DE102017105638A1 - Verfahren und systeme zur ladesteuerung - Google Patents

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Michiel J. Van Nieuwstadt
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Abstract

Verfahren und Systeme zur Drucksteuerung in einem aufgeladenen Kraftmaschinensystem werden bereitgestellt. Eine Geometrie einer Turbine mit variabler Geometrie (VGT) und/oder eine Wastegate(WG)- und/oder eine Abgasrückführungs(AGR)-Ventilöffnung werden basierend auf einer Differenz zwischen dem Auslassdruck und einem Ansaugdruck und wahlweise anderen Signalen (z. B. Kraftmaschinendrehzahl, Auslassdruck) eingestellt, um die Differenz zwischen Auslass- und Ansaugkrümmerdrücken zu reduzieren, sodass Pumparbeitsverluste reduziert werden.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zur Drucksteuerung in einem aufgeladenen Kraftmaschinensystem.
  • Stand der Technik / Kurzdarstellung
  • Kraftmaschinensysteme können mit Aufladevorrichtungen, wie zum Beispiel Turboladern oder Ladern, zum Bereitstellen einer aufgeladenen Luftladung und Verbessern von Spitzenleistungsausgaben, Kraftstoffökonomie und Emissionen konfiguriert sein. Turbolader können eine Turbine mit variabler Geometrie (Variable Geometry Turbine = VGT) aufweisen, wobei die Laufradschaufeln (oder Schaufeln) der Turbine derart reguliert werden, dass sie einen Ladedruck und einen Auslassdruck variieren. Eine Position der Laufradschaufeln der VGT kann basierend auf mehreren Faktoren, einschließlich Kraftmaschinendrehzahl, Drehmomentanforderung, gewünschter Reaktionszeit, Kraftstoffökonomie, Ansaug- und Auslasskrümmerdruck und Emissionsanforderungen variiert werden. Durch Variieren eines Seitenverhältnisses des Turboladers ermöglicht die VGT-Einstellung die Reduzierung von Pumpverlusten.
  • Ein beispielhafter Ansatz zum Einstellen einer VGT-Geometrie ist von Buckland et al. in US 6,672,060 dargestellt. Darin wird eine VGT-Geometrie durch einen Rückkopplungs-Regelkreis unter Berücksichtigung einer Differenz zwischen einem tatsächlichen Ansaugkrümmerdruck und einem gewünschten Ansaugkrümmerdruck eingestellt.
  • Die Erfinder haben jedoch potenzielle Probleme bei dem obigen Ansatz erkannt. Beispielsweise ist es möglicherweise nicht ausreichend, die Pumparbeit und das Auftreten von Auslassdruckspitzen zu optimieren. Genauer kann es während eines Übergangs- und Leerlauf-Kraftmaschinenbetriebs, zum Beispiel während Tip-in- und Tip-out-Ereignissen, Auslassdruckspitzen geben, die durch schnelle Veränderungen der Strömung von Gasen in den Auslasskrümmer ohne eine entsprechende Veränderung der Strömung von Gasen aus dem Auslasskrümmer verursacht werden, was zu einer Zunahme des Auslasskrümmerdrucks führt. Dementsprechend kann eine Zunahme der Druckdifferenz zwischen dem Auslass- und dem Ansaugkrümmer festgestellt werden. Typischerweise wird eine Drucksteuerung im Ansaug- und Auslasskrümmer basierend auf dem Ansaugkrümmerdruck ausgeführt, der auf Veränderungen und Störungen langsamer als der Auslasskrümmerdruck reagiert (aufgrund des im Vergleich zu einem kleineren Auslasskrümmervolumen größeren Ansaugkrümmervolumens und da sich Störungen wie Kraftstoffversorgungsänderungen zuerst auf den Auslasskrümmer auswirken und erst danach den Ansaugkrümmer erreichen). Unter solchen Umständen wird der VGT(oder Abgasrückführungs)-Aktuator nicht eingestellt, um die Auslasskrümmerausströmung zu erhöhen, bis die Druckerhöhung im Ansaugdruck festgestellt wird, wobei der Auslassdruck während dieser Zeit möglicherweise schnell auf unerwünschte Pegel angestiegen sein kann. Während dieser Zeit führen ein hoher Auslasskrümmerdruck und Auslassdruckspitzen zu einer Erhöhung des Deltadrucks in einer Kraftmaschine, sodass die Kraftmaschinenpumparbeit erhöht wird, was die Effizienz, Leistung, Emissionen und Kraftstoffökonomie der Kraftmaschine negativ beeinflussen kann. Ferner können während dieser Zeit die Expansionsverhältnisse der Turbine übermäßig erhöht werden, was eine Beschädigung an der Turboladerhardware verursachen kann. Außerdem können solche Auslassdruckspitzen und hohen Expansionsverhältnisse zu einer hohen Materialermüdung und schließlich Abnutzung verschiedener Kraftmaschinenkomponenten wie Versiegelungen, Dichtungen, Auslassventilen und Zylinderkomponenten führen.
  • Die vorliegenden Erfinder haben einen Ansatz identifiziert, durch den die oben beschriebenen Probleme zumindest teilweise angegangen werden können. Ein beispielhaftes Verfahren zur Auslassdrucksteuerung beinhaltet ein Verfahren für ein aufgeladenes Kraftmaschinensystem, das Folgendes umfasst: Einstellen einer Turbine mit variabler Geometrie (VGT) basierend auf jedem einer Kraftmaschinendrehzahl, eines Auslassdrucks und einer Differenz zwischen dem Auslassdruck und einem Ansaugdruck, um einen gewünschten Deltadruck und Ladedruck aufrechtzuerhalten. Die vorliegenden Erfinder haben erkannt, das durch Überwachen der Druckdifferenz (Deltadruck) zwischen einem Auslass- und einem Ansaugkrümmer und Einstellen der VGT-Geometrie basierend auf der Druckdifferenz VGT-Einstellungen effektiver geplant werden können, um das Auftreten eines hohen Deltadrucks in der Kraftmaschine und einen dementsprechend hohen Auslassdruck und Auslassdruckspitzen zu reduzieren. Zudem kann eine AGR wirksam eingesetzt werden, um die Pumparbeit durch Einstellen der Öffnung des AGR-Ventils zu reduzieren, um eine AGR-Strömung aus dem Auslasskrümmer zum Ansaugkrümmer zu erhöhen, sodass ein Auslasskrümmerdruck und eine Kraftmaschinenpumparbeit reduziert werden.
  • In einem Beispiel können während eines Übergangsbetriebs der Kraftmaschine mindestens eines eines VGT-Schaufelaktuators, eines Wastegate-Ventils und eines AGR-Ventils eingestellt werden, um die Druckdifferenz in einer Kraftmaschine zu steuern, sodass die Kraftmaschinenpumparbeit, Auslassdruckspitzen und übermäßige Expansionsverhältnisse gesteuert/reduziert werden. Zum Beispiel können die Position einer VGT-Schaufel, Wastegate-Ventilöffnung und/oder einer AGR-Ventilöffnung basierend auf einer tatsächlichen Druckdifferenz zwischen einem Auslass- und einem Ansaugkrümmer kontinuierlich eingestellt werden, um eine Druckdifferenz über die Kraftmaschine zwischen dem Ansaug- und dem Auslassdruck zu reduzieren. Genauer kann neben einer vorhandenen Proportional-Integral(PI)-Steuerung (zum Beispiel Steuerung, die auf einem Ladedruckfehler aus einem gewünschten Ladedruck oder Auslassdruckfehler aus einem gewünschten Auslassdruck und anderen Signalen basiert) eine Proportional-Derivativ(PD)-Steuerung (Steuerung, die auf einer Differenz zwischen Auslass- und Ansaugkrümmerdruck basiert) verwendet werden, um mindestens eines aus VGT-Schaufeln, AGR-Ventil und Wastegate-Ventilöffnung einzustellen, sodass eine optimale Druckdifferenz zwischen dem Auslass- und dem Ansaugkrümmer aufrechterhalten wird (oder übermäßige Druckdifferenzen reduziert werden). Die PD-Steuerung kann Signale, einschließlich einer Druckdifferenz zwischen dem Auslass- und dem Ansaugkrümmer, eines Ansaug- und Auslasskrümmerdrucks, einer Strömung und Kraftmaschinendrehzahl von den jeweiligen Sensoren empfangen, wobei diese Signale zum Einstellen des VGT-Schaufelaktuators, des Wastegate-Ventils und/oder der AGR-Ventilposition benutzt werden können. In einem Beispiel können Verstärkungen basierend auf einer Erhöhung der Kraftmaschinendrehzahl und/oder einer Erhöhung des Auslassdrucks erhöht werden, was zu einer Erhöhung (sowohl des Umfangs als auch der Rate der Erhöhung) beim Öffnen der VGT-Schaufeln, des Wastegate-Ventils und/oder des AGR-Ventils führt. In ähnlicher Weise können Verstärkungen basierend auf einer Verringerung der Kraftmaschinendrehzahl und/oder einer Verringerung des Auslassdrucks verringert werden, was zu einer Verringerung beim Öffnen der VGT-Schaufeln, des Wastegate-Ventils und/oder des AGR-Ventils führt. Da die VGT mit dem Auslasskrümmer gekoppelt ist, kann durch Erhöhen der Öffnung der VGT-Schaufeln durch die Betätigung eines VGT-Aktuators das VGT-Seitenverhältnis variiert und dadurch der Auslassdruck und Spitzen des Auslassdrucks mit geringfügiger Auswirkung auf den Ansaugkrümmerdruck reduziert werden. Gleichermaßen kann, da die AGR-Ventilöffnung am Auslasskrümmer befindet, ein Auslassdruck durch Erhöhen der AGR-Ventilöffnung wirksam reduziert werden. In ähnlicher Weise können durch Leiten von Abgas durch einen Wastegate-Kanal (dessen Öffnung von einem Wastegate-Ventil gesteuert wird), Auslassdruckspitzen verringert werden. In alternativen Beispielen kann ein Verhältnis zwischen dem Auslass- und dem Ansaugdruck vom Steuersystem verwendet werden, um die VGT- und AGR-Öffnungen gleichzeitig einzustellen.
  • Auf diese Weise können die VGT-Geometrie (Schaufeln), Wastegate-Ventilposition und/oder AGR-Ventilposition durch ihre jeweiligen Aktuatoren wirksam eingestellt werden, um die Differenz zwischen dem Auslasskrümmerdruck und dem Ansaugkrümmerdruck einer aufgeladenen Kraftmaschine zu reduzieren. Durch Einstellen basierend auf einer Kraftmaschinendrehzahl, Druckdifferenz zwischen dem Auslass- und dem Ansaugkrümmer (Deltadruck) und einem Auslassdruck zur Steuerung der Differenz zwischen dem Auslass- und dem Ansaugkrümmerdruck können Kraftmaschinenpumpverluste optimiert werden. Zudem können Auslassdruckspitzen und übermäßige Expansionsverhältnisse vermieden werden, sodass eine Kraftmaschinenleistung und Kraftstoffeffizienz verbessert werden. Durch Variieren der Verstärkungen in Abhängigkeit der Kraftmaschinendrehzahl und des Auslassdrucks zusammen mit der Differenz zwischen einem Auslass- und einem Ansaugkrümmer als Steuereingabe kann die Steuerung die VGT-Geometrie, die Wastegate-Ventilposition und AGR-Ventilpositionen aggressiver steuern, während die Druckdifferenz erhöht oder verringert wird. Falls die Druckdifferenz gering ist, kann die Steuerung in einem Beispiel geringfügige Einstellungen an den VGT- und AGR-Aktuatoren bereitstellen. Falls die Druckdifferenz in einem anderen Beispiel über einen Schwellenwert hinaus erhöht wird, kann die Steuerung die Aktuatoren aggressiv einstellen, um die Druckdifferenz zu reduzieren, wie mit einer höheren Verstärkungsabstimmung. Die technische Wirkung des Steuerns eines Deltadrucks über die Kraftmaschine besteht in reduzierten Kraftmaschinenpumpverlusten, reduzierten/verringerten Auslassdruckspitzen und reduzierten übermäßigen Expansionsverhältnissen und darin, dass eine Beschädigung am Turbolader und anderen Hardwarekomponenten aufgrund von Ermüdung reduziert werden kann und ferner Emissionen, Leistung und Kraftstoffökonomie verbessert werden können.
  • Es versteht sich, dass die oben stehende Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung weiter beschrieben werden. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands aufzeigen, dessen Schutzumfang einzig durch die der detaillierten Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem Teil der vorliegenden Offenbarung angeführten Nachteile beheben.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Kraftmaschinensystems, das einen Turbolader mit variabler Geometrie und ein Abgasrückführungssystem aufweist.
  • 2 zeigt ein Blockdiagramm von zwei beispielhaften Steuersystemen, die zum Einstellen jeder der VGT-Schaufelposition und der AGR-Ventilöffnung verwendet werden können.
  • 3 zeigt ein Blockdiagramm eines beispielhaften Steuersystems, das zum Einstellen von VGT-Schaufeln, Wastegate-Ventil- und/oder AGR-Ventilpositionen verwendet werden kann.
  • 4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren darstellt, das zur Aufladesteuerung und Reduzierung einer Druckdifferenz zwischen dem Auslass- und dem Ansaugkrümmer implementiert sein kann.
  • 5 zeigt eine beispielhafte Steuerung einer Druckdifferenz zwischen Auslass- und Ansaugkrümmer durch eine VGT- und/oder AGR-Ventilpositionseinstellung.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zur Drucksteuerung in einem aufgeladenen Kraftmaschinensystem. Ein beispielhaftes aufgeladenes Kraftmaschinensystem, das eine Turbine mit variabler Geometrie (VGT) und ein Abgasrückführungs(AGR)-System aufweist, ist in 1 dargestellt. Eine Öffnung der VGR- und AGR-Ventile kann von einer Kraftmaschinensteuerung basierend auf mehreren Eingabesignalen, einschließlich eines Ansaug- und Auslasskrümmerdrucks, einer Kraftmaschinendrehzahl und eines Kraftstoffversorgungsplans mittels Rückkopplung gesteuert werden, wie in dem beispielhaften Steuersystem aus 2 dargestellt. Neben einer PI-Steuerung(Proportional-Integral)-Steuerung kann eine verstärkungsgeplante PD(Proportional-Derivativ)-Steuerung wie in 3 dargestellt verwendet werden, um mindestens eine der VGT-Schaufelposition, Wastegate-Ventilposition und AGR-Ventilöffnungen basierend auf einer Kraftmaschinendrehzahl, einem Auslasskrümmerdruck und einer Differenz zwischen einem Auslass- und einem Ansaugkrümmerdruck (Deltadruck) weiter einzustellen. Eine Kraftmaschinensteuerung kann zum Ausführen einer Steuerroutine wie der beispielhaften Routine aus 4 zur Reduzierung einer Druckdifferenz zwischen Auslass- und Ansaugkrümmern durch Einstellungen von VGT- und/oder AGR-Ventilpositionen konfiguriert sein. Beispielhafte Einstellungen an VGT- und AGR-Ventilpositionen als Reaktion auf eine Erhöhung der Druckdifferenz zwischen dem Auslass- und dem Ansaugkrümmer sind in 5 dargestellt.
  • 1 zeigt schematisch Aspekte eines beispielhaften Kraftmaschinensystems 100, das eine Kraftmaschine 10 aufweist. Bei der veranschaulichten Ausführungsform ist die Kraftmaschine 10 eine aufgeladene Kraftmaschine, die mit einem Turbolader 13 gekoppelt ist, der einen Verdichter 114 umfasst, der von einer Turbine 116 angetrieben wird. Insbesondere wird Frischluft entlang eines Ansaugkanals 42 in die Kraftmaschine 10 über den Luftreiniger 112 eingeführt und strömt zu dem Verdichter 114. Der Verdichter kann jeder geeignete Ansaugluftverdichter wie beispielsweise ein elektromotorgetriebener oder antriebswellengetriebener Laderverdichter sein. Bei dem Kraftmaschinensystem 10 ist der Verdichter ein Turboladerverdichter, der über eine Welle 19 mit der Turbine 116 mechanisch gekoppelt ist, wobei die Turbine 116 durch sich ausdehnendes Kraftmaschinenabgas angetrieben wird.
  • Der Verdichter 114 kann durch den Ladeluftkühler (CAC) 17 mit der Drosselklappe 20 gekoppelt sein. Die Drosselklappe 20 ist mit dem Kraftmaschinenansaugkrümmer 22 gekoppelt. Von dem Verdichter strömt die verdichtete Luftladung durch den Ladeluftkühler 17 und die Drosselklappe zu dem Ansaugkrümmer. Ein Verdichterrückführkanal (nicht dargestellt) kann zur Verdichterpumpsteuerung bereitgestellt sein. Genauer kann ein Ladedruck zur Reduzierung von Verdichterpumpen wie bei einem Fahrer-Tip-out aus dem Ansaugkrümmer stromabwärts des CAC 17 und stromaufwärts der Drosselklappe 20 in den Ansaugkanal 42 abgelassen werden. Durch Strömen aufgeladener Luft von stromaufwärts eines Ansaugdrosseleinlasses zu stromaufwärts der Verdichtereinlässe, kann der Ladedruck schnell verringert werden, was die Ladesteuerung beschleunigt. Eine Strömung durch den Verdichterrückführkanal kann durch Einstellen der Position eines Verdichterrückführventils (nicht dargestellt), das darin positioniert ist, geregelt werden. Das Verdichterrückführventil kann ein laufend variables Ventil sein, dessen Position auf eine vollständig offene Position, eine vollständig geschlossene Position oder irgendeine Position dazwischen eingestellt werden kann. Das Rückführventil kann daher hier auch als ein stufenlos variables Verdichterrückführventil oder CCRV bezeichnet werden.
  • Die Auslassturbine 116 kann als eine Turbine mit variabler Geometrie (VGT) konfiguriert sein. Die VGT kann ein Ventil 117 aufweisen, das zum Verändern des Seitenverhältnisses und der Position der Laufradschaufeln (Schaufeln) der VGT eingestellt werden kann. Als ein Beispiel kann das Seitenverhältnis der VGT durch Öffnen der VGT-Schaufeln durch einen VGT-Aktuator erhöht werden, sodass der Oberflächenbereich der VGT, welcher der Abgasströmung ausgesetzt ist, erhöht wird. Daher kann die Kraftmaschinensteuerung 12 durch Variieren der Öffnung des Ventils 117 den Energiepegel, der aus der Abgasströmung erhalten und dem entsprechenden Verdichter bereitgestellt wird, erhalten werden. Ein Wastegate-Aktuator 92 kann betätigt werden, um zu öffnen, um mindestens etwas Auslassdruck von stromaufwärts der Turbine zu einer Stelle stromabwärts der Turbine über das Wastegate 90 abzulassen. Durch Verringern des Auslassdrucks stromaufwärts der Turbine kann eine Turbinendrehzahl verringert werden, was wiederum zu einer Verringerung des Verdichterpumpens und von Problemen im Zusammenhang mit einer übermäßigen Aufladung beitragen kann.
  • Ein oder mehrere Sensoren können mit einem Einlass eines Verdichters 114 gekoppelt sein. Zum Beispiel kann ein Temperatursensor 55 mit dem Einlass gekoppelt sein, um eine Verdichtereinlasstemperatur zu schätzen, und ein Drucksensor 56 kann mit dem Einlass gekoppelt sein, um einen Verdichtereinlassdruck zu schätzen. Als ein weiteres Beispiel kann ein Feuchtigkeitssensor 57 zum Schätzen einer Feuchtigkeit der in den Verdichter eintretenden Luftladung mit dem Einlass gekoppelt sein. Wieder andere Sensoren können zum Beispiel Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren usw. einschließen. In anderen Beispielen können ein oder mehrere Einlasszustände des Verdichters (wie zum Beispiel Feuchtigkeit, Temperatur, Druck usw.) basierend auf Kraftmaschinenbetriebszuständen abgeleitet werden. Darüber hinaus können die Sensoren bei aktivierter Abgasrückführung (AGR) eine Temperatur, einen Druck, eine Feuchtigkeit und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Luftladungsmischung schätzen, die Frischluft, zurückgeführte verdichtete Luft und Abgasreste, die an dem Verdichtereinlass empfangen werden, umfasst.
  • In einigen Beispielen kann der Ansaugkrümmer 22 einen Ansaugkrümmerdrucksensor 124 zum Schätzen eines Krümmerdrucks (MAP) und/oder einen Ansaugluftströmungssensor 125 zum Schätzen einer Massenluftströmung (MAF) in den Ansaugkrümmer 22 aufweisen. Der Ansaugkrümmer 22 ist mit einer Reihe von Brennkammern 30 durch eine Reihe von Ansaugventilen (nicht dargestellt) gekoppelt. Die Brennkammern sind ferner über eine Reihe von Auslassventilen (nicht gezeigt) mit dem Auslasskrümmer 36 gekoppelt. Bei der abgebildeten Ausführungsform ist ein einzelner Auslasskrümmer 36 dargestellt. Bei anderen Ausführungsformen kann der Auslasskrümmer jedoch eine Vielzahl von Auslasskrümmerabschnitten aufweisen. Konfigurationen mit mehreren Auslasskrümmerabschnitten können das Lenken des Abflusses aus unterschiedlichen Brennkammern zu unterschiedlichen Stellen in dem Kraftmaschinensystem ermöglichen.
  • Bei einer Ausführungsform können sowohl das Auslass- als auch das Ansaugventil elektronisch betätigt oder gesteuert werden. Bei einer anderen Ausführungsform können sowohl das Auslass- als auch das Ansaugventil durch Nocken betätigt oder gesteuert werden. Ob elektronisch oder durch Nocken betätigt, kann die Zeitsteuerung des Öffnens und Schließens des Auslass- und Ansaugventils nach Bedarf für eine gewünschte Verbrennungs- und Emissionssteuerleistung eingestellt werden.
  • Die Brennkammern 30 können durch eine Einspritzdüse 66 mit einem oder mehreren Kraftstoffen, beispielsweise mit Benzin, alkoholischen Kraftstoffgemischen, Diesel, Biodiesel, Druck-Erdgas usw. versorgt werden. Kraftstoff kann über Direkteinspritzung, Saugrohreinspritzung, Drosselventilkörper-Einspritzung oder irgendeine Kombination davon den Brennkammern zugeführt werden. In den Brennkammern kann die Verbrennung über Funkenzündung und/oder Verdichtungszündung ausgelöst werden.
  • Wie in 1 gezeigt, wird Abgas von dem einen oder den mehreren Abgaskrümmerabschnitten zu der Turbine 116 gelenkt, um die Turbine anzutreiben. Der kombinierte Strom aus der Turbine und dem Wastegate strömt dann durch die Emissionssteuervorrichtung 170. Im Allgemeinen können eine oder mehrere Emissionssteuervorrichtungen 170 einen oder mehrere Abgasnachbehandlungskatalysatoren aufweisen, die so ausgelegt sind, dass sie den Abgasstrom katalytisch behandeln und dadurch eine Menge einer oder mehrerer Substanzen im Abgasstrom reduzieren. Ein Abgasnachbehandlungskatalysator kann beispielsweise so ausgelegt sein, dass er NOX aus dem Abgasstrom fängt, wenn der Abgasstrom mager ist, und das gefangene NOX reduziert, wenn der Abgasstrom reichhaltig ist. Bei anderen Beispielen kann ein Abgasnachbehandlungskatalysator so ausgelegt sein, dass er NOX disproportioniert oder NOX mit Hilfe eines Reduktionsmittels selektiv reduziert. Bei anderen Beispielen kann ein Abgasnachbehandlungskatalysator so ausgelegt sein, dass er Restkohlenwasserstoffe und/oder Restkohlenmonoxid im Abgasstrom oxidiert. Diverse Abgasnachbehandlungskatalysatoren mit einer beliebigen solchen Funktionalität können in Zwischenschichten oder anderswo in den Abgasnachbehandlungsstufen entweder separat oder zusammen angeordnet sein. Bei einigen Ausführungsformen können die Abgasnachbehandlungsstufen ein regenerierbares Rußfilter aufweisen, das so ausgelegt ist, dass es Rußpartikel in dem Abgasstrom fängt und oxidiert.
  • Die Gesamtheit oder ein Teil des behandelten Abgases aus der Emissionssteuerung 170 kann über den Auslasskanal 102 nach Durchlaufen eines Schalldämpfers 172 an die Umgebung abgegeben werden. Ein Niederdruck-Abgasrückführ(ND-AGR)-Abgabekanal 180 kann mit dem Auslasskanal 102 an einer Stelle stromaufwärts der Emissionssteuervorrichtung 170 gekoppelt sein. Ein Teil des Abgases aus dem Abgasrohr 102 kann von stromabwärts der Turboladerturbine 116 an den Kraftmaschinenansaugkrümmer 22, stromaufwärts eines Turboladerverdichters 114 als ND-AGR abgegeben werden. Das Öffnen eines AGR-Ventils 52 kann reguliert werden, um die Auslassströmung aus dem Auslasskanal 102 zum Ansaugkrümmer 22 über den AGR-Kanal 180 zu steuern. Das AGR-Ventil 52 kann geöffnet werden, um für eine gewünschte Verbrennungs- und Emissionssteuerungsleistung eine gesteuerte Menge an Abgas in den Verdichtereinlass einzulassen. Die Kraftmaschine kann ferner ein Hochdruck-AGR(HD-AGR)-System umfassen, wobei ein Teil des Abgases aus dem Auslassrohr 102 von stromaufwärts einer Turboladerturbine 116 dem Kraftmaschinenansaugkrümmer 22 stromabwärts eines Turboladerverdichters 114 über den HD-AGR-Kanal 182 zugeführt werden kann. Eine HD-AGR-Strömung kann durch Einstellen der Öffnung eines HD-AGR-Ventils 53 reguliert werden. Die AGR-Ventile 52 und 53 können als stufenlos variable Ventile konfiguriert sein. In einem alternativen Beispiel können die AGR-Ventile 52 und 53 jedoch als ein Ein/Aus-Ventil konfiguriert sein.
  • Ein oder mehrere Sensoren können zur Bereitstellung von Einzelheiten hinsichtlich der Zusammensetzung und des Zustands der AGR mit den AGR-Kanälen 180 und 182 gekoppelt sein. Beispielsweise kann ein Temperatursensor zur Bestimmung einer Temperatur der AGR vorgesehen sein, ein Drucksensor kann zur Bestimmung eines Drucks der AGR vorgesehen sein, ein Feuchtigkeitssensor kann zur Bestimmung einer Feuchtigkeit oder des Wassergehalts der AGR vorgesehen sein, und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor kann zur Schätzung eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der AGR vorgesehen sein. Alternativ dazu können AGR-Bedingungen durch den einen oder die mehreren Temperatur-, Druck-, Feuchtigkeits- und Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren 55–57, die mit dem Verdichtereinlass gekoppelt sind, abgeleitet werden. In einem Beispiel handelt es sich bei dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 57 um einen Sauerstoffsensor.
  • Das Kraftmaschinensystem 100 kann ferner ein Steuersystem 14 aufweisen. Das Steuersystem 14 empfängt in der Darstellung Informationen von einer Mehrzahl von Sensoren 16 (von welchen diverse Beispiele hier beschrieben werden) und sendet Steuersignale an eine Mehrzahl von Aktuatoren 18 (von welchen diverse Beispiele hier beschrieben werden). Als ein Beispiel können die Sensoren 16 einen MAP-Sensor 124, MAF-Sensor 126, Auslasstemperatursensor 128, Auslassdrucksensor 129, Verdichtereinlasstemperatursensor 55, Verdichtereinlassdrucksensor 56, Verdichtereinlassfeuchtigkeitssensor 57, Kurbelwellensensor und AGR-Sensor aufweisen. Andere Sensoren, wie zum Beispiel zusätzliche Druck-, Temperatur-, Luft-/Kraftstoff-Verhältnis- und Zusammensetzungssensoren können mit diversen Stellen im Kraftmaschinensystem 100 gekoppelt sein. Die Aktuatoren 81 können zum Beispiel Drosselventil 20, AGR-Ventil 52, VGT-Aktuatoren 117, Wastegate 92 und Kraftstoffeinspritzdüse 66 aufweisen.
  • Das Steuersystem 14 kann eine Steuerung 12 aufweisen. Die Steuerung 12 kann Eingangsdaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingangsdaten verarbeiten und als Reaktion auf die verarbeiteten Eingangsdaten basierend auf darin programmierten Anweisungen oder darin programmiertem Code, die bzw. der einer oder mehreren Routinen entsprechen bzw. entspricht, verschiedene Aktuatoren auslösen. Die Steuerung 12 kann eine Proportional-Integral(PI)- oder Proportional-Integral-Derivativ(PID)-Steuerung sein. Zum Beispiel kann die Steuerung eine Angabe eines Auslass- und Ansaugkrümmerdrucks und einer Kraftmaschinendrehzahl von jeweiligen Sensoren empfangen und basierend auf diesen Signalen kann die Steuerung mindestens eine der VGT-Schaufelposition, der Wastegate-Ventil- und der AGR-Ventilöffnung über die jeweiligen Aktuatoren einstellen. Durch Vornehmen von Einstellungen an der VGT-Geometrie und der AGR-Strömungsrate kann die Aufladung gesteuert, Auslassdruckspitzen reduziert und eine Druckdifferenz zwischen dem Auslass- und dem Ansaugkrümmer (hierin auch als der Deltadruck bezeichnet) reduziert werden. Neben der PI-Steuerung kann eine Proportional-Derivativ(PD)-Steuerung (oder eine Proportional-Steuerung) zum Einstellen mindestens einer der VGT-Geometrie, der Wastegate-Ventil- und der AGR-Ventilöffnung verwendet werden, um die Kraftmaschinenpumparbeit zu reduzieren und ein Turbinenexpansionsverhältnis zu begrenzen. Eine ausführliche Beschreibung der erwähnten Steuerungen ist unter Bezugnahme auf 2, 3 und 4 erläutert.
  • 1 zeigt eine beispielhafte Konfiguration einer Brennkraftmaschine mit relativer Positionierung der verschiedenen Komponenten. Falls sie einander direkt berührend oder direkt aneinander gekoppelt gezeigt sind, können solche Elemente, wenigstens bei einem Beispiel, direkt berührend bzw. direkt gekoppelt genannt werden. Gleichermaßen können Elemente, die als zusammenhängend oder zueinander benachbart gezeigt werden, mindestens in einem Beispiel zusammenhängend bzw. zueinander benachbart sein. Als Beispiel können Komponenten, die in Flächenkontakt zueinander liegen, als in Flächenkontakt zueinander liegend bezeichnet werden. Als anderes Beispiel können Elemente, die auseinander liegend, nur mit einem Zwischenraum und keinen anderen Komponenten dazwischen positioniert sind, in mindestens einem Beispiel als solche bezeichnet werden.
  • 2 zeigt ein beispielhaftes Proportional-Integral(PI)-Steuerschema 200, das von einer Steuerung (z. B. der Steuerung 12, wie ein 1 dargestellt) implementiert sein kann, um jedes eines Ventils, das die Geometrie einer Turbine mit variabler Geometrie steuert (z. B. Ventil 117 zum Steuern der VGT 116, wie in 1 dargestellt), und eines AGR-Ventils (z. B. AGR-Ventil 52, das mit dem ND-AGR-Kanal 180 gekoppelt ist, wie in 1 dargestellt, und AGR-Ventil 53, das mit dem HD-AGR-Kanal 182 gekoppelt ist), das eine Luftströmung durch einen Abgasrückführ(AGR)-Kanal steuert, einzustellen. Man wird zu schätzen wissen, dass sich in der vorliegenden Beschreibung ein Signal (Tastverhältnis) auf ein elektrisches Signal beziehen kann, wie z. B. einen elektrischen Strom, und dass sich die Modifikation eines Signals auf eine Veränderung in der Spannung, die dem elektrischen Strom entspricht, beziehen kann.
  • Das Steuerschema 200 weist zwei separate Regelkreise auf, nämlich einen VGT-Regelkreis 210 und einen AGR-Regelkreis 220. Die zwei Regelkreise können einen oder mehrere gemeinsame Eingaben, einschließlich einer Kraftmaschinendrehzahl, einer Kraftstoffversorgung und eines Auslassdrucks zum Steuern von VGT- bzw. AGR-Ventilen benutzen. Zudem kann jeder Regelkreis verschiedene, sich nicht überlappende Eingaben aufweisen.
  • Der VGT-Regelkreis 210 kann ein Vorwärtskopplungssegment aufweisen. In dem Vorwärtskopplungssegment können ein erstes Signal, das einer Kraftmaschinendrehzahl entspricht, die von einem Kurbelwellensensor erhalten wird, und ein zweites Signal, das einer Kraftstoffversorgungsplanung entspricht, als Eingaben in eine Nachschlagtabelle 202 verwendet werden. In einem ersten Steuersegment kann ein Signal 203, das eine gewünschte VGT-Geometrie anzeigt, basierend auf der Nachschlagtabelle 202 ausgegeben werden. In einem Beispiel kann die gewünschte VGT-Öffnung für eine gegebene Kraftstoffplanung mit zunehmender Kraftmaschinendrehzahl zunehmen/abnehmen. In einem anderen Beispiel kann die gewünschte VGT-Öffnung für eine gegebene Kraftmaschinendrehzahl mit zunehmender Menge an erforderlichem Kraftstoff zunehmen/abnehmen. Der VGT-Regelkreis kann ferner ein zweites Steuersegment zum Planen von Verstärkungen für die VGT-Einstellung aufweisen. Zur Planung von Verstärkungen kann zusätzlich zur Kraftmaschinendrehzahl und Kraftstoffplanung ein Auslassdruck, der von einem Auslassdrucksensor (z. B. dem Auslassdrucksensor 129 in 1) erhalten wird, als Eingabe in eine Nachschlagtabelle 204 verwendet werden. Basierend auf den Eingabeparametern kann ein Signal 205 generiert werden, das Steuerungsverstärkungen anzeigt. Dieses Signal 205 kann dann einer Steuerung 212 zugeführt werden. Die Steuerung 212 kann eine Proportional-Integral(PI)-Steuerung, eine Proportional-Integral-Derivativ(PID)-Steuerung oder eine Proportional-Derivativ(PD)-Steuerung sein.
  • Ferner kann ein Rückkopplungssegment (oder ein Segment mit geschlossenem Regelkreis) in den VGT-Regelkreis aufgenommen werden. Ein Subtrahierer 208 kann als Eingaben einen Sollwert-(gewünschten)-Ansaugkrümmerdruck und eine Schätzung des tatsächlichen Ansaugkrümmerdrucks von einem MAP-Sensor (wie dem MAP-Sensor 124 in 1) empfangen. Der Subtrahierer 208 kann eine Differenz zwischen dem Sollwert-Ansaugkrümmerdruck und dem tatsächlichen Ansaugkrümmerdruck berechnen. Basierend auf dieser Differenz kann der Subtrahierer 208 einen MAP-Fehler 211 berechnen. An der PI-Steuerung kann der MAP-Fehler 211 mit dem Steuerungsverstärkungssignal 205 verarbeitet werden. Die Signale können durch eine proportionale Verstärkung (Kpv) und/oder eine integrale Verstärkung (Kiv) verarbeitet und/oder modifiziert werden. In einem Beispiel ist die Steuerung 212 eine PD-Steuerung oder eine Derivativ(D)-Steuerung, wobei die Signale durch eine derivative Verstärkung (Kdv) verarbeitet werden können.
  • Der Addierer 214 kann den proportionalen Term und/oder den integralen Term über das Signal 213 empfangen und den Vorwärtskopplungsterm (z. B. ein Tastverhältnis) über das Signal 203 empfangen. Basierend auf den empfangenen Signalen kann der Addierer 214 ein Signal 215 an einen Aktuator ausgeben, der mit den VGT-Schaufeln gekoppelt ist. Das Signal 215 kann zum Einstellen der VGT-Geometrie über Einstellungen an den Positionen der VGT-Schaufel verwendet werden. Dementsprechend kann das Signal 215 der Leistung entsprechen, die dem Aktuator, der mit den VGT-Schaufeln gekoppelt ist, zur Einstellung der Schaufeln zugeführt werden soll. Für eine VGT, die mit dem Auslasskrümmer gekoppelt ist, kann ein Auslassdruck durch Variieren der Geometrie der VGT-Schaufel reguliert werden. Zum Beispiel kann durch Öffnen der VGT-Schaufeln das Seitenverhältnis der VGT erhöht und folglich ein Auslassdruck gesenkt werden. Auf ähnliche Weise kann durch Schließen der VGT-Schaufeln das Seitenverhältnis der VGT verringert und folglich ein Auslassdruck erhöht werden. Auf diese Weise können Auslassdruckspitzen durch Einstellen der Geometrie der VGT-Schaufel eingeschränkt werden und eine optimale Druckdifferenz zwischen Ansaug- und Auslasskrümmer kann aufrechterhalten werden, sodass die Pumparbeit der Kraftmaschine reduziert wird. Die Effizienz des Verdichters, der mit der VGT gekoppelt wird, ist innerhalb eines bestimmten Fensters in der Verdichterkennliniendarstellung hoch. Der Verdichter kann stopfen oder pumpen, wenn er über die Stopfgrenze bzw. Pumpgrenze hinaus betrieben wird. Einstellungen an der VGT-Geometrie können ferner unter Berücksichtigung der Stopf- und Pumpgrenze des Verdichters vorgenommen werden. Falls in einem Beispiel ein gegenwärtiges Verdichterdruckverhältnis nahe bei der Pumpgrenze liegt, können die VGT-Schaufeln nicht weiter geöffnet werden, sodass die Möglichkeit des Verdichterpumpens reduziert wird. Falls in einem anderen Beispiel während eines Tip-out-Ereignisses ein gegenwärtiges Verdichterdruckverhältnis nahe der Pumpgrenze liegt, können die VGT-Schaufeln und die AGR-Ventilposition gleichzeitig geöffnet werden, um einen seriellen Weg für eine Auslassströmung (zurück durch die AGR) sowohl zur Reduzierung des Verdichterdruckverhältnisses als auch zur Erhöhung der Strömung durch den Verdichter bereitzustellen.
  • Ähnlich dem VGT-Regelkreis 210 kann auch der AGR-Regelkreis 220 ein Vorwärtskopplungssegment aufweisen. In dem Vorwärtskopplungssegment können ein erstes Signal, das einer Kraftmaschinendrehzahl entspricht, die von einem Kurbelwellensensor erhalten wird, und ein zweites Signal, das einer Kraftstoffversorgungsplanung entspricht, als Eingaben in eine Nachschlagtabelle 222 verwendet werden. In einem ersten Steuersegment kann ein Signal 223, das eine gewünschte AGR-Ventilposition (die eine AGR-Strömungsrate bestimmt) anzeigt, basierend auf der Nachschlagtabelle 222 ausgegeben werden. In einem Beispiel kann die gewünschte AGR-Ventilöffnung für eine gegebene Kraftstoffplanung mit zunehmender Kraftmaschinendrehzahl zunehmen/abnehmen. In einem anderen Beispiel kann die gewünschte AGR-Ventilöffnung für eine gegebene Kraftmaschinendrehzahl mit zunehmender Menge an erforderlichem Kraftstoff zunehmen/abnehmen. Der AGR-Regelkreis kann ferner ein zweites Steuersegment zum Planen von Verstärkungen für die Einstellung der AGR-Strömungsrate aufweisen. Der AGR-Regelkreis kann ferner ein zweites Steuersegment zum Planen von Verstärkungen für Einstellungen der AGR-Strömungsrate durch Einstellungen am AGR-Ventil aufweisen. Zur Planung von Verstärkungen kann zusätzlich zur Kraftmaschinendrehzahl und Kraftstoffplanung ein Auslassdruck, der von einem Auslassdrucksensor (z. B. dem Auslassdrucksensor 129 in 1) erhalten wird, als Eingabe in eine Nachschlagtabelle 224 verwendet werden. Basierend auf den Eingabeparametern kann ein Signal 225 generiert werden, das Steuerungsverstärkungen anzeigt. Dieses Signal 225 kann dann einer Steuerung 230 zugeführt werden. Die Steuerung 230 kann eine Proportional-Integral(PI)-Steuerung, eine Proportional-Integral-Derivativ(PID)-Steuerung oder eine Proportional-Derivativ(PD)-Steuerung sein.
  • Ferner kann ein Rückkopplungssegment (oder ein Segment mit geschlossenem Regelkreis) in den AGR-Regelkreis aufgenommen werden. Ein Subtrahierer 228 kann als Eingaben eine Sollwert-(gewünschte)-AGR-Strömungsrate und -Ansaugkrümmerdruck und eine Schätzung der tatsächlichen AGR-Strömungsrate und des tatsächlichen Ansaugkrümmerdrucks von einem MAF-Sensor (wie dem MAF-Sensor 126 in 1) und/oder einem MAP-Sensor (wie dem MAP-Sensor 124 in 1) empfangen. Der Subtrahierer 228 kann eine Differenz zwischen der Sollwert-AGR-Strömungsrate (und/oder dem Druck) und der tatsächlichen AGR-Strömungsrate (und/oder dem Sollwert- und dem tatsächlichen Ansaugkrümmerdruck) berechnen. Basierend auf dieser Differenz kann der Subtrahierer 228 einen MAF-Fehler 231 berechnen. An der PI-Steuerung kann der MAF-Fehler 231 mit dem Steuerungsverstärkungssignal 225 verarbeitet werden. Die Signale können durch eine proportionale Verstärkung (Kpv) und/oder durch eine integrale Verstärkung (Kiv) und/oder durch eine derivative Verstärkung (Kdv) verarbeitet und/oder modifiziert werden.
  • Der Addierer 232 kann den proportionalen Term und/oder den integralen Term über das Signal 233 empfangen und den Vorwärtskopplungsterm (Tastverhältnis) über das Signal 223 empfangen. Basierend auf den empfangenen Signalen kann der Addierer 232 ein Signal 235 an einen Aktuator ausgeben, der mit dem AGR-Ventil gekoppelt ist. Das Signal 235 kann zum Einstellen der Luftströmung im AGR-System über Einstellungen an der AGR-Ventilöffnung verwendet werden. Dementsprechend kann das Signal 235 der Leistung entsprechen, die dem Aktuator, der mit den AGR-Ventil gekoppelt ist, zur Einstellung der Öffnung des Ventils zugeführt werden soll. Während die AGR von dem Auslasskrümmer zum Ansaugkrümmer geliefert wird, kann ein Auslassdruck durch Variieren der Öffnung des AGR-Ventils (Variieren der AGR-Strömungsrate) reguliert werden. Als Beispiel kann durch Erhöhen der Öffnung des AGR-Ventils ein höheres Volumen von Abgas zurückgeführt werden, sodass der Auslassdruck reduziert wird. Auf diese Weise kann die AGR-Strömungsrate durch Einstellen der AGR-Ventilöffnung eingestellt werden, um Auslassdruckspitzen einzuschränken und eine optimale Druckdifferenz zwischen Ansaug- und Auslasskrümmer aufrechtzuerhalten, sodass die Pumparbeit der Kraftmaschine reduziert wird. Eine Regulierung des Auslassdrucks kann durch Einstellen des AGR-Ventils mindestens eines ND-AGR- und eines HD-AGR-Systems ausgeführt werden. Allerdings können höhere als gewünschte Pegel einer AGR-Strömung eine übermäßige Verdünnung der Ansaugkrümmerluftströmung bewirken und eine instabile Verbrennung verursachen. Daher können AGR-Strömungsrateneinstellungen ferner unter Berücksichtigung anderer Kraftmaschinenbetriebsparameter wie einer Kraftmaschinenlast, Kraftmaschinentemperatur usw. ausgeführt werden. Ähnlich dem VGT-Regelkreis 210 und dem AGR-Regelkreis 220 kann ein ein dritter Regelkreis die Öffnung eines Wastegate-Ventils, das mit einem Wastegate-Kanal einer Auslassturbine gekoppelt ist, regulieren. Die Wastegate-Ventilöffnung kann basierend auf einem Ladedruck und Ladefehler eingestellt werden, wobei die Wastegate-Ventilöffnung mit zunehmendem angeforderten Ladedruck verringert wird.
  • 3 zeigt ein beispielhaftes Steuerschema 300, das von einer Fahrzeugsteuerung (wie der Steuerung 12 in 1) zum Einstellen von VGT-Schaufeln und/oder AGR-Ventilpositionen als Reaktion auf eine Veränderung mindestens eines von einer Differenz zwischen einem Auslasskrümmer- und einem Ansaugkrümmerdruck, einer Kraftmaschinendrehzahl, einem Auslasskrümmer- und einem Ansaugkrümmerdruck verwendet werden kann. Das Steuerschema 300 kann eine modifizierte Version des Steuerschemas 200 in 2 sein, das zum Steuern von VGT- und AGR-Ventilpositionen, insbesondere zur Ladesteuerung und Reduzierung einer Kraftmaschinenpumparbeit (durch Reduzierung der Druckdifferenz zwischen Auslass- und Ansaugkrümmer) optimiert ist. Daher kann neben einer Proportional-Integral(PI)-Steuerung aus 2 eine Proportional-Derivativ(PD)-Steuerung verwendet werden, um mindestens eines eines VGT-Schaufelaktuators, einer Wastegate-Ventilöffnung und einer AGR-Ventilöffnung basierend auf einer Differenz zwischen einem Auslasskrümmer- und einem Ansaugkrümmerdruck, einer Kraftmaschinendrehzahl und einem Auslasskrümmerdruck weiter einzustellen. Das Einstellen eines VGT-Schaufelaktuators, eines Wastegate-Ventils und/oder AGR-Ventils beinhaltet das Bestimmen eines ersten Terms über eine Proportional-Integral(PI)-Steuerung basierend auf einer Kraftmaschinendrehzahl, einem Ansaugkrümmerdruck und einem Auslasskrümmerdruck und Bestimmen eines zweiten Terms über eine Proportional-Derivativ(PD)-Steuerung basierend auf einer Differenz zwischen einem Auslasskrümmer- und einem Ansaugkrümmerdruck, einer Kraftmaschinendrehzahl und einem Auslasskrümmerdruck. Ähnlich 2 kann sich in der vorliegenden Beschreibung ein Signal auf ein elektrisches Signal beziehen, wie z. B. einen elektrischen Strom, und dass sich die Modifikation eines Signals auf eine Veränderung in der Spannung, die dem elektrischen Strom entspricht, beziehen kann.
  • Das Steuerschema 300 kann zwei Teile umfassen, nämlich einen ersten Teil 310 und einen zweiten Teil 320. Der erste Teil 310 kann der VGT- oder AGR-Regelkreis 210 (oder 220) sein, der zum Planen des ersten Terms verwendet wird, wie in 2A beschrieben. Die PI-Steuerung 312 kann eine Differenz (Pint-Fehler) 311 hinsichtlich eines Sollwert-(gewünschten)-Ansaugdrucks und eines tatsächlichen gemessenen Ansaugdrucks empfangen, die von einem Krümmerluftdruck(MAP)-Sensor (wie dem MAP-Sensor 124 in 1) erhalten wird. In einem Beispiel kann die PI-Steuerung 312 der VGT-Regelkreis 210 oder der AGR-Regelkreis 220 in 2 sein. Bei der PI-Steuerung 312 kann der Pint-Fehler 311 von einer proportionalen Verstärkung (Kpi) verarbeitet und/oder modifiziert (skaliert) werden. Das Integral des Pint-Fehlers 311 kann in ähnlicher Weise von einer integralen Verstärkung (Kii) verarbeitet und/oder modifiziert (skaliert) werden. Einer dieser Terme oder ihre Summe wird dann an das Signal 313 ausgegeben. Der Ladedruck(oder AGR-Strömungsraten)-Steuerterm 313 wird dann mit dem vorgeschlagenen Deltadruck-Steuerterm 339 addiert, um das endgültige Steuersignal zu erzeugen, das an den VGT- oder AGR-Aktuator gesendet werden soll. In einem Beispiel kann die PI-Steuerung 312 eine Proportional-Integral-Derivativ(PID)-Steuerung sein und kann neben einer proportionalen Verstärkung und einer integralen Verstärkung den Pint-Fehler 311 auch unter Verwendung einer derivativen Verstärkung verarbeiten. Allerdings kann anstatt der direkten Verwendung des Signals, das von der PI-Steuerung 312 generiert wird, zur Einstellung einer VGT- und/oder AGR-Ventilposition ein zweiter Teil 320 des Steuerschemas benutzt werden, um einen zweiten Term zu berechnen, um den Steuerprozess zu optimieren.
  • Zur Optimierung der Druckdifferenz zwischen einem Auslasskrümmerdruck und einem Ansaugkrümmerdruck können ein erstes Signal 315, das einen tatsächlichen gemessenen Auslasskrümmerdruck (Pexh) umfasst, der von einem Auslassdrucksensor (wie dem Auslassdrucksensor 129 in 1) erhalten wird, und ein zweites Signal 317, das einen tatsächlichen gemessenen Ansaugdruck umfasst, der von einem Krümmerluftdruck(MAP)-Sensor erhalten wird, als Eingabe in eine Steuerung (Subtrahierer) 324 (zum Berechnen eines Fehlers) verwendet werden. Jedes dieser Signale kann stattdessen basierend auf anderen Messungen geschätzt werden. Der Subtrahierer 324 kann eine Differenz zwischen dem Auslass- und dem Ansaugkrümmerdruck berechnen. Die Signale (319 und 325), die der von dem Subtrahierer 324 berechneten Differenz entsprechen, können separat von einer proportionalen Verstärkung (Kp) 326 verarbeitet und/oder modifiziert werden. Das Signal 319 kann nach Modifizierung durch eine proportionale Verstärkung (Kp) 326 einen proportionalen Term 323 erzeugen. Parallel dazu kann das Signal 319 durch einen Differentiatorblock (DT1) 328 differenziert und eine derivative Verstärkung (Kd) 330 und ein derivativer Term 329 können generiert werden.
  • Der Addierer 332 kann den proportionalen Term 323 und den derivativen Term 329 empfangen. Basierend auf den empfangenen Signalen kann der Addierer 332 ferner ein Signal 331 berechnen. Außerdem kann eine Verstärkungsplanung unter Berücksichtigung der Kraftmaschinendrehzahl und des Auslassdrucks ausgeführt werden. Ein erstes Signal 335, das einen tatsächlichen gemessenen Auslasskrümmerdruck (Pexh) umfasst, der von einem Auslassdrucksensor erhalten wird, und ein zweites Signal 333, das eine Kraftmaschinendrehzahl (Ne) umfasst, die von einem Kurbelwellensensor erhalten wird, können als Eingaben in eine Nachschlagtabelle K1 334 verwendet werden. Basierend auf den Eingabesignalen kann die Nachschlagtabelle eine Verstärkung 337 planen. In einem Beispiel kann die geplante Verstärkung basierend auf einer Erhöhung der Kraftmaschinendrehzahl und/oder einer Erhöhung des Auslassdrucks erhöht werden. In ähnlicher Weise kann die geplante Verstärkung basierend auf einer Verringerung der Kraftmaschinendrehzahl und/oder einer Verringerung des Auslassdrucks verringert werden. Der Multiplikator 322 empfängt die geplante Verstärkung 337 und das Signal 331 (das von dem Addierer 332 berechnet wird) als Eingabesignale. In einem Beispiel ermöglicht die Erhöhung der Verstärkung 337, wenn der Auslassdruck 335 über einen Schwellenwert ansteigt, dass die Steuerung aggressiver auf größere (potentiell problematischere/schädlichere) Druckspitzen reagiert. Kraftmaschinensysteme sind nichtlinear und können unterschiedliche Reaktionsgeschwindigkeiten bei unterschiedlichen Kraftmaschinenbetriebsbereichen, insbesondere basierend auf einer Kraftmaschinendrehzahl aufweisen. Bei höheren Kraftmaschinendrehzahlen reagiert das System schneller auf Veränderungen. Daher kann eine weniger aggressive (kleinere) Verstärkung 337 ausreichend sein, wenn die Kraftmaschinendrehzahl hoch ist.
  • Basierend auf den zwei Eingabesignalen 331 und 337 kann der Multiplikator 322 ein Signal 339 berechnen, das als ein zweite Eingabe für den Addierer 314 verwendet werden kann. Wie oben beschrieben, kann die erste Eingabe für den Addierer 314 das Signal 313 sein, das den proportionalen und den integralen Term aus der PI-Steuerung 312 umfasst. Die Steuerung berechnet ein Signal 316, das zum Einstellen mindestens einer VGT-Schaufelposition, Wastegate-Ventilöffnung und AGR-Ventilöffnung benutzt werden kann. Eine beispielhafte Darstellung des Signals 316 ist in Gleichung 1 dargestellt.
    Figure DE102017105638A1_0002
    Figure DE102017105638A1_0003
    wobei VGT das Signal 316 ist, das der Leistung entspricht, die einem Aktuator zugeführt werden soll, der mit mindestens einem von VGT (oder dem AGR-Ventil) gekoppelt ist, um die Position des Ventils einzustellen, VGTfrom boost control das Signal 313 ist, das von der PI-Steuerung 312 empfangen wird, Kp(pexhaust manifold – pintake manifold) der proportionale Term 323 ist, der von der PD-Steuerung empfangen wird,
    Figure DE102017105638A1_0004
    der derivative Term 329 ist, der von der PD-Steuerung empfangen wird, und Kgain das Signal 337 ist, das basierend auf der bzw. den Nachschlagtabelle(n) 334 bestimmt wird.
  • Der zweite Teil 320 umfasst eine PD-Steuerung (keine Integral-Steuerung) und ist daher nur unter Übergangsbedingungen wirksam. Die integrale Wirkung der Basisaufladesteuerung (PI-Steuerung 312) stellt den abgebildeten Sollwert wieder her. Auf diese Weise können ein erster Term, der von einer PI-Steuerung bestimmt wird, und ein zweiter Term, der von einer PD-Steuerung bestimmt wird, addiert werden, um jedes des VGT-Schaufelaktuators (während der ersten Bedingung), des AGR-Ventils (während der zweiten Bedingung) und der Wastegate-Ventilöffnung (während der dritten Bedingung) selektiv einzustellen. Eine Berechnung des ersten Terms basiert auf Eingaben (wie denjenigen in 210 oder 220 in 2), einschließlich einer Kraftmaschinendrehzahl, eines Ansaugkrümmerdrucks und eines Auslasskrümmerdrucks. Ferner weist der zweite Term eine erste und eine zweite Komponente auf, wobei die erste Komponente von einem Ansaugkrümmerdruck und einem Auslasskrümmerdruck abhängt und die zweite Komponente von einer Kraftmaschinendrehzahl und einem Auslasskrümmerdruck abhängt. Das selektive Einstellen während der ersten Bedingung beinhaltet das Betätigen des VGT-Schaufelaktuators, um eine Öffnung der VGT-Schaufeln basierend auf jedem des ersten und des zweiten Terms zu erhöhen, um ein Seitenverhältnis der VGT zu erhöhen, und wobei das selektive Einstellen während der zweiten Bedingung das Öffnen des AGR-Ventils basierend auf jedem des ersten und des zweiten Terms basiert, um eine Öffnung eines AGR-Kanals zu erhöhen, und das selektive Einstellen während der dritten Bedingung beinhaltet das Öffnen des Wastegate-Ventils basierend auf jeder der ersten und der zweiten Verstärkung, um eine Öffnung eines Wastegate-Kanals zu erhöhen.
  • Zum Beispiel kann durch Öffnen der VGT-Schaufeln ein Auslassdruck gesenkt werden und durch Schließen der VGT-Schaufeln kann ein Auslassdruck erhöht werden. In ähnlicher Weise kann durch Erhöhen der Öffnung des AGR-Ventils (ND-AGR und/oder HD-AGR) ein höheres Volumen von Abgas zurückgeführt werden, sodass der Auslassdruck reduziert wird. Durch Einstellen mindestens einer der VGT-Schaufelposition, der Wastegate-Ventilöffnung und der AGR-Ventilöffnung können Auslassdruckspitzen begrenzt und eine optimale Druckdifferenz zwischen dem Ansaug- und dem Auslasskrümmer kann aufrechterhalten werden, sodass Kraftmaschinenpumparbeit reduziert wird. 4 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 400 zur Ladesteuerung und Reduzierung einer Druckdifferenz zwischen Auslass- und Ansaugkrümmer durch Einstellungen von VGT- und/oder AGR-Ventilpositionen. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 400 und der restlichen der hier enthaltenen Verfahren können durch eine Steuerung basierend auf Anweisungen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, ausgeführt werden und in Verbindung mit Signalen, die von Sensoren des Kraftmaschinensystems, wie etwa den oben mit Bezug auf 1 beschriebenen Sensoren, empfangen werden. Die Steuerung kann Kraftmaschinenaktuatoren des Kraftmaschinensystems gemäß den unten beschriebenen Verfahren zum Einstellen des Kraftmaschinenbetriebs einsetzen.
  • Bei 402 können Kraftmaschinenbetriebsbedingungen von der Steuerung bestimmt werden. Die Kraftmaschinenbetriebsbedingungen können eine Kraftmaschinenlast, Kraftmaschinentemperatur, Kraftmaschinendrehzahl, Bedienerdrehmomentanforderung usw. einschließen. Je nach den geschätzten Betriebsbedingungen können mehrere Kraftmaschinenparameter, einschließlich einer Rate der Abgasrückführungs(AGR)-Strömung, eines Ladedrucks usw. bestimmt werden. Bei 404 kann ein gegenwärtiger Wert des Auslasskrümmerdrucks aus einem Auslassdrucksensor (wie dem Auslassdrucksensor 129 in 1) geschätzt werden, der mit dem Auslasskrümmer der Kraftmaschine gekoppelt ist. Der Auslassdruck kann basierend auf Kraftmaschinenbetriebsbedingungen und ferner basierend auf Parametern wie einer AGR-Strömungsrate, Turbinengeometrie (im Falle einer Turbine mit variabler Geometrie) usw. variieren. Bei 404 kann ein gegenwärtiger Wert des Ansaugkrümmerdrucks von einem Ansaugkrümmer-Luftdrucksensor (wie dem MAP-Sensor 124 in 1) bestimmt werden, der mit dem Ansaugkrümmer der Kraftmaschine stromabwärts des Verdichtereinlasses gekoppelt ist.
  • Bei 408 kann eine Differenz (ΔP) zwischen dem Auslass- und dem Ansaugkrümmerdruck von der Steuerung berechnet werden. Die Druckdifferenz ΔP kann minimiert werden, um eine optimale Pumparbeit für die Kraftmaschine sicherzustellen. Die Druckdifferenz ΔP kann aufgrund der Auslassdruckspitzen, die Pumpverluste der Kraftmaschine verursachen, im Wesentlichen ansteigen. Eine Erhöhung der Kraftmaschinenpumparbeit über einen gewünschten Pegel hinaus kann die Effizienz, Leistung und Kraftstoffökonomie der Kraftmaschine negativ beeinflussen. Ferner können während dieser Zeit die Expansionsverhältnisse der Turbine übermäßig erhöht werden, was eine Beschädigung an der Turboladerhardware verursachen kann. Außerdem können ein so hoher Auslassdruck, solche Auslassdruckspitzen und hohen Expansionsverhältnisse zu einer hohen Materialermüdung und schließlich Zersetzung verschiedener Kraftmaschinenkomponenten führen. Wie oben beschrieben, kann mindestens eine der AGR-Strömungsrate (AGR-Ventilöffnung), Wastegate-Ventilöffnung und die VGT-Geometrie (VGT-Schaufelposition) eingestellt sein, um einen Auslassdruck zu regulieren und wiederum die Druckdifferenz ΔP auf den gewünschten Pegel (nahe null) zu reduzieren.
  • Bei 410 beinhaltet die Routine das Bestimmen, ob die Druckdifferenz (ΔP) zwischen dem Auslass- und dem Ansaugkrümmer höher als ein Druckdifferenz-Schwellenpegel ist. Falls bestimmt wird, dass die Druckdifferenz ΔP niedriger als die Schwellendruckdifferenz ist, kann hergeleitet werden, dass sich die Kraftmaschinenpumparbeit bei einem gewünschten Pegel befindet. Zur Beibehaltung der Druckdifferenz ΔP unter der Schwellendruckdifferenz können bei 412 eine VGT-Geometrie (Seitenverhältnis) und eine AGR-Ventilposition im gegenwärtigen Zustand beibehalten werden.
  • Falls bei 410 bestimmt wird, dass die Druckdifferenz ΔP höher als der Schwellenwert ist, können Einstellungen an mindestens einer der VGT-Geometrie und der AGR-Ventilöffnung vorgenommen werden, um die Druckdifferenz auf einen gewünschten Pegel zu verringern. Eine Erhöhung der Druckdifferenz ΔP kann während Übergangsabläufen (z. B. während Tip-in- und Tip-out-Ereignissen) des Fahrzeugs stattfinden, die Auslassdruckspitzen verursachen können. Die Druckdifferenz ΔP kann durch weiteres Öffnen der VGT-Schaufeln und/oder durch Erhöhen der Öffnung des Wastegate-Ventils oder des AGR-Ventils verringert werden. Es kann berücksichtigt werden, dass eine Veränderung des Drucks durch Verändern der VGT-Geometrie im Vergleich zu einer Veränderung des Drucks, die durch eine Veränderung der AGR-Ventilöffnung erzielt wird, ein langsamerer Prozess ist.
  • Bei 414 beinhaltet die Routine das Bestimmen, ob Einstellungen nur an der VGT-Geometrie oder dem Ladesollwert zur Regelung der Druckdifferenz ΔP vorgenommen werden sollen. Durch Verändern des Seitenverhältnisses der VGT kann der Strömungsbereich der VGT, der dem Abgas ausgesetzt ist, erhöht werden, sodass eine Veränderung des Auslassdrucks bewirkt wird. Ferner kann durch Verändern des Ladesollwertes ein Auslassdruck wirksam reduziert werden, sodass die Druckdifferenz ΔP reduziert wird. Es muss in Betracht gezogen werden, dass die Effizienz eines Verdichters, der mit der VGT gekoppelt ist, innerhalb eines bestimmten akzeptablen Fensters in der Verdichterkennliniendarstellung hoch ist. Der Verdichter kann stopfen oder pumpen, wenn er über die Stopfgrenze bzw. Pumpgrenze hinaus (außerhalb des akzeptablen Fensters) betrieben wird. Weitere Einstellungen an der VGT-Geometrie sind nur dann möglich, wenn der aktualisierte entsprechende Verdichterbetrieb innerhalb des akzeptablen Fensters in der Verdichterkennliniendarstellung geschätzt wird, um ein mögliches Verdichterstopfen oder -pumpen zu reduzieren. Falls während des gegenwärtigen Betriebs der Verdichterbetrieb entweder nahe der Pump- oder der Stopfgrenze in der Kennliniendarstellung liegt, kann die VGT-Geometrie zur Regulierung der Druckdifferenz ΔP nicht weiter eingestellt werden. Ferner können unter Umständen, wenn die Druckdifferenz ΔP höher als ein zweiter Schwellenwert ist, Einstellungen nur an der VGT-Geometrie nicht ausreichend sein, um die Druckdifferenz ΔP zu verringern.
  • Falls bestimmt wird, dass nur die VGT nicht zur Regulierung der Druckdifferenz ΔP eingestellt werden kann, beinhaltet die Routine bei 416 das Bestimmen, ob Einstellungen nur an der AGR-Ventilöffnung oder dem AGR-Sollwert vorzunehmen sind, um die Druckdifferenz ΔP zu reduzieren. Durch Erhöhen der Öffnung des AGR-Ventils kann die Druckdifferenz ΔP im Vergleich zu der Regulierung der Druckdifferenz ΔP durch Veränderungen an der VGT-Geometrie innerhalb einer kürzeren Zeit reguliert werden. In ähnlicher Weise kann durch Verändern des AGR-Sollwertes der Auslassdruck effektiv reduziert werden, sodass die Druckdifferenz ΔP reduziert wird. Allerdings kann basierend auf Kraftmaschinenbetriebsparametern wie einer Kraftmaschinenlast, Kraftmaschinentemperatur usw. eine AGR-Strömungsrate nur bis zu einer Schwellengrenze erhöht werden. Höhere als die gewünschten Pegel einer AGR-Strömung können eine übermäßige Verdünnung der Ansaugkrümmerluftströmung verursachen, was eine instabile Verbrennung bewirkt. Falls also die gegenwärtigen AGR-Pegel nahe der oberen Schwellengrenze liegen, kann die AGR-Ventilöffnung zur Regulierung der Druckdifferenz ΔP nicht weiter erhöht werden. Ferner kann unter Umständen, wenn die Druckdifferenz ΔP höher als ein zweiter Schwellenwert ist, eine Einstellung nur der AGR-Ventilöffnung nicht ausreichend sein, um die Druckdifferenz ΔP zu verringern.
  • Falls bestimmt wird, dass Einstellungen an einer von einer VGT-Geometrie (oder Ladesollwert) und einer AGR-Ventilöffnung (oder einem AGR-Sollwert) nicht ausreichend ist, um die gegenwärtige Druckdifferenz ΔP zu regulieren, beinhaltet die Routine bei 418 das Bestimmen, ob Einstellungen an jeder der VGT-Geometrie und der AGR-Öffnung zum Reduzieren der Druckdifferenz ΔP erwünscht sind. Als Alternative kann bestimmt werden, ob Einstellungen an jedem des Ladesollwertes und des AGR-Sollwertes zum Reduzieren der Druckdifferenz ΔP erwünscht sind. In einem Beispiel sind Einstellungen sowohl an der VGT als auch den AGR-Ventilen (oder Ladesollwert und AGR-Sollwert) erwünscht, falls die Druckdifferenz ΔP höher als der zweite Schwellenwert ist, wobei Einstellungen an einer der VGT-Geometrie und der AGR-Ventilöffnung nicht ausreichend sein können, um die Druckdifferenz ΔP zu verringern. In einem anderen Beispiel kann mindestens eine der VGT und der AGR nahe bei ihrer Grenze (Verdichterpump- und -stopfgrenze für VGT und Verbrennungsstabilität für AGR) betrieben werden, die durch Kraftmaschinenbetriebsparameter bedingt sind, wobei ein Spielraum für weitere Einstellungen an den jeweiligen Ventilen begrenzt ist. Es kann bestimmt werden, dass basierend auf gegenwärtigen Kraftmaschinenbedingungen, einer gegenwärtigen VGT und AGR-Ventilpositionen keine der VGT-Geometrie und AGR-Ventilöffnung zur Reduzierung der Druckdifferenz ΔP eingestellt werden kann. Unter solchen Umständen können die VGT-Geometrie und die AGR-Ventilposition bei 412 im gegenwärtigen Zustand beibehalten werden. In einem Beispiel können Einstellungen an einer Wastegate-Ventilöffnung auch ausgeführt werden, um die gegenwärtige Druckdifferenz ΔP zu regulieren.
  • Falls bei 414 bestimmt wird, dass Einstellungen nur an der VGT-Geometrie oder dem Ladesollwert für die Regulierung der Druckdifferenz ΔP ausgeführt werden können, geht die Routine weiter zu 420, wobei eine Differenz einer gewünschten Druckdifferenz und einer tatsächlichen Druckdifferenz (Fehler in ΔP) von der Steuerung geschätzt werden kann. Von jedem der Schritte 416 und 418 fährt die Routine zu Schritt 420 fort. Bei 420 kann die Steuerung eine Proportional-Integral(PI)- oder Proportional-Integral-Derivativ(PID-)-Steuerung aufweisen. Die PI(oder PID)-Steuerung kann Signale, einschließlich einer Kraftmaschinendrehzahl, einer Kraftstoffversorgungsplanung, einer Ansaugung und eines Auslassdrucks von den jeweiligen Sensoren als Eingabeparameter empfangen. Basierend auf den Eingabeparametern und einer Differenz (Fehler) zwischen einer gewünschten und einer tatsächlichen Schätzung eines Ansaugdrucks und/oder einer Ansaugkrümmerluftströmung kann die PI-Steuerung erforderliche Einstellungen an einer VGT-Schaufelposition, Wastegate-Ventilöffnung und/oder AGR-Ventilöffnung planen, um die Druckdifferenz ΔP auf einen gewünschten Pegel (nahe null) zu verringern. Der Betrieb der PI-Steuerung wurde unter Bezugnahme auf 2 erläutert. Neben der PI-Steuerung kann eine Proportional-Derivativ(PD)-Steuerung zum Einstellen mindestens eines VGT-Schaufelaktuators, einer Wastegate-Ventilöffnung und einer AGR-Ventilöffnung benutzt werden. Die PD-Steuerung kann eine Differenz zwischen einem Auslass- und einem Ansaugkrümmerdruck nutzen, um eine Kraftmaschinenpumparbeit zu reduzieren und ein Turbinenexpansionsverhältnis zu begrenzen. Der Betrieb der PD-Steuerung zusammen mit der PI-Steuerung wurde unter Bezugnahme auf 3 erläutert.
  • Bei 422 kann die PD-Steuerung zusammen mit der PI-Steuerung eine VGT-Geometrie, eine Wastegate-Ventilposition und/oder eine AGR-Ventilposition basierend auf Eingaben, einschließlich des Fehlers der ΔP (von der Steuerung in Schritt 420 geschätzt), eines Ansaug- und Auslasskrümmerdrucks und einer Kraftmaschinendrehzahl einstellen, die von den jeweiligen Kraftmaschinensensoren empfangen werden. In einem Beispiel kann in einem ersten Modus das Seitenverhältnis der VGT mit mindestens einer von einer Verringerung der Kraftmaschinendrehzahl und einer Erhöhung des Auslassdrucks erhöht werden und das Seitenverhältnis der VGT kann mit mindestens einer von einer Erhöhung der Kraftmaschinendrehzahl und einer Verringerung des Auslassdrucks verringert werden. In einem zweiten Modus kann das Seitenverhältnis der VGT mit einer Erhöhung mindestens einer der Kraftmaschinendrehzahl und des Auslassdrucks erhöht werden und das Seitenverhältnis der VGT kann mit einer Verringerung mindestens eines der Kraftmaschinendrehzahl und des Auslassdrucks verringert werden.
  • Bei 424 können mindestens eine der VGT-Geometrie, der Wastegate-Ventilposition und der AGR-Ventilpositionen basierend auf der Steuerungsausgabe eingestellt werden. Durch Erhöhen der Öffnung der VGT-Schaufeln kann ein VGT-Seitenverhältnis erhöht werden, was eine Reduzierung der Auslassdruckspitzen (mehr Oberflächenbereich zur Auslassexpansion) mit einer geringen Auswirkung auf den Ansaugkrümmerdruck bewirkt. Durch Erhöhen der AGR-Öffnung kann die Auslassströmung aus dem Auslasskrümmer zum Ansaugkrümmer erhöht werden, sodass ein Auslassdruck reduziert wird. Gleichermaßen kann durch Erhöhen einer Wastegate-Ventilöffnung eine Auslassströmung zum Endrohr unter Umgehung der Turbine erhöht werden, sodass ein Auslassdruck reduziert wird.
  • Während einer ersten aufgeladenen Kraftmaschinenbetriebsbedingung kann ein VGT-Schaufelaktuator als Reaktion auf eine höhere als eine erste Schwellendruckdifferenz zwischen einem Auslass- und einem Ansaugkrümmer eingestellt werden; während einer zweiten aufgeladenen Kraftmaschinenbetriebsbedingung kann ein AGR-Ventil als Reaktion auf die höhere als eine erste Schwellendruckdifferenz zwischen dem Auslass- und dem Ansaugkrümmer eingestellt werden; und während einer dritten aufgeladenen Kraftmaschinenbetriebsbedingung kann ein Wastegate-Ventil als Reaktion darauf, dass die Druckdifferenz den ersten Schwellenwert überschreitet, eingestellt werden; wobei ein Ladedruck während jeder der ersten, der zweiten und der dritten Bedingung aufrechterhalten werden kann. Ferner kann jedes des VGT-Schaufelaktuators, des AGR-Ventils und des Wastegate-Ventils als Reaktion auf eine höhere als eine zweite Schwellendruckdifferenz zwischen dem Auslass- und dem Ansaugkrümmer eingestellt werden. Als Alternative kann die Einstellung während aller vier Kraftmaschinenbetriebsbedingungen eingestellt werden, wobei das Einstellen auf einem Verhältnis von Auslasskrümmerdruck zu Ansaugkrümmerdruck basieren kann. In einem Beispiel beinhaltet die erste Bedingung einen Kraftmaschinenbetrieb nahe einer Verbrennungsstabilitätsgrenze, die zweite Bedingung beinhaltet einen Betrieb eines Verdichters, der mit der VGT gekoppelt ist, bei einer Verdichterpump- oder -stopfgrenze und die dritte Bedingung beinhaltet, dass die Druckdifferenz zwischen einem Auslass- und einem Ansaugkrümmer über den zweiten Schwellenwert erhöht wird.
  • Auf diese Weise kann ein Steuersystem die Druckdifferenz zwischen dem Auslass- und dem Ansaugkrümmer durch Einstellen einer VGT-Geometrie und/oder AGR-Ventilposition regulieren (reduzieren), sodass eine Kraftmaschinenpumparbeit und Hardwareabnutzung reduziert werden. Anstatt der Verwendung einer Differenz zwischen dem Auslass- und dem Ansaugdruck zur Planung einer VGT-Schaufelposition, einer Wastegate-Ventilöffnung und/oder AGR-Ventilöffnung kann von dem Steuersystem in einem Beispiel ein Verhältnis zwischen einem Auslass- und einem Ansaugdruck verwendet werden. In einem anderen Beispiel kann nur der Auslassdruck zum Steuern von Auslassdruckspitzen verwendet werden.
  • 5 zeigt eine beispielhafte Betriebssequenz 500, die eine beispielhafte Steuerung der Druckdifferenz zwischen Auslass- und Ansaugkrümmer basierend auf einer Einstellung einer Turbine mit variabler Geometrie (VGT) und einer Abgasrückführungs(AGR)-Ventilposition darstellt. Dementsprechend kann diese Betriebssequenz während eines Kraftmaschinenübergangsbetriebs ausgeführt werden, um eine Druckdifferenz zwischen dem Auslass- und dem Ansaugkrümmerdruck, die durch Auslassdruckspitzen verursacht wird, zu reduzieren. Durch Reduzieren der Druckdifferenz kann eine Kraftmaschinenpumparbeit reduziert werden. Die horizontale Achse (x-Achse) gibt die Zeit an, und die vertikalen Markierungen t1–t9 identifizieren signifikante Zeitpunkte während des Betriebs der Sequenz 500.
  • Die erste Auftragung, Linie 502, von oben, zeigt die Variation der Gaspedalposition im Verlauf der Zeit. Die zweite Auftragung, Linie 504, zeigt eine Differenz (ΔP) zwischen einem Auslass- und einem Ansaugkrümmerdruck. Eine Schätzung des Ansaugdrucks kann von einem Ansaugkrümmerdrucksensor erhalten werden und eine Schätzung des Auslassdrucks kann von einem Auslasskrümmerdrucksensor erhalten werden, wobei die Differenz zwischen den beiden Schätzungen von einer Kraftmaschinensteuerung berechnet werden kann. Die gepunkteten Linien 505 und 507 zeigen einen ersten bzw. einen zweiten unteren Schwellenwert der Druckdifferenz ΔP. Damit die Kraftmaschine optimal ohne übermäßige Pumpverluste arbeiten kann, kann die Druckdifferenz ΔP bei einem Pegel gehalten werden, der niedriger als der erste Schwellenwert 505 (nahe null) ist. Die dritte Auftragung, Linie 506 zeigt die Variation des Auslassdrucks im Verlauf der Zeit. Während eines Kraftmaschinenübergangsbetriebs kann es Auslassdruckspitzen geben, die auch die Druckdifferenz ΔP beeinflussen. Die vierte Auftragung, Linie 508, zeigt eine Position einer VGT-Schaufel und die fünfte Auftragung, Linie 510, zeigt eine Position eines AGR-Ventils (einer AGR-Ventilöffnung).
  • Vor dem Zeitpunkt t1 wird die Pedalposition ohne signifikante Fluktuation als konstant festgestellt. Während dieser Zeit werden der Auslassdruck und die Druckdifferenz ΔP ebenfalls bei einem stetigen Pegel gehalten, wobei die Druckdifferenz ΔP deutlich unter dem ersten Schwellenwert 505 liegt. Die VGT-Schaufel wird basierend auf einem Ladedruck, der für den Kraftmaschinenbetrieb gewünscht wird, bei einer konstanten Position gehalten. Ferner wird während dieser Zeit die AGR-Ventilöffnung basierend auf dem AGR-Pegel, der für einen gegenwärtigen Kraftmaschinenbetrieb gewünscht wird, konstant gehalten.
  • Zum Zeitpunkt t1 wird ein Tip-in-Ereignis durch die Veränderung der Gaspedalposition erkannt. Während eines solchen Übergangsbetriebs der Kraftmaschine wie während des Tip-in-Ereignisses wird der Auslassdruck innerhalb einer kurzen Zeit erhöht, sodass Auslassdruckspitzen verursacht werden. Allerdings kann eine Erhöhung des Ansaugdrucks (aufgrund des großen Volumens des Ansaugkrümmers im Vergleich zum Auslasskrümmer) länger dauern. Ferner können Ansaugdruckspitzen im Vergleich zu den Auslassdruckspitzen, die aufgrund des gleichen Tip-in-Ereignisses stattfinden, kleiner sein. Aufgrund des Tip-in-Ereignisses wird zum Zeitpunkt t2 eine Spitze im Auslassdruck festgestellt. Infolgedessen kann die Druckdifferenz ΔP auf einen Pegel über dem ersten Schwellenwert 505 (jedoch unter dem zweiten Schwellenwert 507) erhöht werden. Eine höhere als die Schwellendruckdifferenz ΔP kann zu einer Erhöhung der Kraftmaschinenpumparbeit führen, die wiederum eine Kraftmaschineneffizienz, -leistung und -kraftstoffökonomie negativ beeinflussen kann. Ferner können während dieser Zeit die Expansionsverhältnisse der Turbine übermäßig erhöht werden, was eine Beschädigung an der Turboladerhardware verursachen kann. Außerdem können solche Auslassdruckspitzen und hohen Expansionsverhältnisse zu einer hohen Materialermüdung und schließlich Abnutzung von Turboladerhardware führen.
  • Daher kann zum Verringern der Auslassdruckspitze und Verringern der Druckdifferenz ΔP zum Zeitpunkt t2 der VGT-Schaufelaktuator eingestellt werden. In diesem Beispiel können die VGT-Schaufeln ferner geöffnet werden, um das VGT-Seitenverhältnis zu erhöhen, sodass eine Reduzierung des Auslassdrucks vorhanden ist, während Abgas durch einen erhöhten Oberflächenbereich der VGT-Schaufeln strömt. Eine Proportional-Integral(PI)-Steuerung und eine Proportional-Derivativ(PD)-Steuerung können in Kombination verwendet werden, um eine gewünschte Einstellung der VGT-Schaufelöffnung zu bestimmen, um die Druckdifferenz zwischen dem Auslass- und dem Ansaugkrümmer zu reduzieren. Die Steuerung kann ein Signal an einen Aktuator senden, der mit den VGT-Schaufeln gekoppelt ist, um die VGT-Geometrie einzustellen.
  • Die PI-Steuerung kann Signale, einschließlich einer Kraftmaschinendrehzahl, Kraftstoffversorgungsplanung, eines Ansaug- und Auslasskrümmerdrucks empfangen und die PD-Steuerung kann Signale, einschließlich einer Druckdifferenz ΔP, eines Ansaug- und Auslasskrümmerdrucks und einer Kraftmaschinendrehzahl von den jeweiligen Sensoren empfangen, wobei diese Signale zum Planen einer Einstellung für die VGT-Schaufelposition benutzt werden können. Weitere Einstellungen an der VGT-Geometrie können ferner unter Berücksichtigung der entsprechenden Verdichterstopf- und -pumpgrenze vorgenommen werden. Basierend auf Kraftmaschinenbetriebsparametern, dem Ausmaß einer angeforderten Auslassdruckreduzierung, einer VGT-Schaufelposition und einer AGR-Ventilposition kann von der Steuerung bestimmt werden, dass die AGR-Ventilöffnung bei der gleichen Position gehalten werden kann und nur VGT-Schaufelaktuator-Einstellungen ausreichend sein können, um die Auslassdruckspitze und die Druckdifferenz ΔP zu reduzieren. Dementsprechend hängen AGR-Pegel von Kraftmaschinenbetriebsparametern ab, wobei eine höhere als die gewünschte AGR-Strömungsrate zu einer übermäßigen Verdünnung der Ansaugluft führen kann, was eine instabile Verbrennung verursacht. Da ferner die Druckdifferenz ΔP geringer als der zweite Schwellenwert 507 ist, kann die Druckveränderung, die zur Reduzierung der Auslassspitze und der Druckdifferenz ΔP erforderlich ist, einzig und allein durch Einstellen der VGT-Geometrie bereitgestellt werden.
  • Zwischen Zeitpunkt t2 und t3 kann die VGT-Schaufelöffnung bei dem erhöhten Pegel gehalten werden. Ferner liegt basierend auf den Einstellungen, die an der VGT-Geometrie vorgenommen werden, während dieser Zeit eine Reduzierung des Auslassdrucks und der Druckdifferenz ΔP vor. Aufgrund der Veränderung der VGT-Geometrie verringert sich der Ansaugdruck auch bei einer niedrigeren Rate im Vergleich zur Verringerungsrate des entsprechenden Auslassdrucks. Zum Zeitpunkt t3 kann festgestellt werden, dass das Tip-in-Ereignis beendet ist und die Pedalposition zu einem stabilen Wert zurückgekehrt ist. Ferner liegt eine Reduzierung des Auslassdrucks und der Druckdifferenz ΔP auf einen Pegel vor, der höher als der erste Schwellenwert 505 ist. Als Reaktion auf die Reduzierung des Auslassdrucks und der Druckdifferenz ΔP kann die VGT-Geometrie unter Berücksichtigung der gegenwärtigen Druckpegel (Ansaug- und Auslasskrümmerdruck) und anderer Kraftmaschinenbetriebsbedingungen weiter eingestellt werden. In diesem Beispiel können die VGT-Schaufeln zu diesem Zeitpunkt in einem Maße geschlossen werden (im Vergleich zur VGT-Geometrie während des Zeitraums t2 und t3), sodass eine Reduzierung des Oberflächenbereichs der VGT-Schaufeln vorliegt, die dem Abgas ausgesetzt sind.
  • Zwischen Zeitpunkt t3 und t4 liegt keine signifikante Variation der Pedalposition vor. Während dieser Zeit werden der Auslassdruck und die Druckdifferenz ΔP ebenfalls bei einem stetigen Pegel gehalten, wobei die Druckdifferenz ΔP deutlich unter dem ersten Schwellenwert 505 liegt. Daher wird jedes des VGT- und des AGR-Ventils basierend auf gegenwärtigen Kraftmaschinenbetriebsparametern bei einer konstanten Position gehalten.
  • Zum Zeitpunkt t4 wird ein zweites Tip-in-Ereignis durch die Veränderung der Gaspedalposition erkannt. Infolgedessen kann eine Spitze des Auslassdrucks festgestellt und die Druckdifferenz ΔP auf einen Pegel über dem ersten Schwellenwert 505 (jedoch unter dem zweiten Schwellenwert 507) erhöht werden. Daher kann zum Verringern der Auslassdruckspitze und Verringern der Druckdifferenz ΔP zum Zeitpunkt t5 die AGR-Ventilöffnung eingestellt werden. In diesem Beispiel kann durch Erhöhen der AGR-Ventilöffnung die Luftströmung aus dem Auslasskrümmer zum Ansaugkrümmer erhöht werden, sodass eine Reduzierung des Auslassdrucks verursacht wird. Die Proportional-Integral(PI)-Steuerung und die Proportional-Derivativ(PD)-Steuerung können zusammen verwendet werden, um die erforderliche Einstellung der AGR-Ventilöffnung zu bestimmen, um die Druckdifferenz zwischen dem Auslass- und dem Ansaugkrümmer zu reduzieren. Die Steuerung kann ein Signal an einen Aktuator senden, der mit dem AGR-Ventil gekoppelt ist, um die Ventilöffnung zu erhöhen.
  • Die PI-Steuerung kann Signale, einschließlich einer Kraftmaschinendrehzahl, Kraftstoffversorgungsplanung, einer AGR-Strömungsrate, eines Ansaug- und Auslasskrümmerdrucks empfangen und die PD-Steuerung kann Signale, einschließlich einer Druckdifferenz ΔP, eines Ansaug- und Auslasskrümmerdrucks und einer Kraftmaschinendrehzahl von den jeweiligen Sensoren empfangen, wobei diese Signale zum Planen einer Einstellung für die AGR-Ventilposition benutzt werden können. Basierend auf Kraftmaschinenbetriebsparametern, dem Ausmaß einer angeforderten Auslassdruckreduzierung, einer VGT-Geometrie und einer AGR-Ventilposition kann von der Steuerung bestimmt werden, dass zu diesem Zeitpunkt die VGT-Schaufeln bei der gleichen Position gehalten werden können und nur AGR-Ventileinstellungen ausreichend sein können, um die Auslassdruckspitze und die Druckdifferenz ΔP zu reduzieren. Da ferner die Druckdifferenz ΔP geringer als der zweite Schwellenwert 507 ist, kann die Druckveränderung, die zur Reduzierung der Auslassspitze und der Druckdifferenz ΔP erforderlich ist, einzig und allein durch Einstellen der AGR-Öffnung bereitgestellt werden. Es kann berücksichtigt werden, dass eine Veränderung des Drucks durch Verändern der AGR-Öffnung im Vergleich zu einer Veränderung des Drucks, die durch eine Veränderung der VGT-Schaufelposition erzielt wird, ein schnellerer Prozess ist.
  • Zwischen Zeitpunkt t5 und t6 kann die AGR-Ventilöffnung bei dem erhöhten Pegel gehalten werden. Ferner liegt basierend auf den Einstellungen, die an der AGR-Ventilöffnung vorgenommen werden, während dieser Zeit eine Reduzierung des Auslassdrucks und der Druckdifferenz ΔP vor. Als Reaktion auf die Veränderung der AGR-Ventilöffnung kann der Ansaugdruck zuerst leicht ansteigen und danach abfallen. Dieses Verhalten hängt von dem Betriebsbereich ab, wobei die Ansaugdruckreaktion in einigen Bereichen monoton sein kann. Zum Zeitpunkt t6 kann festgestellt werden, dass das Tip-in-Ereignis beendet ist und die Pedalposition zu einem stabilen Wert zurückgekehrt ist. Ferner liegt eine Reduzierung des Auslassdrucks vor, weshalb eine Verringerung der Druckdifferenz ΔP auf einen Pegel beobachtet wird, der höher als der erste Schwellenwert 505 ist. Als Reaktion auf die Reduzierung des Auslassdrucks und der Druckdifferenz ΔP kann die AGR-Öffnung unter Berücksichtigung der gegenwärtigen Druckpegel (Ansaug- und Auslasskrümmerdruck) und anderer Kraftmaschinenbetriebsbedingungen weiter eingestellt werden. In diesem Beispiel kann zu diesem Zeitpunkt die Öffnung des AGR-Ventils auf ein kleineres Maß reduziert werden (im Vergleich zu der AGR-Ventilöffnung während des Zeitraums t5 und t6), um eine Auslassströmung von dem Auslasskrümmer zum Ansaugkrümmer zu reduzieren.
  • Zwischen Zeitpunkt t6 und t7 wird das Pedal ohne signifikante Fluktuation bei einer konstanten Position gehalten. Während dieser Zeit werden der Auslassdruck und die Druckdifferenz ΔP ebenfalls bei einem stetigen Pegel gehalten, wobei die Druckdifferenz ΔP deutlich unter dem ersten Schwellenwert 505 liegt. Jedes des VGT- und des AGR-Ventils wird basierend auf einem gegenwärtigen Kraftmaschinenbetrieb bei einer konstanten Position gehalten.
  • Zum Zeitpunkt t7 wird ein Tip-out-Ereignis durch die Veränderung der Gaspedalposition erkannt. Während des Tip-out-Ereignisses kann zum Zeitpunkt t8 eine Auslassdruckspitze festgestellt werden. Infolgedessen kann die Druckdifferenz ΔP auf einen Pegel sogar oberhalb des zweiten Schwellenwertes 507 ansteigen. Ein großer Wert der Druckdifferenz ΔP (höher als der zweite Schwellenwert 507) kann zu einer wesentlichen Erhöhung der Kraftmaschinenpumparbeit führen, was wiederum die Effizienz, Leistung und Kraftstoffökonomie der Kraftmaschine negativ beeinflussen kann. Außerdem können solche Auslassdruckspitzen zu einer hohen Materialermüdung und schließlich Abnutzung verschiedener Kraftmaschinenkomponenten führen.
  • Daher kann zum Verringern der Auslassdruckspitze und der Druckdifferenz ΔP zum Zeitpunkt t8 jede der VGT-Geometrie und der AGR-Ventilöffnung eingestellt werden. Da zu diesem Zeitpunkt die Druckdifferenz ΔP höher als der zweite Schwellenwert 507 ist, können eine Einstellung an einer der VGT-Geometrie und der AGR-Öffnung unzureichend sein, um die Druckdifferenz ΔP zu erhöhen. Daher können zu diesem Zeitpunkt Einstellungen an jeder der VGT-Geometrie und der AGR-Öffnung vorgenommen werden. Wie zuvor, können die Proportional-Integral(PI)-Steuerung und die Proportional-Derivativ(PD)-Steuerung zusammen verwendet werden, um die erforderliche Einstellung an jedem des VGT-Schaufelaktuators und des AGR-Ventils zu bestimmen, um die Druckdifferenz zwischen dem Auslass- und dem Ansaugkrümmer auf einen optimalen Pegel zu erhöhen. Die Steuerung kann ein Signal an jeweilige Aktuatoren senden, die mit jeder der VGT-Schaufeln und dem AGR-Ventil gekoppelt sind, um die Ventilöffnungen zu erhöhen.
  • Zwischen Zeitpunkt t8 und t9 kann die VGT-Geometrie und die AGR-Ventilöffnung bei den erhöhten Pegeln gehalten werden. Ferner liegt basierend auf den Einstellungen, die sowohl an der VGT-Geometrie als auch der AGR-Ventilöffnung vorgenommen werden, während dieser Zeit eine Reduzierung des Auslassdrucks und der Druckdifferenz ΔP vor. Zum Zeitpunkt t9 kann festgestellt werden, dass das Tip-out-Ereignis beendet wurde und die Pedalposition zu einem stabilen Pegel zurückgekehrt ist. Ferner liegt eine Reduzierung des Auslassdrucks vor, wobei folglich eine Verringerung der Druckdifferenz ΔP festgestellt wird. Die Druckdifferenz ΔP kann auf einen Pegel verringert werden, der sowohl niedriger als der zweite (507) als auch der erste Schwellenwert (505) ist. Als Reaktion auf die Reduzierung des Auslassdrucks und der Druckdifferenz ΔP können zum Zeitpunkt t9 die Öffnung der VGT-Schaufeln und des AGR-Ventils (im Vergleich zu VGT- und AGR-Ventilöffnung während des Zeitraums t8 und t9) auf den Pegel reduziert werden, der basierend auf gegenwärtigen Kraftmaschinenbetriebsparametern gewünscht wird.
  • Nach Zeitpunkt t9 wird keine weitere Veränderung im Pedal festgestellt. Ferner werden der Auslassdruck und die Druckdifferenz ΔP deutlich innerhalb der gewünschten Grenzen bei einem stetigen Pegel gehalten. Jedes des VGT- und des AGR-Ventils wird basierend auf einem gegenwärtigen Kraftmaschinenbetrieb bei einer konstanten Position gehalten. Neben einer VGT-Geometrie- und AGR-Ventilöffnung kann eine Wastegate-Ventilöffnung ebenfalls eingestellt werden, um die Differenz zwischen dem Auslass- und dem Ansaugkrümmerdruck zu reduzieren. Auf diese Weise kann während Kraftmaschinenübergangsbetriebs eine Druckdifferenz zwischen dem Auslass- und dem Ansaugkrümmer durch geeignete Einstellungen, die an mindestens einer der VGT-Geometrie und der AGR-Ventilposition vorgenommen werden, auf einen optimalen Pegel reduziert werden, sodass eine Kraftmaschinenpumparbeit gesteuert wird.
  • In einem Beispiel umfasst ein Verfahren für ein aufgeladenes Kraftmaschinensystem das Einstellen einer Turbine mit variabler Geometrie (VGT) basierend auf einer Differenz zwischen einem Auslassdruck und einem Ansaugdruck, um die Differenz unter einen Schwellenwert zu reduzieren. Das vorstehende beispielhafte Verfahren umfasst ferner zusätzlich oder wahlweise, während des Einstellens, das Beibehalten eines gewünschten Ladedrucks, und wobei das Einstellen ferner auf einem oder mehreren von einer Luftströmung, einer Auslassströmung, einer Kraftmaschinendrehzahl, einer Kraftmaschinendrehzahl kombiniert mit Last, einer Turboladerdrehzahl, einer Kraftstoffversorgung, einem Drehmoment (Last), einem Auslassdruck und Umgebungsbedingungen, einschließlich einer Umgebungstemperatur und eines Umgebungsdrucks basiert. In einem oder allen vorstehenden Beispielen beinhaltet das Betreiben bei einem geschlossenen Regelkreis zusätzlich oder wahlweise das Planen einer Verstärkung zum Einstellen einer VGT-Geometrie basierend auf jeder der Kraftmaschinendrehzahl und des Auslassdrucks. In einem oder allen vorstehenden Beispielen beinhaltet das Einstellen ferner zusätzlich oder wahlweise das Verändern eines Seitenverhältnisses der VGT basierend auf der geplanten Verstärkung. In einem oder allen vorstehenden Beispielen beinhaltet, zusätzlich oder wahlweise, das Einstellen basierend auf der geplanten Verstärkung, in einem ersten Modus, das Erhöhen des Seitenverhältnisses der VGT mit mindestens einer einer Verringerung der Kraftmaschinendrehzahl und einer Erhöhung des Auslassdrucks und das Verringern des Seitenverhältnisses der VGT mit mindestens einer einer Erhöhung der Kraftmaschinendrehzahl und einer Verringerung des Auslassdrucks; und in einem zweiten Modus, das Erhöhen des Seitenverhältnisses der VGT mit einer Erhöhung mindestens einer der Kraftmaschinendrehzahl und des Auslassdrucks und Verringern des Seitenverhältnisses der VGT mit einer Verringerung mindestens einer der Kraftmaschinendrehzahl und des Auslassdrucks. In einem oder allen vorstehenden Beispielen erfolgt das Einstellen zusätzlich oder wahlweise als Reaktion darauf, dass die Differenz zwischen dem Auslassdruck und dem Ansaugdruck einen ersten Schwellenwert überschreitet. Ein oder alle vorstehenden Beispiele umfassen ferner, zusätzlich oder wahlweise, das Einstellen eines Abgasrückführungs(AGR)-Ventils, das mit einem AGR-System gekoppelt ist, basierend auf der Differenz zwischen dem Auslassdruck und dem Ansaugdruck, um die Differenz unterhalb des Schwellenwertes zu reduzieren, wobei das Einstellen ferner auf jedem der Kraftmaschinendrehzahl und des Auslassdrucks basiert, wobei das Einstellen des AGR-Ventils das Erhöhen der AGR-Ventilöffnung mit mindestens einer von einer Verringerung der Kraftmaschinendrehzahl und einer Erhöhung des Auslassdrucks; und Verringern der Ventilöffnung mit mindestens einer von einer Erhöhung der Kraftmaschinendrehzahl und einer Verringerung des Auslassdrucks beinhaltet. Ein oder alle vorstehenden Beispiele umfassen ferner, zusätzlich oder wahlweise, das Einstellen eines Wastegate-Ventils, das mit einem Wastegate-Kanal gekoppelt ist, basierend auf der Differenz zwischen dem Auslassdruck und dem Ansaugdruck, um die Differenz unterhalb des Schwellenwertes zu reduzieren, wobei das Einstellen ferner auf jedem der Kraftmaschinendrehzahl und des Auslassdrucks basiert, und wobei das Einstellen des Wastegate-Ventils das Erhöhen der Wastegate-Ventilöffnung mit mindestens einer von einer Verringerung der Kraftmaschinendrehzahl und einer Erhöhung des Auslassdrucks; und Verringern der Wastegate-Ventilöffnung mit mindestens einer von einer Erhöhung der Kraftmaschinendrehzahl und einer Verringerung des Auslassdrucks beinhaltet. Ein oder alle vorstehenden Beispiele umfassen ferner, zusätzlich oder wahlweise, das Einstellen jedes der VGT-Geometrie und des AGR-Ventils als Reaktion darauf, dass die Differenz zwischen dem Auslassdruck und dem Ansaugdruck einen zweiten Schwellenwert überschreitet, wobei der zweite Schwellenwert höher als der erste Schwellenwert ist. In einem oder allen vorstehenden Beispielen beinhaltet, zusätzlich oder wahlweise, das Einstellen des AGR-Ventils das Erhöhen der AGR-Ventilöffnung mit mindestens einer von einer Verringerung der Kraftmaschinendrehzahl und einer Erhöhung des Auslassdrucks; und Verringern der Ventilöffnung mit mindestens einer von einer Erhöhung der Kraftmaschinendrehzahl und einer Verringerung des Auslassdrucks.
  • Ein anderes beispielhaftes Verfahren für eine Kraftmaschine umfasst, während einer ersten aufgeladenen Kraftmaschinenbetriebsbedingung, das selektive Einstellen eines Schaufelaktuators der Turbine mit variabler Geometrie (VGT) als Reaktion darauf, dass eine Druckdifferenz zwischen einem Auslasskrümmer und einem Ansaugkrümmer einen ersten Schwellenwert überschreitet; während einer zweiten aufgeladenen Kraftmaschinenbetriebsbedingung, das selektive Einstellen eines Abgasrückführungs(AGR)-Ventils als Reaktion darauf, dass die Druckdifferenz den ersten Schwellenwert überschreitet; und während sowohl der ersten als auch der zweiten Bedingung, Beibehalten eines Ladedrucks während einer dritten aufgeladen Kraftmaschinenbetriebsbedingung, das selektive Einstellen eines Wastegate-Ventils als Reaktion darauf, dass die Druckdifferenz den ersten Schwellenwert überschreitet; und während jeder der ersten, zweiten und dritten Bedingung, Beibehalten eines Ladedrucks. Das vorstehende beispielhafte Verfahren kann zusätzlich oder wahlweise ferner, während einer vierten aufgeladenen Kraftmaschinenbetriebsbedingung, das Einstellen jedes des VGT-Schaufelaktuators, des AGR-Ventils und des Wastegate-Ventils als Reaktion darauf, dass die Druckdifferenz einen zweiten Schwellenwert überschreitet, umfassen, wobei der zweite Schwellenwert höher als der erste Schwellenwert ist, wobei während jeder der ersten, der zweiten und der dritten Bedingung das Einstellen ferner auf einem Verhältnis des Auslasskrümmerdrucks zum Ansaugkrümmerdruck basiert. In einem oder allen vorstehenden Beispielen weist die Kraftmaschine zusätzlich oder wahlweise einen Ansaugverdichter auf, wobei die erste Bedingung einen Kraftmaschinenbetrieb bei oder innerhalb eines Schwellenabstands einer Verbrennungsstabilitätsgrenze beinhaltet und wobei die zweite Bedingung einen Verdichterbetrieb bei oder innerhalb des Schwellenabstands einer Verdichterpumpgrenze beinhaltet. In einem oder allen vorstehenden Beispielen beinhaltet, zusätzlich oder wahlweise, das Einstellen des VGT-Schaufelaktuators während der ersten Bedingung und das Einstellen des AGR-Ventils während der zweiten Bedingung das Einstellen mit einer Verstärkung, wobei die Verstärkung auf jedem einer Kraftmaschinendrehzahl und eines Auslasskrümmerdrucks basiert, wobei die Verstärkung mit mindestens einer von einer Verringerung der Kraftmaschinendrehzahl und einer Erhöhung des Auslasskrümmerdrucks erhöht wird. In einem oder allen vorstehenden Beispielen beinhaltet, zusätzlich oder wahlweise, das Einstellen des VGT-, des AGR- oder des Wastegate-Aktuators das Einstellen mit einem ersten Term, der auf einer Proportional-Integral(PI)-Steuerung basiert, wobei der erste Term auf einer Kraftmaschinendrehzahl, einem geschätzten Ansaugkrümmerdruck, einem angestrebten Ansaugkrümmerdruck und einem geschätzten Auslasskrümmerdruck basiert, und danach das Einstellen mit einem zweiten Term, der auf einer Proportional-Derivativ(PD)-Steuerung basiert, wobei der zweite Term auf einer Kraftmaschinendrehzahl und einer Differenz zwischen dem geschätzten Auslasskrümmer- und dem geschätzten Ansaugkrümmerdruck basiert. In einem oder allen vorstehenden Beispielen beinhaltet, zusätzlich oder wahlweise, das selektive Einstellen während der ersten Bedingung das Betätigen des VGT-Schaufelaktuators, um eine Öffnung der VGT-Schaufeln basierend auf jedem des ersten und des zweiten Terms zu erhöhen, um ein Seitenverhältnis des VGT zu erhöhen, und wobei das selektive Einstellen während der zweiten Bedingung das Öffnen des AGR-Ventils basierend auf jedem des ersten und des zweiten Terms basiert, um eine Öffnung eines AGR-Kanals zu erhöhen. In einem oder allen vorstehenden Beispielen wird die Druckdifferenz zwischen dem Auslasskrümmer und dem Ansaugkrümmer zusätzlich oder wahlweise basierend auf einer Ansaugdruckschätzung, die von einem Ansaugkrümmer-Drucksensor erhalten wird, und einer Auslassdruckschätzung, die von einem Auslasskrümmer-Drucksensor erhalten wird, berechnet.
  • In noch einem anderen Beispiel, eine Kraftmaschine, die einen Ansaugkrümmer und einen Auslasskrümmer aufweist; einen Turbolader zum Bereitstellen einer aufgeladenen Luftladung zur Kraftmaschine, wobei der Turbolader eine Auslassturbine mit variabler Geometrie (VGT) aufweist, die einen Ansaugverdichter antreibt, wobei die Auslassturbine Schaufeln zum Variieren eines Seitenverhältnisses der Turbine aufweist; einen Wastegate-Kanal, der über die Auslassturbine gekoppelt ist, wobei der Wastegate-Kanal ein Wastegate-Ventil aufweist; ein Abgasrückführungs(AGR)-System, das einen Abgasrückführungskanal mit einem AGR-Ventil aufweist, wobei der AGR-Kanal Abgase aus dem Auslasskrümmer zum Ansaugkrümmer zurückführt; einen ersten Drucksensor, der mit dem Ansaugkrümmer gekoppelt ist; einen zweiten Drucksensor, der mit dem Auslasskrümmer gekoppelt ist; eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die in dem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, für Folgendes: während des Betriebs der Kraftmaschine mit aktivierter Aufladung, Reduzieren einer Differenz zwischen einem Auslasskrümmerdruck und einem Ansaugkrümmerdruck über Einstellungen an mindestens einem eines Seitenverhältnisses der Auslassturbine, einer Öffnung des Wastegate-Ventils und einer Öffnung des Abgasrückführungs-Ventils. Das vorstehende Beispiel beinhaltet ferner, zusätzlich oder wahlweise, dass das Reduzieren der Differenz zwischen dem Auslasskrümmerdruck und dem Ansaugkrümmerdruck das Erhöhen mindestens einer von einer VGT-Schaufelöffnung, Wastegate-Ventilöffnung und AGR-Ventilöffnung als Reaktion auf eine Erhöhung der Druckdifferenz zwischen dem Auslasskrümmerdruck und dem Ansaugkrümmer oberhalb des Schwellenwertes beinhaltet. Im vorstehenden Beispiel beinhaltet, zusätzlich oder wahlweise, das Beibehalten einer Differenz oberhalb eines Schwellenwertes das Erhöhen einer Öffnung mindestens eines der VGT-Schaufeln und des AGR-Ventils als Reaktion auf eine Druckdifferenz unterhalb eines Schwellenwertes. Im vorstehenden Beispiel beinhaltet, zusätzlich oder wahlweise, das Reduzieren der Differenz zwischen dem Auslasskrümmerdruck und dem Ansaugkrümmerdruck das Erhöhen mindestens eines der VGT-Schaufeln und des AGR-Ventils als Reaktion auf eine Erhöhung der Druckdifferenz zwischen dem Auslasskrümmerdruck und dem Ansaugkrümmer oberhalb des Schwellenwertes. In einem oder allen vorstehenden Beispielen, beinhaltet, zusätzlich oder wahlweise, das Erhöhen mindestens einer der VGT-Schaufelöffnung, Wastegate-Ventilöffnung und AGR-Ventilöffnung das Berechnen eines oder mehrerer Steuerterme (z. B. Verstärkungen) über mindestens eine einer Proportional-Integral(PI)-Steuerung, einer Proportional-Derivativ(PD)-Steuerung und einer Proportional-Integral-Derivativ(PID)-Steuerung basierend auf einer Kraftmaschinendrehzahl, einem Ansaug- und einem Auslasskrümmerdruck und das Betätigen mindestens einer der VGT-Ventilöffnung, Wastegate-Ventilöffnung und AGR-Ventilöffnung in Übereinstimmung mit der berechneten Verstärkung. In einem oder allen vorstehenden Beispielen beinhaltet, zusätzlich oder wahlweise, das Beibehalten einer Differenz oberhalb eines Schwellenwertes das Einstellen mindestens eines der VGT-Schaufeln und des AGR-Ventils basierend auf der Kraftmaschinendrehzahl und dem Auslassdruck, wobei die Öffnung mindestens eines der VGT-Schaufeln und des AGR-Ventils erhöht wird, während die Kraftmaschinendrehzahl verringert wird oder der Auslasskrümmerdruck erhöht wird, und wobei die Öffnung mindestens eines der VGT-Schaufeln und des AGR-Ventils verringert wird, während die Kraftmaschinendrehzahl erhöht wird oder der Auslasskrümmerdruck verringert wird. In einem oder allen vorstehenden Beispielen, beinhaltet, zusätzlich oder wahlweise, das Reduzieren der Differenz zwischen dem Auslasskrümmerdruck und dem Ansaugkrümmerdruck das Einstellen mindestens eines der VGT-Schaufeln, des Wastegate-Ventils und des AGR-Ventils basierend auf der Kraftmaschinendrehzahl und dem Auslassdruck, wobei mindestens eine der VGT-Schaufelposition, der Wastegate-Ventilöffnung und AGR-Ventilöffnung erhöht wird, während die Kraftmaschinendrehzahl verringert wird oder der Auslasskrümmerdruck erhöht wird, und wobei mindestens eine der VGT-Schaufelposition, der Wastegate-Ventilöffnung und AGR-Ventilöffnung verringert wird, während die Kraftmaschinendrehzahl oder der Auslasskrümmerdruck verringert wird.
  • In einer weiteren Darstellung umfasst ein Verfahren für eine Kraftmaschine das Einstellen einer Turbine mit variabler Geometrie (VGT) basierend auf einer Differenz zwischen einem Auslassdruck und einem Ansaugdruck, um einen gewünschten Ladedruck beizubehalten. Im vorstehenden Beispiel basiert das Einstellen zusätzlich oder wahlweise auf jedem von einer Kraftmaschinendrehzahl und einem Auslassdruck. Beliebige oder alle vorstehenden Beispiele umfassen ferner, zusätzlich oder wahlweise, das Einstellen eines Abgasrückführungs(AGR)-Ventils, das mit einem AGR-System gekoppelt ist, basierend auf der Differenz zwischen dem Auslassdruck und dem Ansaugdruck, um den gewünschten Ladedruck beizubehalten, wobei das Einstellen ferner auf jedem der Kraftmaschinendrehzahl und des Auslassdrucks basiert, wobei das Einstellen des AGR-Ventils das Erhöhen der AGR-Ventilöffnung mit mindestens einer von einer Verringerung der Kraftmaschinendrehzahl und einer Erhöhung des Auslassdrucks; und Verringern der Ventilöffnung mit mindestens einer von einer Erhöhung der Kraftmaschinendrehzahl und einer Verringerung des Auslassdrucks beinhaltet. Beliebige oder alle vorstehenden Beispiele umfassen ferner, zusätzlich oder wahlweise, das Einstellen eines Wastegate-Ventils, das mit einem Wastegate-Kanal gekoppelt ist, basierend auf der Differenz zwischen dem Auslassdruck und dem Ansaugdruck, um den gewünschten Ladedruck beizubehalten, wobei das Einstellen ferner auf jedem der Kraftmaschinendrehzahl und des Auslassdrucks basiert, und wobei das Einstellen des Wastegate-Ventils das Erhöhen der Wastegate-Ventilöffnung mit mindestens einer von einer Verringerung der Kraftmaschinendrehzahl und einer Erhöhung des Auslassdrucks; und Verringern der Wastegate-Ventilöffnung mit mindestens einer von einer Erhöhung der Kraftmaschinendrehzahl und einer Verringerung des Auslassdrucks beinhaltet. In einem anderen Beispiel beinhaltet das Einstellen jeder einer VGT-Schaufelgeometrie, einer AGR-Ventilöffnung und einer Wastegate-Ventilposition mit der Verstärkung das Einstellen mit einem ersten Term, der auf einer Proportional-Integral(PI)-Steuerung basiert, wobei der erste Term auf einer Kraftmaschinendrehzahl, einem geschätzten Ansaugkrümmerdruck und Auslasskrümmerdruck basiert, und danach das Einstellen mit einem zweiten Term, der auf einer Proportional-Derivativ(PD)-Steuerung basiert, wobei der zweite Term auf einer Kraftmaschinendrehzahl und Auslasskrümmerdruck basiert. In noch einem anderen Beispiel kann das Erhöhen mindestens einer der VGT-Schaufelöffnung, der Wastegate-Ventilöffnung und der AGR-Ventilöffnung das Planen einer Verstärkung über mindestens eine einer Proportional-Integral(PI)-Steuerung, einer Proportional-Derivativ(PD)-Steuerung und einer Proportional-Integral-Derivativ(PID)-Steuerung basierend auf einer Kraftmaschinendrehzahl, einem Ansaug- und einem Auslasskrümmerdruck beinhalten. Auf diese Weise kann jede einer VGT-Geometrie und einer AGR-Ventilöffnung wirksam eingestellt werden, um eine optimale Druckdifferenz zwischen einem Ansaug- und einem Auslasskrümmer der Kraftmaschine beizubehalten. Durch Beibehalten der Druckdifferenz bei einem optimalen Pegel können Kraftmaschinenpumpverluste reduziert werden. Zudem können Auslassdruckspitzen und übermäßige Expansionsverhältnisse vermieden werden, sodass eine Kraftmaschinenleistung und Kraftstoffeffizienz verbessert werden. Die technische Wirkung des Reduzierens von Kraftmaschinenpumpverlusten, Auslassdruckspitzen und übermäßigen Expansionsverhältnissen besteht darin, dass Schäden am Turbolader oder anderen Hardwarekomponenten aufgrund von Ermüdung reduziert werden.
  • Es sei darauf verwiesen, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzungsroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert werden und können durch das Steuersystem, das die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktuatoren und anderer Motorhardware umfasst, ausgeführt werden. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere irgendeiner Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie zum Beispiel ereignisgesteuerte, interruptgesteuerte, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Somit können verschiedene Vorgänge, Operationen und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel ausgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erzielen, sondern wird zur Vereinfachung der Darstellung und Beschreibung bereitgestellt. Ein(e) oder mehrere der veranschaulichten Vorgänge, Operationen und/oder Funktionen können in Abhängigkeit von der jeweils verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Des Weiteren können die beschriebenen Vorgänge, Operationen und/oder Funktionen einen in den nicht flüchtigen Speicher des rechnerlesbaren Speichermediums im Motorsteuersystem zu programmierenden Code graphisch darstellen, wobei die beschriebenen Vorgänge durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung umfasst, durchgeführt werden.
  • Es versteht sich, dass die vorliegend offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Art sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne aufzufassen sind, da zahlreiche Varianten möglich sind. Die obige Technologie kann zum Beispiel auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, Boxer-4- und andere Motorarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthält alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der diversen Systeme und Konfigurationen und andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart werden.
  • Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere gewisse Kombinationen und Unterkombinationen auf, die als neu und nicht offensichtlich angesehen werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie den Einschluss eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, wobei sie zwei oder mehr solcher Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Diese Ansprüche, unabhängig davon, ob sie im Vergleich zu den ursprünglichen Ansprüchen einen breiteren, engeren, gleichen oder unterschiedlichen Schutzumfang aufweisen, sind ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten anzusehen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 6672060 [0003]

Claims (20)

  1. Verfahren für ein aufgeladenes Kraftmaschinensystem, das Folgendes umfasst: Einstellen einer Turbine mit variabler Geometrie (VGT) basierend auf einer Differenz zwischen einem Auslassdruck und einem Ansaugdruck, um die Differenz zu reduzieren.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, während des Einstellens, das Beibehalten eines gewünschten Ladedrucks, und wobei das Einstellen ferner auf einem oder mehreren einer Luftströmung, einer Auslassströmung, einer Kraftmaschinendrehzahl, einer Kraftmaschinendrehzahl kombiniert mit Last, einer Turboladerdrehzahl, einer Kraftstoffversorgung, eines Drehmoments (Last), eines Auslassdrucks und Umgebungsbedingungen, einschließlich einer Umgebungstemperatur und eines Umgebungsdrucks basiert.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Einstellen mittels eines geschlossenen Regelkreises der VGT basierend auf jedem der Kraftmaschinendrehzahl, des Auslassdrucks und der Differenz zwischen dem Auslassdruck und dem Ansaugdruck sowie basierend auf einem Sollwert-Ladedruck im Vergleich zu einem tatsächlichen Ladedruck.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Betreiben mittels eines geschlossenen Regelkreises das Planen einer Verstärkung zum Einstellen einer VGT-Geometrie basierend auf jedem der Kraftmaschinendrehzahl und des Auslassdrucks, wobei das Einstellen ferner das Verändern eines Seitenverhältnisses der VGT basierend auf der geplanten Verstärkung beinhaltet.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Einstellen basierend auf der Verstärkung in einem ersten Modus das Erhöhen des Seitenverhältnisses der VGT mit mindestens einer von einer Verringerung der Kraftmaschinendrehzahl und einer Erhöhung des Auslassdrucks und das Verringern des Seitenverhältnisses der VGT mit mindestens einer von einer Erhöhung der Kraftmaschinendrehzahl und einer Verringerung des Auslassdrucks beinhaltet; und in einem zweiten Modus das Erhöhen des Seitenverhältnisses der VGT mit einer Erhöhung mindestens eines der Kraftmaschinendrehzahl und des Auslassdrucks und das Verringern des Seitenverhältnisses der VGT mit einer Verringerung mindestens eines der Kraftmaschinendrehzahl und des Auslassdrucks.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellen als Reaktion darauf erfolgt, dass die Differenz zwischen dem Auslassdruck und dem Ansaugdruck einen ersten Schwellenwert überschreitet.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend das Einstellen eines Abgasrückführungs(AGR)-Ventils, das mit einem AGR-System gekoppelt ist, basierend auf der Differenz zwischen dem Auslassdruck und dem Ansaugdruck, um die Differenz zu reduzieren, wobei das Einstellen ferner auf jedem der Kraftmaschinendrehzahl und des Auslassdrucks basiert, wobei das Einstellen des AGR-Ventils das Erhöhen der AGR-Ventilöffnung mit mindestens einer von einer Verringerung der Kraftmaschinendrehzahl und einer Erhöhung des Auslassdrucks; und das Verringern der Ventilöffnung mit mindestens einer von einer Erhöhung der Kraftmaschinendrehzahl und einer Verringerung des Auslassdrucks beinhaltet.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend das Einstellen eines Wastegate-Ventils, das mit einem Wastegate-Kanal gekoppelt ist, basierend auf der Differenz zwischen dem Auslassdruck und dem Ansaugdruck, um die Differenz zu reduzieren, wobei das Einstellen ferner auf jedem der Kraftmaschinendrehzahl und des Auslassdrucks basiert, und wobei das Einstellen des Wastegate-Ventils das Erhöhen der Wastegate-Ventilöffnung mit mindestens einer von einer Verringerung der Kraftmaschinendrehzahl und einer Erhöhung des Auslassdrucks; und das Verringern der Wastegate-Ventilöffnung mit mindestens einer von einer Erhöhung der Kraftmaschinendrehzahl und einer Verringerung des Auslassdrucks beinhaltet.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend das Einstellen jedes der VGT-Geometrie und des AGR-Ventils als Reaktion darauf, dass die Differenz zwischen dem Auslassdruck und dem Ansaugdruck einen zweiten Schwellenwert überschreitet, wobei der zweite Schwellenwert höher als der erste Schwellenwert ist.
  10. Verfahren für eine Kraftmaschine, das Folgendes umfasst: während einer ersten aufgeladenen Kraftmaschinenbetriebsbedingung, selektives Einstellen eines Schaufelaktuators der Turbine mit variabler Geometrie (VGT) als Reaktion darauf, dass eine Druckdifferenz zwischen einem Auslasskrümmer und einem Ansaugkrümmer einen ersten Schwellenwert überschreitet; während einer zweiten aufgeladenen Kraftmaschinenbetriebsbedingung, selektives Einstellen eines Abgasrückführungs(AGR)-Ventils als Reaktion darauf, dass die Druckdifferenz den ersten Schwellenwert überschreitet; während einer dritten aufgeladenen Kraftmaschinenbetriebsbedingung, selektives Einstellen eines Wastegate-Ventils als Reaktion darauf, dass die Druckdifferenz den ersten Schwellenwert überschreitet; und während jeder der ersten, zweiten und dritten Bedingung, Aufrechterhalten eines Ladedrucks.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend, während einer vierten aufgeladenen Kraftmaschinenbetriebsbedingung, Einstellen jedes des VGT-Schaufelaktuators, des AGR-Ventils und des Wastegate-Ventils als Reaktion darauf, dass die Druckdifferenz einen zweiten Schwellenwert überschreitet, wobei der zweite Schwellenwert höher als der erste Schwellenwert ist, wobei während jeder der ersten, der zweiten und der dritten Bedingung das Einstellen ferner auf einem Verhältnis des Auslasskrümmerdrucks zum Ansaugkrümmerdruck basiert.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Kraftmaschine einen Ansaugverdichter aufweist, wobei die erste Bedingung einen Kraftmaschinenbetrieb bei oder innerhalb eines Schwellenabstands einer Verbrennungsstabilitätsgrenze beinhaltet und wobei die zweite Bedingung einen Verdichterbetrieb bei oder innerhalb des Schwellenabstands einer Verdichterpumpgrenze beinhaltet.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Einstellen des VGT-Schaufelaktuators während der ersten Bedingung und das Einstellen des AGR-Ventils während der zweiten Bedingung das Einstellen mit einer Verstärkung beinhaltet, wobei die Verstärkung auf jedem einer Kraftmaschinendrehzahl und eines Auslasskrümmerdrucks basiert, wobei die Verstärkung mit mindestens einer von einer Verringerung der Kraftmaschinendrehzahl und einer Erhöhung des Auslasskrümmerdrucks erhöht wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Einstellen jedes des VGT-Schaufelaktuators und des AGR-Ventils das Einstellen mit einem ersten Term, der auf einer Proportional-Integral(PI)-Steuerung basiert, wobei der erste Term auf einer Kraftmaschinendrehzahl, einem geschätzten Ansaugkrümmerdruck, einem angestrebten Ansaugkrümmerdruck und einem geschätzten Auslasskrümmerdruck basiert, und danach Einstellen mit einem zweiten Term, der auf einer Proportional-Derivativ(PD)-Steuerung basiert, wobei der zweite Term auf einer Kraftmaschinendrehzahl, einem geschätzten Auslassdruck und einer Differenz zwischen dem geschätzten Auslasskrümmer- und dem geschätzten Ansaugkrümmerdruck basiert, beinhaltet.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das selektive Einstellen während der ersten Bedingung das Betätigen des VGT-Schaufelaktuators beinhaltet, um eine Öffnung der VGT-Schaufeln basierend auf jedem des ersten und des zweiten Terms zu erhöhen, um ein Seitenverhältnis der VGT zu erhöhen, und wobei das selektive Einstellen während der zweiten Bedingung das Öffnen des AGR-Ventils basierend auf jedem des ersten und des zweiten Terms beinhaltet, um eine Öffnung eines AGR-Kanals zu erhöhen.
  16. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Druckdifferenz zwischen dem Auslasskrümmer und dem Ansaugkrümmer basierend auf einer Ansaugdruckschätzung, die von einem Ansaugkrümmer-Drucksensor erhalten wird, und einer Auslassdruckschätzung, die von einem Auslasskrümmer-Drucksensor erhalten wird, berechnet wird.
  17. Kraftmaschinensystem, das Folgendes umfasst: eine Kraftmaschine, die einen Ansaugkrümmer und einen Auslasskrümmer aufweist; einen Turbolader zum Bereitstellen einer aufgeladenen Luftladung zur Kraftmaschine, wobei der Turbolader eine Auslassturbine mit variabler Geometrie (VGT) aufweist, die einen Ansaugverdichter antreibt, wobei die Auslassturbine Schaufeln zum Variieren eines Seitenverhältnisses der Turbine aufweist; einen Wastegate-Kanal, der über die Auslassturbine gekoppelt ist, wobei der Wastegate-Kanal ein Wastegate-Ventil aufweist; ein Abgasrückführungs(AGR)-System, das einen Abgasrückführungskanal mit einem AGR-Ventil aufweist, wobei der AGR-Kanal Abgase aus dem Auslasskrümmer zum Ansaugkrümmer zurückführt; einen ersten Drucksensor, der mit dem Ansaugkrümmer gekoppelt ist; einen zweiten Drucksensor, der mit dem Auslasskrümmer gekoppelt ist; eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, für Folgendes: während des Betriebs der Kraftmaschine mit aktivierter Aufladung, Reduzieren einer Differenz zwischen einem Auslasskrümmerdruck und einem Ansaugkrümmerdruck über Einstellungen an mindestens einem eines Seitenverhältnisses der Auslassturbine, einer Öffnung des Wastegate-Ventils und einer Öffnung des Abgasrückführungs-Ventils.
  18. System nach Anspruch 17, wobei das Reduzieren der Differenz zwischen dem Auslasskrümmerdruck und dem Ansaugkrümmerdruck das Erhöhen mindestens einer einer VGT-Schaufelöffnung, Wastegate-Ventilöffnung und AGR-Ventilöffnung als Reaktion auf eine Erhöhung der Druckdifferenz zwischen dem Auslasskrümmerdruck und dem Ansaugkrümmer oberhalb des Schwellenwertes beinhaltet.
  19. System nach Anspruch 18, wobei das Erhöhen mindestens einer einer VGT-Schaufelöffnung, Wastegate-Ventilöffnung und AGR-Ventilöffnung das Berechnen eines oder mehrerer Steuerterme über mindestens eine einer Proportional-Integral(PI)-Steuerung, einer Proportional-Derivativ(PD)-Steuerung und einer Proportional-Integral-Derivativ(PID)-Steuerung basierend auf einer Kraftmaschinendrehzahl, einem Ansaug- und einem Auslasskrümmerdruck und das Betätigen mindestens einer einer VGT-Schaufelöffnung, Wastegate-Ventilöffnung und AGR-Ventilöffnung in Übereinstimmung mit der berechneten Verstärkung beinhaltet.
  20. System nach Anspruch 19, wobei das Reduzieren der Differenz zwischen dem Auslasskrümmerdruck und dem Ansaugkrümmerdruck das Einstellen mindestens eines der VGT-Schaufeln, des Wastegate-Ventils und des AGR-Ventils basierend auf der Kraftmaschinendrehzahl und dem Auslassdruck beinhaltet, wobei mindestens eine der VGT-Schaufelposition, der Wastegate-Ventilöffnung und AGR-Ventilöffnung erhöht wird, während die Kraftmaschinendrehzahl verringert wird oder der Auslasskrümmerdruck erhöht wird, und wobei mindestens eine der VGT-Schaufelposition, der Wastegate-Ventilöffnung und der AGR-Ventilöffnung verringert wird, während die Kraftmaschinendrehzahl oder der Auslasskrümmerdruck verringert wird.
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