DE102020215462A1

DE102020215462A1 - Verfahren zur Regelung eines Ladedrucks einer Kraftmaschine

Info

Publication number: DE102020215462A1
Application number: DE102020215462.7A
Authority: DE
Inventors: Andre Wittmer; Linus Carle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-12-08
Filing date: 2020-12-08
Publication date: 2022-06-09
Also published as: CN114607513A; US20220178317A1

Abstract

Verfahren zur Regelung eines Ladedrucks eine Kraftmaschine (10), wobei die Kraftmaschine (10) eine Aufladeeinrichtung (6) mit einem Verdichter (62) und einem Verdichterbypass (65) aufweist, wobei der Verdichterbypass (65) ein Schubumluftventil (64) zum Öffnen und Schließen des Verdichterbypass (65) aufweist, wobei eine Ladedruckregelung als Eingangsparameter einen Ist-Ladedruck (pist) und einen Soll-Ladedruck (psoll) verwendet, wobei ein erstes Verdichterdruckverhältnis (Π1) in Abhängigkeit einer Limitierungslinie (L) aus einem Verdichterkennfeld (V) und einer Motor-Schlucklinie (S) für die Kraftmaschine (10) und ein zweites Verdichterdruckverhältnis (Π2) in Abhängigkeit der Limitierungslinie (L) aus dem Verdichterkennfeld (V), eines Massenstroms (ṁmotor) durch die Kraftmaschine (10) und einer Drosselkennlinie (D) für das Schubumluftventils (64) ermittelt wird, wobei aus dem ersten und dem zweiten Verdichterdruckverhältnis (Π1;Π2) ein maximal zulässiges Verdichtungsverhältnis (Πmαx) für den Verdichter (62) ermittelt wird, wobei in Abhängigkeit des maximal zulässigen Verdichtungsverhältnis (Πmαx) ein maximal zulässiger Ladedruck (pmax) ermittelt wird, wobei die Ladedruckregelung auf den maximal zulässigen Ladedruck (pmax) begrenzt wird.

Description

Stand der Technik
Bei Kraftmaschinen und insbesondere Verbrennungskraftmaschinen, wie beispielsweise Benzin- und Dieselmotoren, wird zur Erhöhung der Leistung die Luftfüllung in den Brennraum der Kraftmaschine mittels eines Verdichters erhöht, wie beispielsweise mittels eines Abgas-Turboladers oder eines rein elektrischen Verdichters. Der Druck, mit dem die Luft in den Brennraum der Kraftmaschine komprimiert wird, wird auch als Ladedruck bezeichnet. Der Ladedruck wird dabei in bekannter Weise mittels einer Ladedruckregelung geregelt, wobei üblicherweise ein Ist-Ladedruck einem Soll-Ladedruck nachgeführt wird.
Die DE 10 2012 224 055 A1 offenbart ein Verfahren zur Regelung eines Ladedrucks einer Kraftmaschine (10). Die Kraftmaschine (10) weist einen Verdichter (18) auf, insbesondere einen Turbolader (34). Die Regelung verwendet als Eingangsparameter einen Ist-Ladedruck und einen Soll-Ladedruck. Der Soll-Ladedruck wird derart geregelt, dass ein Druckverhältnis in dem Verdichter (18) ein Grenzdruckverhältnis nicht überschreitet. Ein Referenzladedruck wird basierend auf einer Drehzahl der Kraftmaschine (10) und einer Last der Kraftmaschine (10) ermittelt. Eine Strömung und/oder ein Druck einer der Kraftmaschine (10) zugeführten Luft wird erfasst und ein zugehöriges Strömungssignal und/oder Drucksignal erzeugt. Als Soll-Ladedruck wird der kleinere Druck von dem Referenzladedruck und einem Grenzladedruck verwendet. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Grenzladedruckverhältnis basierend auf einer Größe einer zeitlichen Veränderung des Strömungssignals und/oder des Drucksignals ermittelt wird, wobei der Grenzladedruck basierend auf dem Grenzladedruckverhältnis und einer Drehzahl des Verdichters (18) ermittelt wird. Ferner wird eine Kraftmaschine (10) mit einem Verdichter (18), insbesondere einem Turbolader (34), und mit einem Regelungsgerät (32) vorgeschlagen, wobei das Regelungsgerät (32) eingerichtet ist zum Durchführen eines derartigen Verfahrens.
Offenbarung der Erfindung
In einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur Regelung eines Ladedrucks einer Kraftmaschine vorgestellt, wobei die Kraftmaschine eine Aufladeeinrichtung mit einem Verdichter und einem Verdichterbypass aufweist, wobei der Verdichterbypass 65 ein Schubumluftventil zum Öffnen und Schließen des Verdichterbypasses aufweist, wobei eine Ladedruckregelung als Eingangsparameter einen Ist-Ladedruck und einen Soll-Ladedruck verwendet, wobei ein erstes Verdichterdruckverhältnis in Abhängigkeit einer Limitierungslinie aus einem Verdichterkennfeld und einer Motor-Schlucklinie für die Kraftmaschine und ein zweites Verdichterdruckverhältnis in Abhängigkeit der Limitierungslinie aus dem Verdichterkennfeld, eines Massenstroms durch die Kraftmaschine und einer Drosselkennlinie für das Schubumluftventils ermittelt wird, wobei aus dem ersten und dem zweiten Verdichterdruckverhältnis ein maximal zulässiges Verdichtungsverhältnis für den Verdichter ermittelt wird, wobei in Abhängigkeit des maximal zulässigen Verdichtungsverhältnisses ein maximal zulässiger Ladedruck ermittelt wird, wobei die Ladedruckregelung auf den maximal zulässigen Ladedruck begrenzt wird. Das Verfahren hat den besonderen Vorteil, dass eine Regelung für die Aufladeeinrichtung durch die Ermittlung des maximal zulässigen Verdichterdruckverhältnisses derart durchgeführt werden kann, dass stets ein Ladedruck eingestellt werden kann, bei dem der Verdichter bei geöffnetem Schubumluftventil im sicheren Kennfeld-Bereich unterhalb seiner Pumpgrenze betrieben wird. Durch diese Limitierung für den Ladedruck kann ein Bauteilschutz für die Aufladeeinrichtung erhalten werden.
Des Weiteren hat das Verfahren den Vorteil, dass stets ein maximaler Ladedruck unter Berücksichtigung des maximalen zulässigen Verdichtungsverhältnisses in transienten Betriebszuständen für die Kraftmaschine eingestellt werden kann.
Das Verfahren bietet weiter den Vorteil, dass die Umsetzung des Verfahrens zur Regelung des Ladedrucks wenig Ressourcen und Rechenzeit auf dem Steuergerät benötigt, da die Ermittlung der Schnittpunkte für die Verdichtungsverhältnisse aus bereits in Kennfeldern abgespeicherten Daten, wie z.B. dem Verdichterkennfeld, der Drosselkennlinie für das Schubumluftventil und der Schlucklinie für die Kraftmaschine, erfolgt. Diese Kennfelder werden größtenteils bereits in einer Applikationsphase für die entsprechenden Bauteile ermittelt und im Steuergerät gespeichert.
Ferner kann ein erster Schnittpunkt zwischen der Motor-Schlucklinie und der Limitierungslinie aus dem Verdichterkennfeld zur Berechnung des ersten Verdichterdruckverhältnisses ermittelt wird.
Das Verfahren bietet den Vorteil, dass die Umsetzung des Verfahrens zur Regelung des Ladedrucks wenig Ressourcen und Rechenzeit auf dem Steuergerät benötigt, da die Ermittlung des ersten Schnittpunkts für das Verdichtungsverhältnis aus bereits in Kennfeldern abgespeicherten Daten, wie z.B. der Limitierungslinie und der Motor-Schlucklinie für die Kraftmaschine, erfolgt.
Des Weiteren kann die Drosselkennlinie um den aktuellen Massenstrom durch die Kraftmaschine in Abszissenrichtung, also auf der Massenstrom-Axe, verschoben werden und ein zweiter Schnittpunkt zwischen der verschobenen Drosselkennlinie und der Limitierungslinie aus dem Verdichterkennfeld zur Berechnung des zweiten Verdichterdruckverhältnisses ermittelt wird.
Das Verfahren bietet den Vorteil, dass die Umsetzung des Verfahrens zur Regelung des Ladedrucks wenig Ressourcen und Rechenzeit auf dem Steuergerät benötigt, da die Ermittlung des zweiten Schnittpunkts für das zweite Verdichterdruckverhältnis aus bereits in Kennfeldern abgespeicherten Daten, wie z.B. der Limitierungslinie und der Drosselkennlinie für die Kraftmaschine, erfolgt.
Es ist vorteilhaft, wenn das maximal zulässige Verdichterdruckverhältnis als Minimum zwischen dem ersten Verdichterdruckverhältnis und dem zweiten Verdichterdruckverhältnis ermittelt wird.
Das Verfahren hat den besonderen Vorteil, dass durch die Ermittlung des maximal zulässigen Verdichterdruckverhältnisses eine Regelung für die Aufladeeinrichtung derart durchgeführt werden kann, dass stets ein Ladedruck eingestellt werden kann, bei dem der Verdichter bei geöffnetem Schubumluftventil im sicheren Kennfeld-Bereich unterhalb seiner Pumpgrenze betrieben wird. Durch diese Limitierung für den Ladedruck kann ein Bauteilschutz für die Aufladeeinrichtung erhalten werden.
Ferner kann die Aufladeeinrichtung als ein Abgasturbolader oder als ein elektrisch aufgeladener Abgasturbolader oder als ein elektrischer Verdichter ausgestaltet sein.
Des Weiteren kann die Kraftmaschine als eine Verbrennungskraftmaschine oder als eine Brennstoffzelle ausgeführt sein.
Ferner kann der Ist-Ladedruck mittels der Drosselklappe und/oder der elektrischen Maschine der Aufladeeinrichtung und/oder eines Abgasturboladers und/oder eines elektrisch unterstützten Abgasturboladers und/oder des Schubumluftventils eingestellt werden.
Ferner kann das Schubumluftventil teilweise oder ganz geöffnet sein. Vorteilhaft ist es, wenn ein minimaler Massenstrom, insbesondere ein Massenstrom größer als 0 kg/s, über das Schubumluftventil strömt.
In weiteren Aspekten betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, insbesondere ein Steuergerät und ein Computerprogramm, die zur Ausführung eines der Verfahren eingerichtet, insbesondere programmiert, sind. In einem noch weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
Figurenliste
Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 1 mit einer Verbrennungskraftmaschine 10,
2 den beispielhaften Ablauf des Verfahrens anhand eines Ablaufdiagramms in einer bevorzugten Ausführungsform.

Die 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Kraftmaschine 10, in Form einer Verbrennungskraftmaschine. Das vorliegende Ausführungsbeispiel zeigt ohne Einschränkung eine vierzylindrige Verbrennungskraftmaschine 10. Die Verbrennungskraftmaschine 10 kann vorzugsweise als Diesel- oder Ottomotor ausgebildet sein. Das Verfahren kann auch mit Verbrennungskraftmaschinen mit beliebig vielen Zylindern, vorzugsweise mit 2-, 3-, 6-, 8-Zylindern, durchgeführt werden. Das Ausführungsbeispiel ist auch auf aufgeladene Kraftmaschinen übertragbar, insbesondere einer aufgeladenen Brennstoffzelle, die das Kraftfahrzeug 1 elektrisch antreibt.
Unter einer Brennstoffzelle ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine galvanische Zelle zu verstehen, die chemische Reaktionsenergie eines über eine Brennstoffzuführungsleitung zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie wandelt. Der Brennstoff kann Wasserstoff oder Methan oder Methanol sein. Das Oxidationsmittel ist üblicherweise Luft bzw. Sauerstoff. Entsprechend entsteht als Abgas Wasserdampf oder Wasserdampf und Kohlendioxid.
Die Verbrennungskraftmaschine 10 wird in an sich bekannter Weise Umgebungsluft über ein Luftzuführungssystem 40 zugeführt und Verbrennungsabgas aus den Zylindern 23 über ein Abgassystem 50 abgeführt. Das Luftzuführungssystem 40 steht über Einlassventile (nicht gezeigt) mit den Zylindern 23 der Verbrennungskraftmaschine 10 in an sich bekannter Weise in Verbindung. Verbrennungsabgas wird über entsprechende Auslassventile (nicht gezeigt) in das Abgassystem 50 in an sich bekannter Weise ausgestoßen.
In Strömungsrichtung der Luft 2 ist Folgendes angeordnet: Ein erster Sensor 3, z. B. ein Heißfilmluftmassenmesser 3 (HFM), eine Aufladeeinrichtung 6, die eine Abgasturbine 61 im Abgassystem 50 aufweist und einen Verdichter 62 mit einem Verdichterbypass 65 im Luftzuführungssystem 40 aufweist.
Der erste Sensor 3 kann einen ersten Druck p₁, eine erste Temperatur T₁ und einen ersten Massenstrom ṁ₁ bestimmen. Alternativ oder zusätzlich kann für jede Systemgröße auch jeweils ein Sensor verbaut sein. Auch können die Messgrößen mittels Modellen, welche auf dem Steuergerät 100 berechnet werden, ermittelt werden.
Die Aufladeeinrichtung 6 ist als ein elektrisch unterstützter Abgasturbolader 6 aufgebaut. Die Turbine 61 ist mit dem Verdichter 62 mechanisch gekoppelt, so dass Abgasenthalpie, die in der Turbine 61 in mechanische Energie umgesetzt wird, zur Verdichtung von aus der Umgebung entnommener Umgebungsluft in dem Verdichter 62 verwendet wird.
Zusätzlich kann die Aufladeeinrichtung 6 mithilfe einer elektrischen Maschine 8, welche zusätzliche mechanische Energie über eine mechanische Kopplung zwischen der Turbine 61, Verdichter 62 und der elektrischen Maschine 8 einbringen kann, elektrisch betrieben werden, so dass der Verdichter 62 auch unabhängig von der Turbine bereitgestellten mechanischen Energie oder auch unterstützend betrieben werden kann.
Der elektrische Unterstützungsantrieb kann in verschiedenen Bauformen umgesetzt sein, z. B. als Medienspaltmotor vor dem Verdichterrad 62 oder als Mittelmotor zwischen der Turbine und dem Verdichterrad.
Stromabwärts des Verdichters 62 kann ein Ladeluftkühler 7 vorgesehen sein. Der Ladedruck im Ladeluftabschnitt 41 ergibt sich aus den Verdichtungsleistungen des Verdichters 62.
Der Ladeluftabschnitt 41 wird durch eine Drosselklappe 9 stromabwärts begrenzt. Stromabwärts des Ladeluftkühlers 7 und stromaufwärts der Drosselklappe 9 ist ein dritter Sensor 5 angeordnet, welcher einen zweiten Druck p₂ und eine zweite Temperatur T₂ ermitteln kann.
Es ist ein Steuergerät 100 vorgesehen, der die Verbrennungskraftmaschine 10 in an sich bekannter Weise durch Stellen der Stellgeber, wie beispielsweise der Drosselklappe 9, eines Laderstellers (nicht dargestellt) an der Turbine 61, und dergleichen entsprechend eines momentanen Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 10 und entsprechend einer Vorgabe, beispielsweise einem Fahrerwunschmoment, betreibt.
Weiterhin ist dem Verdichter 62 ein sogenannter Verdichterbypass 65 parallelgeschaltet. Der Ausgang für den Verdichterbypass 65 beginnt stromaufwärts des Verdichters 62 und der Eingang befindet sich stromabwärts des Verdichters 62 und stromaufwärts des Ladeluftkühlers 7. Im Verdichterbypass 65 ist ein Ventil 64 angeordnet, das auch als Schubumluftventil 64 bezeichnet wird. Ist das Schubumluftventil 64 geschlossen, so wird der Frischluftmassenstrom vollständig durch den Verdichter 62 geleitet. Ist das Schubumluftventil 64 geöffnet, so wird zumindest ein Teil des Frischluftmassenstroms an dem Verdichter 62 vorbeigeleitet. Typischerweise strömt bei geöffnetem Schubumluftventil 64 die Luft von der stromabwärts gelegenen Seite zur stromaufwärts gelegenen Seite.
In einer alternativen Ausführungsform ist der Eingang für den Verdichterbypass 65 stromabwärts des Ladeluftkühlers 7 und stromaufwärts der Drosselklappe 9 angeordnet. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die dem Verdichter 62 zurückgeführte Luft gekühlt werden kann.
Die Turbine 61 des Abgasturboladers 6 kann dabei als eine Turbine mit variabler Turbinengeometrie ausgestaltet sein, also als eine Turbine mit verstellbaren Leitschaufeln.
Durch ein Verdrehen der Leitschaufeln kann der effektive Strömungsquerschnitt vor dem Turbinenrad variiert werden.
Weiterhin ist das Kraftfahrzeug 1 mit Sensoren, mit deren Signalen fahrspezifische Größen für das Kraftfahrzeug 1 ermittelt werden können, ausgestattet. Somit lassen sich eine Fahrpedalposition w_pedαl, eine Drehzahl n_eng der Verbrennungskraftmaschine 10 und eine Drehzahl n_Lader für die Aufladeeinrichtung 6 ermitteln. Diese Signale der Sensoren werden dabei von einem Steuergerät 100 empfangen und gespeichert.
Für die eingesetzte Aufladeeinrichtung 6 ist weiterhin ein Verdichterkennfeld V im Steuergerät 100 hinterlegt. Das Verdichterkennfeld wird vorzugsweise in einer Applikationsphase im Steuergerät 100 für die Aufladeeinrichtung 6 hinterlegt. Weiterhin ist einem Kennfeld eine Limitierungslinie bzw. Pumpgrenze bzw. Drehzahlgrenze für die Aufladeeinrichtung 6 hinterlegt.
Unter dem Pumpen des Verdichters, oder auch kurz als Verdichterpumpen bezeichnet, ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein für die strukturelle Integrität von dem Verdichter 62 potentiell gefährlicher Betriebszustand zu verstehen. Es gibt Betriebspunkte für die Aufladeeinrichtung 6, wobei es an den Verdichterschaufeln des Verdichters zu Strömungsabrissen. Dabei lässt die Verdichterleistung nach. Im Fall, dass der Druck, der sich stromabwärts oder nach dem Verdichter aufgebaut hat, den Druck, den der Verdichter erzeugt übersteigt, kommt es einem Effekt, dass sich die Strömung der Luft umkehrt. Bei dieser Rückströmung sinkt der Druck nach dem Verdichterauslass, die Strömung dreht sich erneut um und strömt wieder aus dem Verdichterauslass in der eigentlichen Richtung. Dieses Wechselspiel nennt man Pumpen, welches zu erheblichen zyklischen Belastungen des Verdichters führt und zu seiner Zerstörung führen kann. Maßnahmen zur Reduktion dieses Verhaltens werden als Pumpschutz bezeichnet.
Das Schubumluftventil 64 und der Verdichterbypass 65 verhalten sich als Einheit, gesehen wie eine Drosselstelle in einer Rohrleitung. Das Verhalten einer solchen Anordnung ist in der Literatur gut dokumentiert. Es gibt verschiedene Arten der Beschreibung, entweder als Blende mit empirisch ermittelten Durchflusskoeffizienten (siehe auch DIN EN ISO 5167-1:2004), oder als Düsenströmung mit einem entsprechenden Düsenquerschnitt. In jedem Fall erhält man ein Verhalten, bei dem:

1. der Massenstrom mit steigendem Druckverhältnis zunimmt
2. der Anstieg des Massenstroms mit zunehmendem Druckverhältnis schwächer wird.

Für das Schubumluftventil 64, inklusive der Rohrleitungen des Verdichterbypasses 65) wird in einer Applikationsphase eine Drosselkennlinie D als Verlauf des Verdichterdruckverhältnis über dem Schubumluftventil 64 gegenüber dem Massenstrom ṁ_vent über das Schubumluftventil 64 ermittelt.
Diese Drosselkennlinie D für das Schubumluftventil 64 kann dem Verlauf einer Drosselfunktion ƒ entsprechen, die von der effektiven Querschnittsfläche A_eff des Schubumluftventils 64, der Temperatur am Eintritt des Schubumluftventil 64 und den Drücken am Eintritt 63 und am Austritt des Verdichterbypasses 65 abhängt.
Die Drosselkennlinie D kann bei stationärem Betrieb aus dem Verdichterdruckverhältnis und der Differenz des Massenstroms ṁ_cmpr über den Verdichter 62 und des gemessenen Heißfilmluft-Massenstroms oder des Frischluftmassenstroms über die Drosselklappe 9 ermittelt werden. Der Massenstrom ṁ_cmpr über den Verdichter 62 kann dafür bei bekanntem Verdichterkennfeld V aus den Zustandsgrößen des umströmten Verdichters 62, der Drehzahl n_lader, einem Verdichterdruckverhältnis und der ersten Temperatur T₁ und des Drucks p₁ am Eintritt in den Verdichter 62 ermittelt werden.
In der 2 ist der beispielhafte Ablauf des Verfahrens zur Ermittlung einer Ladedruckregelung für eine Verbrennungskraftmaschine 10 anhand eines Ablaufdiagramms gezeigt.
In einem ersten Schritt 500 wird ein Fahrerwunsch für das Kraftfahrzeug 1, vorzugsweise über die Fahrpedalposition w_pedal, ermittelt. Die Fahrpedalposition w_pedal wird dabei durch ein Steuergerät 100 als Signal empfangen und abgespeichert. Anschließend wird das Verfahren in einem Schritt 510 fortgesetzt.
In einem Schritt 510 werden mehrere Messgrößen für das Kraftfahrzeug 1 ermittelt. Das Steuergerät 100 empfängt dabei einen ersten Druck p₁ und eine erste Temperatur T₁ vor dem Verdichter 62 und einen zweiten Druck p₂ und eine zweite Temperatur T₂ nach dem Verdichter 62 sowie eine Drehzahl n_eng der Verbrennungskraftmaschine 10, eine Drehzahl n_Lader der Aufladeeinrichtung 6 und speichert diese ab.
Alternativ kann die zweite Temperatur T₂ auch stromabwärts des Ladeluftkühlers 7 ermittelt werden, d.h. durch einen Temperatursensor der stromabwärts des Ladeluftkühlers 7 und stromaufwärts der Verbrennungskraftmaschine 10 angeordnet ist. Mittels eines Temperaturmodells, welches auf dem Steuergerät 100 ermittelt wird, wird dann eine Temperatur T₂ stromaufwärts des Ladeluftkühlers gerechnet.
Anschließend wird das Verfahren in einem Schritt 520 fortgesetzt.
In einem Schritt 520 wird mittels eines auf dem Steuergerät 100 implementierten Modells für die Momentenstruktur des Kraftfahrzeugs 1 unter Berücksichtigung der im Schritt 500 ermittelten Fahrpedalstellung w_pedal, ein Wunschmoment und der dazu notwendige Kraftstoffmassenstrom q ermittelt. Anschließend kann das Verfahren im Schritt 530 fortgesetzt werden.
In einem Schritt 530 wird eine aktuelle Motor-Schlucklinie S für die Verbrennungskraftmaschine 10 in Abhängigkeit der Drehzahl n_eng der Verbrennungskraftmaschine 10, eines Luftaufwands λ_a für die Verbrennungskraftmaschine 10, eines Hubraums V_H der Verbrennungskraftmaschine 10, der zweiten Temperatur T₂ nach dem Verdichter 62, der allgemeinen Gaskonstante R und des Drucks p₂ nach dem Verdichter 62 durch das Steuergerät 100 ermittelt. Alternativ kann die aktuelle Motor-Schlucklinie S auch in Abhängigkeit eines Druckverhältnisses $Π_{V} = \frac{p_{2}}{p_{1}}$
über den Verdichter 62 und eines korrigierten Volumenstroms V̇_corr über den Verdichter 62 ermittelt werden: $S = \frac{Π_{V}}{{\dot{V}}_{c o r r}}$
mit ${\dot{V}}_{c o r r} = {\dot{V}}_{1} \cdot \sqrt{\frac{T_{r e f}}{T_{1}}}$
mit p₁ dem ersten Druck vor dem Verdichter 62 und p₂ dem zweiten Druck nach dem Verdichter 62.
Der korrigierte Volumenstrom V̇_corr ergibt sich aus dem Volumenstrom V̇₁, der ersten Temperatur T₁ vor dem Verdichter 62 und einer Referenztemperatur T_ref, die in einer Applikationsphase für die Aufladeeinrichtung 6 ermittelt und im Steuergerät 100 gespeichert werden.
Zwischen dem korrigierten Volumenstrom V̇_corr und einem korrigierten Massenstrom ṁ_corr besteht der folgende Zusammenhang: ${\dot{m}}_{c o r r} = {\dot{V}}_{c o r r} \cdot ρ_{1}$
mit p₁ der Dichte der Luft vor dem Verdichter 62, p₁ dem Druck vor dem Verdichter 62, p₂ dem Druck nach dem Verdichter 62.
Anschließend wird das Verfahren im Schritt 540 fortgesetzt.
In einem Schritt 540 wird ein erstes Verdichterdruckverhältnis Π₁ in Abhängigkeit der in Schritt 530 ermittelten Schlucklinie S und der bekannten Pumpgrenze aus dem Verdichterkennfeld V ermittelt. Hierbei wird ein erster Schnittpunkt S₁ der Schlucklinie S mit einer Limitierungslinie L mittels des Steuergeräts 100 ermittelt und abgespeichert. Wie bereits beschrieben wird das Verdichterkennfeld V im Steuergerät 100 vorzugsweise in einer Applikationsphase im Steuergerät 100 für die Aufladeeinrichtung 6 gespeichert, wobei eine Pumpgrenze den Betrieb der Aufladeeinrichtung 6 in einen stabilen und einen instabilen Bereich unterteilt. Diese Pumpgrenze wird auch als Limitierungslinie L bezeichnet. Anschließend wird das Verfahren in einem Schritt 550 fortgesetzt.
In einem Schritt 550 wird ein zweites Verdichterdruckverhältnis Π₂ in Abhängigkeit des aktuell ermittelten Massenstroms ṁ_motor durch die Verbrennungskraftmaschine 10 und der Drosselkennlinie D für das Schubumluftventil 64 ermittelt. Hierbei dient der aktuelle Massenstrom ṁ_motor als ein Offset für die Drosselkennlinie D des Schubumluftventils 64, wobei die Drosselkennlinie D in Abszissenrichtung, also auf der Massenstrom-Achse, um den aktuellen Massenstrom ṁ_motor durch den Brennkraftmaschine 10 verschoben wird. Ausgehend von der um den Offset verschobenen Drosselkennlinie D wird anschließend ein zweiter Schnittpunkt S₂ mit der Limitierungslinie L ermittelt. Dieser zweite Schnittpunkt S₂ ergibt das zweite Verdichterdruckverhältnis Π₂. Anschließend wird das Verfahren in einem Schritt 560 fortgesetzt.
In einem Schritt 560 wird ein maximal zulässiges Verdichterdruckverhältnis Π_mαx als Minimum aus dem ersten Verdichterdruckverhältnis Π₁ und dem zweiten Verdichterdruckverhältnis Π₂ ermittelt.
Bis zu diesem maximal zulässigen Verdichterdruckverhältnis Π_mαx darf der Ladedruck für eine aktuelle Last der Verbrennungskraftmaschine 10 angehoben werden.
Mittels einer Anstellung der Drosselklappe 9 wird die Last der Verbrennungskraftmaschine 10 gestellt, so dass es weder stationär noch bei einem Lastsprung nach einem Öffnen der Drosselklappe 9 und einem in etwa gleichzeitigem Schließen des Schubumluftventils 64, wenn dieses vorher geöffnet war, zu einem Pumpenereignis für den Verdichter 62 kommt. D.h. ein Soll-Ladedruck p_soll für die Ladedruckregelung wird immer in einem sicheren Kennfeld-Bereich definiert. Anschließend wird das Verfahren im Schritt 570 fortgesetzt.
In einem Schritt 570 wird mittels Ladedruckregelung ein Soll-Ladedruck p_soll und ein Ist-Ladedruck p_ist ermittelt, wobei im Anschluss der Ist-Ladedruck p_ist auf den Soll-Ladedruck p_soll geregelt wird.
In Abhängigkeit des im Schritt 580 ermittelten maximal zulässigen Verdichterdruckverhältnisses Π_mαx wird ein maximal zulässiger Ladedruck p_max ermittelt. Der maximal zulässige Ladedruck p_max für die Aufladeeinrichtung 6 lässt sich wie folgt ermitteln: $p_{m a x} = Π_{m a x} \cdot p_{1},$
mit Π_mαx dem maximal zulässigen Verdichterdruckverhältnis und p₁ dem ersten Druck vor dem Verdichter 62.
Überschreitet der Soll-Ladedruck p_soll den maximal zulässigen Ladedruck p_max, so übernimmt die Ladedruckregelung den maximal zulässigen Ladedruck p_max als Soll-Ladedruck.
Unterschreitet der Soll-Ladedruck p_soll den maximal zulässigen Lade p_max, so ergeben sich weitere Freiheitsgerade für eine dynamische Ladedruckregelung, da für den Soll-Ladedruck p_soll nun Ladedrücke zwischen p_soll ≤ x ≤ p_max eingeregelt werden können.
Anschließend wird der Ist-Ladedruck p_ist vor Drosselklappe 9, vorzugsweise stromaufwärts der Drosselklappe 9 und stromabwärts des Ladeluftkühlers 7, auf den durch das Steuergerät 100 ermittelten Soll-Ladedruck p_soll eingeregelt. Dies geschieht in bekannter Weise, vorzugsweise über die Verstellung der Leitschaufeln für einen VTG-Abgasturbolader und/oder der Verstellung eines Turbinenbypasses für die Aufladeeinrichtung 6 und/oder durch die Ansteuerung der elektrischen Maschine 8 für die Aufladeeinrichtung 6. Gleichzeitig bzw. unmittelbar wird über die Verstellung des Öffnungsgrads der Drosselklappe 9 die für das FahrerWunschmoment nötige Füllung eingestellt.
Anschließend kann das Verfahren beendet oder im Schritt 500 von vorne begonnen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012224055 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Regelung eines Ladedrucks einer Kraftmaschine (10), wobei die Kraftmaschine (10) eine Aufladeeinrichtung (6) mit einem Verdichter (62) und einem Verdichterbypass (65) aufweist, wobei der Verdichterbypass (65) ein Schubumluftventil (64) zum Öffnen und Schließen des Verdichterbypasses (65) aufweist, wobei eine Ladedruckregelung als Eingangsparameter einen Ist-Ladedruck (p_ist) und einen Soll-Ladedruck (p_soll) verwendet, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Verdichterdruckverhältnis (Π₁) in Abhängigkeit einer Limitierungslinie (L) aus einem Verdichterkennfeld (V) und einer Motor-Schlucklinie (S) für die Kraftmaschine (10) und ein zweites Verdichterdruckverhältnis (Π₂) in Abhängigkeit der Limitierungslinie (L) aus dem Verdichterkennfeld (V), eines Massenstroms (ṁ_motor) durch die Kraftmaschine (10) und einer Drosselkennlinie (D) für das Schubumluftventil (64) ermittelt wird, wobei aus dem ersten und dem zweiten Verdichterdruckverhältnis (Π₁;Π₂) ein maximal zulässiges Verdichtungsverhältnis (Π_mαx) für den Verdichter (62) ermittelt wird, wobei in Abhängigkeit des maximal zulässigen Verdichtungsverhältnisses (Π_mαx) ein maximal zulässiger Ladedruck (p_max) ermittelt wird, wobei die Ladedruckregelung auf den maximal zulässigen Ladedruck (p_max) begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schnittpunkt (S₁) zwischen der Motor-Schlucklinie (S) und der Limitierungslinie (L) aus dem Verdichterkennfeld (V) zur Berechnung des ersten Druckverhältnisses (Π₁) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselkennlinie (D) um den aktuellen Massenstrom (ṁ_motor) durch die Kraftmaschine (10) in Abszissenrichtung, also auf der Massenstrom-Achse, verschoben wird und ein zweiter Schnittpunkt (S₂) zwischen der verschobenen Drosselkennlinie (D) und der Limitierungslinie (L) aus dem Verdichterkennfeld (V) zur Berechnung des zweiten Druckverhältnisses (Π₂) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das maximal zulässige Verdichterdruckverhältnis (Π_mαx) als Minimum zwischen dem ersten Verdichterdruckverhältnis (Π₁) und dem zweiten Verdichterdruckverhältnis (Π₂) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufladeeinrichtung (6) als ein Abgasturbolader oder als ein elektrisch aufgeladener Abgasturbolader oder als ein elektrischer Verdichter (8) ausgestaltet ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftmaschine (10) als eine Verbrennungskraftmaschine oder als eine Brennstoffzelle ausgeführt ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Ladedruck (p_ist) mittels der Drosselklappe (9) und/oder der elektrischen Maschine (8) der Aufladeeinrichtung (6) und/oder eines Abgasturboladers und/oder eines elektrisch unterstützten Abgasturboladers und/oder des Schubumluftventils (64) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schubumluftventil (64) teilweise oder ganz geöffnet ist
Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.
Elektronisches Speichermedium mit einem Computerprogramm nach Anspruch 9.
Vorrichtung, insbesondere Steuergerät (100), welches dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.