DE102019103688A1 - Model-based boost pressure control of an internal combustion engine - Google Patents

Model-based boost pressure control of an internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
DE102019103688A1
DE102019103688A1 DE102019103688.7A DE102019103688A DE102019103688A1 DE 102019103688 A1 DE102019103688 A1 DE 102019103688A1 DE 102019103688 A DE102019103688 A DE 102019103688A DE 102019103688 A1 DE102019103688 A1 DE 102019103688A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
boost pressure
exhaust gas
model
internal combustion
combustion engine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102019103688.7A
Other languages
German (de)
Inventor
Dietmar Pfoser
Martin Grubbauer
Thomas Passenbrunner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to DE102019103688.7A priority Critical patent/DE102019103688A1/en
Publication of DE102019103688A1 publication Critical patent/DE102019103688A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/24Control of the pumps by using pumps or turbines with adjustable guide vanes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/18Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002Controlling intake air
    • F02D41/0007Controlling intake air for control of turbo-charged or super-charged engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1448Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an exhaust gas pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D2041/1433Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method using a model or simulation of the system
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00Input parameters for engine control
    • F02D2200/02Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/04Engine intake system parameters
    • F02D2200/0406Intake manifold pressure
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät und ein Verfahren zur Ladedruckregelung eines Verbrennungsmotors (1) mit einem Abgasturbolader (2), aufweisend die Schritte:- (S210) Ermitteln eines Sollwerts (pL,soll) für einen Ladedruck (pL) nach dem Verdichter des Abgasturboladers,- (S320) Ermitteln einer Stellgröße für einen Ladedrucksteller (18) auf einer Abgasturbinenseite des Abgasturboladers, auf Basis des ermittelten Sollwerts für den Ladedruck sowie in Abhängigkeit von einem Istwert (pL,ist) des Ladedrucks (S221) und von wenigstens einer modellierten Einflussgröße (S 222) mittels einer modellbasierten Ladedruckregelung (S 220).The invention relates to a control device and a method for regulating the boost pressure of an internal combustion engine (1) with an exhaust gas turbocharger (2), having the steps: - (S210) determining a setpoint (pL, soll) for a boost pressure (pL) downstream of the compressor of the exhaust gas turbocharger, - (S320) Determination of a manipulated variable for a boost pressure regulator (18) on an exhaust gas turbine side of the exhaust gas turbocharger, on the basis of the determined setpoint value for the boost pressure and as a function of an actual value (pL, ist) of the boost pressure (S221) and of at least one modeled influencing variable ( S 222) by means of a model-based boost pressure control (S 220).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Steuergerät zur Ladedruckregelung eines Verbrennungsmotors, sowie einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem Abgasturbolader und einem solchen Steuergerät. Die Erfindung ist sowohl auf Ottomotoren als auch auf Dieselmotoren anwendbar, insbesondere wenn diese eine Abgasaufladung aufweisen.The invention relates to a method and a control device for regulating the boost pressure of an internal combustion engine, as well as an internal combustion engine with at least one exhaust gas turbocharger and such a control device. The invention can be applied both to Otto engines and to diesel engines, in particular if these have exhaust gas charging.

Bei gegenwärtigen Verbrennungsmotoren kann die Ladedruckregelung während höherlastiger Beschleunigungen nicht ohne stellerseitige Begrenzungen betrieben werden, da sonst die Ladungswechselverluste zu groß werden und damit die Fahrdynamik nachteilig beeinflusst wird.In current internal combustion engines, the boost pressure control cannot be operated during higher-load accelerations without limitations on the actuator side, since otherwise the gas exchange losses would be too great and thus the driving dynamics would be adversely affected.

Die gegebenenfalls nötige Begrenzung der Stellgröße des/der Steller(s) der Ladedruckregelung - also zum Beispiel ein Tastverhältnis einer Klappe an einem Turbinen-Bypass des Abgasturboladers oder ein Stellwinkel variabel einstellbarer Leitschaufeln der Abgasturbine - erfolgt anhand betriebspunktabhängiger Kennfelder.The possibly necessary limitation of the manipulated variable of the actuator (s) of the boost pressure control - for example, a duty cycle of a flap on a turbine bypass of the exhaust gas turbocharger or a setting angle of variably adjustable guide vanes of the exhaust gas turbine - is carried out on the basis of operating point-dependent maps.

In einem solchen Kennfeld einer bekannten Ladedruckregelung kann beispielsweise für verschiedene Kombinationen von Motordrehzahl und eingespritzter Kraftstoffmenge pro Hub jeweils ein maximal erlaubter Wert der Stellgröße vorgegeben werden.In such a characteristic map of a known boost pressure control, for example, a maximum permitted value of the manipulated variable can be specified for different combinations of engine speed and injected fuel quantity per stroke.

Während hochlastiger Beschleunigungen wird dann die Ladedruck-Regelung im Prinzip deaktiviert und die Steller der Ladedruckregelung anhand der Maximum-Begrenzungen aus dem befüllten Kennfeld gesteuert betrieben.During high-load accelerations, the boost pressure regulation is then in principle deactivated and the actuators of the boost pressure regulation are operated in a controlled manner based on the maximum limits from the filled map.

Häufig ist die Applikation der Begrenzungskennfelder wesentlich für die erreichbare Fahrdynamik. Die Versuche zur Bedatung der Kennfelder sind sehr zeitintensiv und stellen hohe Anforderungen an die Startbedingungen. Zudem können mit dieser Form der Maximum-Begrenzung bezüglich der Stellgröße keine Umweltbedingungen aus dem Betrieb des Verbrennungsmotors (z.B. veränderte Luftdichte über Höhe bzw. Außentemperatur) oder nur mit deutlichem Mehraufwand, keine Bauteilstreuungen (z.B. an der Turbine des Abgasturboladers) und keine Alterungseffekte berücksichtigt werden.The application of the limiting maps is often essential for the achievable driving dynamics. The attempts to parameterize the maps are very time-consuming and place high demands on the starting conditions. In addition, with this form of maximum limitation with regard to the manipulated variable, no environmental conditions from the operation of the internal combustion engine (e.g. changed air density over altitude or outside temperature) or only with significant additional effort, no component scatter (e.g. on the turbine of the exhaust gas turbocharger) and no aging effects can be taken into account .

Daher ist eine konservative Applikation des Begrenzungskennfeldes erforderlich, um in allen Fällen eine ausreichende Begrenzung vorzuhalten, was jedoch Kompromisse zu Lasten der erreichbaren Fahrdynamik nach sich zieht.A conservative application of the limiting map is therefore necessary in order to maintain a sufficient limitation in all cases, which, however, entails compromises at the expense of the achievable driving dynamics.

Ein Beispiel für derartige Applikationen von Begrenzungskennfeldern ist in der DE 10 2006 009 864 A1 gezeigt, die ein Verfahren zur Einstellung eines Turbinenströmungsquerschnitts eines Turboladers eines Verbrennungsmotors vorschlägt. Dabei wird in instationären Betriebszuständen eine untere Grenze für den Turbinenströmungsquerschnitt in Abhängigkeit von einem Betriebsparameter des Verbrennungsmotors bestimmt und als Betriebsparameter eine Drehzahl des Verbrennungsmotors verwendet. Die Abhängigkeit kann dabei so vorbestimmt sein, dass ein Spülgefälle (also eine Druckdifferenz zwischen dem Ladedruck und dem Abgasgegendruck) des Verbrennungsmotors einen vorbestimmten Maximalwert nicht überschreitet.An example of such applications of limit maps is in DE 10 2006 009 864 A1 which proposes a method for adjusting a turbine flow cross section of a turbocharger of an internal combustion engine. In unsteady operating states, a lower limit for the turbine flow cross section is determined as a function of an operating parameter of the internal combustion engine and a speed of the internal combustion engine is used as the operating parameter. The dependency can be predetermined in such a way that a scavenging gradient (that is to say a pressure difference between the boost pressure and the exhaust gas back pressure) of the internal combustion engine does not exceed a predetermined maximum value.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Ladedruckregelung eines Verbrennungsmotors zu verbessern.Against this background, it is an object of the invention to improve a boost pressure control of an internal combustion engine.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Ladedruckregelung eines Verbrennungsmotors mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch ein Steuergerät zur Ladedruckregelung eines Verbrennungsmotors mit den Merkmalen von Anspruch 10. Ein Verbrennungsmotor mit einem Abgasturbolader ist in Anspruch 12 unter Schutz gestellt. Die abhängigen Ansprüche stellen auf vorteilhafte Ausführungen der Erfindung ab.This object is achieved by a method for boost pressure control of an internal combustion engine with the features of claim 1 and by a control unit for boost pressure control of an internal combustion engine with the features of claim 10. An internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger is protected in claim 12. The dependent claims relate to advantageous embodiments of the invention.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Ladedruckregelung eines Verbrennungsmotors mit einem Abgasturbolader bereitgestellt, aufweisend die Schritte: 1) Ermitteln eines Sollwerts für einen Ladedruck auf einer Verdichterseite des Abgasturboladers, insbesondere nach dem Verdichter. 2) Ermitteln einer Stellgröße für einen Ladedrucksteller (damit ist gemeint: Ermitteln eines Wertes eines Stellparameters, der sich insbesondere aus der Art des Ladedruckstellers ergibt) auf einer Abgasturbinenseite des Abgasturboladers, insbesondere vor der Abgasturbine, auf Basis des ermittelten Sollwerts für den Ladedruck sowie in Abhängigkeit von einem Istwert des Ladedrucks und von wenigstens einer modellierten Einflussgröße (insbesondere auf den Ladedruck und/oder eine Entwicklung des Ladedrucks) mittels einer modellbasierten Ladedruckregelung. Die modellbasierte Ladedruckregelung erfolgt zusätzlich in Abhängigkeit von einem, insbesondere vorbestimmten, Sollwert für einen Abgasgegendruck. Beispielsweise ergibt sich der Sollwert für den Abgasgegendruck aus dem aktuellen Ladedruck und einem zuvor applizierten maximalen Spülgefälle.According to one aspect of the invention, a method for boost pressure control of an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger is provided, comprising the steps: 1) Determining a setpoint value for a boost pressure on a compressor side of the exhaust gas turbocharger, in particular after the compressor. 2) Determining a manipulated variable for a boost pressure actuator (this means: determining a value of an adjusting parameter that results in particular from the type of boost pressure actuator) on an exhaust gas turbine side of the exhaust gas turbocharger, in particular upstream of the exhaust gas turbine of the determined setpoint for the boost pressure and as a function of an actual value of the boost pressure and at least one modeled influencing variable (in particular on the boost pressure and / or a development of the boost pressure) by means of a model-based boost pressure control. The model-based boost pressure control also takes place as a function of a, in particular predetermined, setpoint value for an exhaust gas back pressure. For example, the target value for the exhaust gas back pressure results from the current boost pressure and a previously applied maximum scavenging gradient.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Steuergerät zur Ladedruckregelung eines Verbrennungsmotors mit einem Abgasturbolader bereitgestellt, das dazu eingerichtet ist, 1) einen Sollwert für einen Ladedruck auf einer Verdichterseite des Abgasturboladers zu ermitteln, sowie 2) eine Stellgröße für einen Ladedrucksteller auf einer Abgasturbinenseite des Abgasturboladers, auf Basis des ermittelten Sollwerts für den Ladedruck sowie in Abhängigkeit von einem Istwert des Ladedrucks und von wenigstens einer modellierten Einflussgröße mittels einer modellbasierten Ladedruckregelung, zu ermitteln. Das Steuergerät ist dazu eingerichtet, die modellbasierte Ladedruckregelung zusätzlich in Abhängigkeit von einem Sollwert für einen Abgasgegendruck vorzunehmen. Beispielsweise ergibt sich der Sollwert für den Abgasgegendruck aus dem aktuellen Ladedruck und einem zuvor applizierten maximalen Spülgefälle. Gemäß einer Ausführung ist das Steuergerät dazu eingerichtet, ein Verfahren nach einzelnen oder beliebigen Ausführungen der Erfindung durchzuführen.According to a further aspect of the invention, a control device for boost pressure regulation of an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger is provided, which is configured to 1) determine a setpoint value for a boost pressure on a compressor side of the exhaust gas turbocharger, and 2) a manipulated variable for a boost pressure actuator on an exhaust gas turbine side of the To determine the exhaust gas turbocharger on the basis of the determined setpoint for the boost pressure and as a function of an actual value of the boost pressure and at least one modeled influencing variable by means of a model-based boost pressure control. The control unit is set up to also carry out the model-based boost pressure regulation as a function of a setpoint value for an exhaust gas back pressure. For example, the target value for the exhaust gas back pressure results from the current boost pressure and a previously applied maximum scavenging gradient. According to one embodiment, the control device is set up to carry out a method according to individual or any embodiments of the invention.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verbrennungsmotor mit einem Abgasturbolader und einem Steuergerät nach einer Ausführung der Erfindung bereitgestellt.According to a further aspect of the invention, an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger and a control device according to an embodiment of the invention is provided.

Der Erfindung liegt unter anderem die Überlegung zugrunde, dass bei den bekannten Ladedruckregelungen, die im instationären Hochlastbetrieb mit absoluten Stellwerten begrenzt sind, die Auswirkungen von Umweltbedingungen, Bauteilstreuungen und Alterung auf die Ladedruckregelung nicht gut abbildbar sind. Dies erschwert einen umweltbedingungs- und fahrdynamikoptimierten Betrieb des Verbrennungsmotors. Den Erfindern fiel auf, dass es vor diesem Hintergrund nicht sinnvoll sein kann, die modellbasierte Ladedruckregelung für gewisse Betriebsfälle - insbesondere den instationären, höheren Lastbetrieb - einem absolut begrenzten Kennwert-Betrieb unterzuordnen, wie das bei gängigen Ladedruckregelungen der Fall ist.The invention is based, inter alia, on the consideration that with the known boost pressure controls, which are limited with absolute control values in transient high-load operation, the effects of environmental conditions, component scatter and aging on the boost pressure control cannot be mapped well. This makes it more difficult to operate the internal combustion engine that is optimized for environmental conditions and driving dynamics. The inventors noticed that, against this background, it could not make sense to subordinate the model-based boost pressure control for certain operating cases - in particular the transient, higher load operation - to an absolutely limited characteristic value operation, as is the case with common boost pressure controls.

Die Erfindung basiert nun unter anderem auf der Idee, in Abhängigkeit von einem Motorbetriebspunkt eine thermodynamisch motivierte Größe des Motors wie das Spülgefälle vorzugeben und dieses als geeignete Größe direkt in die modellbasierte Ladedruckregelung einzubringen, anstatt diese Größe lediglich methodisch für die Bedatung eines Kennfeldes heranzuziehen, welches für jeden Motorbetriebspunkt einen Absolutwert für eine Stellwert-Beschränkung vorgibt.The invention is based, among other things, on the idea of specifying a thermodynamically motivated engine variable such as the scavenging gradient as a function of an engine operating point and introducing this as a suitable variable directly into the model-based boost pressure control, instead of simply using this variable methodically for the data on a characteristic map specifies an absolute value for a manipulated variable restriction for each engine operating point.

Die modellbasierte Ladedruckregelung bestimmt dann aus der aus dem Spülgefälle ermittelten Größe und aus weiteren Parametern, z.B. dem Abgasgegendrucksensor, selbsttätig das maximale Tastverhältnis, die minimale Turbinenfläche bzw. minimale Bypassfläche. Im Sinne der Erfindung wird die Stellgröße schon unter Berücksichtigung des maximal zulässigen Spülgefälles als integraler Bestandteil des Modells im Regler berechnet.The model-based boost pressure control then determines from the variable determined from the flushing gradient and from other parameters, e.g. the exhaust gas back pressure sensor, automatically the maximum pulse duty factor, the minimum turbine area or the minimum bypass area. In the context of the invention, the manipulated variable is calculated as an integral part of the model in the controller, taking into account the maximum permissible flushing gradient.

Bei bekannten Ladedruckregelungen - beispielweise gemäß der DE 10 2006 009 864 A1 - erfolgt die Begrenzung hingegen erst nach der Berechnung der Stellgröße durch den Ladedruckregler. Die heute bekannten Lösungen zielen ab auf eine sinnvolle Bemessung der (notwendigen) Stellgrößen-Begrenzungen anschließend an die eigentliche Ladedruckregelung, während die Ladedruckregelung gemäß Ausführungen der Erfindung das Spülgefälle physikalisch als integralen Bestandteil der Ladedruckregelung begrenzt.With known boost pressure controls - for example, according to DE 10 2006 009 864 A1 - on the other hand, the limitation only takes place after the manipulated variable has been calculated by the boost pressure regulator. The solutions known today aim at a meaningful dimensioning of the (necessary) manipulated variable limits following the actual boost pressure control, while the boost pressure control according to embodiments of the invention physically limits the scavenging gradient as an integral part of the boost pressure control.

Durch die Ladedruckregelung gemäß Ausführungen der Erfindung wird sichergestellt, dass die Ladedruckregelung bzw. die Begrenzung des Spülgefälles unabhängig von Umweltbedingungen, Bauteilstreuungen, Alterungen, Verschleiß, etc. ist. Ferner kann gemäß einer Ausführung das maximal zulässige Spülgefälle exakt erreicht werden, wohingegen bei bekannten Lösungen diese Robustheit nicht gegeben ist.The boost pressure control according to embodiments of the invention ensures that the boost pressure control or the limitation of the flushing gradient is independent of environmental conditions, component variations, aging, wear, etc. Furthermore, according to one embodiment, the maximum permissible flushing gradient can be achieved exactly, whereas this robustness is not given in known solutions.

Des Weiteren kann dadurch die beispielsweise in der DE 10 2006 009 864 A1 beschriebene Umschaltung zwischen einer Begrenzung für den stationären und dynamischen Betrieb des Verbrennungsmotors entfallen.Furthermore, this can be used for example in the DE 10 2006 009 864 A1 The switchover described between a limitation for the stationary and dynamic operation of the internal combustion engine is omitted.

Zudem können die eingangs beschriebenen, aufwändig zu applizierenden Begrenzungskennfelder entfallen. Die Applizierung eines Spülgefälle-Kennfeldes, in welchem beispielsweise ein maximaler Druckwert für das Spülgefälle für verschiedene Kombinationen einer Motordrehzahl und einer Kraftstoffmenge pro Hub festgehalten wird, erfordert nennenswert weniger Aufwand. Ein solches Kennfeld kann gegebenenfalls, zumindest in erster Näherung, aus Daten ermittelt werden, die ohnehin im digitalen Betriebsmodell des Motors bereits vorliegen.In addition, the limitation maps described at the beginning, which are complex to apply, can be dispensed with. The application of a scavenging gradient characteristic map in which, for example, a maximum pressure value for the scavenging gradient is recorded for various combinations of an engine speed and a fuel quantity per stroke, requires significantly less effort. Such a characteristic map can possibly, at least as a first approximation, be determined from data that are already present in the digital operating model of the engine.

Gemäß einer Ausführung erfolgt eine Festlegung einer maximal zulässigen, betriebspunktabhängigen Druckdifferenz zwischen Motoreinlass und -auslass. Insbesondere in hochdynamischen Vorgängen kann diese betriebspunktabhängige Druckdifferenz gemäß einer Ausführung über den Gradienten der tatsächlichen Druckdifferenz noch korrigiert werden.According to one embodiment, a maximum permissible, operating point-dependent pressure difference between the engine inlet and outlet is specified. In particular in highly dynamic processes, this operating point-dependent pressure difference can still be corrected according to one embodiment using the gradient of the actual pressure difference.

Aus einer Addition von Ladedruck und vorgegebenem Spülgefälle und/oder einer anderen geeigneten Beziehung dieser Größen zueinander kann beispielsweise der maximal zulässige Abgasgegendruck ermittelt werden. Ein maximal zulässiger Abgasgegendruck kann in der Ladedruckregelung der gängigen Systemhersteller berücksichtigt werden, sodass der maximal zulässige Differenzdruck des vorgegebenen Spülgefälles eingehalten wird.The maximum permissible exhaust gas back pressure can be determined, for example, from adding the boost pressure and the specified flushing gradient and / or another suitable relationship between these variables. A maximum permissible exhaust back pressure can be taken into account in the boost pressure control of the common system manufacturers so that the maximum permissible differential pressure of the specified flushing gradient is maintained.

Dabei kann dann die modellbasierte Ladedruckregelung auch während hochlastiger Beschleunigungen aktiv bleiben. Die Fahrdynamik kann anhand einer thermodynamisch motivierten Größe appliziert werden. Versuche am Motorprüfstand der Anmelderin bzw. in Versuchsträgern zeigen die wesentlich einfachere Applizierbarkeit des im Sinne der Erfindung bereitgestellten Verfahrens. Abweichende Auswirkungen von Umweltbedingungen, Bauteilstreuungen und Alterung können mit einer Ladedruckregelung nach einer Ausführung der Erfindung nahezu ausgeschlossen werden, da die Ladedruckregelung aktiv bleibt. Zudem können Störeinflüsse auf die Luftmassen- und AGR-Raten-Regelung verringert werden.The model-based boost pressure control can then remain active even during high-load accelerations. The driving dynamics can be based on a thermodynamically motivated variable be applied. Tests on the applicant's engine test bench or in test vehicles show that the method provided within the meaning of the invention can be applied much more easily. Deviating effects of environmental conditions, component variations and aging can almost be ruled out with a boost pressure control according to one embodiment of the invention, since the boost pressure control remains active. In addition, disruptive influences on the air mass and EGR rate regulation can be reduced.

Um eine Ladedruckregelung in verschiedenen denkbaren Betriebssituationen des Verbrennungsmotors zu unterstützen, hängt gemäß einer Ausführung der Sollwert für einen Abgasgegendruck seinerseits von einem Motorbetriebspunkt ab.In order to support boost pressure regulation in various conceivable operating situations of the internal combustion engine, according to one embodiment, the setpoint value for an exhaust gas back pressure in turn depends on an engine operating point.

Um eine negative Auswirkung der Ladedruckregelung auf das Beschleunigungsverhalten des Verbrennungsmotors zu verringern oder auszuschließen, bezieht sich gemäß einer Ausführung der Sollwert für den Abgasgegendruck auf einen maximal zulässigen Abgasgegendruck. Von diesem Abgasgegendruck hängt ab, welche Kompressionsarbeit der zugehörige Kolben beim Ausschieben der Abgase leisten muss. Je höher diese Kompressionsarbeit ist, desto weniger Drehmoment kann der Kolben an die Kurbelwelle als Beschleunigungsarbeit abgeben. Folglich ist es sinnvoll, bei einer hochlastigen Beschleunigung ein Maximum für den Abgasgegendruck festzulegen, bei welchem die durch den Kolben zu leistende Ausschiebearbeit noch in einem nicht störenden Bereich liegt.In order to reduce or exclude a negative effect of the boost pressure regulation on the acceleration behavior of the internal combustion engine, according to one embodiment the setpoint for the exhaust gas back pressure relates to a maximum permissible exhaust gas back pressure. This exhaust gas back pressure determines what compression work the associated piston has to perform when the exhaust gases are pushed out. The higher this compression work, the less torque the piston can deliver to the crankshaft as acceleration work. Consequently, it makes sense to define a maximum for the exhaust gas back pressure in the case of high-load acceleration, at which the pushing-out work to be performed by the piston is still in a non-disruptive range.

Weil das Beschleunigungsverhalten des Verbrennungsmotors nicht ausschließlich vom Abgasgegendruck abhängt, wird gemäß einer Ausführung der Sollwert für den Abgasgegendruck auf Basis eines vorbestimmten maximal zulässigen Spülgefälles ermittelt, sodass die relevanten Einflüsse in die Ermittlung des Sollwerts für den Abgasgegendruck einfließen.Because the acceleration behavior of the internal combustion engine does not depend exclusively on the exhaust back pressure, according to one embodiment the setpoint for the exhaust backpressure is determined on the basis of a predetermined maximum permissible scavenging gradient, so that the relevant influences are included in the determination of the setpoint for the exhaust backpressure.

Um die Ladedruckregelung im gesamten Betriebsspektrum des Verbrennungsmotors unterstützen zu können, wird gemäß einer Ausführung der Sollwert für den Abgasgegendruck, insbesondere das maximal zulässige Spülgefälle, in Abhängigkeit von einem Motorbetriebspunkt ermittelt, insbesondere vorbestimmt. Ein entsprechendes Spülgefälle-Kennfeld kann beispielsweise einen maximalen Druckwert für verschiedene Kombinationen einer Motordrehzahl und einer Kraftstoffmenge pro Hub festhalten.In order to be able to support the boost pressure regulation in the entire operating spectrum of the internal combustion engine, according to one embodiment the setpoint value for the exhaust gas back pressure, in particular the maximum permissible scavenging gradient, is determined, in particular predetermined, as a function of an engine operating point. A corresponding scavenging gradient map can, for example, record a maximum pressure value for various combinations of an engine speed and a fuel quantity per stroke.

Um die Ladedruckregelung gegebenenfalls an reale Abweichungen von einem digitalen Betriebsmodell des Motors (und dort hinterlegten Betriebsmodellen für die beteiligten Parameter) anpassen zu können, erfolgt gemäß einer Ausführung die modellbasierte Ladedruckregelung, insbesondere zusätzlich, in Abhängigkeit von einem Istwert des Spülgefälles. Um dabei instationäre Betriebsfälle des Verbrennungsmotors besser regeln zu können, erfolgt gemäß einer Ausführung die modellbasierte Ladedruckregelung, insbesondere zusätzlich, in Abhängigkeit von einem Gradienten des Istwerts und/oder des Sollwerts des Spülgefälles.In order to be able to adapt the boost pressure control to real deviations from a digital operating model of the engine (and the operating models stored there for the parameters involved), according to one embodiment, the model-based boost pressure control is carried out, in particular additionally, depending on an actual value of the flushing gradient. In order to be able to better regulate transient operating cases of the internal combustion engine, according to one embodiment the model-based boost pressure regulation takes place, in particular additionally, as a function of a gradient of the actual value and / or the setpoint of the scavenging gradient.

Um die Effekte einer Betriebspunkt-abhängigen Abgasrückführung berücksichtigen zu können, erfolgt gemäß einer Ausführung die modellbasierte Ladedruckregelung, insbesondere zusätzlich, in Abhängigkeit von einer AGR-Rate.In order to be able to take into account the effects of an operating point-dependent exhaust gas recirculation, according to one embodiment the model-based boost pressure regulation takes place, in particular additionally, as a function of an EGR rate.

Der Ladedruck kann in bekannten Verbrennungsmotoren durch einen oder mehrere, jedenfalls aber durch unterschiedliche Steller geregelt werden. Gemäß unterschiedlichen Ausführungen kann daher als Ladedrucksteller eine Verschlussklappe eines Abgas-Bypasses und/oder eine Verschlussklappe einer Abgasrückführung und/oder eine Leitschaufel der Abgasturbine vorgesehen sein.In known internal combustion engines, the boost pressure can be regulated by one or more, but in any case by different actuators. According to different embodiments, a closure flap of an exhaust gas bypass and / or a closure flap of an exhaust gas recirculation and / or a guide vane of the exhaust gas turbine can therefore be provided as the charge pressure regulator.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.

  • 1 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor mit einem Abgasturbolader und einem Steuergerät nach einer beispielhaften Ausführung der Erfindung.
  • 2 zeigt einen vereinfachten Regelkreis eines bekannten Verfahrens zur Ladedruckregelung des Verbrennungsmotors aus 1.
  • 3 zeigt einen vereinfachten Regelkreis eines Verfahrens zur Ladedruckregelung des Verbrennungsmotors aus 1 nach einer beispielhaften Ausführung der Erfindung.
Further advantages and possible applications of the invention emerge from the following description in connection with the figures.
  • 1 shows schematically an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger and a control device according to an exemplary embodiment of the invention.
  • 2 FIG. 11 shows a simplified control loop of a known method for regulating the boost pressure of the internal combustion engine 1 .
  • 3 shows a simplified control loop of a method for regulating the boost pressure of the internal combustion engine 1 according to an exemplary embodiment of the invention.

In 1 ist ein Verbrennungsmotor 1 mit einem Abgasturbolader 2 und einem Steuergerät 100 einer beispielhaften Ausführung der Erfindung dargestellt.In 1 is an internal combustion engine 1 with an exhaust gas turbocharger 2 and a control unit 100 an exemplary embodiment of the invention shown.

Der Verbrennungsmotor 1 weist eine Mehrzahl von Zylindern mit jeweils einem Brennraum 4 auf, von denen in 1 der Einfachheit halber nur einer dargestellt ist. Der Brennraum 4 ist von einem Kolben 6 beweglich abgedichtet. Der Verbrennungsmotor 1 ist entweder ein Ottomotor, bei dem eine Brennraumfüllung durch eine nicht dargestellte Zündkerze gezündet wird, oder ein Dieselmotor, der als Kompressionszünder dieses Hilfsmittel nicht benötigt.The internal combustion engine 1 has a plurality of cylinders, each with a combustion chamber 4th on, of which in 1 for the sake of simplicity only one is shown. The combustion chamber 4th is from a piston 6th movably sealed. The internal combustion engine 1 is either a gasoline engine, in which a combustion chamber filling is ignited by a spark plug, not shown, or a diesel engine, which does not need this aid as a compression igniter.

Ein Wechsel von Füllungen des Brennraums 4 wird über ein Einlassventil 8 und ein Auslassventil 10 gesteuert, wobei das Einlassventil 8 von einem Einlassventilsteller und das Auslassventil 10 von einem Auslassventilsteller betätigt wird.A change of fillings in the combustion chamber 4th is via an inlet valve 8th and a outlet valve 10 controlled, the inlet valve 8th from an inlet valve actuator and the outlet valve 10 is operated by an exhaust valve actuator.

Bei geöffnetem Einlassventil 8 strömt Luft oder ein Gemisch aus Luft und Brennstoff aus einem Ansaugsystem 12 in den Brennraum 4. Die Menge der einströmenden Luft oder des einströmenden Gemisches kann je nach Motorkonzept auch über eine nicht dargestellte Drosselklappe eingestellt werden, die durch einen Drosselklappensteller betätigt wird. Unabhängig von dem verwendeten Steller wird die Brennraumfüllung dabei maßgeblich von einem Ladedruck pL vor dem Einlassventil 8 beeinflusst.With the inlet valve open 8th air or a mixture of air and fuel flows out of an intake system 12 into the combustion chamber 4th . Depending on the engine concept, the amount of air flowing in or the mixture flowing in can also be adjusted via a throttle valve, not shown, which is actuated by a throttle valve actuator. Regardless of the actuator used, the combustion chamber filling is largely determined by a boost pressure pL upstream of the inlet valve 8th influenced.

Die Brennraumfüllung kann beispielsweise aus einem Signal eines nicht dargestellten Füllungssensors und/oder mittels Auslesen aus einem Betriebsmodell bestimmt werden.The combustion chamber filling can be determined, for example, from a signal from a filling sensor (not shown) and / or by reading from an operating model.

Der Kraftstoff wird entweder in das Ansaugsystem 12 dosiert oder durch einen nicht dargestellten Injektor direkt in den Brennraum 4 eingespritzt. Unabhängig vom Ort der Einspritzung wird in dem Brennraum 4 eine brennfähige Brennraumfüllung erzeugt.The fuel is either in the intake system 12 metered or directly into the combustion chamber through an injector (not shown) 4th injected. Regardless of the location of the injection, the combustion chamber 4th creates a combustible combustion chamber filling.

Restgase der verbrannten Füllung des Brennraums 4 werden über das geöffnete Auslassventil 10 in eine Abgasführung 14 ausgestoßen. Die Abgasführung 14 weist eine Zuleitung hin zu dem und weg von dem Abgasturbolader 2 sowie einen Turbolader-Bypass 16 auf. Die Ausführung der Erfindung ist aber natürlich an sich nicht von der hier beschriebenen, beispielhaften Aufladungs-Topologie abhängig. Vielmehr kann die Aufladung 1- oder mehrstufig sein und kann auf jeder Stufe entweder einen VNT und Bypass oder nur einen Bypass aufweisen.Residual gases from the burnt filling of the combustion chamber 4th are via the open outlet valve 10 into an exhaust system 14th pushed out. The exhaust system 14th has a feed line to and away from the exhaust gas turbocharger 2 as well as a turbocharger bypass 16 on. The implementation of the invention is of course not dependent on the exemplary charging topology described here. Rather, the charging can be single or multi-stage and can either have a VNT and bypass or just a bypass at each stage.

Der Turbolader-Bypass 16 ist mittels eines Bypass-Ventils, welches bei dem Verbrennungsmotor 1 einen Ladedrucksteller 18 ausbildet, teilweise oder ganz verschließbar. Der Ladedrucksteller 18 kann beispielsweise elektrisch verstellbar sein, insbesondere zumindest im Wesentlichen stufenlos.The turbocharger bypass 16 is by means of a bypass valve, which is in the internal combustion engine 1 a boost pressure actuator 18th trains, partially or completely closable. The boost pressure actuator 18th can for example be electrically adjustable, in particular at least essentially continuously.

Der in der 1 dargestellte Verbrennungsmotor 1 weist einen Abgasturbolader 2 auf, dessen Turbinenrad 20 von den ausgestoßenen Abgasen angetrieben wird und das seinerseits ein Verdichterrad 22 im Ansaugsystem 12 antreibt.The Indian 1 internal combustion engine shown 1 has an exhaust gas turbocharger 2 on, its turbine wheel 20th is driven by the exhaust gases emitted and that in turn is a compressor wheel 22nd in the intake system 12 drives.

Wenn beispielsweise bei hochlastigen Beschleunigungsvorgängen eine große Abgasmenge pro Zeit bei einer hohen Temperatur aus dem Brennraum 4 ausgeschoben wird, bildet sich in der Abgasführung 14 vor dem Turbinenrad 20 des Abgasturboladers 2 ein hoher Abgasgegendruck pAG aus. Ein zu hoher Abgasgegendruck pAG ist jedoch schädlich für die Beschleunigung an der Kurbelwelle. Wenn mittels eines Abgasgegendrucksensors 28 ein solcher zu hoher Druck ermittelt wird, kann zum Abbau des Abgasgegendrucks pAG der Turbolader-Bypass 16 mittels des Ladedrucksteller 18 im nötigen Maße geöffnet werden. Damit hängt aber auch der von dem Abgasturbolader 2 erzeugte Ladedruck pL unter anderem von der Stellung des Ladedruckstellers 18 ab und wird von einem Ladedrucksensor 24 erfasst.If, for example, a large amount of exhaust gas per time at a high temperature from the combustion chamber during high-load acceleration processes 4th is pushed out, forms in the exhaust system 14th in front of the turbine wheel 20th of the exhaust gas turbocharger 2 a high exhaust back pressure pAG. However, too high an exhaust back pressure pAG is detrimental to the acceleration on the crankshaft. If by means of an exhaust back pressure sensor 28 If such an excessively high pressure is determined, the turbocharger bypass can reduce the exhaust gas back pressure pAG 16 by means of the boost pressure actuator 18th opened to the necessary extent. But that also depends on the exhaust gas turbocharger 2 generated boost pressure pL, among other things, from the position of the boost pressure actuator 18th off and is controlled by a boost pressure sensor 24 detected.

Im Ausführungsbeispiel weist der Verbrennungsmotor 1 auch eine Abgasrückführung 13 direkt aus der Abgasführung 14 über ein AGR-Ventil 19 in die Frischluftführung 12 auf, wobei die Menge an rückgeführtem Abgas durch das AGR-Ventil 19 gesteuert werden kann, das in einer Ausführungsform auch als weiterer Ladedrucksteller verwendet werden kann (nachfolgend nicht beschrieben). In the exemplary embodiment, the internal combustion engine 1 also an exhaust gas recirculation 13th directly from the exhaust system 14th via an EGR valve 19th into the fresh air duct 12 on, the amount of recirculated exhaust gas through the EGR valve 19th can be controlled, which in one embodiment can also be used as a further boost pressure actuator (not described below).

Drehmomentanforderungen eines Fahrers werden durch einen Fahrerwunschgeber 26 erfasst, der die Stellung eines Gaspedals des Kraftfahrzeugs als Fahrerwunsch erfasst.A driver's torque requests are made by a driver request generator 26th detected, which detects the position of an accelerator pedal of the motor vehicle as a driver's request.

Der Frischlufteinlass in das Ansaugsystem 12 ist ebenso wie der Auslass der mittels einer Abgasnachbehandlung 30 gereinigten Abgase durch einen doppelt gestrichenen, vertikalen Pfeil symbolisiert.The fresh air inlet into the intake system 12 is just like the exhaust by means of an exhaust aftertreatment 30th purified exhaust gases symbolized by a double-crossed vertical arrow.

Natürlich werden zur Steuerung und/oder Regelung des Verbrennungsmotors 1 bei modernen Kraftfahrzeugen ggf. verschiedene weitere Parameter erfasst, wie beispielsweise eine Drehzahl einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, sowie Drücke, Temperaturen, Winkellagen von Nockenwellen und/oder weitere Betriebsparameter des Verbrennungsmotors. Diese Parameter können mittels geeigneter Sensoren und/oder mittels eines Rückgriffs auf ein geeignetes Betriebsmodell 32 des digitalen Zwillings des Verbrennungsmotors ermittelt werden. Zu den typischerweise in eine modellbasierte Ladedruckregelung einfließenden Einflussgrößen wird Bezug auf die DE 10 2006 009 864 A1 genommen, in welcher für eine bekannte Ladedruckregelung beispielhaft beschrieben ist, welche Parameter typischerweise in die modellbasierte Ladedruckregelung einfließen.Of course, they are used to control and / or regulate the internal combustion engine 1 in modern motor vehicles, various other parameters may be recorded, such as a speed of a crankshaft of the internal combustion engine, as well as pressures, temperatures, angular positions of camshafts and / or other operating parameters of the internal combustion engine. These parameters can be adjusted using suitable sensors and / or using a suitable operating model 32 of the digital twin of the internal combustion engine. The influencing variables that typically flow into a model-based boost pressure control are referred to DE 10 2006 009 864 A1 taken, in which is described as an example for a known boost pressure control, which parameters typically flow into the model-based boost pressure control.

Die 2 und 3 zeigen -am Beispiel des Verbrennungsmotors 1 aus 1 - jeweils einen vereinfachten Regelkreis eines Verfahrens zur Ladedruckregelung. Zudem zeigt die 2 ein entsprechendes bekanntes Steuergerät 50, während die 3 ein Steuergerät 100 nach einer beispielhaften Ausführung der Erfindung zeigt.The 2 and 3 show - using the example of the internal combustion engine 1 out 1 - each a simplified control loop of a method for boost pressure control. In addition, the 2 a corresponding known control device 50 while the 3 a control unit 100 shows according to an exemplary embodiment of the invention.

Dabei ist in 2 ein bekanntes Verfahren dargestellt, bei welchem erst nach der eigentlichen modellbasierten Ladedruckregelung eine Stellwertbegrenzung mit unterschiedlichen absoluten Werten für unterschiedliche Motorbetriebspunkte erfolgt. In 3 ist ein Verfahren zur Ladedruckregelung nach einer beispielhaften Ausführung der Erfindung dargestellt, wobei auch die Unterschiede zu den bekannten Verfahren nach 2 verdeutlicht werden.In 2 a known method is shown in which a control value limitation with different absolute values for different engine operating points only takes place after the actual model-based boost pressure control. In 3 is a method for boost pressure control according to an exemplary embodiment of the invention shown, with the differences to the known method according to 2 be clarified.

Bei dem bekannten Verfahren zur Ladedruckregelung gemäß 2 erfolgt zunächst in Schritt S 210 - insbesondere auf Basis eines Fahrerwunsches durch den Fahrerwunschgeber 26 - die Generierung eines Sollwerts pL,soll für den Ladedruck pL.In the known method for boost pressure control according to 2 takes place first in step S 210 - in particular on the basis of a driver's request by the driver's request generator 26th - the generation of a setpoint pL, should for the boost pressure pL.

In Schritt S 221 wird mittels des Ladedrucksensors 24 und/oder mittels des Betriebsmodells 32 ein Istwert pL,ist des Ladedrucks pL im Ansaugsystem 12 ermittelt.In step S 221 is by means of the boost pressure sensor 24 and / or by means of the operating model 32 an actual value pL is the boost pressure pL in the intake system 12 determined.

In Schritt S 222 werden Werte verschiedener modellierter und/oder gemessener Einflussgrößen auf den Ladedruck pL ermittelt bzw. erfasst. Diese Einflussgrößen können beispielsweise sein: eine positive oder negative Traktionsvorgabe des Fahrers, eine Drehzahl der Kurbelwelle, eine Kraftstoffmenge pro Hub und Brennraum, eine Drosselklappenstellung und/oder eine Stellung des Ladedruckstellers 18.In step S 222 values of various modeled and / or measured influencing variables on the boost pressure pL are determined or recorded. These influencing variables can be, for example: a positive or negative traction specification by the driver, a speed of the crankshaft, an amount of fuel per stroke and combustion chamber, a throttle valve position and / or a position of the boost pressure actuator 18th .

Der Sollwert pL,soll fließt zusammen mit dem in Schritt S 221 ermittelten Istwerts pL,ist des Ladedrucks und die Werten der berücksichtigten Einflussgrößen auf den Ladedruck in eine modellbasierte Ladedruckregelung von Schritt S 220 ein.The setpoint pL, soll flows together with that in step S 221 determined actual value pL, is of the boost pressure and the values of the influencing variables taken into account on the boost pressure in a model-based boost pressure control of step S 220 a.

In dem Schritt S 220 wird auf Basis dieser Eingangsgrößen für alle relevanten Motorbetriebspunkte jeweils eine Stellgröße für die Ladedrucksteller ermittelt. Regelmäßig liefern die herkömmlichen modellbasierten Ladedruckregelungen für instationären Betriebssituationen im Hochlastbereich (zum Beispiel starke Beschleunigung bei hoher Drehzahl) derartige Stellgrößen, dass aus dessen Ansteuerung ein unerwünscht hoher Abgasgegendruck pAG resultieren würde.In the step S 220 a manipulated variable for the boost pressure regulator is determined on the basis of these input variables for all relevant engine operating points. The conventional model-based boost pressure controls for unsteady operating situations in the high-load range (for example, strong acceleration at high speed) regularly supply manipulated variables such that their activation would result in an undesirably high exhaust gas back pressure pAG.

Um dem entgegenzuwirken, wird bei dem bekannten Verfahren gemäß 2, insbesondere für solche Betriebspunkte, in Schritt S 230 eine absolute Stellwertbegrenzung vorgenommen, die aus einem in Schritt S 231 bereitgestellten Steller-Begrenzungskennfeld resultiert.To counteract this, in the known method according to 2 , especially for such operating points, in step S 230 an absolute control value limitation is made, which is derived from a step S 231 provided actuator limitation map results.

Für einen bestimmten Motorbetriebspunkt greift die Stellwertbegrenzung gemäß Schritt S 230, wenn sich aus der modellbasierten Ladedruckregelung gemäß Schritt S 220 höhere Stellgrößen ergeben als die in den Steller-Begrenzungskennfeldern.The manipulated variable limit according to step S takes effect for a specific engine operating point 230 if the model-based boost pressure control according to step S 220 higher manipulated variables result than those in the actuator limitation maps.

In jedem Fall werden die Stellgrößen mittels einer in Schritt S 240 durchgeführten Positionsregelung umgesetzt in eine geeignete Stellung des Ladedruckstellers 18.In any case, the manipulated variables are determined by means of an in step S 240 implemented position control implemented in a suitable position of the boost pressure actuator 18th .

Aus dem Verbrennungsmotor 1 fließen in den Regelkreis zumindest die folgenden Informationen zurück: (a) eine Identifizierung des relevanten Motorbetriebspunktes; (b) gegebenenfalls die aktuellen Werte der relevanten Einflussgrößen; (c) gegebenenfalls der aktuelle Istwert pL,ist des Ladedrucks.From the internal combustion engine 1 At least the following information flows back into the control loop: (a) an identification of the relevant engine operating point; (b) if applicable, the current values of the relevant influencing variables; (c) if applicable, the current actual value pL, is the boost pressure.

Mit dieser „Überschreibung“ der eigentlichen, modellbasierten Ladedruckregelung aus Schritt S 220 durch die absolute Stellwerkbegrenzung aus Schritt S 230 sind die im allgemeinen Teil der Beschreibung festgehaltenen Nachteile verbunden.With this “overwriting” of the actual, model-based boost pressure control from step S 220 by the absolute signal box limitation from step S 230 the disadvantages stated in the general part of the description are connected.

In 3 ist ein Steuergerät 100 nach einer beispielhaften Ausführung der Erfindung dargestellt. Auf diesem Steuergerät 100 kann ein Verfahren zur Ladedruckregelung nach einer beispielhaften Ausführung der Erfindung durchgeführt werden.In 3 is a control device 100 shown according to an exemplary embodiment of the invention. On this control unit 100 a method for boost pressure control can be carried out according to an exemplary embodiment of the invention.

Von den bekannten Verfahren gemäß 2 unterscheidet sich das Verfahren der 3 insbesondere durch den Wegfall der absoluten Stellwertbegrenzungen gemäß Schritt S 230. Dadurch entfällt im Ausführungsbeispiel auch die Notwendigkeit, mit großem Aufwand das Steller-Begrenzungskennfeld gemäß Schritt S 231 zu applizieren.From the known method according to 2 differs the procedure of 3 in particular due to the elimination of the absolute control value limits in accordance with step S 230 . As a result, in the exemplary embodiment, there is also no need to set the actuator limiting characteristic diagram according to step S at great expense 231 to apply.

Stattdessen findet gemäß Schritt S 323 ein Spülgefälle-Begrenzungskennfeld Anwendung, in welchem ein maximal zulässiges Spülgefälle (also die maximal zulässige Differenz zwischen dem Ladedruck pL und dem Abgasgegendruck pAG) für alle relevanten Motorbetriebspunkt festgehalten ist.Instead, according to step S 323 a scavenging gradient limiting map application in which a maximum permissible scavenging gradient (i.e. the maximum permissible difference between the boost pressure pL and the exhaust back pressure pAG) is recorded for all relevant engine operating points.

Dieses Kennfeld gemäß Schritt S 323 ist zum einen mit viel geringerem Aufwand applizierbar und dient zum anderen nicht der Vorgabe absoluter Begrenzungswerte, sondern ist eine Ergänzung der modellbasierten Ladedruckregelung gemäß Schritt S 320.This map according to step S 323 On the one hand, it can be applied with much less effort and, on the other hand, it is not used to specify absolute limit values, but rather is a supplement to the model-based boost pressure control according to step S 320.

Im Ausführungsbeispiel wird für den vorliegenden Motorbetriebspunkt in Schritt S 324 ein maximal zulässiger Abgasgegendruck berechnet. Dieser ergibt sich beispielsweise, indem eine Differenz aus den maximal zulässigen Spülgefälle und dem Istwert pL des Ladedrucks ermittelt wird.In the exemplary embodiment, for the present engine operating point in step S 324 a maximum allowable exhaust back pressure is calculated. This is obtained, for example, by determining a difference between the maximum permissible flushing gradient and the actual value pL of the boost pressure.

Auf diese Weise kann in die modellbasierte Ladedruckregelung nach Schritt S 320 bereits eine gegebenenfalls notwendige Begrenzung bei der Berechnung der Stellgrößen einfließen, um letzten Endes sicherzustellen, dass kein zu hoher Abgasgegendruck erreicht wird. Die Notwendigkeit einer Vorgabe absoluter Grenzwerte wie bei den bekannten Verfahren gemäß 2 entfällt.In this way, the model-based boost pressure control according to step S 320 a possibly necessary limitation in the calculation of the manipulated variables are already included in order to ultimately ensure that no excessively high exhaust gas back pressure is reached. The necessity of specifying absolute limit values as in the known methods according to 2 not applicable.

Aus dem Verbrennungsmotor 1 fließen in den Regelkreis zumindest die folgenden Informationen zurück: eine Identifizierung des relevanten Motorbetriebspunktes, beispielsweise über eine Auswahl des relevanten Spülgefällewertes im Spülgefälle-Begrenzungskennfeld, das in S 323 bereitgestellt wird, und/oder ein relevanter Wert pAG des Abgasgegendruck-Sensors.From the internal combustion engine 1 At least the following information flows back into the control loop: An identification of the relevant Engine operating point, for example by selecting the relevant scavenging gradient value in the scavenging gradient limitation map, which is shown in p 323 is provided, and / or a relevant value pAG of the exhaust gas back pressure sensor.

In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann das Steller-Begrenzungskennfeld wie in 2 zwar noch appliziert werden, der Aufwand könnte dann aber durch die Anwendung der Erfindung dramatisch reduziert werden, insbesondere weil die Auswirkungen aufgrund Umweltbedingungen etc. ebenfalls ausgeschlossen bzw. reduziert sind.In an exemplary embodiment that is not shown, the actuator limitation map can as in FIG 2 can still be applied, but the effort could then be dramatically reduced by using the invention, in particular because the effects due to environmental conditions etc. are likewise excluded or reduced.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
VerbrennungsmotorInternal combustion engine
22
AbgasturboladerExhaust gas turbocharger
44th
BrennraumCombustion chamber
66th
Kolbenpiston
88th
EinlassventileInlet valves
1010
AuslassventileExhaust valves
1212
AnsaugsystemSuction system
1313
AbgasrückführungExhaust gas recirculation
1414th
AbgasführungExhaust system
1616
Turbolader-BypassTurbocharger bypass
1818th
LadedruckstellerBoost pressure actuator
1919th
AGR-VentilAGR valve
2020th
Turbolader-TurbineTurbocharger turbine
2222nd
Turbolader-VerdichterTurbocharger Compressor
2424
DrucksensorPressure sensor
2626th
FahrerwunschgeberDriver request generator
2828
DrucksensorPressure sensor
3030th
AbgasnachbehandlungExhaust aftertreatment
3232
Betriebsmodell Operating model
5050
bekanntes Steuergerätknown control unit
100100
Steuergerät nach einer Ausführung der Erfindung Control device according to one embodiment of the invention
pLpL
LadedruckBoost pressure
pAGpAG
Abgasgegendruck Exhaust back pressure
S210 - S240S210 - S240
an sich bekannte Verfahrensschritteprocess steps known per se
S320 - S324S320 - S324
Verfahrensschritte nach einer Ausführung der ErfindungMethod steps according to one embodiment of the invention

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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.This list of the documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102006009864 A1 [0008, 0017, 0019, 0045]DE 102006009864 A1 [0008, 0017, 0019, 0045]

Claims (12)

Verfahren zur Ladedruckregelung eines Verbrennungsmotors (1) mit einem Abgasturbolader (2), aufweisend die Schritte: - (S210) Ermitteln eines Sollwerts (pL,soll) für einen Ladedruck (pL) auf einer Verdichterseite des Abgasturboladers, (S210) - (S320) Ermitteln einer Stellgröße für einen Ladedrucksteller (18) auf einer Abgasturbinenseite des Abgasturboladers, auf Basis des ermittelten Sollwerts für den Ladedruck sowie in Abhängigkeit von einem Istwert (pL,ist) des Ladedrucks (S221) und von wenigstens einer modellierten Einflussgröße (S 222) mittels einer modellbasierten Ladedruckregelung (S 320), dadurch gekennzeichnet, dass die modellbasierte Ladedruckregelung (S320) zusätzlich in Abhängigkeit von einem Sollwert für einen Abgasgegendruck erfolgt (S324).Method for regulating the boost pressure of an internal combustion engine (1) with an exhaust gas turbocharger (2), comprising the steps: Determination of a manipulated variable for a boost pressure adjuster (18) on an exhaust gas turbine side of the exhaust gas turbocharger, based on the setpoint determined for the boost pressure and as a function of an actual value (pL, ist) of the boost pressure (S221) and of at least one modeled influencing variable (S 222) by means of a model-based boost pressure control (S 320), characterized in that the model-based boost pressure control (S320) also takes place as a function of a target value for an exhaust gas back pressure (S324). Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert für den Abgasgegendruck von einem Motorbetriebspunkt abhängt.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the target value for the exhaust gas back pressure depends on an engine operating point. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Sollwert für den Abgasgegendruck auf einen maximal zulässigen Abgasgegendruck bezieht.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the target value for the exhaust gas back pressure relates to a maximum permissible exhaust gas back pressure. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert für den Abgasgegendruck auf Basis eines vorbestimmten maximal zulässigen Spülgefälles ermittelt wird (S 323).Method according to one of the preceding claims, characterized in that the setpoint value for the exhaust gas back pressure is determined on the basis of a predetermined maximum permissible scavenging gradient (S 323). Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert für den Abgasgegendruck, insbesondere das maximal zulässige Spülgefälle, in Abhängigkeit von einem Motorbetriebspunkt ermittelt, insbesondere vorbestimmt, wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the target value for the exhaust gas back pressure, in particular the maximum permissible scavenging gradient, is determined, in particular predetermined, as a function of an engine operating point. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die modellbasierte Ladedruckregelung, insbesondere zusätzlich, in Abhängigkeit von einem Istwert des Spülgefälles erfolgt.Method according to one of the Claims 4 or 5 , characterized in that the model-based boost pressure regulation, in particular additionally, takes place as a function of an actual value of the flushing gradient. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die modellbasierte Ladedruckregelung (S320), insbesondere zusätzlich, in Abhängigkeit von einem Gradienten des Istwerts und/oder des Sollwerts des Spülgefälles erfolgt.Procedure according to Claim 6 , characterized in that the model-based boost pressure control (S320), in particular additionally, takes place as a function of a gradient of the actual value and / or the setpoint of the flushing gradient. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die modellbasierte Ladedruckregelung, insbesondere zusätzlich, in Abhängigkeit von einer AGR-Rate erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the model-based boost pressure regulation takes place, in particular additionally, as a function of an EGR rate. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Ladedrucksteller ein Bypass-Ventil (18) eines Abgas-Bypasses (16) und/oder ein AGR-Ventil (19) einer Abgasrückführung (13) und/oder eine Leitschaufel einer Abgasturbine (20) des Abgasturboladers (2) vorgesehen ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a bypass valve (18) of an exhaust gas bypass (16) and / or an EGR valve (19) of an exhaust gas recirculation (13) and / or a guide vane of an exhaust gas turbine ( 20) of the exhaust gas turbocharger (2) is provided. Steuergerät (100) zur Ladedruckregelung eines Verbrennungsmotors (1) mit einem Abgasturbolader (2), das dazu eingerichtet ist, - einen Sollwert (pL,soll) für einen Ladedruck auf einer Verdichterseite des Abgasturboladers zu ermitteln, - eine Stellgröße für einen Ladedrucksteller (18) auf einer Abgasturbinenseite des Abgasturboladers, auf Basis des ermittelten Sollwerts für den Ladedruck sowie in Abhängigkeit von einem Istwert (pL,ist) des Ladedrucks und von wenigstens einer modellierten Einflussgröße mittels einer modellbasierten Ladedruckregelung (S 320), zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (100) dazu eingerichtet ist, die modellbasierte Ladedruckregelung zusätzlich in Abhängigkeit von einem Sollwert für einen Abgasgegendruck vorzunehmen.Control device (100) for regulating the boost pressure of an internal combustion engine (1) with an exhaust gas turbocharger (2), which is set up to - determine a setpoint (pL, soll) for a boost pressure on a compressor side of the exhaust gas turbocharger, - a manipulated variable for a boost pressure actuator (18 ) on an exhaust gas turbine side of the exhaust gas turbocharger, based on the determined setpoint value for the boost pressure as well as depending on an actual value (pL, ist) of the boost pressure and at least one modeled influencing variable by means of a model-based boost pressure control (S 320), characterized in that the control unit (100) is set up to also carry out the model-based boost pressure regulation as a function of a setpoint value for an exhaust gas back pressure. Steuergerät (100) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9 durchzuführen.Control unit (100) according to Claim 10 , characterized in that it is set up to use a method according to one of the Claims 2 to 9 perform. Verbrennungsmotor (1) mit einem Abgasturbolader (2), gekennzeichnet durch ein Steuergerät (100) gemäß Anspruch 10 oder 11.Internal combustion engine (1) with an exhaust gas turbocharger (2), characterized by a control device (100) according to Claim 10 or 11 .
DE102019103688.7A 2019-02-14 2019-02-14 Model-based boost pressure control of an internal combustion engine Pending DE102019103688A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019103688.7A DE102019103688A1 (en) 2019-02-14 2019-02-14 Model-based boost pressure control of an internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019103688.7A DE102019103688A1 (en) 2019-02-14 2019-02-14 Model-based boost pressure control of an internal combustion engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102019103688A1 true DE102019103688A1 (en) 2020-08-20

Family

ID=71843590

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019103688.7A Pending DE102019103688A1 (en) 2019-02-14 2019-02-14 Model-based boost pressure control of an internal combustion engine

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102019103688A1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006009864A1 (en) * 2006-03-03 2007-09-06 Dr.Ing.H.C. F. Porsche Ag Method and control unit for adjusting a turbine flow cross section of a turbocharger
DE102015216261A1 (en) * 2015-08-26 2017-03-02 Robert Bosch Gmbh Method and device for determining a manipulated variable for a supercharger of an exhaust-driven charging device
US9909490B2 (en) * 2016-03-24 2018-03-06 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for boost control

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006009864A1 (en) * 2006-03-03 2007-09-06 Dr.Ing.H.C. F. Porsche Ag Method and control unit for adjusting a turbine flow cross section of a turbocharger
DE102015216261A1 (en) * 2015-08-26 2017-03-02 Robert Bosch Gmbh Method and device for determining a manipulated variable for a supercharger of an exhaust-driven charging device
US9909490B2 (en) * 2016-03-24 2018-03-06 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for boost control

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102005015609B4 (en) Device for controlling an internal combustion engine
DE102010010362B4 (en) A system and method for controlling the operation of an internal combustion engine having a variable geometry forced intake component
DE102007012604B4 (en) Method for regulating injection of an injector of a direct injection internal combustion engine and direct injection internal combustion engine
DE102011122506A1 (en) Control of EGR, fresh air mass flow and boost pressure for internal combustion engines
DE112006003091T5 (en) Control device for an internal combustion engine
DE102011016517B4 (en) Control module for reducing a turbo lag in an internal combustion engine
DE102019102230A1 (en) System and method for providing engine braking
DE102010056514A1 (en) Method for reduction of nitrogen oxide emission in diesel engine of motor car, involves providing parts of exhaust gas to form residue exhaust gas in chamber, and adjusting residue gas and/or ratio between parts of gas in chamber
DE102006061659B4 (en) Method and device for controlling an internal combustion engine
DE102005020686A1 (en) Method for controlling a fuel supply device of an internal combustion engine
DE102006019255A1 (en) Method and controller for adjusting a variable turbocharger turbine flow area
DE102010008762A1 (en) A method and apparatus for controlling fuel rail pressure using a fuel pressure sensor fault
DE102010063095A1 (en) Method and apparatus for performing a zero point adaptation of a lambda probe of an internal combustion engine
DE102015120910A1 (en) Residue detection and compensation for the continuously variable compressor recirculation valve
DE102012221403A1 (en) Method for operating a spark-ignited internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger
DE102004038733A1 (en) Method and device for operating an internal combustion engine
DE102011004068B3 (en) Method for coordinating dispensed torques and/or lambda values of burning cylinders for combustion engine of motor vehicle, involves providing parameters for supply of fuel for incineration in cylinders depending on correction values
WO2018010963A1 (en) Method and device for controlling an internal combustion engine having an exhaust turbocharger
DE102016217222B4 (en) Method and device for controlling the residual gas mass remaining in the cylinder of an internal combustion engine after a gas exchange process and/or the scavenging air mass flushed into the exhaust manifold of the internal combustion engine during a gas exchange process
DE102011081949A1 (en) Method and device for carrying out a control, in particular for use in a motor vehicle
DE102019103688A1 (en) Model-based boost pressure control of an internal combustion engine
DE102008053941A1 (en) Learning and initialization procedure for a torque integral control
DE102006005504A1 (en) Regulating process for actual output value of engine involves forming maximum value as basis for forming guide value
DE102016212946A1 (en) Method for controlling and controlled according to this method internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger
DE102007058234A1 (en) Internal-combustion engine e.g. petrol engine, operating method for vehicle, involves adjusting supplied amount of air to combustion chamber of internal-combustion engine until measured value is adjusted to modeled value

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication