DE10241885A1

DE10241885A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit wahlweise zu- und abschaltbarem Zusatzaggregat

Info

Publication number: DE10241885A1
Application number: DE10241885A
Authority: DE
Inventors: Norbert Pelz; Matthias Schultalbers; Andreas Sprysch; Holger Dr. Braun; Thomas von der Ohe
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2002-09-10
Filing date: 2002-09-10
Publication date: 2004-03-11
Also published as: EP1398484A2; DE50312103D1; EP1398484A3; ATE448398T1; EP1398484B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere mit Kraftstoff-Direkteinspritzung, insbesondere Dieselmotor, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit wenigstens einem durch die Brennkraftmaschine angetriebenen Zusatzaggregat und mit einer Momentenkoordination (50), welche zum Einstellen eines gewünschten Momentes entsprechende Parameter für einen Kraftstoffpfad (52), einen Zündungspfad (54) und/oder einen Luftpfad (58) bestimmt. Hierbei wird ein durch den Antrieb des Zusatzaggregates erzeugtes Aggregat-Verlustmoment (62) bestimmt und der Momentenkoordination übergeben, wobei in der Momentenkoordination (50) das Aggregat-Verlustmoment (62) in einem Steuergerät der Momentenkoordination (50) zuerst als Momentenreserve und dann als Verlustmoment zu intern berechneten Verlustmomenten hinzuaddiert wird, so daß die Parameter für Kraftstoffpfad (52), Zündungspfad und/oder Luftpfad (56) derart verändert werden, daß eine Kompensation des Aggregat-Verlustmomentes (62) erzielt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere mit Kraftstoff-Direkteinspritzung, insbesondere Dieselmotor, insbesondere eines Krafffahrzeuges, mit wenigstens einem durch die Brennkraftmaschine angetriebenen Zusatzaggregat und mit einer Momentenkoordination, welche zum Einstellen eines gewünschten Momentes entsprechende Parameter für einen Kraftstoffpfad, einen Zündungspfad und/oder einen Luftpfad bestimmt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Brennkraftmaschinen mit Kompressoraufladung ist ein Kompressor im Frischluftpfad angeordnet. Dieser Kompressor wird dabei beispielsweise mittels eines aus- und einkoppelbaren Riementriebes von einer Kurbelwelle angetrieben. Das bedeutet, daß das Anlaufmoment des Kompressors und die Leistung (Schleppmoment) des Kompressors von der Brennkraftmaschine aufgebracht wird. Insbesondere bei doppelt aufgeladenen Brennkraftmaschinen, bei denen der Kompressor lediglich zur Aufladung in einem unteren Drehzahlbereich dient, bis ein Abgasturbolader in der Lage ist, den gewünschten Ladedruck zur Verfügung zu stellen, kommt es zu einem häufigen Ab- und wieder Zuschalten des Kompressors. Das Zuschalten einer solchen Last kann dabei in unterschiedlichen Lastzuständen erforderlich sein, beispielsweise auch im Schubbetrieb. Hierbei ist es nachteilig, daß es zu unerwünschten Ungleichförmigkeiten der Drehzahl der Brennkraftmaschine durch die Laständerung kommt. Insbesondere bricht ggf. beim Zuschalten des Kompressors die Drehzahl ein.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der obengenannten Art bzgl. der Komforteigenschaften der Brennkraftmaschine zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß ein durch den Antrieb des Zusatzaggregates erzeugtes Aggregat-Verlustmoment bestimmt und der Momentenkoordination übergeben wird, wobei in der Momentenkoordination das Aggregat-Verlustmoment in einem Steuergerät der Momentenkoordination zuerst als Momentenreserve und dann als Verlustmoment zu intern berechneten Verlustmomenten hinzu addiert wird, so daß die Parameter für Kraftstoffpfad, Zündungspfad und/oder Luftpfad derart verändert werden, daß eine Kompensation des Aggregat-Verlustmomentes erzielt wird.

Dies hat den Vorteil, daß das Verlustmoment des Zusatzaggregats im Betrieb und beim Ein- und Ausschalten berechnet und der Momentenstruktur zur Verfügung gestellt wird. Zusätzlich kann auch eine Kompensation im Schubbetrieb erfolgen.

Das Aggregat-Verlustmoment ist hierbei ein Einschaltmoment und ein Schleppmoment.

Um gerade in der Teillast ein ruckfreies Zuschalten des Zusatzaggregates, beispielsweise eines Kompressors, zu ermöglichen, erfolgt das Einschalten des Zusatzaggregates erst nach einem Vergleich des zusätzlich zu erzeugenden Aggregat-Verlustmoment mit von der Brennkraftmaschine darstellbaren Moment. Nach der Prüfung wird der optimale Zeitpunkt zum Einschalten des Zusatzaggregates ermittelt.

Um auch in Betriebsphasen ohne Momentenanforderung mit geschlossener Drosselklappe, beispielsweise im Schubbetrieb, eine Kompensation des Aggregat-Verlustmomentes zu erzielen, wird das Aggregat-Verlustmoment in eine minimale Sollfüllung umgerechnet und unter Umgehung der Momentenkoordination auf den Luftpfad gegeben, beispielsweise nach einer Füllungsvorsteuerung als Drosselklappenwinkelanhebung. Zweckmäßigerweise wird das Aggregat-Verlustmoment des Zusatzaggregates mit einem Verlustmoment der schiebenden Brennkraftmaschine verglichen und das Zusatzaggregat erst dann eingeschaltet, wenn das Aggregat-Verlustmoment mit einer öffnenden Drosselklappe der Brennkraftmaschine darstellbar ist.

Beispielsweise ist das Zusatzaggregat ein Kompressor, wobei als Aggregat-Verlustmoment ein Kompressor-Verlustmoment bestimmt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Kompressor-Verlustmoment aus einer Kompressordrehzahl n_K, einem Umgebungsdruck p_u und einem Druck p_nK in einem Luftansaugpfad der Brennkraftmaschine nach dem Kompressor berechnet.

Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen in
1 eine schematische Darstellung des Luftpfades und einer Abgasseite einer doppelt aufgeladenen Brennkraftmaschine und
2 eine schematische Darstellung einer Momentenkoordination einer Brennkraftmaschine mit Kompensation des Kompressor-Verlustmomentes.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend lediglich beispielhaft anhand einer doppelt aufgeladenen Brennkraftmaschine erläutert. Obwohl die Erfindung bei doppelt aufgeladenen Brennkraftmaschine besondere Vorteile bietet, ist sie nicht auf doppelt aufgeladene Brennkraftmaschinen beschränkt. Wie aus 1 ersichtlich, umfaßt die Brennkraftmaschine einen Frischluftpfad, in dem ein Luftfilter 10, ein Kompressor 12, ein den Kompressor 12 überbrückender Luftkanal 14, eine den Luftkanal 14 wahlweise verschließende Verdichtungsdrosselklappe 16, ein Abgasturbolader 18, ein Ladeluftkühler 20, eine Drosselklappe 22 und ein Saugrohr 24, welches in jeweilige Brennräume in einem Zylinderkurbelgehäuse 26 der Brennkraftmaschine mündet, angeordnet sind. An einem Abgaskrümmer 28 ist ein Wastegate 30 angeordnet, welches eine Turbine 32 des Abgasturboladers 18 mit einem Abgasstrom beaufschlagt. Der Abgasturbolader 18 umfaßt ferner einen Verdichter 33. Ein Ausgang des Kompressors 12 mündet in einen Eingang des Abgasturboladers 18. Der Kompressor 12 wird über einen Riemen 34 von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben. Hierbei ist der Antrieb des Kompressors 12 mittels einer Kupplung 36, beispielsweise einer Magnetkupplung, wahlweise von der Kurbelwelle trennbar. Das Konzept dieser Anordnung liegt darin, in einem niedrigen Drehzahlbereich eine Aufladung durch den Kompressor 12 zu realisieren und ab einer bestimmten Drehzahl, ab der der Abgasturbolader 18 eine ausreichende Aufladung gewährleistet, den Kompressor 12 abzuschalten. Jeweilige Sensoren 38, 40, 42 und 44 messen jeweils einen Druck p_vATL vor dem Abgasturbolader 18, einen Druck p_vDK vor der Drosselklappe 22, einen Druck P_s im Saugrohr 24 und einen Umgebungsdruck p_u.
In Abhängigkeit von einem Fahrerwunsch 46 und einer Momentenanforderung 48 wirkt eine Momentenkoordination 50 in entsprechender Weise auf einen Kraftstoffpfad 52, einen Zündungspfad 54 und einen Luftpfad 56, um durch entsprechende Einstellung von Parametern, wie beispielsweise Zündwinkel, Drosselklappenstellung, eingespritzte Kraftstoffmenge, Einspritzzeitpunkt, Luftfüllmenge der Zylinder etc., ein gewünschtes Motormoment zu erzielen. In einem Block 58 wird aus den Eingangswerten 59 Kompressordrehzahl n_K, Umgebungsdruck p_u und Druck p_nATL vor dem Abgasturbolader 18 ein Kompressor-Verlustmoment bestimmt und ebenfalls der Momentenkoordination 50 zugeführt. Dieses Kompressor-Verlustmoment ist im Falle des Zuschaltens des Kompressors 12 ein Einschaltmoment und während des Betriebs mit Kompressor 12 ein Schleppmoment des Kompressors 12. Die Momentenkoordination 50 ist derart ausgebildet, daß diese aus dem von Block 58 kommenden Kompressor-Verlustmoment beispielsweise eine Erhöhung einer Füllmenge der Zylinder derart bestimmt, daß diese Erhöhung der Füllmenge der Zylinder zu einem zusätzlichen Moment führt, welches das Verlustmoment durch das Zuschalten des Kompressors 12 gerade kompensiert. Auch momentenerhöhende Änderungen der Parameter von Kraftstoffpfad 52 und Zündungspfad 54 werden optional ggf. durchgeführt.
Um im Teillastbetrieb den Einschaltruck zu kompensieren, wird zu jedem Zeitpunkt das maximal mit Grundladedruck darstellbare Moment und das im jeweiligen Betriebspunkt benötigte Moment des Einschaltrucks berechnet. Sobald das Motormoment dem Grundladedruck abzüglich des Einschaltmomentes entspricht, wird das Zündwinkelsollmoment unter Berücksichtigung anderer Zündwinkeleingriffe eingefroren, der Zündwinkeleingriff freigegeben und auf Füllungsebene das Einschaltruckmoment als Momentenreserve aufgebaut. Sobald die Reserve aufgebaut ist, wird der Kompressor zugeschaltet und der modellierte Verlustmomentverlauf des Kompressorzuschaltens auf das im Steuergerät in der Momentenkoordination berechnete Verlustmoment addiert.
Im Schubbetrieb ist jedoch kein Moment gefordert und die Drosselklappe geschlossen. Die Momentenkoordination 50 ist derart ausgebildet, daß im Schubbetrieb der Luftpfad blockiert ist. Um auch im Schubbetrieb eine Kompensation des Kompressor-Verlustmomentes zu erzielen, ist zusätzlich ein Block 60 vorgesehen, welcher einen minimalen Luftbedarf zur Kompensation des Kompressor-Verlustmomentes bestimmt und direkt, d.h. unter Umgehung der Momentenkoordination 50, auf einen entsprechenden Wert der Füllung für den Luftpfad aufaddiert, beispielsweise in Form einer Änderung einer Winkelstellung der Drosselklappe 22 der Brennkraftmaschine. Hierdurch wird bei Zuschaltung des Kompressors 12 im Schubbetrieb beispielsweise die Drosselklappe 22 etwas geöffnet, so daß das Kompressor-Verlustmoment gerade kompensiert wird. Damit ist auch im Schubbetrieb ein unerwünschter Einschaltruck aufgrund der Zuschaltung des Kompressors 12 vermieden.
Das Schleppmoment und das Einschaltmoment des Kompressors 12 werden im Block 58 lastabhängig berechnet. Außerhalb des Schubbetriebes wird das berechnete Kompressor-Verlustmoment des Kompressors 12 als Verlustmoment bzw. Momentenreserve 62 der Momentenkoordination 50 übergeben und auf intern im Steuergerät der Momentenkoordination 50 berechnete Verlustmomente aufaddiert. Im Schubbetrieb wird in Block 60 das Schleppmoment in eine minimale Sollfüllung umgerechnet und nach der Füllungsvorsteuerung über den Luftpfad 56 als Drosselklappenwinkelanhebung ausgegeben. Damit wird der Einschaltruck verhindert, da diese Füllung das Schleppmoment um den Betrag verringert, welcher dem zusätzlichen Einschalt-Verlustmoment durch den Kompressor 12 entspricht.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere mit Kraftstoff-Direkteinspritzung, insbesondere Dieselmotor, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit wenigstens einem durch die Brennkraftmaschine angetriebenen Zusatzaggregat und mit einer Momentenkoordination, welche zum Einstellen eines gewünschten Momentes entsprechende Parameter für einen Kraftstoffpfad, einen Zündungspfad und/oder einen Luftpfad bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch den Antrieb des Zusatzaggregates erzeugtes Aggregat-Verlustmoment bestimmt und der Momentenkoordination übergeben wird, wobei in der Momentenkoordination das Aggregat-Verlustmoment in einem Steuergerät der Momentenkoordination zuerst als Momentenreserve und dann als Verlustmoment zu intern berechneten Verlustmomenten hinzu addiert wird, so daß die Parameter für Kraftstoffpfad, Zündungspfad und/oder Luftpfad derart verändert werden, daß eine Kompensation des Aggregat-Verlustmomentes erzielt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aggregat-Verlustmoment ein Einschaltmoment und/oder ein Schleppmoment ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einschalten des Zusatzaggregates das Aggregat-Verlustmoment mit einem von der Brennkraftmaschine darstellbaren Moment verglichen und hieraus ein Zeitpunkt zum Einschalten des Zusatzaggregates bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine ohne Momentenanforderung, insbesondere in einem Schubbetrieb, das Aggregat-Verlustmoment in eine minimale Sollfüllung umgerechnet und unter Umgehung der Momentenkoordination auf den Luftpfad gegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Aggregat-Verlustmoment des Zusatzaggregates mit einem Verlustmoment der schiebenden Brennkraftmaschine verglichen wird und das Zusatzaggregat erst dann eingeschaltet wird, wenn das Aggregat-Verlustmoment mit einer öffnenden Drosselklappe der Brennkraftmaschine darstellbar ist.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die minimale Sollfüllung nach einer Füllungsvorsteuerung als Drosselklappenwinkelanhebung ausgegeben wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antrieb des Zusatzaggregates betriebsabhängig von der Brennkraftmaschine ab- bzw. angekoppelt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzaggregat ein Kompressor ist, wobei als Aggregat-Verlustmoment ein Kompressor-Verlustmoment bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompressor-Verlustmoment aus einer Kompressordrehzahl n_K, einem Umgebungsdruck p_u und einem Druck p_nK in einem Luftansaugpfad der Brennkraftmaschine nach dem Kompressor berechnet wird.