DE102018216977A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Motorsystems mit einem Verbrennungsmotor - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Motorsystems mit einem Verbrennungsmotor Download PDF

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Rainer Weigand
Thomas Bleile
Friedrun Heiber
Janosch Schlaich
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems (1) mit einem Verbrennungsmotor (2), einer Aufladeeinrichtung (6) und einer Abgasrückführung (7), mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen (S1) einer Angabe für ein Mindestspülgefälle (pDiffdes) für die Abgasrückführung (7);
- Ermitteln (S2) eines Mindest-Abgasgegendrucks (p3des) abhängig von der Angabe zu dem Mindestspülgefälle;
- Ermitteln (S6) einer Ladersteller-Stellgröße (AeffTrb) zum Stellen eines Laderstellers (64) der Aufladeeinrichtung (6) abhängig von dem Mindest-Abgasgegendruck (p3des) und einem vorgegebenen Soll-Abgasgegendruck (p3des'), so dass der Mindest-Abgasgegendruck (p3des) nicht unterschritten wird;
- Stellen (S8) des Laderstellers (62) abhängig von der Ladersteller-Stellgröße (AeffTrb) .

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren, und insbesondere kraftstoffgeführte Verbrennungsmotoren, wie beispielsweise Dieselmotoren. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung Maßnahmen zur Sicherstellung der Steuer- bzw. Regelbarkeit eines Verbrennungsmotors durch bzw. mithilfe einer Abgasrückführung.
  • Technischer Hintergrund
  • Kraftstoffgeführte Verbrennungsmotoren, wie beispielsweise Dieselmotoren, weisen häufig eine Abgasrückführung auf, über die Verbrennungsabgase von einer Auslassseite des Verbrennungsmotors zu einer Einlassseite des Verbrennungsmotors, d.h. einen Saugrohrabschnitt, rückgeführt werden kann. Mithilfe einer an sich bekannten Füllungsregelung kann eine Sollluftmenge, die die Frischluftmenge (Luftfüllung) des in die Brennräume einzulassenden Gases angibt, und/oder eine Abgasrückführungsrate, die ein Verhältnis der zum Einlass in die Brennräume der Zylinder des Verbrennungsmotors zuzuführenden Verbrennungsabgasmenge bezogen auf die gesamte zugeführte Gasmenge angibt, eingestellt werden. Das Stellen der Luftfüllung bzw. der Abgasrückführungsrate erfolgt durch eine Einstellung der Drosselklappe und/oder eines AGR-Ventils (Abgasrückführungsventil).
  • Um stets eine größtmögliche Gasfüllung in den Brennräumen der Zylinder zu erreichen, wird in der Regel entweder das AGR-Ventil gestellt und die Drosselklappe vollständig geöffnet oder die Drosselklappe gestellt und das AGR-Ventil vollständig geöffnet, um stets die maximale Zylinderfüllung, d.h. die größtmögliche Gasmenge zu erreichen. Um die Regelbarkeit der rückgeführten Verbrennungsabgasmenge durch die Füllungsregelung zu verbessern, kann zusätzlich eine Mindestdruckdifferenz über dem AGR-Ventil, ein sogenanntes Mindestspülgefälle, vorgesehen werden, das es ermöglicht, in dynamischen Betriebsfällen eine bessere Regelbarkeit des AGR-Ventils zu erreichen, um schnell eine notwendige Luftfüllung und eine vorgegebene Abgasrückführungsrate einzustellen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems mit einem Verbrennungsmotor mit einer abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung und einer Abgasrückführung gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung und ein Motorsystem gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.
  • Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems mit einem Verbrennungsmotor, einer Aufladeeinrichtung und einer Abgasrückführung vorgesehen, mit folgenden Schritten:
    • - Bereitstellen einer Angabe für ein Mindestspülgefälle für die Abgasrückführung;
    • - Ermitteln eines Mindest-Abgasgegendrucks abhängig von der Angabe zu dem Mindestspülgefälle;
    • - Ermitteln einer Ladersteller-Stellgröße zum Stellen eines Laderstellers der Aufladeeinrichtung abhängig von dem Mindest-Abgasgegendruck und einem vorgegebenen Soll-Abgasgegendruck, so dass der Mindest-Abgasgegendruck nicht unterschritten wird; und
    • - Stellen des Laderstellers abhängig von der Ladersteller-Stellgröße.
  • Der vorgegebene Soll-Abgasgegendruck kann sich dabei aus einem Vorgabe-Saugrohrdruck, der als ein Druck ausgangsseitig eines Verdichters der Aufladeeinrichtung vorgegeben ist, gemäß einem Leistungsbilanzmodell ergeben.
  • Bei einem kraftstoffgeführten Verbrennungsmotor übernimmt die Füllungsregelung die Aufgabe, eine Frischluftmenge und eine Abgasrückführungsrate über die Drosselklappe und ein Abgasrückführungsventil einzustellen. Die zugeführte Frischluftmenge ergibt sich aus einem Ladedruck, einem Saugrohrdruck und einer Stellung der Drosselklappe. Die Abgasrückführungsrate ergibt sich aus der der Frischluftmenge hinzugefügten Verbrennungsabgasmenge, die über die Stellung des Abgasrückführungsventils und einem Differenzdruck zwischen der Auslassseite des Verbrennungsmotors und Einlassseite bestimmt ist. Die Abgasrückführung ist zur Reduzierung von Schadstoffemissionen des Verbrennungsmotors erforderlich und wird entsprechend den Betriebszuständen des Verbrennungsmotors durch Vorgabe der Abgasrückführungsrate variabel eingestellt.
  • Um die Sensitivität des AGR-Ventils bezüglich der dynamischen Regelbarkeit der Sollwerte zu erhöhen, ist es sinnvoll, eine Mindestdruckdifferenz über dem Abgasrückführungsventil zu fordern. Insbesondere kann das Einstellen eines Mindestspülgefälles vorteilhaft sein, da das AGR-Ventil einen besseren Durchgriff hat, so dass eine gewünschte Massenstromänderung durch einen geringeren Stellweg erreicht werden kann. Dagegen würde sich bei sehr geringem Spülgefälle der Massenstrom duch das AGR-Ventil bei Änderung des durchströmten Querschnitts kaum ändern.
  • Die Mindestmenge des Differenzdrucks über dem Abgasrückführungsventil, das sogenannte Mindestspülgefälle, wird betriebspunktabhängig festgelegt und stellt eine Anforderung dar, die bislang durch eine Einstellung bzw. Regelung des eingangsseitigen Drucks des Verbrennungsmotors, nämlich des Saugrohrdruck, berücksichtigt worden ist. Um die Druckdifferenz über dem Abgasrückführungsventil zu erhöhen, wurde daher bislang entsprechend durch Schließen der Drosselklappe der Druck eingangsseitig des Verbrennungsmotors abgesenkt, so dass in Betriebspunkten, in denen die Gewährleistung des Mindestspülgefälles angefordert wurde, sowohl die Drosselklappe als auch das Abgasrückführungsventil entsprechend aktiv betrieben wurden.
  • Gemäß dem obigen Verfahren ist nun vorgesehen, das Mindestspülgefälle abweichend zur bisherigen Vorgehensweise einzustellen, indem durch geeignete Stellung eines Laderstellers für eine Abgasturbine einer Aufladeeinrichtung ein ausreichend hoher Abgasgegendruck im Abgassystem zwischen der Ausgangsseite des Verbrennungsmotors und der Abgasturbine der Aufladeeinrichtung eingestellt wird. Durch diese Maßnahme wird der Saugrohrdruck und damit die gesamte Gasfüllung des Verbrennungsmotors nicht abgesenkt, sondern konstant gehalten. Dadurch ist die Luftfüllung als relevante Größe für die Verbrennung und die Emissionen reproduzierbar, und damit weitgehend unabhängig von Hardwarestreuungen und Systemveränderungen.
  • Bei der herkömmlichen Vorgehensweise können Betriebszustände auftreten, in denen die geforderte Luftmasse und das vorgegebene Mindestspülgefälle nicht gleichzeitig gestellt werden können. D.h. die Absenkung des Saugrohrdrucks kann nicht erreicht werden, da das Erhöhen des Differenzdrucks über der Abgasrückführungsleitung durch das Absenken des Saugrohrdrucks mit der Drosselklappe gleichzeitig zur Reduktion der maximal möglichen Luftmasse im Verbrennungsmotor führt.
  • Durch die erfindungsgemäße Erhöhung des Abgasgegendrucks ausgangsseitig des Verbrennungsmotors kann der Differenzdruck über der Abgasrückführungsleitung auf oder über das Niveau des Mindestspülgefälles bei konstantem Saugrohrdruck erhöht werden, so dass die Luftfüllung im Verbrennungsmotor und damit die zuführbare Luftmenge nicht reduziert wird. Dadurch kann sowohl eine hohe Luftmenge als auch ein Differenzdruck über der Abgasrückführungsleitung über dem Mindestspülgefälle erreicht werden.
  • Weiterhin kann eine Maximalauswahl aus dem Mindest-Abgasgegendruck und dem Soll-Abgasgegendruck durchgeführt werden, um einen Stell-Abgasgegendruck zu erhalten, wobei die Ladersteller-Stellgröße gemäß einem Turbinenmodell aus dem Stell-Abgasgegendruck bestimmt wird.
  • Weiterhin kann aus dem Mindest-Abgasgegendruck und dem Soll-Abgasgegendruck jeweils eine Ladersteller-Stellgröße bestimmt werden, wobei diejenige der Ladersteller-Stellgrößen zum Stellen des Laderstellers ausgewählt wird, die zu dem höheren Abgasgegendruck führt.
  • Es kann vorgesehen sein, dass das Mindestspülgefälle betriebspunktabhängig, insbesondere abhängig von einer Motordrehzahl des Verbrennungsmotors und/oder einer Last des Verbrennungsmotors bereitgestellt wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann eine Drosselklappenstellgröße zum Ansteuern einer Drosselklappe zum Steuern der Zuführung von Frischluft abhängig von einem Soll-Saugrohrdruck, einem vorgegebenen Soll-Massenstrom und einem durch ein Leistungsmodell aus dem Stell-Abgasgegendruck ermittelten Soll-Ladedruck bereitgestellt werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Betreiben eines Motorsystems mit einem Verbrennungsmotor, einer Aufladeeinrichtung und einer Abgasrückführung vorgesehen, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um:
    • - eine Angabe für ein Mindestspülgefälle für die Abgasrückführung bereitzustellen;
    • - einen Mindest-Abgasgegendruck abhängig von der Angabe zu dem Mindestspülgefälle zu ermitteln;
    • - eine Ladersteller-Stellgröße zu ermitteln zum Stellen eines Laderstellers der Aufladeeinrichtung abhängig von dem Mindest-Abgasgegendruck und einem Soll-Abgasgegendruck, der sich aus einem Vorgabe-Saugrohrdruck, der als ein Druck ausgangsseitig eines Verdichters der Aufladeeinrichtung vorgegeben ist, gemäß einem Leistungsbilanzmodell ergibt, so dass der Mindest-Abgasgegendruck nicht unterschritten wird;
    • - den Laderstellers abhängig von der Ladersteller-Stellgröße zu stellen.
  • Figurenliste
  • Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Motorsystems mit einer abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung und einer Abgasrückführung;
    • 2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben des Verbrennungsmotors der 1, insbesondere zum Stellen eines Laderstellers der Aufladeeinrichtung;
    • 3 ein Funktionsdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens zum Betreiben des Verbrennungsmotors.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motorsystems 1 mit einem Verbrennungsmotor 2, der eine Anzahl (im vorgegebenen Ausführungsbeispiel vier) von Zylindern 3 aufweist. Der Verbrennungsmotor 2 entspricht beispielsweise einem Hubkolbenmotor, insbesondere einem Dieselmotor, und wird durch gesteuerte Zuführung von Luft und Kraftstoff in die Brennräume der Zylinder 3 betrieben.
  • Die Zufuhr von Frischluft in die Zylinder 3 des Verbrennungsmotors 2 erfolgt über ein Luftzuführungssystem 4. Verbrennungsabgase werden über ein Abgassystem 5 aus dem Verbrennungsmotor 2 abgeführt.
  • Es ist eine abgasgetriebene Aufladeeinrichtung 6 vorgesehen, die eine Abgasturbine 61 aufweist, durch die das Verbrennungsabgas geführt wird. Die Abgasturbine 61 ist mechanisch insbesondere über eine Welle 63 mit einem Verdichter 62 gekoppelt, so dass in der Abgasturbine 61 in Bewegungsenergie umgesetzte Abgasenthalpie zum Antreiben des Verdichters 62 genutzt wird, um über eine Eingangsseite des Verdichters 62 Umgebungsluft anzusaugen und diese unter einem erhöhten Ladedruck in einem Ladedruckabschnitt 43 des Luftzuführungssystems 4 bereitzustellen. Der Anteil der in mechanische Energie umgesetzten Abgasenthalpie kann durch einen an der Abgasturbine 61 angeordneten Ladersteller 64 (z. B. VTG-Steller (VTG: Variable Turbinengeometrie), Wastegate-Ventil oder dergleichen) gesteuert werden. Der Ladersteller 64 wird mit einer Ladersteller-Stellgröße angesteuert, die ein Maß für die in mechanische Leistung umzusetzende Abgasenthalpie angibt
  • In dem Luftzuführungssystem 4 kann eine Drosselklappe 41 angeordnet sein, die einen stromabwärtigen Saugrohrabschnitt 47 von dem stromaufwärtigen Ladedruckabschnitt 43 trennt. Die Drosselklappe 41 wird mithilfe einer Drosselklappenstellgröße variabel eingestellt, insbesondere unter Vorgabe eines effektiven Öffnungsquerschnitts für den zu steuernden Gasmassenstrom. Stromaufwärts der Drosselklappe 41 kann ein Ladeluftkühler 42 zur Kühlung der Ladeluft angeordnet sein.
  • Das Motorsystem 1 kann weiterhin in an sich bekannter Weise eine Abgasrückführungsleitung 7 mit einem Abgasrückführungskühler 71 und einem Abgasrückführventil (AGR-Ventil) 72 aufweisen, um einen Teil des Verbrennungsabgases aus dem Abgassystem 5 in das Luftzuführungssystem 4, insbesondere in den Saugrohrabschnitt 47 zu führen. Dies ermöglicht es, durch Zuführung von Verbrennungsabgas die Menge an Frischluft für einen Verbrennungsvorgang in den Zylindern 3 zu reduzieren, um so die Bildung von Stickoxiden zu verringern.
  • Im Luftzuführungssystem 4 kann weiterhin eingangsseitig des Verdichters 62 ein Luftmassensensor 44 vorgesehen sein.
  • Weiterhin kann ein Ladedrucksensor 45 vorgesehen sein, der ausgangsseitig des Verdichters 62 angeordnet ist, um in einem Ladedruckabschnitt des Luftzuführungssystems 4 einen Ladedruck, d. h. einen Druck des sich in dem Ladedruckabschnitt 47 befindlichen Gases zu bestimmen.
  • Alternativ kann in Verbindung mit einem Modell eines Druckabfalls über einem Ladeluftkühler 42, der sich stromabwärts an den Verdichter 62 anschließt, und ggfs mit einem Modell einer Drosselklappe 41 auch basierend auf einem mithilfe eines Saugrohrdrucksensors, der einen Gasdruck in einem Saugrohrabschnitt 47 des Luftzuführungssystems 4 misst, ein Ladedruck modelliert werden.
  • Zudem kann ein Drehzahlsensor 65 vorgesehen sein, um eine Laderdrehzahl zu erfassen. Der Drehzahlsensor 65 kann an der Welle 63, an der Abgasturbine 61 oder an dem Verdichter 62 angeordnet sein und ermittelt basierend auf an sich bekannten Detektionsverfahren eine Drehzahl des Verdichters 62.
  • Das Motorsystem 1 wird mithilfe eines Steuergeräts 10 betrieben, das durch Steuerung von verschiedenen Aktuatoren, wie beispielsweise des Laderstellers 64, der Drosselklappe 41, des AGR-Ventils 72, und der Einspritzventile zur Vorgabe einer Kraftstoffeinspritzmenge den Betrieb des Verbrennungsmotors 2 bestimmt. Die Ansteuerung der Aktuatoren kann basierend auf einer Lastvorgabe, die beispielsweise aus einem Fahrerwunschmoment bzw. einer Stellung eines Fahrpedals gemäß einer herkömmlichen Betriebsfunktion abgeleitet werden kann, und basierend auf einer oder mehreren Zustandsgrößen erfolgen, die beispielsweise sensorisch oder basierend auf Sensorwerten und geeigneten Systemzustandsmodellen ermittelt werden. Die herkömmliche Betriebsfunktion umfasst das Bereitstellen einer Stellgröße für eine Einstellung der Drosselklappe 41 und einer Stellgröße für eine Einstellung des AGR-Ventils 72 abhängig von den Zustandsgrößen und der entsprechenden Lastvorgabe. Die Stellgrößen für die Drosselklappe 41 und das AGR-ventil 72 können als Angaben zu effektiven Öffnungsquerschnitten angegeben werden.
  • Das Steuergerät 10 übernimmt neben der direkten Ansteuerung des Verbrennungsmotors 2 auch die Einstellung eines Ladedrucks auf einen Soll-Ladedruck mithilfe einer Ladedruckregelung. Der Soll-Ladedruck kann z.B. durch Vorgabe eines gewünschten Saugrohrdrucks eingangsseitig des Verbrennungsmotors 2 und Berücksichtigung des Druckabfalls bei geöffneter Drosselklappe 41 mithilfe einer an sich bekannten Drosselgleichung bestimmt sein.
  • Die Ladedruckregelung regelt abhängig von einer bereitgestellten Abgasenthalpie und dem gewünschten vorgegebenen Soll-Ladedruck die Einstellung des Laderstellers 64, so dass ein Ist-Ladedruck in einem Ladedruckabschnitt 43 vor der Drosselklappe 41 möglichst genau dem vorgegebenen Soll-Ladedruck folgt. Dazu stellt die Ladedruckregelung die entsprechende Ladersteller-Stellgröße bereit. Die Ladersteller-Stellgröße kann beispielsweise als effektive Turbinenfläche angegeben werden.
  • In 2 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben des Verbrennungsmotors 2 dargestellt. 3 zeigt ein entsprechendes Funktionsdiagramm, das das Zusammenwirken zwischen den Ventilregelungen der Drosselklappe 41 und des AGR-Ventils 72 sowie die Ladedruckregelung zum Stellen des Laderstellers 64 darstellt.
  • In Schritt S1 wird zunächst ein Soll-Mindestspülgefälle pDiffdes abhängig von einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 2 bestimmt. Der Betriebszustand kann durch Zustandsgrößen des Verbrennungsmotors 2, wie beispielsweise Drehzahl, Last, Motortemperatur und dergleichen vorgegeben sein. Das Mindestspülgefälle PDiffdes kann beispielsweise mithilfe einer vorgegebenen Zuordnungsfunktion (z.B. eine Lookup-Tabelle) bestimmt werden und stellt eine Mindestsollvorgabe für eine Druckdifferenz über dem AGR-Ventil 72 zum Saugrohrabschnitt 47 des Luftzuführungssystems 4 (unmittelbar einlassseitig des Verbrennungsmotors 2) dar.
  • Dieses Mindestspülgefälle pDiffdes wird dazu benutzt, in Schritt S2 einen Mindest-Abgasgegendruck p3des zu ermitteln, indem einem Soll-Saugrohrdruck p22des das Mindestspülgefälle pDiffdes z. B. in einem Summierblock 31 hinzuaddiert wird. Gegebenenfalls kann ein Druckabfall über dem Abgasrückführungskühler 71, der von dem AGR-Massenstrom abhängt, ebenfalls berücksichtigt werden.
  • Der Soll-Saugrohrdruck p22des kann in einem Trajektorienblock 36 aus einem Vorgabe-Saugrohrdruck p22Set ermittelt werden. Der Trajektorienblock 36 führt eine Trajektorienplanung (insbesondere mit einer Tiefpassfilterung des Verlaufs des Vorgabe-Saugrohrdruck p22Set ) aus und glättet insbesondere einen dynamischen Verlauf des Vorgabe-Saugrohrdrucks p22Set . Der Vorgabe-Saugrohrdruck p22Set ergibt sich aus einem in der Steuereinheit 10 ausgeführten herkömmlichen Betriebsfunktion und wird in an sich bekannter Weise aus einem Vorgabemotormoment ermittelt.
  • Basierend auf dem Mindest-Abgasgegendruck p3des , dem Soll-Saugrohrdruck p22des und einem in der Steuereinheit 10 gemäß der herkömmlichen Betriebsfunktion bereitgestellten Soll-AGR-Massenstrom dmAGRdes wird in Schritt S3 mithilfe einer an sich bekannten Drosselgleichung eine AGR-Stellgröße für das AGR-Ventil 72 in einem AGR-Einstellblock 32 ermittelt. Die AGR-Stellgröße kann z.B. als ein effektiver Öffnungsquerschnitt AeffAGR für das AGR-Ventil 72 ermittelt und in Schritt S4 als Stellgröße für die Einstellung des AGR-Ventils 72 verwendet werden.
  • Der Vorgabe-Saugrohrdruck p22Set wird weiterhin in einem Drosselklappenmodellblock 37 in einen Vorgabe-Saugrohrdruck umgerechnet. Dazu stellt der Drosselklappenmodellblock 37 ein Drosselklappenmodell, das einem Drosselmodell entspricht, bereit, um abhängig von dem Vorgabe-Saugrohrdruck p22Set oder (bei geringerer Dynamik) von dem Soll-Saugrohrdruck p22des und abhängig von einem Gasmassenstrom durch den Verdichter 62 den Vorgabe-Saugrohrdruck p21Set bereitzustellen.
  • Weiterhin, insbesondere gleichzeitig, wird der Vorgabe-Saugrohrdruck p21Set einer Ladedrucksteuerung in einem Ladedruckstellblock 33 zugeführt, in dem aus dem Mindest-Abgasgegendruck p3des und dem Vorgabe-Saugrohrdruck p22Set eine Ladersteller-Stellgröße AeffTurb bestimmt wird.
  • Dazu wird in einem Leistungsbilanzmodell der Aufladeeinrichtung 6 in einem Leistungsbilanzmodellblock 331 aus dem Vorgabe-Saugrohrdruck p21Set ein Soll-Abgasgegendruck p3des' in einem Schritt S5 bestimmt.
  • Anschließend werden in Schritt S6 in einem Maximumauswahlblock 332 der maximale Druckwert aus dem Mindest-Abgasgegendruck p3des und dem Soll-Abgasgegendruck p3des' bestimmt und der resultierende Stell-Abgasgegendruck p3des" an einen Turbinenmodellblock 333 weitergeleitet.
  • Der Turbinenmodellblock 333 wendet eine Drosselgleichung der Abgasturbine 61 als Turbinenmodell an, um abhängig von dem Stell-Abgasgegendruck p3des" , einem Abgasmassenstrom dmTrb über der Abgasturbine 61 und einem Turbinenausgangsdruck pTrbds einen effektiven Öffnungsquerschnitt AeffTrb der Abgasturbine 61 als Ladersteller-Stellgröße zu berechnen, so dass z.B. durch eine entsprechende Ladersteller-Regelung der Ladersteller 64 eingestellt werden kann.
  • Weiterhin wird in Schritt S7 aus dem Stell-Abgasgegendruck p3des" ein aus dem ggfs. zum Erreichen des Mindestspülgefälles benötigten , erhöhten Abgasgegendruck p3des" ein Soll-Ladedruck p21des in dem Leistungsbilanzmodellblock 334 mithilfe eines inversen Leistungsbilanzmodells zurückgerechnet und einem Drosselklappenregelungsblock 34 zugeführt.
  • In dem Leistungsbilanzmodellblock 331 wird über eine Leistungsbilanz der Aufladeeinrichtung aus dem Vorgabe-Ladedruck p21Set ein resultierender Soll-Abgasgegendruck p3des' bestimmt. Dazu wird aus dem Vorgabe-Ladedruck p21Set ein benötigtes Druckverhältnis über dem Verdichter ermittelt. Mithilfe einer Verdichtergleichung und eines für den Verdichter vorgegebenen Verdichterkennfelds wird eine benötigte Verdichterleistung bestimmt. Daraus ergibt sich unter Berücksichtigung eines Beschleunigungsterms bei Drehzahländerungen des Verdichters 62 entsprechend einer Leistungsbilanz die benötigte Turbinenleistung. Entsprechend einer Enthalpiebilanz über der Abgasturbine, aus der die entsprechende Leistung für die Abgasturbine 64 abgerufen wird, lässt sich das Druckverhältnis über der Abgasturbine und dadurch der Abgasgegendruck ermittelt, der zum Erreichen des Vorgabe-Ladedruck p21Set benötigt wird.
  • Die Ladersteller-Stellgröße AeffTurb wird in Schritt S8 dem Ladersteller 64 zugeführt und bestimmt die aus dem Verbrennungsabgas zum Antrieb des Verdichters 62 erforderliche Abgasenthalpie. Dadurch wird gewährleistet, dass keine Ladersteller-Stellgröße AeffTrb angelegt wird, die zu einem geringeren Abgasgegendruck führt als der Stell-Abgasgegendruck P3des" .
  • In einem Drosselklappenregelungsblock 34 wird in Schritt S9 basierend auf dem Soll-Ladedruck p21des , dem bestimmten Soll-Saugrohrdruck p22des und dem gewünschten Frischluftmassenstrom dmTVAdes ein effektiver Öffnungsquerschnitt AeffTV der Drosselklappe 41 als Drosselklappen-Stellgröße für eine Einstellung der Drosselklappe 41 z.B. durch eine nachgelagerte Positionsregelung, ermittelt. In Schritt S10 wird die Drosselklappe 41 entsprechend gestellt.
  • Durch die Berücksichtigung des Mindestspülgefälles bei der Ladedruckregelung wird gewährleistet, dass die Sensitivität des AGR-Ventils bezüglich der dynamischen Regelbarkeit der Sollwerte erhöht wird. Dies ermöglicht eine verbesserte Einstellbarkeit der AGR-Rate sowie der Luftfüllung

Claims (9)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems (1) mit einem Verbrennungsmotor (2), einer Aufladeeinrichtung (6) und einer Abgasrückführung (7), mit folgenden Schritten: - Bereitstellen (S1) einer Angabe für ein Mindestspülgefälle (pDiffdes) für die Abgasrückführung (7); - Ermitteln (S2) eines Mindest-Abgasgegendrucks (p3des) abhängig von der Angabe zu dem Mindestspülgefälle; - Ermitteln (S6) einer Ladersteller-Stellgröße (AeffTrb) zum Stellen eines Laderstellers (64) der Aufladeeinrichtung (6) abhängig von dem Mindest-Abgasgegendruck (p3des) und einem vorgegebenen Soll-Abgasgegendruck (p3des'), so dass der Mindest-Abgasgegendruck (p3des) nicht unterschritten wird; - Stellen (S8) des Laderstellers (62) abhängig von der Ladersteller-Stellgröße (AeffTrb) .
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich der vorgegebene Soll-Abgasgegendruck (p3des') aus einem Vorgabe-Saugrohrdruck (p22set), der als ein Druck ausgangsseitig eines Verdichters (62) der Aufladeeinrichtung (6) vorgegeben ist, gemäß einem Leistungsbilanzmodell ergibt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Maximalauswahl aus dem Mindest-Abgasgegendruck (p3des) und dem Soll-Abgasgegendruck (p3des') durchgeführt wird, um einen Stell-Abgasgegendruck (p3des") zu erhalten, wobei die Ladersteller-Stellgröße (AeffTrb) gemäß einem Turbinenmodell aus dem Stell-Abgasgegendruck (p3des") bestimmt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei aus dem Mindest-Abgasgegendruck (p3des) und dem Soll-Abgasgegendruck (p3des') jeweils eine Ladersteller-Stellgröße (AeffTrb) bestimmt werden, wobei diejenige der Ladersteller-Stellgrößen (AeffTrb) zum Stellen des Laderstellers (62) ausgewählt wird, die zu dem höheren Abgasgegendruck führt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Mindestspülgefälle (pDiffdes) betriebspunktabhängig, insbesondere abhängig von einer Motordrehzahl des Verbrennungsmotors (2), einer Last des Verbrennungsmotors (2) und/oder einer Motortemperatur bereitgestellt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Drosselklappenstellgröße zum Ansteuern einer Drosselklappe (41) zum Steuern der Zuführung von Frischluft abhängig von einem Soll-Saugrorhrdruck, einem vorgegebenen Soll-Massenstrom und einem durch ein Leistungsmodell aus dem Stell-Abgasgegendruck (p3des") ermittelten Soll-Ladedruck bereitgestellt wird.
  7. Vorrichtung zum Betreiben eines Motorsystems (1) mit einem Verbrennungsmotor (2), einer Aufladeeinrichtung (6) und einer Abgasrückführung (7), wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um: - eine Angabe für ein Mindestspülgefälle (pDiffdes) für die Abgasrückführung bereitzustellen; - ein Mindest-Abgasgegendrucks (p3des') abhängig von der Angabe zu dem Mindestspülgefälle (pDiffdes) zu ermitteln; - eine Ladersteller-Stellgröße (AeffTrb) zu ermitteln zum Stellen eines Laderstellers (62) der Aufladeeinrichtung (6) abhängig von dem Mindest-Abgasgegendruck (p3des') und einem vorgegebenen Soll-Abgasgegendruck (p3des'), so dass der Mindest-Abgasgegendruck (p3des') nicht unterschritten wird; - den Ladersteller (62) abhängig von der Ladersteller-Stellgröße (AeffTrb) zu stellen.
  8. Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.
  9. Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 8 gespeichert ist.
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