannte Brenngrenze stellt einen Maximalwert für die Verschiebung des Zündwinkels bzw. des Zündzeitpunktes nach spät dar. Der nach spät verstellte Zündwinkel darf einen maximal spätesten Wert, die Brenngrenze, nicht überschreiten, da sonst eine zulässige Abgastemperatur oder ein Grenzwert für Emissionen überschritten wird. Die Brenngrenze wird nach dem Stand der Technik häufig anhand des Grenzwertes für den Ausstoß an Kohlenwasserstoffen und des Grenzwertes für die Krümmertemperatur bestimmt. Auch die Brenngrenze ist in bestimmten Maß abhängig vom momentanen Betriebspunkt und kann mittels des genannten Brenngrenzen-Rechenmodells für den jeweils momentanen Betriebspunkt ermittelt werden. Daraus resultiert wiederum ein und als Grenz-Steuerwert vorgebbarer maximaler Zündwinkel oder auch ein spätester Einspritzzeitpunkt. Dies hat den Vorteil, dass die Abgastemperatur immer an dem jeweiligen Betriebspunkt auf ein Optimum erhöht werden kann und nicht aus Sicherheitsgründen vorzeitig zurückgesteuert oder insgesamt zu niedrig gehalten werden muss.A refinement of the method according to the invention is characterized in that the at least one limit control value is determined by means of a combustion limit calculation model for the current operating point of the internal combustion engine. The so-called burn limit represents a maximum value for the shift of the ignition angle or the ignition point to late. The retarded ignition angle must not exceed a maximum latest value, the combustion limit, otherwise an allowable exhaust gas temperature or a limit for emissions is exceeded. The burning limit is often determined according to the prior art on the basis of the limit value for the emission of hydrocarbons and the limit value for the manifold temperature. The firing limit also depends to a certain extent on the instantaneous operating point and can be determined by means of the mentioned firing boundary calculation model for the respective instantaneous operating point. This in turn results in a maximum ignition angle which can be specified as limit control value or also a latest injection time. This has the advantage that the exhaust gas temperature can always be increased to an optimum at the respective operating point and does not have to be prematurely reversed for safety reasons or kept too low overall.
Eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass der zumindest eine Grenz-Steuerwert mittels eines Drehmoment-Rechenmodells für den aktuellen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors ermittelt wird. Das Drehmoment-Rechenmodell ermittelt auf Grundlage momentaner Betriebs- und Steuergrößen das zu erwartende Drehmoment an der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors. Wie vorausgehend bereits erwähnt, kann es bei fortschreitender Veränderung bestimmter Steuerungsparameter nach einer anfänglichen Drehmomenterhöhung durch den Anstieg der Abgastemperatur bei Überschreitung eines jeweiligen Grenz-Steuerwertes zu einem unerwünschten Drehmomenteinbruch kommen. Der Vorteil dieser Ausführung des Verfahrens liegt nun darin, dass mittels des Drehmoment-Rechenmodells das im jeweiligen Betriebspunkt mögliche Drehmoment-Maximum ermittelt werden kann und ein jeweiliger dazu korrelierender Genz-Steuerwert für den jeweiligen Steuerungsparameter festgelegt werden kann. So kann in jedem Betriebspunkt das maximal mögliche Drehmoment erzeugt werden.A further embodiment of the method according to the invention is characterized in that the at least one limit control value is determined by means of a torque calculation model for the current operating point of the internal combustion engine. The torque calculation model determines based on current operating and control variables, the expected torque at the crankshaft of the internal combustion engine. As previously mentioned, as the change in certain control parameters continues after an initial increase in torque due to the increase in the exhaust gas temperature when a respective limit control value is exceeded, undesirable torque drops may occur. The advantage of this embodiment of the method lies in the fact that the torque maximum that is possible in the respective operating point can be determined by means of the torque calculation model and a respective correlating Genz control value for the respective control parameter can be determined. Thus, the maximum possible torque can be generated at each operating point.
In einer anderen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die ermittelte Soll-Abgastemperatur auf eine vorgegebene Grenz-Abgastemperatur begrenzt. Die Grenz-Abgastemperatur ist dabei so gewählt, dass sichergestellt ist, dass keine thermische Schädigung der Bauteile des Abgasturboladers und der übrigen Komponenten im Abgassystem zu befürchten ist. Dadurch kann auf relativ einfache eine Überhitzung des Systems verhindert werden.In another embodiment of the method according to the invention, the determined target exhaust gas temperature is limited to a predetermined limit exhaust gas temperature. The limit exhaust gas temperature is chosen so that it is ensured that no thermal damage to the components of the exhaust gas turbocharger and the other components in the exhaust system is to be feared. As a result, relatively easy overheating of the system can be prevented.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der zumindest eine, die Abgastemperatur beeinflussende Steuerungsparameter ein Zündzeitpunkt zumindest eines Zylinders des Verbrennungsmotors, der zur Erhöhung der Abgastemperatur auf einen gegenüber einer Normal-Zündzeitpunkt späteren Zeitpunkt, also nach spät, verschoben wird. Selbstverständlich kann bei einem mehrzylindrigen Verbrennungsmotor der Zündzeitpunkt jedes Zylinders entsprechend verschoben werden. Durch Verschiebung des Zündzeitpunktes nach spät, wird der sogenannte Verbrennungsschwerpunkt nach spät, also zeitlich näher zur Öffnung des Abgas-Auslassventils hin verlagert. Dadurch hat das Abgas beim Austritt aus dem Brennraum des Zylinders eine höhere Temperatur. Der Zündzeitpunkt kann bei Otto-Motoren durch die zeitlich steuerbare Fremdzündung und bei Diesel-Motoren durch die zeitlich steuerbare Einspritzung des Diesel-Kraftstoffes in den Brennraum erfolgen. Der Vorteil dieser Ausführung ist in der verhältnismäßig einfachen Durchführung ohne zusätzlich erforderliche Systemkomponenten zu sehen.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the at least one control parameter influencing the exhaust gas temperature is an ignition point of at least one cylinder of the internal combustion engine which is shifted to increase the exhaust gas temperature to a later point in time than a normal ignition point, that is to say late. Of course, in a multi-cylinder internal combustion engine, the ignition timing of each cylinder can be shifted accordingly. By shifting the ignition timing to late, the so-called center of gravity is shifted late, so temporally closer to the opening of the exhaust gas outlet valve out. As a result, the exhaust gas at the outlet from the combustion chamber of the cylinder has a higher temperature. The spark timing can be done in gasoline engines by the time-controlled spark ignition and diesel engines through the timed injection of diesel fuel into the combustion chamber. The advantage of this design is seen in the relatively simple implementation without additional required system components.
Eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der Verbrennungsmotor mit einem Direkt-Einspritzsystem zur direkten Kraftstoffeinspritzung in einen Brennraum des zumindest eines Zylinders ausgerüstet ist und dass der zumindest eine die Abgastemperatur beeinflussende Steuerungsparameter ein Einspritzzeitpunkt und/oder eine Einspritzmasse ist. Dies ermöglicht beispielsweise auch die Aufteilung der eingespritzten Kraftstoffmenge in mehrere Teilmengen und eine späte Einspritzung einer Kraftstoffteilmenge, deren späte Verbrennung eine Temperaturerhöhung im Abgas zur Folge hat. Auf diese Weise kann auch bei Diesel-Motoren der Verbrennungsschwerpunkt nach spät verlagert werden. A further embodiment of the method according to the invention provides that the internal combustion engine is equipped with a direct injection system for direct fuel injection into a combustion chamber of the at least one cylinder and that the at least one control parameter influencing the exhaust gas temperature is an injection time and / or an injection mass. This allows, for example, the distribution of the injected fuel quantity into several subsets and a late injection of a partial fuel, whose late combustion has a temperature increase in the exhaust gas result. In this way, even with diesel engines, the focus of combustion can be shifted late.
Eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor zumindest ein Abgas-Auslassventil pro Zylinder aufweist und mit einem variablen Ventiltrieb, also einem System zur variablen Verstellung von Ventilöffnungsintervallen, zumindest seiner Abgas-Auslassventile ausgerüstet ist und dass der zumindest eine die Abgastemperatur beeinflussende Steuerungsparameter ein Öffnungszeitpunkt zumindest eines Abgas-Auslassventils ist. Ergänzend kann auch eine Verstellbarkeit der Ventilöffnungsintervalle der Einlassventile vorgesehen sein, so dass es beispielsweise zu einer zeitlichen Überschneidung der Öffnungsintervalle der Einlassventile und der Abgas-Auslassventile kommt. Eine Erhöhung der Abgastemperatur kann hier insbesondere durch eine frühere Öffnung der Abgas-Auslassventile erzielt werden. Dies stellt eine weitere Möglichkeit zur Erhöhung der Abgastemperatur vor dem Einlass der Abgasturbine dar, die alternativ oder ergänzend zu den vorgenannten Maßnahmen eingesetzt werden kann.A further embodiment of the method according to the invention is characterized in that the internal combustion engine has at least one exhaust gas outlet valve per cylinder and is equipped with a variable valve train, ie a system for variably adjusting valve opening intervals, at least its exhaust gas outlet valves and that the at least one exhaust gas temperature influencing control parameter is an opening time of at least one exhaust gas outlet valve. In addition, an adjustability of the valve opening intervals of the intake valves may be provided so that, for example, there is a temporal overlap of the opening intervals of the intake valves and the exhaust gas exhaust valves. An increase in the exhaust gas temperature can be achieved here in particular by an earlier opening of the exhaust gas outlet valves. This represents a further possibility for increasing the exhaust gas temperature upstream of the inlet of the exhaust gas turbine, which can be used as an alternative or in addition to the aforementioned measures.
In besonders vorteilhafter Ausführung wird das Verfahren so lange wiederholt ausgeführt, bis ein Soll-Ladedruck im Ansaugsystem erreicht ist oder der Verbrennungsmotor ein angefordertes Leistungsniveau erreicht hat oder die erhöhte Leistungsanforderung zurückgenommen wird. So wird sichergestellt, dass das Verfahren angepasst an die momentanen und dynamisch sich verändernden Betriebsbedingungen im transienten Betrieb des Verbrennungsmotors optimiert und so lange wie erforderlich ausgeführt wird. Je höher dabei die Widerholrate der Ausführung des Verfahrens ist, desto genauer erfolgt die Ausführung in direkter Abhängigkeit vom momentanen Betriebspunkt. In a particularly advantageous embodiment, the method is repeatedly carried out until a desired boost pressure in the intake system is reached or the internal combustion engine has reached a requested performance level or the increased power requirement is withdrawn. This ensures that the method, optimized for the current and dynamically changing operating conditions in transient operation of the internal combustion engine, is optimized and executed as long as necessary. The higher the repetition rate of the execution of the method, the more accurate the execution is in direct dependence on the current operating point.
Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor weist zumindest einen Hubkolben-Zylinder, ein Kraftstoff-Direkt-Einspritzsystem, ein Ansaugsystem, ein Abgassystem und zumindest einen Abgasturbolader mit einer im Abgassystem angeordneten Abgasturbine und einem im Ansaugsystem angeordneten Verdichter sowie eine elektronische Steuerungseinrichtung zur Steuerung des Betriebs des Verbrennungsmotors auf. Die elektronische Steuerungseinrichtung ist dazu eingerichtet, den Verbrennungsmotor in einem bestimmungsgemäßen Betrieb gemäß einer der vorgenannten Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit Ausnahme der Steuerung der Ventilöffnungsintervalle, zu steuern. Die Vorteile liegen hier in einem deutlich verbesserten Ansprechverhalten des Verbrennungsmotors bei insbesondere sprunghafter Erhöhung der Leistungsanforderung.The internal combustion engine according to the invention has at least one reciprocating cylinder, a direct fuel injection system, an intake system, an exhaust system and at least one exhaust gas turbocharger with an exhaust gas turbine arranged in the exhaust system and a compressor arranged in the intake system and an electronic control device for controlling the operation of the internal combustion engine. The electronic control device is adapted to control the internal combustion engine in a proper operation according to one of the aforementioned embodiments of the method according to the invention, with the exception of the control of the valve opening intervals. The advantages here are a significantly improved response of the internal combustion engine, in particular a sudden increase in the power requirement.
In einer weiteren Ausführung weist der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor zumindest ein Abgas-Auslassventil pro Zylinder auf und ist zusätzlich mit einem variablen Ventiltrieb, also einem System zur variablen Verstellung von Ventilöffnungsintervallen, seiner Abgas-Auslassventile ausgerüstet. Dies Ausführung zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass die elektronische Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet ist, den Verbrennungsmotor in einem bestimmungsgemäßen Betrieb gemäß einer der vorgenannten Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu steuern. Bei dieser Ausführung können alle alternativen Möglichkeiten zur Erhöhung der Abgastemperatur vor der Abgasturbine alternativ oder sich ergänzend genutzt werden.In a further embodiment, the internal combustion engine according to the invention has at least one exhaust gas outlet valve per cylinder and is additionally equipped with a variable valve train, ie a system for the variable adjustment of valve opening intervals, of its exhaust gas outlet valves. This embodiment is further distinguished by the fact that the electronic control device is set up to control the internal combustion engine in a normal operation according to one of the abovementioned embodiments of the method according to the invention. In this embodiment, all alternative options for increasing the exhaust gas temperature upstream of the exhaust gas turbine can be used alternatively or in addition.
Die Merkmale und Merkmalskombinationen der vorstehend in der Beschreibung oder nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten Ausführungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind, soweit diese nicht ausschließlich alternativ anwendbar sind oder sich gar gegenseitig ausschließen, einzeln, zum Teil oder insgesamt, auch in gegenseitiger Kombination oder gegenseitiger Ergänzung, in Fortbildung des erfindungsgemäßen Gegenstands anzuwenden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The features and feature combinations of the above in the description or Below in the figure description mentioned embodiments of the subject invention are, as far as they are not exclusively alternatively applicable or mutually exclusive, individually, partially or in total, even in mutual combination or mutual supplement, to apply in training of the subject invention, without the scope of To leave invention.
Anhand der Figuren werden im Folgenden besonders vorteilhafte Ausführungsbeispiele, Einzelheiten oder Fortbildungen der Erfindung näher erläutert, obgleich der Gegenstand der Erfindung nicht auf diese Beispiele begrenzt sein soll. With reference to the figures, particularly advantageous embodiments, details or developments of the invention will be explained in more detail below, although the subject matter of the invention should not be limited to these examples.
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Das Ablaufdiagramm in
Aus einem vorgelagerten Verfahrensschritt SX des übergeordneten Verfahrens zur Steuerung des Verbrennungsmotors heraus, wird in einer Verzweigung VX überwacht, ob eine sprunghafte Leistungsanforderung, also eine Drehmoment-Differenz zwischen dem momentan anstehenden und dem plötzlich angeforderten erhöhten Drehmoment, auch als Lastsprung TQ_D bezeichnet, vorliegt. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn ausgehend von einem Betriebspunkt niedriger Last, bei niedriger Drehzahl des Verbrennungsmotors und des Turboladerläufers, plötzlich eine stark erhöhte Leistung angefordert wird, und somit ein sogenannter Lastsprung TQ_D vorliegt. Dies ist beispielsweise beim zügigen Anfahren eines Fahrzeugs aus Leerlaufdrehzahl oder auch beim Start eines Überholvorgangs gegeben, wenn der Fahrzeugführer, zum Beispiel durch einen sogenannten „Kickdown“ des Gaspedals, unvermittelt eine stark erhöhte Leistung oder gar die Maximalleistung des Verbrennungsmotors anfordert. Solange eine solche sprunghafte Erhöhung der Leistungsanforderung nicht festgestellt wird, wird das übergeordnete Verfahren programmgemäß in einem Verfahrensschritt SY fortgesetzt.From an upstream method step SX of the higher-level method for controlling the internal combustion engine, it is monitored in a branch VX whether there is an erratic power requirement, ie a torque difference between the instantaneous increased torque and the suddenly requested increased torque, also referred to as load step TQ_D. This is the case, for example, when starting from an operating point of low load, at low engine speed of the internal combustion engine and the turbocharger rotor, suddenly a greatly increased power is requested, and thus a so-called load step TQ_D is present. This is given, for example, in the rapid startup of a vehicle from idle speed or at the start of an overtaking when the driver, for example, by a so-called "kickdown" of the accelerator, suddenly requests a greatly increased performance or even the maximum power of the engine. As long as such a sudden increase in the power requirement is not determined, the higher-level method is continued according to the program in a method step SY.
Sobald jedoch in der Verzweigung VX ein Lastsprung TQ_D festgestellt wird, wird in einem nachfolgenden Verfahrensschritt SX1 in Abhängigkeit von der Leistungsanforderung und dem jeweils aktuellen Betriebspunkt des Abgasturboladers, also in Abhängigkeit von der Höhe des Lastsprungs TQ_D mittels eines Abgasturbolader-Rechenmodells eine momentane Soll-Abgastemperatur AT_S ermittelt. Je nach Ausführung des Verfahrens kann, wie im Ablaufdiagramm dargestellt, hier bereits die ermittelte Soll-Abgastemperatur AT_S mittels einer vorgegebenen Grenz-Abgastemperatur AT_GR begrenzt werden, wodurch eine erste Absicherung gegen eine Überhitzung nachfolgender im Abgasstrom liegender Systemkomponenten realisiert ist.However, as soon as a load jump TQ_D is detected in the branch VX, in a subsequent method step SX1 a momentary desired exhaust gas temperature is determined in dependence on the power requirement and the respective current operating point of the exhaust gas turbocharger, ie depending on the height of the load jump TQ_D by means of an exhaust gas turbocharger calculation model AT_S determined. Depending on the embodiment of the method, as already shown in the flowchart, the determined target exhaust gas temperature AT_S can already be limited by means of a predetermined limit exhaust gas temperature AT_GR, whereby a first protection against overheating of subsequent system components lying in the exhaust gas flow is realized.
Dann wird in dem darauf folgenden Verfahrensschritt SX2 ausgehend von der ermittelten Soll-Abgastemperatur AT_S mittels eines Abgastemperatur-Rechenmodells, der zur Erreichung der Soll-Abgastemperatur AT_S erforderliche Soll-Steuerwert StW_S zumindest eines die Abgastemperatur beeinflussenden Steuerungsparameters ermittelt. Entsprechende Steuerungsparameter sind beispielsweise die Zündzeitpunkte oder die Einspritzzeitpunkte des Kraftstoffes in den einzelnen Zylindern, die eingespritzte Kraftstoffmasse oder die Öffnungszeitpunkte der Auslassventile.Then, in the subsequent method step SX2, based on the determined target exhaust gas temperature AT_S, by means of an exhaust gas temperature calculation model, the desired control value StW_S required to achieve the target exhaust gas temperature AT_S is determined at least one control parameter influencing the exhaust gas temperature. Corresponding control parameters are, for example, the ignition times or the injection times of the fuel in the individual cylinders, the injected fuel mass or the opening times of the exhaust valves.
In dem anschließenden Verfahrensschritt SX3 wird, unter Einbeziehung zumindest eines Grenz-Steuerwertes StW_GR, aus dem Soll-Steuerwert StW_S ein Vorgabe-Steuerwert StW_VG ermittelt. Der entsprechende jeweilige Grenz-Steuerwert StW_GR kann dabei beispielsweise fest oder in Abhängigkeit vom Betriebspunkt des Verbrennungsmotors in Kennfeldern vorgegeben sein. Ergänzend oder stattdessen kann jedoch zumindest ein Grenz-Steuerwert StW_GR_BG mittels eines Brenngrenzen-Rechenmodells für den aktuellen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors ermittelt werden oder es kann weiter ergänzend oder alternativ eine Grenz-Steuerwert StW_GR_TQ mittels eines Drehmoment-Rechenmodells für den aktuellen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors ermittelt und zur Ermittlung des Vorgabe-Steuerwertes StW_VG herangezogen werden. Der so ermittelte Vorgabe-Steuerwert des zumindest einen die Abgastemperatur beeinflussenden Steuerungsparameters zur Steuerung des Verbrennungsmotors wird dann ausgegeben und angewandt bei der Steuerung des Verbrennungsmotors, um die Abgastemperatur zu erhöhen.In the subsequent method step SX3, a default control value StW_VG is determined, taking into account at least one limit control value StW_GR, from the desired control value StW_S. The corresponding respective limit control value StW_GR can be predefined in maps, for example, fixed or as a function of the operating point of the internal combustion engine. In addition or instead, however, at least one limit control value StW_GR_BG can be determined by means of a combustion limit calculation model for the current operating point of the internal combustion engine, or a limit control value StW_GR_TQ can additionally be determined or alternatively determined by means of a torque calculation model for the current operating point of the internal combustion engine Determination of the default control value StW_VG be used. The thus determined default control value of the at least one control parameter influencing the exhaust gas temperature for controlling the Internal combustion engine is then output and applied in the control of the internal combustion engine to increase the exhaust gas temperature.
Nach der Ermittlung des Vorgabe-Steuerwertes StW_VG in Verfahrensschritt SX3 und der Applikation des Vorgabesteuerwertes StW_VG erfolgt in der Verzweigung VX1 eine Überwachung des bereits erzielten Drehmoments bzw. dem momentan noch vorliegenden Lastsprung TQ_D zwischen dem angeforderten und dem abgegebenen Drehmoment bzw. der Leistung. Gleichfalls kann auch der im Frischluftverteiler
Besteht weiterhin ein relevanter Lastsprung TQ_D bzw. eine Drehmoment-Differenz oder der anstehende Ladedruck P_L hat den gewünschten Wert, einen Soll-Ladedruck, noch nicht erreicht, erfolgt ein Rücksprung auf Verfahrensschritt SX1 und es wird erneut die nunmehr momentane Soll-Abgastemperatur ermittelt. Auf diese Weise wird das Verfahren so lange wiederholt ausgeführt, bis der Lastsprung überwunden ist oder ein Soll-Ladedruck im Ansaugsystem erreicht ist oder der Verbrennungsmotor das angefordertes Leistungsniveau erreicht hat oder die erhöhte Leistungsanforderung zurückgenommen wird.If there continues to be a relevant load step TQ_D or a torque difference or the pending boost pressure P_L has not yet reached the desired value, a set boost pressure, the system jumps back to step SX1 and the current target exhaust gas temperature is determined again. In this way, the process is repeatedly carried out until the load jump is overcome or a desired boost pressure in the intake system is reached or the engine has reached the requested power level or the increased power requirement is withdrawn.
Das Ansaugsystem
Das Abgassystem
Das Kraftstoff-Direkt-Einspritzsystem
Der variable Ventiltrieb
Jeder Zylinder
Zur Steuerung des Betriebs des Verbrennungsmotors
Über die verschiedenen Sensoren sowie die Fahrzeugführer-Schnittstelle
Insbesondere ist die elektronische Steuerungseinrichtung ECU programmtechnisch und systemtechnisch dazu eingerichtet, den Verbrennungsmotor
Abschließend sei noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei dem in
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- DE 19944190 A1 [0014] DE 19944190 A1 [0014]
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