DE112010003773B4 - Motorauslasskrümmerdrucksteuerung eines Einlassstroms - Google Patents

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Abstract

Verfahren, umfassend:Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einem Turbolader mit variabler Geometrie (VGT);Auswerten eines Soll-Füllungsstromes, eines Ist-Füllungsstromes, eines Soll-Abgasrückführungs(AGR)stromes und eines Ist-AGR-Stromes;Bestimmen eines Füllungsstromfehlerterms in Antwort auf den Ist-Füllungsstrom und den Soll-Füllungsstrom;Bestimmen eines AGR-Stromfehlerterms in Antwort auf den Soll-AGR-Strom und den Ist-AGR-Strom;Bestimmen eines Auslassdruckfeedbackbefehls in Antwort auf den Füllungsstromfehlerterm und den AGR-Stromfehlerterm;Auswerten eines Feedforward-Auslassdruckbefehls;Bestimmen eines Auslassdruckbefehls in Antwort auf den Feedforward-Auslassdruckbefehl und den Auslassdruckfeedbackbefehl; undBereitstellen eines VGT-Befehls in Antwort auf den Auslassdruckbefehl.

Description

  • Hintergrund
  • Der Einlassstrom eines Verbrennungsmotors, der Frischluft und zurückgeführte Gase enthält, ist ein wichtiger Parameter für die Steuerung des Motors, um ein Soll-Drehmoment und eine Soll-Leistung geeignet zu erzielen und durch den Motor erzeugte Emissionen zu regeln. Die Steuerung des Einlassstroms erfolgt durch viele Aktoren, die häufig ein Abgasrückführungs(AGR)ventil und einen Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) aufweisen, dessen Stellung das Betriebsverhalten des VGT definiert. Die Stellung des VGT kann eine Stellung einer oder mehrerer Düsen, Flügel oder anderer Einrichtungen darstellen, die dem Turbolader zugeordnet sind.
  • Bekannte Steuerungen für einen Einlassstrom beinhalten das Festlegen eines spezifizierten Frischluftstromes und eines AGR-Stromes und das Steuern der AGR-Ventil- und VGT-Stellungen zum Erzielen der beiden Durchsätze und damit des gewünschten Einlassstroms. Die AGR-Ventil- und VGT-Stellungen sind jeweils nur bei bestimmten Betriebszuständen effektiv und bezüglich der Wirkungen auf die Einlassstromparameter hochgradig gekoppelt.
  • Gegenwärtig verfügbare Steuerungen entkoppeln die AGR-Ventil- und die VGT-Stellung durch mehrere Techniken, um die festgelegten Einlassstromparameter zu erhalten, beispielsweise durch Betreiben der AGR-Ventil- und VGT-Stellungen als serielles Steuergerät und Anwenden einer mathematischen Transformation zum Entkoppeln der AGR-Ventil- und VGT-Stellungen als Einlassstromparameteraktoren.
  • Gegenwärtig bekannte Steuergeräte sind zum Erzielen der Einlassparameterwerte wirksam - wie beispielsweise im Referenzdokument US-Patent US 6 408 834 B1 mit dem Titel „System for decoupling EGR flow and turbocharger swallowing capacity/- efficiency control mechanisms“ beschrieben ist. Durch gegenwärtig verfügbare Steuergeräte wird jedoch ein System erhalten, das hochgradig komplex ist, einen großen Kalibrierungsaufwand erfordert und eine Kopplung zwischen dem Einlasskrümmerdruck und der AGR-Ventilstellung und dem Kraftstoffstrom zum Motor beinhaltet. Daher sind auf diesem Gebiet weitere technologische Entwicklungen erwünscht.
  • Das Dokument DE 10 2005 015 609 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine, die einen Abgasturbolader mit einem Abgasturbolader-Stellglied sowie eine Abgasrückführeinrichtung mit einem Abgasrückführventil umfasst. Eine Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine umfasst ferner einen Abgasturbolader-Regler, der abhängig von einem Soll-Ladedruck und einem Ist-Ladedruck einen Regel-Stellgrößen-Abgasgegendruck ermittelt.
  • Kurzbeschreibung der Erfindung
  • Eine Ausführungsform ist ein spezielles Verfahren zum Steuern eines Füllungsstromes für einen Motor durch einen Auslassdruck. Eine weitere Ausführungsform ist ein spezielles Verfahren zum Steuern des AGR-Stromes durch einen Auslassdruck, wenn das AGR-Ventil relativ offen ist, und Steuern des AGR-Stromes durch das AGR-Ventil, wenn das AGR-Ventil geschlossen oder relativ geschlossen ist. Andere Ausführungsformen beinhalten spezielle Verfahren, Systeme und Vorrichtungen zum Steuern des Füllungsstromes und des AGR-Stromes. Weitere Ausführungsformen, Ausgestaltungen, Aufgaben, Merkmale, Vorteile, Aspekte und Wirkungen sollen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnungen verdeutlicht werden.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
    • 1 ist eine schematische Darstellung eines Systems zum Steuern eines Einlassstroms für einen Verbrennungsmotor;
    • 2 ist eine schematische Darstellung eines Steuergeräts zum Steuern eines Einlassstroms für einen Verbrennungsmotor;
    • 3A ist ein erster Teil einer schematischen Darstellung eines Regelkreises zum Steuern eines Einlassstroms für einen Verbrennungsmotor;
    • 3B ist ein zweiter Teil der schematischen Darstellung des Regelkreises zum Steuern eines Einlassstroms für einen Verbrennungsmotor;
    • 4 ist eine Darstellung von Wechselwirkungen zwischen dem AGR-Strom, dem Auslassdruck und AGR-Ventilstellungen;
    • 5 ist eine Darstellung von Wechselwirkungen zwischen einem Füllungsstrom, einem Auslassdruck und AGR-Ventilstellungen;
    • 6A ist ein erster Teil einer schematischen Darstellung eines Regelkreises zum Steuern eines Einlassstroms für einen Verbrennungsmotor; und
    • 6B ist ein zweiter Teil der schematischen Darstellung des Regelkreises zum Steuern eines Einlassstroms für einen Verbrennungsmotor.
  • Beschreibung der erläuternden Ausführungsformen
  • Zum besseren Verständnis der Prinzipien der Erfindung wird nachstehend auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen Bezug genommen, und zu deren Beschreibung werden spezielle Begriffe verwendet. Es versteht sich dennoch, dass der Umfang der Erfindung dadurch nicht eingeschränkt werden soll, sondern jegliche Änderungen und weitere Modifikationen in den dargestellten Ausführungsformen und jegliche weiteren Anwendungen der hierin dargestellten Prinzipien der Erfindung, die einem Fachmann auf dem die Erfindung betreffenden Gebiet normalerweise einfallen würden, werden als hierin eingeschlossen betrachtet.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 100 zum Steuern eines Einlassstroms für einen Verbrennungsmotor. Das System 100 weist einen Verbrennungsmotor 102 auf, der ein auf dem Fachgebiet bekannter beliebiger Typ eines Verbrennungsmotors sein kann. Der Motor erzeugt einen Vor-AGR-Auslassstrom 116 und empfängt einen Füllungsstrom 110, der einen Einlassluftstrom 106 aufweist, der mit einem Abgasrückführungs(AGR)strom 112 gemischt ist. Der Motor 102 ist mit einem Einlasskrümmer 108 und einem Auslasskrümmer 118 fluidgekoppelt. Der Einlasskrümmer 108 ist an einer Position dargestellt, wo der AGR-Strom 112 und der Einlassluftstrom 106 gemischt werden, diese Ströme können jedoch an einer beliebigen Stelle stromaufwärts vom Motor 102 gemischt werden. Der AGR-Strom 112 weist einen AGR-Auslassstrom 120 auf, der ein AGR-Ventil 114 durchläuft. Der AGR-Auslassstrom 120 tritt in der Darstellung am Auslasskrümmer 118 aus, der AGR-Auslassstrom 120 kann jedoch an einer beliebigen Stelle stromabwärts des Motors 102 und stromaufwärts einer Turbine 124 austreten.
  • Die Turbine 124 ist eine Turbine mit variabler Geometrie (VGT) 124, die die Turbinenseite eines Turboladers ist. Die Verdichterseite des Turboladers ist nicht dargestellt, um eine klare Beschreibung von Aspekten der vorliegenden Anmeldung zu ermöglichen. Die VGT 124 kann von einem beliebigen auf dem Fachgebiet bekannten Typ sein, einschließlich zumindest einer Schwenkflügel-VGT (Swing Vane VGT), einer VGT mit verstellbarer Düse (Sliding Nozzle VGT) und einer VGT mit interner oder externer Umleitung. Der Mechanismus zum Erzeugen der variablen Geometrie der VGT 124 ist nicht wesentlich, die VGT 124 sollte aber eine Vorrichtung sein, die den Druck des Auslassstroms 122 einstellen kann. Ein Abgasstrom 126 strömt aus dem System 100 heraus.
  • Das System 100 weist ferner ein Steuergerät 104 auf. Das Steuergerät 104 ist dazu strukturiert, bestimmte Verarbeitungen zum Steuern des Einlassstroms des Motors 102 auszuführen, einschließlich des Durchsatzes des AGR-Stroms 112 und des Durchsatzes des Füllungsstroms 110. In einigen Ausführungsformen bildet das Steuergerät 104 einen Teil eines Verarbeitungs-Subsystems, das eine oder mehrere Recheneinrichtungen mit Speicher-, Verarbeitungs- und Kommunikationshardware aufweist. Das Steuergerät 104 kann eine einzelne Einrichtung oder eine verteilte Einrichtung sein, und die Funktionen des Steuergeräts können durch Hardware oder Software ausgeführt werden. Nähere Beschreibungen einer exemplarischen Ausführungsform des Steuergeräts 104 werden in dem auf 2 Bezug nehmenden Abschnitt gegeben.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Steuergeräts 104 zum Steuern eines Einlassstroms für einen Verbrennungsmotor 102. Das Steuergerät 104 weist Module auf, die dazu strukturiert sind, Verarbeitungen zum Steuern des Einlassstroms des Motors 102 funktionell auszuführen. In der vorliegenden Beschreibung wird die Verwendung von Modulen zum Herausstellen der funktionellen Unabhängigkeit der Merkmale der beschriebenen Elemente betrachtet. Ein Modul kann durch Arbeitsabläufe implementiert werden, die durch Software, Hardware oder mindestens teilweise durch einen Benutzer oder eine Bedienungsperson ausgeführt werden. In einigen Ausführungsformen stellen Module Softwareelemente dar, wie beispielsweise ein auf einem computerlesbaren Medium codiertes Computerprogramm, wobei ein Computer die beschriebenen Arbeitsabläufe ausführt, wenn das Computerprogramm ausgeführt wird. Ein Modul kann eine einzelne Einrichtung sein, über mehrere Einrichtungen verteilt sein, und/oder ein Modul kann insgesamt oder teilweise mit anderen Modulen oder Einrichtungen gruppiert sein. Die Arbeitsabläufe jedes Moduls können insgesamt oder teilweise durch Hardware, Software oder durch andere Module ausgeführt werden. Die dargestellte Organisation der Module ist lediglich exemplarisch, und es kommen andere Organisationen in Betracht, die äquivalente Funktionen ausführen.
  • Das Steuergerät 104 weist ein Referenzmodul 202 auf, das einen Soll-Füllungsstrom 216 und einen Soll-AGR-Strom 218 auswertet. Auswerten im Sinne der vorliegenden Beschreibung beinhaltet das Empfangen von Werten durch ein beliebiges auf dem Fachgebiet bekanntes Verfahren, einschließlich mindestens das Empfangen von Werten von einer Datenübertragungsstrecke oder einer Netzwerkkommunikation, Empfangen eines den Wert anzeigenden elektronischen Signals (z.B. einer Spannung, einer Frequenz, eines Stroms oder eines PWM-Signals), Empfangen eines den Wert anzeigenden Softwareparameters, Lesen des Wertes von einer Speicherstelle auf einem computerlesbaren Medium, Empfangen des Wertes als ein Laufzeitparameter durch eine beliebige auf dem Fachgebiet bekannte Einrichtung und/oder Empfangen eines Wertes, durch den der ausgewertete Parameter berechnet werden kann, und/oder Bezugnahme auf einen Vorgabewert, der als der Parameterwert ausgewertet wird.
  • Das Steuergerät 104 weist ferner ein Betriebszustandsmodul 206 auf, das einen Ist-Füllungsstrom 220, einen Ist-AGR-Strom 222 und eine AGR-Ventilstellung 224 auswertet. Istwerte bezeichnen im Sinne der vorliegenden Beschreibung Werte, die in enger zeitlicher Beziehung zur Betriebszeit des Steuergeräts 104 stehen, wobei die Istwerte aber nicht absolut zeitgleich sein müssen. Beispielsweise kann ein Istwert ein Wert von einem vorangehenden Ausführungszyklus des Steuergeräts 104 sein, ein letzter bekannter zuverlässiger Wert, ein Wert, der auf dem computerlesbaren Medium zuletzt gespeichert wurde, oder ein anderer Wert, der allgemein einen letzten bekannten Wert für den Parameter darstellt und als „aktueller“ oder „Istwert“ betrachtet werden kann.
  • Das Steuergerät 104 weist ferner ein Fehlerbestimmungsmodul 204 auf, das in Antwort auf den Ist-Füllungsstrom 220 und den Soll-Füllungsstrom 216 einen Füllungsstromfehlerterm 236 bestimmt und in Antwort auf den Soll-AGR-Strom 218 und den Ist-AGR-Strom 222 einen AGR-Stromfehlerterm 238 bestimmt. Das Steuergerät 104 weist ferner ein Feedback-Modul 210 auf, das in Antwort auf den Füllungsstromfehlerterm 236 und den AGR-Stromfehlerterm 238 einen Auslassdruckfeedbackbefehl 244 und einen AGR-Ventilfeedbackbefehl 246 bestimmt. In einer weiteren Ausführungsform bestimmt das Feedback-Modul 210 außerdem den Auslassdruckfeedbackbefehl 244 und den AGR-Ventilfeedbackbefehl 246 in Antwort auf die AGR-Ventilstellung 224.
  • In einigen Ausführungsformen verwendet das Feedback-Modul 210 an Stelle der oder als Ersatz für die AGR-Ventilstellung 224 einen AGR-Ventilbefehl 234. Beispielsweise kann, was aber nicht im einschränkenden Sinne verstanden werden soll, kein Feedbackwert für die AGR-Ventilstellung 224 verfügbar sein und stattdessen der AGR-Ventilbefehl 234 verwendet werden, und kann das AGR-Ventil ein Teil mit hoher Ansprechempfindlichkeit im System 100 sein, wobei der AGR-Ventilbefehl 234 eine zuverlässige Anzeige einer Ist-AGR-Ventilstellung 224 bereitstellt, und/oder das Steuergerät 104 kann basierend auf den Werten des AGR-Ventilbefehls 234 anstatt auf den Daten der AGR-Ventilstellung 224 kalibriert werden. Die Feedbackbefehle 244, 246 können von den Fehlertermen 236, 238 gemäß Standard-PID-Steuergeräten oder einem beliebigen Teil davon (z.B. nur Proportional-Integral- oder Integralsteuerung), gemäß einer Fuzzy-Logik, gemäß neuralen Netzwerken oder einem beliebigen anderen auf dem Fachgebiet bekannten Rückkopplungssteuerungsmechanismus bestimmt werden
  • Das Steuergerät 104 weist ferner ein Feedforward-Modul 208 auf, das einen Feedforward-Auslassdruckbefehl 228 und einen Feedforward-AGR-Ventilstellungsbefehl 230 auswertet. Die Feedforward-Befehle 228, 230 können durch gespeicherte Daten eines offenen Regelkreises, gemäß einem Modell des Systems 100, gemäß auf einen stationären Zustand bezogenen Vorgabewerten für die AGR-Ventilstellung und VGT-Stellungsdaten zum Bestimmen des Soll-Füllungsstromes 216 und des Soll-AGR-Stromes 218 oder durch einen beliebigen anderen auf dem Fachgebiet bekannten Feedforward-Steuerungsmechanismus bereitgestellt werden.
  • Das Steuergerät 104 weist ferner ein Steuermodul 212 eines inneren Regelkreises auf, das in Antwort auf den Feedforward-Auslassdruckbefehl 228 und den Auslassdruckfeedbackbefehl 244 einen Auslassdruckbefehl 250 bestimmt. Das Steuermodul 212 eines inneren Regelkreises kann den Auslassdruckbefehl 250 durch Addieren des Feedforward- und des Feedbackbefehls 228, 244, durch Gewichten der Befehle 228, 244 und/oder unter Verwendung einer kalibrierten Nachschlagetabelle bestimmen, die Auslassdruckbefehle 250 als eine Funktion des Feedforward-Auslassdruckbefehls 228 und des Auslassdruckfeedbackbefehls 244 enthält. Hierin kommt jegliches auf dem Fachgebiet bekannte Verfahren zum Mischen eines Feedforward- und eines Feedbackbefehls in Betracht.
  • Das Steuermodul 212 eines inneren Regelkreises stellt ferner einen VGT-Befehl 232 in Antwort auf den Auslassdruckbefehl 250 bereit. In einigen Ausführungsformen ist der VGT-Befehl 232 ein Ausgabewert eines Steuerungsalgorithmus, der den Auslassdruckbefehl 250 als einen Sollwert verwendet und einen Auslassdruckfehlerterm 240 durch Vergleichen des Auslassdruckbefehls 250 mit dem Ist-Auslassdruck 226 und durch Anwenden eines beliebigen bekannten Steuerverfahrens auf den erhaltenen Auslassdruckfehlerterm 240 bestimmt. Die Verarbeitung zum Steuern des VGT-Befehls 232 in Antwort auf den Auslassdruckfehlerterm 240 kann durch ein Steuergerät eines inneren Regelkreises für ein Steuerverfahren für einen äußeren Regelkreis implementiert werden, das den Ist-Füllungsstrom 220 und den Ist-AGR-Strom 222 steuert. Daher kann der VGT-Befehl 232 ein VGT-Befehl 248 des inneren Regelkreises sein und/oder der VGT-Befehl 248 des inneren Regelkreises kann ein vorläufiger VGT-Befehl 232 sein, der durch andere Algorithmen (nicht dargestellt) modifiziert wird. In einigen Ausführungsformen weist das Steuergerät 104 ferner ein AGR-Ventilbefehlmodul 214 auf, das einen AGR-Ventilbefehl 234 in Antwort auf den AGR-Ventilfeedbackbefehl 246 und den Feedforward-AGR-Ventilstellungsbefehl 230 bestimmt.
  • In einigen Ausführungsformen bestimmt das Feedback-Modul 210 ferner den Auslassdruckfeedbackbefehl 244 und den AGR-Ventilfeedbackbefehl 246 von einer nichtlinearen Korrekturmatrix (gain matrix) 242, die eine Funktion der AGR-Ventilstellung 224 aufweist. Der AGR-Ventilbefehl 234 kann, wie vorstehend erwähnt wurde, in einigen Ausführungsformen die AGR-Ventilstellung 224 ersetzen. Die nichtlineare Korrekturmatrix 242 ermöglicht verschiedene Verhaltensweisen, die in einigen Ausführungsformen in Abhängigkeit vom Ansprechverhalten des Systems 100 vorteilhaft sein können. Die nichtlineare Korrekturmatrix 242 ermöglicht es dem System 100, verschiedene Steuermodi (z.B. die AGR-Ventilsteuerung gegenüber der VGT-Stellungssteuerung) bei verschiedenen Systembetriebszuständen zu bevorzugen wie dies zweckmäßig erscheint. Nachstehend werden spezifische, nicht einschränkende Beispiele beschrieben.
  • In einem Beispiel bevorzugt eine exemplarische nichtlineare Korrekturmatrix 242 die AGR-Ventilsteuerung des Ist-AGR-Stromes bei niedrigen Durchsätzen und/oder kleinen AGR-Ventilstellungen und die Auslassdrucksteuerung des Ist-AGR-Stromes bei hohen Durchsätzen und großen AGR-Ventilstellungen. Im vorliegenden Beispiel kann die nichtlineare Korrekturmatrix 242 das Ansprechverhalten des AGR-Ventils oder der VGT gemäß dem bevorzugten Steuermechanismus erhöhen und/oder das Ansprechverhalten des AGR-Ventils oder der VGT gemäß dem nicht bevorzugten Steuermechanismus vermindern. In einem anderen Beispiel bevorzugt die nichtlineare Korrekturmatrix 242 die Auslassdrucksteuerung des Ist-Füllungsstromes 220. In einem weiteren Beispiel bevorzugt die nichtlineare Korrekturmatrix die AGR-Ventilsteuerung des Ist-Füllungsstromes bei hohen ΔP/P-Werten, wobei ΔP eine Differenz zwischen dem Ist-Auslassdruck und dem Ist-Einlassdruck bezeichnet. Nicht einschränkende Beispiele des ΔP-Wertes sind der Druck im Auslasskrümmer 118 minus dem Druck im Einlasskrümmer 108, der Druckabfall über den Motor, der Druck des Auslassstroms 122 minus dem Druck des Füllungsstroms 110 oder ähnliche Druckdifferenzen. P bezeichnet den Ist-Auslassdruck beispielsweise im Auslasskrümmer 118.
  • Die 3A und 3B bilden in Kombination eine schematische Darstellung eines Regelkreises zum Steuern des Einlassstroms für einen Verbrennungsmotor. Der Einlassstrom ist der momentane Füllungsstrom 220 und/oder mit dem momentanen AGR-Strom 222 kombinierte angesaugte Frischluft oder äquivalente Ströme, die zusammen die Menge und die Zusammensetzung des Füllungsstroms beschreiben. Der Regelkreis weist das Empfangen des Soll-Füllungsstromes 216 und des Soll-AGR-Anteils 302 auf.
  • Gemäß dem oberen Zweig wird ein Ist-Füllungsstromwert 220 subtrahiert (8), um einen Füllungsstromfehlerterm 236 zu bestimmen, und bestimmt ein Füllungsstromsteuerverfahren 312 einen vormodifizierten Auslassdruckfeedbackbefehl 304. Das Füllungsstromsteuerverfahren 312 ist ein beliebiges auf dem Fachgebiet bekanntes Steuerverfahren zum Erzeugen des vormodifizierten Auslassdruckfeedbackbefehls 304 in Antwort auf den Füllungsstromfehlerterm 236, wie beispielsweise eine PID-Steuerung, eine PI-Steuerung und/oder eine Fuzzy-Logik-Steuerung.
  • Gemäß dem unteren Zweig wird ein Ist-Füllungsstromwert 220 mit dem Soll-AGR-Anteil 302 multipliziert, um den Soll-AGR-Strom zu bestimmen. In alternativen Ausführungsformen wird ein Soll-AGR-Strom 218 direkt durch ein Haupt-Motorsteuerungsverfahren (nicht dargestellt) bereitgestellt, obwohl es typischer ist, den Soll-AGR-Anteil 302 anzufordern. Der Ist-AGR-Strom 222 wird vom Soll-AGR-Strom 218 subtrahiert, um einen AGR-Stromfehlerterm 238 zu bestimmen, und ein AGR-Stromsteuerungsverfahren 316 bestimmt einen vormodifizierten AGR-Ventilfeedbackbefehl 306. Das AGR-Stromsteuerungsverfahren 316 ist ein beliebiges auf dem Fachgebiet bekanntes Steuerverfahren zum Erzeugen des vormodifizierten AGR-Ventilfeedbackbefehls 304 in Antwort auf den AGR-Stromfehlerterm 239, wie beispielsweise eine PID-Steuerung, eine PI-Steuerung und/oder eine Fuzzy-Logik-Steuerung.
  • Der vormodifizierte Auslassdruckfeedbackbefehl 304 und der vormodifizierte AGR-Ventilfeedbackbefehl 306 werden einer nichtlinearen Korrekturmatrix 318 zugeführt, die die AGR-Ventilsteuerung oder die Auslassdrucksteuerung in Antwort auf eine AGR-Ventilstellung 224 und/oder einen AGR-Ventilbefehl 234 bevorzugt. Der AGR-Ventilbefehl 234 kann verwendet werden, wenn die Ansprechzeit der AGR-Ventilstellung 224 (d.h. die Zeitverzögerung zwischen der Befehlsausgabe für die AGR-Ventilstellung bis das AGR-Ventil die befohlene Stellung erreicht hat) effektiv ignoriert werden kann, und hängt vom Ansprechverhalten der in einem spezifischen System 100 verwendeten AGR-Ventil-Hardware ab, wie für einen Fachmann ersichtlich ist.
  • Die nichtlineare Korrekturmatrix 318 kann ferner die AGR-Ventilsteuerung oder die Auslassdrucksteuerung in Antwort auf andere Betriebszustände bevorzugen, wie beispielsweise auf einen Ist-Füllungsstrom 220, einen Ist-AGR-Strom 222 und/oder einen Ist-Auslassdruck 226. Die Steuerausgangssignale der nichtlinearen Korrekturmatrix 318 durchlaufen Integratoren 320, 322 für eine Integratorsteuerung; zusätzlich oder alternativ können die Steuerausgangssignale des nichtlinearen Korrekturmatrix 318 aber auch für eine Differential- oder Proportionalsteuerung differenziert oder unangepasst gelassen werden. In den Blöcken 320, 322 können andere auf dem Fachgebiet bekannte Steuerverarbeitungen ausgeführt werden, und in den Blöcken 320, 322 kann auf mehrere Parameter gleichzeitig oder in Kombination eingewirkt werden (z.B. kann auf einen Proportional- und Integralaspekt der Feedbackbefehle 244, 246 eingewirkt werden, und der Proportional- und Integralaspekt können kombiniert werden). Die Blöcke 320, 322 stellen einen Auslassdruckfeedbackbefehl 244 und einen AGR-Ventilfeedbackbefehl 246 bereit.
  • Verfolgt man erneut den oberen Zweig, wird ein Feedforward-Auslassdruckbefehl 228 , addiert, um einen Auslassdruckbefehl 250 zu bestimmen. In der beispielhaften Regelschleife bestimmt ein Steuergerät eines inneren Regelkreises einen Auslassdruckfehlerterm 240 durch Subtrahieren des Ist-Auslassdrucks 226 vom Auslassdruckbefehl 250, und in einer Auslassdrucksteuerung 326 wird ein VGT-Befehl in Antwort auf den Auslassdruckfehlerterm 240 bestimmt.
  • Folgt man dem unteren Zweig, wird ein Feedforward-AGR-Ventilstellungsbefehl 230 addiert, um einen AGR-Ventilbefehl 234 zu bestimmen. Der VGT-Befehl 232 und der AGR-Ventilbefehl 234 werden einem Motorsteuergerät (nicht dargestellt) zugeführt, der die gleiche Recheneinrichtung sein kann wie das Steuergerät 104, und ein Sensor- und Parameterbestimmungsblock 328 stellt aktualisierte Werte für den Ist-Auslassdruck 226, den Ist-Füllungsstrom 220 und den Ist-AGR-Strom 222 bereit. Alle im Regelkreis der 3A und 3B dargestellten Verarbeitungen sind lediglich exemplarisch, und in Verbindung mit der vorliegenden Beschreibung kommen jegliche ähnliche auf dem Fachgebiet bekannte Verarbeitungen in Betracht. Beispiele sind jegliche alternativen Verfahren zum Mischen eines Feedforward- und eines Feedbackbefehls und andere Vorzeichenvereinbarungen zum Bestimmen der Fehlerausdrücke 236, 238, 240.
  • Die Feedforward-Befehle 228, 230 werden durch ein beliebiges auf dem Fachgebiet bekanntes Verfahren bestimmt, die mindestens das Modellieren des Systems und/oder Testdaten von Betriebspunkten im stationären Zustand aufweisen. Die Feedforward-Befehle 228, 230 sind die bevorzugten Betriebspunkte des Systems gemäß einem Soll-Füllungsstrom 216 und einem Soll-AGR-Anteil 302 und können ohne Einschränkung ausgewählt werden, um die gewünschte Kraftstoffeffizienz des Systems, gewünschte Emissionskenngrößen und/oder bevorzugte Hardwarebetriebspositionen bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen können die Feedforward-Befehle 228, 230 in bestimmten Betriebsbereichen des Motors und/oder vollständig weggelassen werden. Wenn die Feedforward-Befehle 228, 230 weggelassen werden, arbeitet das System 100 nur basierend auf der Rückkopplungssteuerung gemäß den Feedbackbefehlen 244, 246.
  • 4 zeigt ein Diagramm 400 von Wechselwirkungen zwischen dem AGR-Strom 222, dem Auslassdruck 226 und der AGR-Ventilstellung 224. Die Daten in 4 sind nur für eine Motorkonfiguration exemplarisch und werden mit der spezifischen Hardware für ein vorgegebenes System variieren. Der allgemeine Charakter der Daten im Diagramm 400 ist jedoch auf viele Motorkonfigurationen mit einer VGT breit anwendbar. Der in 4 dargestellte Datentyp kann durch einen Fachmann für ein vorgegebenes System basierend auf der vorliegenden Beschreibung leicht generiert werden, indem beispielsweise der Auslassdruck bei ausgewählten festen AGR-Stellungen rampenförmig verändert wird. Die Kurven stellen zunehmende AGR-Ventilstellungen 224 dar, einschließlich 0% offen 406, 20% offen 408, 40% offen 410, 60% offen 412, 80% offen 416 und 100% offen 418. In 4 ist ersichtlich, dass in einem unteren Bereich 404 die VGT einen sehr geringen Einfluss auf den AGR-Strom hat, wenn das AGR-Ventil in sehr kleinen Prozentanteilen offen ist, und dass in einem oberen Bereich 420 die AGR-Ventilstellung einen sehr geringen Einfluss auf den AGR-Strom hat. Beispielsweise nimmt, wenn das Ventil bei einem Auslassdruck von etwa 300 kPa von 60% auf 100% geöffnet wird, der AGR-Strom nur von etwa 5 kg/min auf etwa 5,1 kg/min zu.
  • Daher bevorzugt eine exemplarische nichtlineare Korrekturmatrix 318 eine auf dem Auslassdruck basierende Steuerung des AGR-Stromes, wenn die AGR-Ventilstellung sich bei mittleren bis hohen Werten befindet, und bevorzugt eine auf der AGR-Ventilstellung basierende Steuerung des AGR-Stromes, wenn die AGR-Ventilstellung sich bei einem kleinen Wert befindet oder das AGR-Ventil geschlossen ist. Es ist ferner ersichtlich, dass ein Teil einiger der Kurven 412, 416, 418 einen umgekehrt wirkenden oder nicht-monotonen Abschnitt 420 aufweist. Die nichtlineare Korrekturmatrix 318 kann dafür konfiguriert sein und/oder der Feedforward-Auslassdruckbefehl 228 kann dafür berechnet werden, den nicht-monotonen Abschnitt 420 beispielsweise unter Verwendung der AGR-Ventilsteuerung im nicht-monotonen Abschnitt 420 oder durch eine Steuerung eines offenen Regelkreises des Auslassdrucks aus dem nicht-monotonen Abschnitt 420 heraus zu managen, bevor die Rückkopplungssteuerung des geschlossenen Regelkreises wieder aufgenommen wird. In anderen Ausführungsformen schwächt die nichtlineare Korrekturmatrix 318 die VGT-Steuerung des AGR-Stromes im Bereich 404 ab und schwächt die AGR-Ventilsteuerung des AGR-Stromes im Bereich 402 ab.
  • 5 zeigt ein Diagramm 500 von Wechselwirkungen zwischen dem Füllungsstrom 220, dem Auslassdruck 226 und der AGR-Ventilstellung 224. Die Daten in 5 sind nur für eine Motorkonfiguration exemplarisch und werden mit der spezifischen Hardware für ein vorgegebenes System variieren. Der in 5 dargestellte Datentyp kann durch einen Fachmann für ein vorgegebenes System anhand der vorliegenden Beschreibung leicht generiert werden. Die Kurven stellen zunehmende AGR-Ventilstellungen 224 dar, einschließlich 0% offen 506, 20% offen 508, 40% offen 510, 60% offen 512, 80% offen 516 und 100% offen 518. Die Kurven zeigen ein Maximum und eine Umkehr an der rechten Seite des Diagramms 500. Die Umkehr tritt bei sehr hohen Werten von ΔP/P auf, wobei, wie vorstehend erwähnt wurde, ΔP eine Differenz zwischen dem Auslassdruck und dem Einlassdruck für den Motor und P den Auslassdruck bezeichnen.
  • 5 zeigt, dass für einen breiten Bereich von Auslassdruckwerten die AGR-Ventilstellung einen geringen Einfluss auf den Füllungsstrom hat. Es ist außerdem ersichtlich, dass bei sehr hohen Werten von ΔP/P oder alternativ bei sehr hohen Werten des Auslassdrucks, die AGR-Ventilstellung den Füllungsstrom beeinflussen kann. Daher verwendet ein exemplarisches Steuergerät 104 für hohe ΔP/P-Werte ferner die AGR-Ventilstellung in der Steuerung des Füllungsstromes. In einigen Ausführungsformen wird die AGR-Ventilstellung bei keinerlei Motorbetriebszuständen in der Steuerung des Füllungsstromes verwendet.
  • Daher bevorzugt eine exemplarische nichtlineare Korrekturmatrix 318 bei Auslassdrücken unterhalb eines sehr hohen Auslassdruckschwellenwertes (im vorliegenden Beispiel z.B. unterhalb von etwa 300 kPa) und/oder bei jedem Motorzustand mit Ausnahme solcher Zustände, wo ein sehr hoher ΔP/P-Wert vorliegt, eine Auslassdrucksteuerung des Füllungsstromes. Die exemplarische nichtlineare Korrekturmatrix 318 weist ferner oberhalb des sehr hohen Auslassdruckschwellenwertes und/oder bei Motorzuständen, bei denen ein sehr hoher ΔP/P-Wert vorliegt, eine AGR-Ventilsteuerung des Füllungsstromes auf.
  • Die 6A und 6B zeigen in Kombination eine andere schematische Darstellung eines Regelkreises 600 zum Steuern des Einlassstroms für einen Verbrennungsmotor. Der Regelkreis 600 steuert einen Soll-Füllungsstrom 216 und einen Soll-AGR-Anteil 302 unter Verwendung von Rückmeldetermen des Ist-Füllungsstromes 220 und des Ist-AGR-Stromes 222. Der gesamte Regelkreis 600 ist in einigen Ausführungsformen ein äußerer Regelkreis. Der Regelkreis 600 weist eine innere Regelkreissteuerung 602 auf, die einen Auslassdruckfeedbackbefehl 224 und einen AGR-Ventilfeedbackbefehl 246 in einem inneren Regelkreis steuert, der einen VGT-Befehl 232 mit einem Rückmeldeterm des Auslassdrucks 226 bereitstellt. Daher stellt das Steuergerät 104 in einigen Ausführungsformen einen VGT-Befehl 232 in Antwort auf den Auslassdruckbefehl 244 und den Ist-Auslassdruck 226 durch Bestimmen eines VGT-Befehls des inneren Regelkreises in Antwort auf den Auslassdruckfehlerterm 240 bereit.
  • Wie anhand der Figuren und des vorstehenden Inhalts deutlich ist, kommen verschiedenartige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Betracht.
  • Eine exemplarische Ausführungsform ist ein Verfahren, das das Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einem Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) und das Auswerten eines Soll-Füllungsstromes, eines Ist-Füllungsstromes, eines Soll-Abgasrückführungs(AGR)Stromes und eines Ist-AGR-Stromes aufweist. Das Verfahren weist ferner das Bestimmen eines Füllungsstromfehlerterms in Antwort auf den Ist-Füllungsstrom und den Soll-Füllungsstrom, das Bestimmen eines AGR-Stromfehlerterms in Antwort auf den Soll-AGR-Strom und den Ist-AGR-Strom, das Auswerten einer AGR-Ventilstellung und das Bestimmen eines Auslassdruckfeedbackbefehls und eines AGR-Ventilfeedbackbefehls in Antwort auf den Füllungsstromfehlerterm, den AGR-Stromfehlerterm und die AGR-Ventilstellung auf. Das Verfahren weist ferner das Auswerten eines Feedforward-Auslassdruckbefehls und eines Feedforward-AGR-Ventilstellungsbefehls, das Bestimmen eines Auslassdruckbefehls in Antwort auf den Feedforward-Auslassdruckbefehl und den Auslassdruckfeedbackbefehl und das Bereitstellen eines VGT-Befehls in Antwort auf den Auslassdruckbefehl auf.
  • Einige Ausführungsformen des Verfahrens beinhalten eine oder mehrere der nachstehend beschriebenen Merkmale und Verarbeitungen.
  • Das exemplarische Verfahren weist das Bestimmen eines Auslassdruckfehlerterms in Antwort auf den Auslassdruckbefehl und einen Ist-Auslassdruck auf, wobei das Bereitstellen eines VGT-Befehls in Antwort auf den Auslassdruckbefehl ferner das Bestimmen eines VGT-Befehls eines inneren Regelkreises in Antwort auf den Auslassdruckfehlerterm aufweist. Das Verfahren weist ferner das Bestimmen des Auslassdruckfeedbackbefehls und des AGR-Ventilfeedbackbefehls von einer nichtlinearen Korrekturmatrix auf, die eine Funktion der AGR-Ventilstellung aufweist. Das Verfahren beinhaltet ferner, dass die nichtlineare Korrekturmatrix die AGR-Ventilsteuerung des Ist-AGR-Stromes bei kleinen AGR-Ventilstellungen und niedrigen Auslassdrücken bevorzugt und die Auslassdrucksteuerung des Ist-AGR-Stromes bei großen AGR-Ventilstellungen und hohen Auslassdrücken bevorzugt. Das Verfahren beinhaltet ferner, dass die nichtlineare Korrekturmatrix die Auslassdrucksteuerung des Ist-Füllungsstromes bevorzugt. Das Verfahren beinhaltet ferner, dass die nichtlineare Korrekturmatrix die AGR-Ventilsteuerung des Ist-Füllungsstromes bei hohen ΔP/P-Werten bevorzugt, wobei ΔP den Druckabfall über den Motor oder eine Differenz zwischen dem Ist-Auslassdruck und einem Ist-Einlassdruck bezeichnet, und wobei P den Ist-Auslassdruck bezeichnet.
  • Eine andere exemplarische Ausführungsform ist ein System, das einen Verbrennungsmotor mit einem Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) und einen Einlasskrümmer aufweist, der dem Verbrennungsmotor einen Füllungsstrom zuführt, wobei der Füllungsstrom einen mit einem Abgasückführungs(AGR)strom kombinierten Frischluftstrom enthält, wobei der Einlasskrümmer stromabwärts vom VGT an einer Einlassseite angeordnet ist. Das System weist ferner einen stromaufwärts vom VGT an einer Auslassseite angeordneten Auslasskrümmer und ein Steuergerät auf, das dazu strukturiert ist, bestimmte Verarbeitungen zum Steuern des Einlassstroms durch den Auslassgasdruck auszuführen. Das Steuergerät wertet einen Soll-Füllungsstrom, einen Ist-Füllungsstrom, einen Soll-Abgasrückführungs(AGR)strom, einen Ist-AGR-Strom und eine AGR-Ventilstellung aus. Das Steuergerät bestimmt einen Füllungsstromfehlerterm in Antwort auf den Ist-Füllungsstrom und den Soll-Füllungsstrom und einen AGR-Stromfehlerterm in Antwort auf den Soll-AGR-Strom und den Ist-AGR-Strom. Das Steuergerät bestimmt ferner einen Auslassdruckfeedbackbefehl und einen AGR-Ventilfeedbackbefehl in Antwort auf den Füllungsstromfehlerterm, den AGR-Stromfehlerterm und die AGR-Ventilstellung. Das Steuergerät wertet ferner einen Feedforward-Auslassdruckbefehl und einen Feedforward-AGR-Ventilstellungsbefehl aus, bestimmt einen Auslassdruckbefehl in Antwort auf den Feedforward-Auslassdruckbefehl und den Abgasfeedbackbefehl und stellt in Antwort auf den Auslassdruckbefehl einen VGT-Befehl bereit.
  • Eine noch andere exemplarische Ausführungsform ist eine Vorrichtung mit einem Referenzmodul, das einen Soll-Füllungsstrom und einen Soll-Abgasrückführungs(AGR)strom auswertet. Die Vorrichtung weist ein Betriebszustandsmodul auf, das einen Ist-Füllungsstrom, einen Ist-AGR-Strom und eine AGR-Ventilstellung auswertet. Die Vorrichtung weist ferner ein Fehlerbestimmungsmodul, das einen Füllungsstromfehlerterm in Antwort auf den Ist-Füllungsstrom und den Soll-Füllungsstrom bestimmt, und einen AGR-Stromfehlerterm in Antwort auf den Soll-AGR-Strom und den Ist-AGR-Strom bestimmt. Die Vorrichtung weist ferner ein Feedback-Modul auf, das einen Auslassdruckfeedbackbefehl und einen AGR-Ventilfeedbackbefehl in Antwort auf den Füllungsstromfehlerterm, den AGR-Stromfehlerterm und die AGR-Ventilstellung bestimmt. In einigen Ausführungsformen bestimmt das Feedback-Modul den Auslassdruckfeedbackbefehl und den AGR-Ventilfeedbackbefehl in Antwort auf einen AGR-Ventilbefehl anstatt oder zusätzlich zu der AGR-Ventilstellung. Die Vorrichtung weist ferner ein Feedforward-Modul auf, das einen Feedforward-Auslassdruckbefehl und einen Feedforward-AGR-Ventilstellungsbefehl auswertet, und ein Steuermodul eines inneren Regelkreises, das einen Auslassdruckbefehl in Antwort auf den Feedforward-Auslassdruckbefehl und den Auslassdruckfeedbackbefehl bestimmt. Das Steuermodul eines inneren Regelkreises stellt ferner einen VGT-Befehl in Antwort auf den Auslassdruckbefehl bereit. Die Vorrichtung weist ein AGR-Ventilbefehlmodul auf, das einen AGR-Ventilbefehl in Antwort auf den AGR-Ventilfeedbackbefehl und den Feedforward-AGR-Ventilstellungsbefehl bestimmt.
  • Einige Ausführungsformen der Vorrichtung weisen eine oder mehrere der nachstehend beschriebenen Merkmale und Verarbeitungen auf.
  • In der Vorrichtung ist ferner vorgesehen, dass das Fehlerbestimmungsmodul ferner einen Auslassdruckfehlerterm in Antwort auf den Auslassdruckbefehl und einen Ist-Auslassdruck bestimmt, und das Steuermodul eines inneren Regelkreises ferner einen VGT-Befehl des inneren Regelkreises in Antwort auf den Auslassdruckfehlerterm bestimmt und den VGT-Befehl ferner in Antwort auf den VGT-Befehl des inneren Regelkreises bereitstellt. Das Feedback-Modul bestimmt ferner den Auslassdruckfeedbackbefehl und den AGR-Ventilfeedbackbefehl von einer nichtlinearen Korrekturmatrix, die eine Funktion der AGR-Ventilstellung aufweist. In einigen Ausführungsformen bevorzugt die nichtlineare Korrekturmatrix die AGR-Ventilsteuerung des Ist-AGR-Stromes bei niedrigen Durchsätzen und kleinen AGR-Ventilstellungen, und die Auslassdrucksteuerung des Ist-AGR-Stromes bei hohen Durchsätzen und großen AGR-Ventilstellungen. In einigen Ausführungsformen bevorzugt die nichtlineare Korrekturmatrix die Auslassdrucksteuerung des Ist-Füllungsstromes. In einigen weiteren Ausführungsformen bevorzugt die nichtlineare Korrekturmatrix die AGR-Ventilsteuerung des Ist-Füllungsstromes bei hohen ΔP/P-Werten, wobei ΔP eine Differenz zwischen dem Ist-Auslassdruck und dem Ist-Einlassdruck bezeichnet und P den Ist-Auslassdruck bezeichnet.
  • Eine andere exemplarische Ausführungsform ist ein Verfahren, das das Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einem Turbolader mit variabler Geometrie (VGT), das Auswerten eines Soll-Füllungsstromes, eines Ist-Füllungsstromes, eines Soll-Abgasrückführungs(AGR)stromes und eines Ist-AGR-Stromes und das Bestimmen eines Füllungsstromfehlerterms in Antwort auf den Ist-Füllungsstrom und den Soll-Füllungsstrom aufweist. Das Verfahren weist ferner das Bestimmen eines AGR-Stromfehlerterms in Antwort auf den Soll-AGR-Strom und den Ist-AGR-Strom und das Bestimmen eines Auslassdruckfeedbackbefehls in Antwort auf den Füllungsstromfehlerterm und den AGR-Stromfehlerterm auf. Das Verfahren weist ferner das Auswerten eines Feedforward-Auslassdruckbefehls und das Bestimmen eines Auslassdruckbefehls in Antwort auf den Feedforward-Auslassdruckbefehl und den Auslassdruckfeedbackbefehl auf. Das exemplarische Verfahren weist ferner das Bereitstellen eines VGT-Befehls in Antwort auf den Auslassdruckbefehl auf.
  • Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens weist das Auswerten einer AGR-Ventilstellung auf, wobei der Auslassdruckfeedbackbefehl ferner in Antwort auf die AGR-Ventilstellung bestimmt wird. Ein weiteres Verfahren weist das Bestimmen eines AGR-Ventilfeedbackbefehls in Antwort auf den Füllungsstromfehlerterm, den AGR-Stromfehlerterm und die AGR-Ventilstellung auf. In einigen Ausführungsformen weist das Verfahren das Bereitstellen einer Antwort auf den AGR-Stromfehlerterm auf, die primär zum Auslassdruckfeedbackbefehl hin gewichtet ist, wenn die AGR-Ventilstellung mehr als 40% offen ist, und die primär zum AGR-Ventilfeedbackbefehl hin gewichtet ist, wenn die AGR-Ventilstellung weniger als 40% offen ist. Alternativ weist das Verfahren das Bereitstellen einer Antwort auf den AGR-Stromfehlerterm auf, die primär zum Auslassdruckfeedbackbefehl hin gewichtet ist, wenn die AGR-Ventilstellung mehr als 60% offen ist, und die primär zum AGR-Ventilfeedbackbefehl hin gewichtet ist, wenn die AGR-Ventilstellung weniger als 40% offen ist.
  • In einigen Ausführungsformen weist das Verfahren das Bestimmen des Auslassdruckfeedbackbefehls und des AGR-Ventilfeedbackbefehls von einer nichtlinearen Korrekturmatrix auf, die eine Funktion der AGR-Ventilstellung ist. In einer weiteren Ausführungsform kann die nichtlineare Korrekturmatrix die AGR-Ventilsteuerung des Ist-AGR-Stromes bei kleinen AGR-Ventilstellungen und niedrigen Auslassdrücken bevorzugen und die Auslassdrucksteuerung des Ist-Füllungsstromes bei großen AGR-Ventilstellungen und hohen Auslassdrücken bevorzugen. Zusätzlich oder alternativ bevorzugt die nichtlineare Korrekturmatrix die Auslassdrucksteuerung des Ist-Füllungsstromes. In einigen Ausführungsformen bevorzugt die nichtlineare Korrekturmatrix die AGR-Ventilsteuerung des Ist-Füllungsstromes bei hohen ΔP/P-Werten, wobei ΔP eine Differenz zwischen dem Ist-Auslassdruck und dem Ist-Einlassdruck bezeichnet, und wobei P den Ist-Auslassdruck bezeichnet. In einigen Ausführungsformen weist das Verfahren das Bestimmen eines Auslassdruckfehlerterms in Antwort auf den Auslassdruckbefehl und einen Ist-Auslassdruck auf, wobei das Bereitstellen eines VGT-Befehls in Antwort auf den Auslassdruckbefehl ferner das Bestimmen eines VGT-Befehls eines inneren Regelkreises in Antwort auf den Auslassdruckfehlerterm aufweist.
  • Eine noch andere exemplarische Ausführungsform ist ein System, das einen Verbrennungsmotor mit einem Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) und einen Einlasskrümmer aufweist, der dem Verbrennungsmotor einen Füllungsstrom zuführt, wobei der Füllungsstrom einen mit einem Abgasückführungs(AGR)strom kombinierten Frischluftstrom enthält, und wobei der Einlasskrümmer stromabwärts vom VGT an einer Einlassseite angeordnet ist. Das System weist ferner einen stromaufwärts vom VGT an einer Auslassseite angeordneten Auslasskrümmer und ein Steuergerät auf, der Module enthält, die dazu strukturiert sind, Verarbeitungen zum Steuern des Füllungsstromes und/oder des AGR-Stromes für den Motor funktionell auszuführen.
  • Das exemplarische Steuergerät weist ein Referenzmodul auf, das einen Soll-Füllungsstrom 216 und einen Soll-Abgasrückführungs(AGR)strom auswertet. Das Steuergerät weist ferner ein Betriebszustandsmodul auf, das einen Ist-Füllungsstrom und einen Ist-AGR-Strom auswertet, und ein Fehlerbestimmungsmodul, das in Antwort auf den Ist-Füllungsstrom und den Soll-Füllungsstrom einen Füllungsstromfehlerterm bestimmt. Das Fehlerbestimmungsmodul bestimmt ferner einen AGR-Stromfehlerterm in Antwort auf den Soll-AGR-Strom und den Ist-AGR-Strom. Das Steuergerät weist ferner ein Feedback-Modul auf, das einen Auslassdruckfeedbackbefehl in Antwort auf den Füllungsstromfehlerterm und den AGR-Stromfehlerterm bestimmt, und ein Feedforward-Modul, das einen Feedforward-Auslassdruckbefehl auswertet. Das exemplarische Steuergerät weist ferner ein Steuermodul eines inneren Regelkreises auf, das einen Auslassdruckbefehl in Antwort auf den Feedforward-Auslassdruckbefehl und den Auslassdruckfeedbackbefehl bestimmt und einen VGT-Befehl in Antwort auf den Auslassdruckbefehl bereitstellt. Der VGT spricht auf den VGT-Befehl an.
  • Das exemplarische System weist ferner ein zwischen dem VGT und dem Einlasskrümmer angeordnetes AGR-Ventil auf, wobei das Betriebszustandsmodul ferner eine AGR-Ventilstellung bestimmt, und wobei das Feedback-Modul ferner den Auslassdruckfeedbackbefehl in Antwort auf die AGR-Ventilstellung bestimmt. In einem exemplarischen System ist ferner vorgesehen, dass das Feedback-Modul einen AGR-Ventilfeedbackbefehl in Antwort auf den Füllungsstromfehlerterm, den AGR-Stromfehlerterm und die AGR-Ventilstellung bestimmt, wobei das Feedforward-Modul ferner einen Feedforward-AGR-Ventilstellungsbefehl bestimmt. Das exemplarische Steuergerät weist ferner ein AGR-Ventilbefehlmodul auf, das einen AGR-Ventilbefehl in Antwort auf den AGR-Ventilfeedbackbefehl und den Feedforward-AGR-Ventilstellungsbefehl bestimmt, und wobei das AGR-Ventil auf den AGR-Ventilbefehl anspricht.
  • In einer weiteren Ausführungsform des Systems ist vorgesehen, dass das Feedback-Modul ferner den Auslassdruckfeedbackbefehl und den AGR-Ventilfeedbackbefehl von einer nichtlinearen Korrekturmatrix bestimmt, die eine Funktion der AGR-Ventilposition ist. In einigen Ausführungsformen bevorzugt die nichtlineare Korrekturmatrix die AGR-Ventilsteuerung des Ist-AGR-Stromes bei niedrigen Durchsätzen und kleinen AGR-Ventilpositionen und bevorzugt die Auslassdrucksteuerung des Ist-AGR-Stromes bei hohen Durchsätzen und großen AGR-Ventilstellungen. In einigen Ausführungsformen bevorzugt die nichtlineare Korrekturmatrix die Auslassdrucksteuerung des Ist-Füllungsstromes. In einigen weiteren Ausführungsformen bevorzugt die nichtlineare Korrekturmatrix ferner die AGR-Ventilsteuerung des Ist-Füllungsstromes bei hohen ΔP/P-Werten, wobei ΔP eine Differenz zwischen dem Ist-Auslassdruck und dem Ist-Einlassdruck bezeichnet und P den Ist-Auslassdruck bezeichnet.
  • In einigen Ausführungsformen ist im System ferner vorgesehen, dass das Fehlerbestimmungsmodul ferner einen Auslassdruckfehlerterm in Antwort auf den Auslassdruckbefehl und einen Ist-Auslassdruck bestimmt. Das Steuermodul eines inneren Regelkreises bestimmt ferner einen VGT-Befehl des inneren Regelkreis in Antwort auf den Auslassdruckfehlerterm und stellt den VGT-Befehl ferner in Antwort auf den VGT-Befehl des inneren Regelkreises bereit.
  • Obwohl die Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen und die vorstehende Beschreibung ausführlich dargelegt worden ist, soll dies lediglich zur Erläuterung dienen und nicht im einschränkenden Sinne verstanden werden, und es ist klar, dass nur einige bevorzugte exemplarische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden sind und innerhalb des Umfangs der Erfindung Änderungen und Modifikationen möglich sind. Beim Lesen der Ansprüche ist, wenn Wörter wie „ein“, „eine“, „mindestens ein“ oder „mindestens ein Abschnitt“ verwendet werden, nicht beabsichtigt, den Anspruch nur auf ein Element zu begrenzen, insofern dies im Anspruch nicht ausdrücklich anders spezifiziert ist. Außerdem kann, wenn der Begriff „mindestens ein Abschnitt“ und/oder „ein Abschnitt“ verwendet wird, ein Abschnitt eines Elements und/oder das gesamte Element gemeint sein, insofern dies im Anspruch nicht ausdrücklich anders spezifiziert ist.

Claims (26)

  1. Verfahren, umfassend: Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einem Turbolader mit variabler Geometrie (VGT); Auswerten eines Soll-Füllungsstromes, eines Ist-Füllungsstromes, eines Soll-Abgasrückführungs(AGR)stromes und eines Ist-AGR-Stromes; Bestimmen eines Füllungsstromfehlerterms in Antwort auf den Ist-Füllungsstrom und den Soll-Füllungsstrom; Bestimmen eines AGR-Stromfehlerterms in Antwort auf den Soll-AGR-Strom und den Ist-AGR-Strom; Bestimmen eines Auslassdruckfeedbackbefehls in Antwort auf den Füllungsstromfehlerterm und den AGR-Stromfehlerterm; Auswerten eines Feedforward-Auslassdruckbefehls; Bestimmen eines Auslassdruckbefehls in Antwort auf den Feedforward-Auslassdruckbefehl und den Auslassdruckfeedbackbefehl; und Bereitstellen eines VGT-Befehls in Antwort auf den Auslassdruckbefehl.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Auswerten einer AGR-Ventilstellung, und wobei der Auslassdruckfeedbackbefehl ferner in Antwort auf die AGR-Ventilstellung bestimmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend ein Bestimmen eines AGR-Ventilfeedbackbefehls in Antwort auf den Füllungsstromfehlerterm, den AGR-Stromfehlerterm und die AGR-Ventilstellung.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend ein Bereitstellen einer Antwort auf den AGR-Stromfehlerterm, die primär zum Auslassdruckfeedbackbefehl hin gewichtet ist, wenn die AGR-Ventilstellung mehr als 40% offen ist, und die primär zum AGR-Ventilfeedbackbefehl hin gewichtet ist, wenn die AGR-Ventilstellung weniger als 40% offen ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend ein Bereitstellen einer Antwort auf den AGR-Stromfehlerterm, die primär zum Auslassdruckfeedbackbefehl hin gewichtet ist, wenn die AGR-Ventilstellung mehr als 60% offen ist, und die primär zum AGR-Ventilfeedbackbefehl hin gewichtet ist, wenn die AGR-Ventilstellung weniger als 60% offen ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Auslassdruckfeedbackbefehl und der AGR-Ventilfeedbackbefehl von einer nichtlinearen Korrekturmatrix bestimmt wird, die eine Funktion der AGR-Ventilstellung aufweist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die nichtlineare Korrekturmatrix die AGR-Ventilsteuerung des Ist-AGR-Stromes bei kleinen AGR-Ventilstellungen und niedrigen Auslassdrücken bevorzugt und die Auslassdrucksteuerung des Ist-AGR-Stromes bei großen AGR-Ventilstellungen und hohen Auslassdrücken bevorzugt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die nichtlineare Korrekturmatrix die Auslassdrucksteuerung des Ist-Füllungsstromes bevorzugt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die nichtlineare Korrekturmatrix ferner die AGR-Ventilsteuerung des Ist-Füllungsstromes bei hohen ΔP/P-Werten bevorzugt, wobei ΔP eine Differenz zwischen dem Ist-Auslassdruck und einem Ist-Einlassdruck bezeichnet, und wobei P den Ist-Auslassdruck bezeichnet.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Bestimmen eines Auslassdruckfehlerterms in Antwort auf den Auslassdruckbefehl und einen Ist-Auslassdruck, wobei das Bereitstellen eines VGT-Befehls in Antwort auf den Auslassdruckbefehl ferner das Bestimmen eines VGT-Befehls eines inneren Regelkreises in Antwort auf den Auslassdruckfehlerterm aufweist.
  11. Vorrichtung mit: einem Referenzmodul, das dazu strukturiert ist, einen Soll-Füllungsstrom und einen Soll-Abgasrückführungs(AGR)strom auszuwerten; einem Betriebszustandsmodul, das dazu strukturiert ist, einen Ist-Füllungsstrom und einen Ist-AGR-Strom auszuwerten; einem Fehlerbestimmungsmodul, das dazu strukturiert ist, einen Füllungsstromfehlerterm in Antwort auf den Ist-Füllungsstrom und den Soll-Füllungsstrom zu bestimmen, und einen AGR-Stromfehlerterm in Antwort auf den Soll-AGR-Strom und den Ist-AGR-Strom zu bestimmen; einem Feedback-Modul, das dazu strukturiert ist, einen Auslassdruckfeedbackbefehl in Antwort auf den Füllungsstromfehlerterm und den AGR-Stromfehlerterm zu bestimmen; einem Feedforward-Modul, das dazu strukturiert ist, einen Feedforward-Auslassdruckbefehl auszuwerten; und einem Steuermodul eines inneren Regelkreises, das dazu strukturiert ist, einen Auslassdruckbefehl in Antwort auf den Feedforward-Auslassdruckbefehl und den Auslassdruckfeedbackbefehl zu bestimmen und einen VGT-Befehl in Antwort auf den Auslassdruckbefehl bereitzustellen.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der das Betriebszustandsmodul ferner dazu strukturiert ist, eine AGR-Ventilstellung zu bestimmen, und bei der das Feedback-Modul ferner dazu strukturiert ist, den Auslassdruckfeedbackbefehl in Antwort auf die AGR-Ventilstellung zu bestimmen.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der das Feedback-Modul ferner dazu strukturiert ist, einen AGR-Ventilfeedbackbefehl in Antwort auf den Füllungsstromfehlerterm, den AGR-Stromfehlerterm und die AGR-Ventilstellung zu bestimmen, wobei das Feedforward-Modul ferner dazu strukturiert ist, eine Feedforward-AGR-Ventilstellung zu bestimmen, und wobei die Vorrichtung ferner ein AGR-Ventilbefehlmodul aufweist, das dazu strukturiert ist, einen AGR-Ventilbefehl in Antwort auf den AGR-Ventilfeedbackbefehl und den Feedforward-AGR-Ventilstellungsbefehl zu bestimmen.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der das Feedback-Modul ferner dazu strukturiert ist, den Auslassdruckfeedbackbefehl und den AGR-Ventilfeedbackbefehl von einer nichtlinearen Korrekturmatrix zu bestimmen, die eine Funktion der AGR-Ventilstellung aufweist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der die nichtlineare Matrix die AGR-Ventilsteuerung des Ist-AGR-Stromes bei niedrigen Durchsätzen und kleinen AGR-Ventilstellungen und die Auslassdrucksteuerung des Ist-AGR-Stromes bei hohen Durchsätzen und großen AGR-Ventilstellungen bevorzugt.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der die nichtlineare Korrekturmatrix die Auslassdrucksteuerung des Ist-Füllungsstromes bevorzugt.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die nichtlineare Korrekturmatrix die AGR-Ventilsteuerung des Ist-Füllungsstromes bei hohen ΔP/P-Werten steuert, wobei ΔP eine Differenz zwischen dem Ist-Auslassdruck und einem Ist-Einlassdruck bezeichnet, und wobei P den Ist-Auslassdruck bezeichnet.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der das Fehlerbestimmungsmodul ferner dazu strukturiert ist, einen Auslassdruckfehlerterm in Antwort auf den Auslassdruckbefehl und einen Ist-Auslassdruck zu bestimmen, und bei der das Steuermodul eines inneren Regelkreises ferner dazu strukturiert ist, einen VGT-Befehl des inneren Regelkreises in Antwort auf den Auslassdruckfehlerterm zu bestimmen und den VGT-Befehl ferner in Antwort auf den VGT-Befehl des inneren Regelkreises bereitzustellen.
  19. System mit: einem Verbrennungsmotor mit einem Turbolader mit variabler Geometrie (VGT); einem Einlasskrümmer, der dem Verbrennungsmotor einen Füllungsstrom zuführt, wobei der Füllungsstrom einen Frischluftstrom enthält, der mit einem Abgasrückführungs(AGR)strom kombiniert ist, wobei der Einlasskrümmer stromabwärts vom VGT auf einer Einlassseite angeordnet ist; einem stromaufwärts vom VGT auf einer Auslassseite angeordneten Auslasskrümmer; einem Steuergerät mit: einem Referenzmodul, das dazu strukturiert ist, einen Soll-Füllungsstrom und einen Soll-Abgasrückführungs(AGR)strom auszuwerten; einem Betriebszustandsmodul, das dazu strukturiert ist, einen Ist-Füllungsstrom und einen Ist-AGR-Strom auszuwerten; einem Fehlerbestimmungsmodul, das dazu strukturiert ist, einen Füllungsstromfehlerterm in Antwort auf den Ist-Füllungsstrom und den Soll-Füllungsstrom zu bestimmen und einen AGR-Stromfehlerterm in Antwort auf den Soll-AGR-Strom und den Ist-AGR-Strom zu bestimmen; einem Feedback-Modul, das dazu strukturiert ist, einen Auslassdruckfeedbackbefehl in Antwort auf den Füllungsstromfehlerterm und den AGR-Stromfehlerterm zu bestimmen; einem Feedforward-Modul, das dazu strukturiert ist, einen Feedforward-Auslassdruckbefehl auszuwerten; und einem Steuermodul eines inneren Regelkreises, das dazu strukturiert ist, einen Auslassdruckbefehl in Antwort auf den Feedforward-Auslassdruckbefehl und den Auslassdruckfeedbackbefehl zu bestimmen und einen VGT-Befehl in Antwort auf den Auslassdruckbefehl bereitzustellen, wobei der VGT auf den VGT-Befehl anspricht.
  20. System nach Anspruch 19, ferner mit einem zwischen dem VGT und dem Einlasskrümmer angeordneten AGR-Ventil, wobei das Betriebszustandsmodul ferner dazu strukturiert ist, eine AGR-Ventilstellung zu bestimmen, und wobei das Feedback-Modul ferner dazu strukturiert ist, den Auslassdruckfeedbackbefehl in Antwort auf die AGR-Ventilstellung zu bestimmen.
  21. System nach Anspruch 20, wobei das Feedback-Modul ferner dazu strukturiert ist, einen AGR-Ventilfeedbackbefehl in Antwort auf den Füllungsstromfehlerterm, den AGR-Stromfehlerterm und die AGR-Ventilstellung zu bestimmen, wobei das Feedforward-Modul ferner dazu strukturiert ist, einen Feedforward-AGR-Ventilstellungsbefehl zu bestimmen, und wobei das Steuergerät ferner ein AGR-Ventilbefehlmodul aufweist, das dazu strukturiert ist, einen AGR-Ventilbefehl in Antwort auf den AGR-Ventilfeedbackbefehl und den Feedforward-AGR-Ventilstellungsbefehl zu bestimmen, und wobei das AGR-Ventil auf den AGR-Ventilbefehl anspricht.
  22. System nach Anspruch 21, bei dem das Feedback-Modul ferner dazu strukturiert ist, den Auslassdruckfeedbackbefehl und den AGR-Ventilfeedbackbefehl von einer nichtlinearen Korrekturmatrix zu bestimmen, die eine Funktion der AGR-Ventilstellung aufweist.
  23. System nach Anspruch 22, bei dem die nichtlineare Korrekturmatrix die AGR-Ventilsteuerung des Ist-AGR-Stromes bei niedrigen Durchsätzen und kleinen AGR-Ventilstellungen und die Auslassdrucksteuerung des Ist-AGR-Stromes bei hohen Durchsätzen und großen AGR-Ventilstellungen bevorzugt.
  24. System nach Anspruch 22, bei dem die nichtlineare Korrekturmatrix die Auslassdrucksteuerung des Ist-Füllungsstromes bevorzugt.
  25. System nach Anspruch 24, bei dem die nichtlineare Korrekturmatrix ferner die AGR-Ventilsteuerung des Ist-Füllungsstromes bei hohen ΔP/P-Werten bevorzugt, wobei ΔP eine Differenz zwischen dem Ist-Auslassdruck und einem Ist-Einlassdruck bezeichnet, und wobei P den Ist-Auslassdruck bezeichnet.
  26. System nach Anspruch 19, bei dem das Fehlerbestimmungsmodul ferner dazu strukturiert ist, einen Auslassdruckfehlerterm in Antwort auf den Auslassdruckbefehl und einen Ist-Auslassdruck zu bestimmen, und bei dem das Steuermodul eines inneren Regelkreises ferner dazu strukturiert ist, einen VGT-Befehl des inneren Regelkreises in Antwort auf den Auslassdruckfehlerterm zu bestimmen und den VGT-Befehl ferner in Antwort auf den VGT-Befehl des inneren Regelkreises bereitzustellen.
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