DE19728352C1 - Method to control charging of IC engine having exhaust gas turbocharger - Google Patents

Method to control charging of IC engine having exhaust gas turbocharger

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DE19728352C1 DE19728352A DE19728352A DE19728352C1 DE 19728352 C1 DE19728352 C1 DE 19728352C1 DE 19728352 A DE19728352 A DE 19728352A DE 19728352 A DE19728352 A DE 19728352A DE 19728352 C1 DE19728352 C1 DE 19728352C1
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Abstract

The method involves using a control circuit of a control device (10) to monitor the parameters of the input air against the torque requirements of the engine settings. The control device compares the pressure drop across the turbine of the turbocharger (5) against a programmed reference value, to set the optimum operational values. The turbine has an adjustable geometry. The control device adjusts the cross-section of the turbine to control the air mass flow entering the turbine. By monitoring the pressure gradient across the turbine (7), and comparing it with the programmed reference value, a target pressure value is provided to obtain the optimum air input by changing the turbine geometry. The control monitors the air input flow (11), the density and temperature of the air, the engine speed and the engine control settings to obtain the optimum settings of the turbine for best performance.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Aufladung einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbo­ lader mit verstellbarer Turbinengeometrie nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for regulating the Charging an internal combustion engine with an exhaust gas turbo loader with adjustable turbine geometry according to the upper Concept of claim 1.

Die Leistungsabgabe einer Brennkraftmaschine ist propor­ tional dem Luftdurchsatz und der Dichte der zugeführten Verbrennungsluft und ist daher durch Aufladung, das heißt durch Vorverdichten der Verbrennungsluft vor dem Eintritt in die Brennkraftmaschine erhöhbar. Die Aufladung kann durch einen Abgasturbolader erfolgen, welcher im wesent­ lichen aus zwei Strömungsmaschinen besteht, nämlich einer vom Abgasstrom der Brennkraftmaschine getriebenen Turbine und einem Verdichter, welcher durch eine Laderwelle mit der Turbine verbunden ist. Der Verdichter wird synchron rotierend von der Turbine angetrieben und verdichtet ab­ hängig von seiner Drehzahl einen Frischluftstrom für die Brennkraftmaschine. Der Ladedruckstrom stromab des Ver­ dichters und der Abgasdruck stromauf der Turbine sind aufgrund des Momenten-Gleichgewichtes an der Laderwelle miteinander gekoppelt, wobei infolge des auf den Verdich­ ter wirkenden Ladedruckes der Abgasstrom stromauf der Turbine aufgestaut wird. Der Staudruck des Abgasstromes wird entsprechend einem Druck-Übersetzungsverhältnisses, welches durch die jeweiligen Anströmquerschnitte der Tur­ bine und des Verdichters bestimmt ist, im Ladedruck des zur Brennkraftmaschine geförderten Ladeluftstroms über­ setzt. Mittels der verstellbaren Turbinengeometrie, zum Beispiel durch verstellbare Leitschaufeln der Turbine, kann der Anströmquerschnitt der Turbine und somit die vom Abgasturbolader auf den Ladeluftstrom zu übertragende Staudruckenergie, das heißt die Verdichterleistung, vari­ iert werden. Die Turbinengeometrie kann dabei zwischen der Öffnungsstellung mit maximalem Anströmquerschnitt und der Schließstellung mit minimalem Anströmquerschnitt jede beliebige Stellung einnehmen.The power output of an internal combustion engine is proportional tional the air flow and the density of the supplied Combustion air and is therefore due to charging, that is by pre-compressing the combustion air before entering can be increased in the internal combustion engine. The charging can done by an exhaust gas turbocharger, which essentially Lichen consists of two turbomachines, namely one turbine driven by the exhaust gas flow of the internal combustion engine and a compressor with a supercharger shaft the turbine is connected. The compressor is synchronized driven and compressed by the turbine depending on its speed a fresh air flow for the Internal combustion engine. The boost pressure flow downstream of the Ver are tight and the exhaust gas pressure upstream of the turbine due to the equilibrium of moments on the supercharger shaft coupled with each other, due to the on the Verdich ter acting boost pressure of the exhaust gas stream upstream of the Turbine is dammed up. The dynamic pressure of the exhaust gas flow is according to a pressure gear ratio,  which by the respective flow cross-sections of the door bine and the compressor is determined in the boost pressure of the to the internal combustion engine delivered charge air flow over puts. By means of the adjustable turbine geometry to Example with adjustable turbine guide vanes, can the flow cross-section of the turbine and thus that of Exhaust gas turbocharger to be transferred to the charge air flow Dynamic pressure energy, i.e. the compressor output, vari be. The turbine geometry can be between the opening position with maximum inflow cross section and the closed position with minimal flow cross section each take any position.

Bei der Regelung der Aufladung der Brennkraftmaschine be­ einflußt die Reglereinheit in einem Regelkreis den Lade­ luftmassenstrom über den variablen Anströmquerschnitt der Turbine als Störgröße und stellt die Leitvorrichtung der Turbine unter Zugrundelegung einer betriebspunktabhängig vorgegebenen Führungsgröße ein. In jedem Betriebszustand der Brennkraftmaschine wird die Turbinengeometrie in eine Stellung mit einem spezifischen Anströmquerschnitt und dem entsprechenden Ladeluftmassenstrom gebracht. Der An­ strömquerschnitt wird dabei mit zunehmender Maschinenlei­ stung reduziert, so daß mit einer entsprechend erhöhten Verdichterleistung der erforderliche Ladedruck bezie­ hungsweise Ladeluftmassenstrom zur Brennkraftmaschine be­ reitgestellt wird. Fortlaufend ermittelte Betriebsparame­ ter der Brennkraftmaschine werden der Reglereinheit zuge­ führt und als Störgrößen bei der Regelung der Aufladung berücksichtigt.When regulating the charging of the internal combustion engine be the controller unit influences the drawer in a control loop Air mass flow over the variable inflow cross section of the Turbine as a disturbance variable and represents the guiding device of the Turbine based on an operating point the specified command variable. In every operating state The internal combustion engine converts the turbine geometry into one Position with a specific inflow cross section and the corresponding charge air mass flow. The An flow cross-section becomes with increasing machinery stung reduced, so that with a correspondingly increased Compressor output the required boost pressure the charge air mass flow to the internal combustion engine is provided. Continuously determined operating parameters ter of the internal combustion engine are the controller unit leads and as disturbances in the regulation of charging considered.

Die DE 40 25 901 C1 schlägt zur Regelung der Aufladung einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader mit verstellbarer Turbinengeometrie vor, den Ladedruck der Ladeluft vor dem Eintritt in die Brennkraftmaschine fort­ laufend zu messen und als Störgröße der Reglereinheit zu­ zuführen. Der Ladedruck als Betriebsparameter der Brenn­ kraftmaschine wird durch geeignete Stellmaßnahmen an der Leitvorrichtung der Turbine zur Variation des Anström­ querschnittes unter Beeinflussung des Ladeluftmassenstro­ mes an eine betriebspunktabhängig vorgegebene Führungs­ größe angeglichen. Mit dem bekannten Regelverfahren kommt es im Betrieb der Brennkraftmaschine insbesondere bei hö­ heren Betriebslasten sowie instationären Betriebszustän­ den zu enorm hohen Abgasdrücken aufgrund des Staueffektes der Turbine, deren Anströmquerschnitt gering eingestellt ist, zur Einregelung eines hohen Ladeluftmassenstroms. Der hohe Abgasgegendruck behindert das Ausschieben der Abgase aus den Zylindern der Brennkraftmaschine, wodurch die Kolben eine hohe Gaswechsel-Arbeit verrichten müssen und somit der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine redu­ ziert ist.DE 40 25 901 C1 proposes to regulate the charge an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger adjustable turbine geometry, the boost pressure of the  Charge air before entering the internal combustion engine to be measured continuously and as a disturbance variable for the controller unit respectively. The boost pressure as the operating parameters of the burner the engine is taken by appropriate control measures on the Guiding device of the turbine for varying the inflow cross section under the influence of the charge air mass flow mes to a guide that is dependent on the operating point adjusted size. Comes with the known control method it in the operation of the internal combustion engine, especially at high higher operating loads as well as transient operating states the extremely high exhaust gas pressures due to the traffic jam effect the turbine, the flow cross-section is set small is to regulate a high charge air mass flow. The high exhaust gas back pressure prevents the Exhaust gases from the cylinders of the internal combustion engine, whereby the pistons have to do a lot of gas exchange work and thus the efficiency of the internal combustion engine redu is adorned.

Weiterhin ist aus der GB 2172340A ein Abgasturbolader mit Einrichtungen zur Verstellung der Leitschaufeln seiner Strömungsmaschinen zwecks Regelung der Aufladung einer Brennkraftmaschine bekannt. Bei der Regelung wird im Re­ gelkreis zur Ermittlung regelnder Stellbefehle für den Stellantrieb der Leitschaufeln sowohl der Ladedruck als auch die Temperatur der Ladeluft vor dem Eintritt in die Brennkraftmaschine als Störgröße ermittelt. Weiterhin wird bei dem bekannten Verfahren die Temperatur des in die Turbine eintretenden Abgasstromes, die Drehzahl der Laderwelle sowie der Druckunterschied vor und hinter ei­ ner Leiteinrichtung des Verdichters ermittelt und als Störgröße im Regelkreis berücksichtigt. Mit großem bauli­ chem Aufwand wird mit einer entsprechenden Anzahl von Meßsensoren eine Vielzahl von Störgrößen für den Regel­ kreis ermittelt, so daß die Regelung der Aufladung und die dabei erfolgende Einstellung des Anströmquerschnittes der Turbine im Hinblick auf die ermittelten Betriebspara­ meter der Brennkraftmaschine verbessert sein soll. Der Anstieg des statischen Druckes in der Abgasleitung bleibt jedoch unberücksichtigt und der Wirkungsgrad der Brenn­ kraftmaschine ist daher aufgrund der erhöhten Ausschubar­ beit der Kolben beim Ladungswechsel unzufriedenstellend.GB 2172340A also includes an exhaust gas turbocharger Devices for adjusting the guide vanes of his Turbomachines for the purpose of regulating the charging of a Internal combustion engine known. In the regulation is in the Re gel circuit for determining regulating control commands for the Actuator of the guide vanes both the boost pressure and also the temperature of the charge air before entering the Internal combustion engine determined as a disturbance variable. Farther in the known method, the temperature of the in the turbine entering exhaust gas flow, the speed of the Charger shaft and the pressure difference before and after egg ner guide device of the compressor determined and as Disturbance in the control loop considered. With great construction chem effort is with a corresponding number of Measuring sensors a variety of disturbances for the rule  circle determined so that the regulation of the charge and the setting of the inflow cross section the turbine with regard to the determined operating pairs meters of the internal combustion engine should be improved. Of the The static pressure in the exhaust pipe remains high however disregarded and the efficiency of the burning The engine can therefore be extended due to the increased extension the piston is unsatisfactory when changing loads.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Regelung der Aufladung einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader mit verstellbarer Turbinengeometrie zu schaffen, welches einen Betrieb der Brennkraftmaschine mit optimalem Wirkungsgrad in jedem Betriebszustand er­ möglicht.The object of the present invention is a method to control the charging of an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger with adjustable turbine geometry to create an operation of the internal combustion engine with optimal efficiency in every operating condition possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved with the features of Claim 1 solved.

Als Störgrößen im Regelkreis werden fortlaufend der Lade­ luftmassenstrom, die Drehzahl der Brennkraftmaschine so­ wie der Ladedruck und die Ladelufttemperatur vor dem Ein­ tritt in die Brennkraftmaschine ermittelt und entspre­ chende Daten der Reglereinheit zugeführt. Die Reglerein­ heit bestimmt aus diesen Betriebsparametern den Liefer­ grad der Brennkraftmaschine, welcher eine Kenngröße zur Beurteilung des Gaswechsels ist, nämlich der Quotient aus der tatsächlich im Zylinder beim Ladungswechsel verblei­ bende Frischluftmenge und der maximalen Frischluftmenge, die durch das Zylindervolumen geometrisch festliegt. Aus dem Liefergrad wird das Druckgefälle zwischen dem Lade­ druck und dem die Turbine beaufschlagenden Abgasdruck als Regelgröße für die Regelung der Aufladung ermittelt. Es wird somit der Abgasdruck bei der Regelung der Aufladung der Brennkraftmaschine berücksichtigt und in jedem Be­ triebspunkt der Brennkraftmaschine die Leitvorrichtung der Turbine des Abgasturboladers mit einem optimalen Druckgefälle im Hinblick auf den Wirkungsgrad der Brenn­ kraftmaschine eingestellt. Als Führungsgröße wird dabei ein betriebspunktspezifisches Soll-Druckgefälle vorgege­ ben.The drawer is a constant disturbance in the control loop air mass flow, the speed of the internal combustion engine so like the boost pressure and charge air temperature before turning on occurs in the engine determined and correspond appropriate data supplied to the controller unit. The controller unit determines the delivery from these operating parameters degree of the internal combustion engine, which is a parameter for Assessment of the gas change is, namely the quotient that actually remains in the cylinder when the charge is changed fresh air volume and the maximum fresh air volume, which is geometrically determined by the cylinder volume. Out The degree of delivery becomes the pressure drop between the drawer pressure and the exhaust gas pressure acting on the turbine as Control variable for regulating the charge determined. It becomes the exhaust gas pressure when regulating the charge  the internal combustion engine is taken into account and in every loading driving point of the internal combustion engine, the guide device the turbine of the exhaust gas turbocharger with an optimal Pressure drop with regard to the efficiency of the combustion engine set. As a leader, an operating point-specific target pressure drop ben.

Vorteilhaft wird in einem Kennfeldspeicher für jeden Be­ triebspunkt der Brennkraftmaschine das jeweils optimale Druckgefälle abgelegt. Die Reglereinheit entnimmt in je­ dem Betriebspunkt die jeweils zugeordnete Führungsgröße und reduziert mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Re­ gelung der Aufladung die Verlustarbeit der Brennkraftma­ schine beim Ladungswechsel und erhöht somit deren Wir­ kungsgrad.Is advantageous in a map memory for each Be driving point of the internal combustion engine the optimum Pressure drop filed. The controller unit takes in each the respective reference variable assigned to the operating point and reduced with the inventive method to Re of the charge the loss of energy of the internal combustion engine seem at the charge change and thus increases their we degree of efficiency.

Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend anhand der Zeich­ nung näher erläutert.An embodiment is below with reference to the drawing tion explained in more detail.

Die einzige Zeichnungsfigur zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Abgasturbolader 5 zur Erzeugung eines ver­ dichteten Ladeluftmassenstroms 11 im Einlaßtrakt 2 der Brennkraftmaschine 1. Der Abgasturbolader besteht aus zwei Strömungsmaschinen, nämlich zum einen einer Turbine 7, welche im Auslaßtrakt 3 der Brennkraftmaschine 1 ange­ ordnet ist und vom Abgasstrom 13 beaufschlagt und ange­ trieben wird, und zum anderen einem Verdichter 8 im Ein­ laßtrakt 2. Beide Strömungsmaschinen (Turbine 7/Verdich­ ter 8) sind durch eine Laderwelle 6 mechanisch verbunden und laufen daher synchron um. In Abhängigkeit von dem Verhältnis der jeweiligen Anströmquerschnitte der Turbine 7 und des Verdichters 8 wird die Strömungsenergie des Ab­ gasstromes 13, beziehungsweise der Abgasstaudruck vor der Turbine 7 auf den vom Verdichter 8 angesaugten Frisch­ luftstrom 12 übertragen.The only drawing figure shows an internal combustion engine 1 with an exhaust gas turbocharger 5 for generating a compressed air mass flow 11 in the intake tract 2 of the internal combustion engine. 1 The exhaust gas turbocharger consists of two turbomachines, namely on the one hand a turbine 7 , which is arranged in the exhaust tract 3 of the internal combustion engine 1 and is acted upon by the exhaust gas stream 13 and is driven, and on the other hand a compressor 8 in an intake tract 2 . Both turbo machines (turbine 7 / compressor 8 ) are mechanically connected by a supercharger shaft 6 and therefore run synchronously. Depending on the ratio of the respective inflow cross sections of the turbine 7 and the compressor 8 , the flow energy of the gas stream 13 , or the exhaust gas pressure upstream of the turbine 7, is transferred to the fresh air stream 12 drawn in by the compressor 8 .

Der Anströmquerschnitt der Turbine 7 ist durch eine ver­ stellbare Turbinengeometrie variabel veränderbar, wodurch der Abgasturbolader im gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine mit hoher Aufladungs-Effizienz be­ treibbar ist. Ein Stellantrieb 9 wirkt auf eine verstell­ bare Leitvorrichtung 17 der Turbine 7, zum Beispiel ver­ stellbare Leitschaufeln, ein. Der freigegebene Anström­ querschnitt der Turbine 7 zur Beaufschlagung mit dem Ab­ gasstrom 13 bildet mit dem festgelegten Strömungsquer­ schnitt des Verdichters 8 ein bestimmtes Drucküberset­ zungsverhältnis, mit dem der erforderliche Ladeluftmas­ senstrom 11 für den jeweils vorliegenden Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 erzeugt wird. Mit zunehmender Betriebslast der Brennkraftmaschine 1 wird dabei der An­ strömquerschnitt der Turbine 1 reduziert, um mit dem er­ höhten Gasdurchsatz die Leistungsabgabe der Brennkraftma­ schine durch Aufladung proportional zu steigern. Dem Stellantrieb 9 wird zur Einstellung der Turbinengeometrie ein Stellsignal 24 zugeführt, welches von einer Regler­ einheit 10 in Abhängigkeit von der Lastanforderung 16 der Brennkraftmaschine, z. B. durch ein Fahrpedal, erzeugt wird. Jedem Betriebszustand der Brennkraftmaschine ist eine bestimmte Einstellung der Leitvorrichtung 17 der Turbine 7 zugeordnet, wobei mit zunehmender Betriebslast der Brennkraftmaschine der Anströmquerschnitt der Turbine 7 verringert wird und durch die Verstärkung der Aufstau­ ung des Abgasstromes 13 vor der Turbine 7 die Drehzahl des Abgasturboladers 5 und somit die Verdichterleistung erhöht ist. Die jeweils einem bestimmten Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 zugeordneten Einstellungen der Leitvorrichtung 17 der Turbine 7 sind in einem Kennfeld 14 abgelegt und werden von der Reglereinheit 10 bedarfs­ weise entnommen.The inflow cross section of the turbine 7 is variably changeable by a ver adjustable turbine geometry, whereby the exhaust gas turbocharger can be driven in the entire operating range of the internal combustion engine with high supercharging efficiency. An actuator 9 acts on an adjustable guide device 17 of the turbine 7 , for example ver adjustable guide vanes. The released inflow cross section of the turbine 7 to be acted upon by the gas stream 13 forms with the fixed flow cross section of the compressor 8 a certain pressure ratio with which the required charge air mass flow 11 is generated for the present operating state of the internal combustion engine 1 . With increasing operating load of the internal combustion engine 1 , the flow cross-section of the turbine 1 is reduced in order to increase the power output of the internal combustion engine by charging proportionally with the increased gas throughput. The actuator 9 is fed to adjust the turbine geometry, an actuating signal 24 , which unit 10 from a controller depending on the load request 16 of the internal combustion engine, for. B. is generated by an accelerator pedal. Each operating state of the internal combustion engine is assigned a specific setting of the guide device 17 of the turbine 7 , the flow cross section of the turbine 7 being reduced as the operating load of the internal combustion engine increases and the speed of the exhaust gas turbocharger 5 and thus being increased by increasing the build-up of the exhaust gas stream 13 in front of the turbine 7 the compressor capacity is increased. The settings of the guiding device 17 of the turbine 7 assigned to a specific operating state of the internal combustion engine 1 are stored in a characteristic map 14 and are removed as required by the controller unit 10 .

Um in jedem Betriebspunkt einen Betrieb der Brennkraftma­ schine mit optimalem Wirkungsgrad zu ermöglichen, wird die Aufladung der Brennkraftmaschine geregelt und in dem Regelkreis der Ladeluftmassenstrom 11 über den variablen Anströmquerschnitt der Turbine 7 als Stellgröße beein­ flußt. Als Störgrößen für den Regelvorgang werden fort­ laufend der Ladedruck P2s und die Ladelufttemperatur vor dem Eintritt in die Brennkraftmaschine 1, die Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 sowie der Ladeluftmassenstrom 11 fortlaufend ermittelt. Im Einlaßtrakt 2 der Brennkraftma­ schine 1 sind ein Temperatur-Meßfühler 18, ein Drucksen­ sor 15 sowie eine Durchflußmeßvorrichtung angeordnet, welche jeweils ein Meßsignal mit Aussage über den jeweils gemessenen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine 1 er­ zeugen und der Reglereinheit 10 zuführen, nämlich ein Temperaturmeßsignal 19, ein Ladedrucksignal 20 und ein Durchflußsignal 22. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 wird an der Kurbelwelle 4 gemessen und ein daraus erzeug­ tes Drehzahlsignal 21 der Reglereinheit 10 zugeführt. Der Drucksensor 15 und der Temperaturmeßfühler 18 sowie die Durchflußmeßeinrichtung liegen in Durchströmungsrichtung hinter einem Ladeluftkühler 26 sowie der Einmündung einer Abgasrückführungsleitung 27 vom Auslaßtrakt 3 in den Ein­ laßtrakt 2. In der Abgasrückführungsleitung 27 ist ein Abgasrückführungsventil 28 angeordnet, welches die Abgas­ rückführungsrate in den Einlaßtrakt 2 betriebspunktabhän­ gig zur Reduzierung der Emissionen der Brennkraftmaschine 1 steuert. In der Abgasrückführungsleitung 27 ist vor der Einmündung in den Einlaßtrakt 2 ein Abgaskühler 29 ange­ ordnet. In order to enable operation of the internal combustion engine with optimum efficiency at each operating point, the supercharging of the internal combustion engine is regulated and in the control circuit the charge air mass flow 11 is influenced via the variable flow cross section of the turbine 7 as a manipulated variable. The charge pressure P 2s and the charge air temperature before entering the internal combustion engine 1 , the speed of the internal combustion engine 1 and the charge air mass flow 11 are continuously determined as disturbance variables for the control process. In the intake tract 2 of the internal combustion engine 1 , a temperature sensor 18 , a pressure sensor 15 and a flow measuring device are arranged, each of which is a measurement signal with a statement about the measured operating parameters of the internal combustion engine 1 , and the controller unit 10 , namely a temperature measurement signal 19 , a boost pressure signal 20 and a flow signal 22nd The speed of the internal combustion engine 1 is measured on the crankshaft 4 and a speed signal 21 generated therefrom is supplied to the controller unit 10 . The pressure sensor 15 and the temperature sensor 18 and the flow measuring device are in the flow direction behind a charge air cooler 26 and the confluence of an exhaust gas recirculation line 27 from the outlet tract 3 into the inlet tract 2 . In the exhaust gas recirculation line 27 , an exhaust gas recirculation valve 28 is arranged which controls the exhaust gas recirculation rate in the intake tract 2 depending on the operating point to reduce the emissions of the internal combustion engine 1 . In the exhaust gas recirculation line 27 , an exhaust gas cooler 29 is arranged before the confluence with the inlet section 2 .

Aus den als Störgrößen für den Regelkreis zugeführten Be­ triebsparametern bestimmt die Reglereinheit den Liefer­ grad λL der Brennkraftmaschine 1 nach der folgenden Zu­ ordnungsvorschrift:
From the operating parameters supplied as disturbance variables for the control circuit, the controller unit determines the degree of delivery λ L of the internal combustion engine 1 according to the following regulation:

wobei den Luftdurchsatz der Brennkraftmaschine, das heißt den Ladeluftmassenstrom 11, nM die Drehzahl der Brennkraftmaschine 1, P2s den Ladedruck, T2s die Ladeluft­ temperatur und VH das geometrisch in den Zylindern der Brennkraftmaschine festgelegte Hubvolumen und R die Gaskonstante bezeichnet.the air flow rate of the internal combustion engine, that is the charge air mass flow 11 , n M the speed of the internal combustion engine 1 , P 2s the boost pressure, T 2s the charge air temperature and V H the geometrically defined stroke volume in the cylinders of the internal combustion engine and R the gas constant.

Die Reglereinheit 10 bestimmt aus dem momentanen Liefer­ grad der Brennkraftmaschine 1 als Kenngröße für den Gas­ wechsel nach einer linearen Zuordnungsvorschrift das Druckgefälle zwischen dem Ladedruck und dem die Turbine 7 beaufschlagenden Abgasdruck. Das Druckgefälle ist die Re­ gelgröße bei der Regelung der Aufladung der Brennkraftma­ schine 1, wobei der Reglereinheit 10 ein Soll-Druckge­ fälle als Führungsgröße vorgegeben wird. Im Regelkreis der Aufladung der Brennkraftmaschine 1 wird somit der Ab­ gasdruck vor der Turbine 7 als Störgröße berücksichtigt und es kann in jedem Betriebszustand der Brennkraftma­ schine der optimale Wirkungsgrad durch die Einstellung des dafür erforderlichen Liefergrades durch Beeinflussung des Ladeluftmassenstroms 11 erreicht werden.The controller unit 10 determines from the current delivery degree of the internal combustion engine 1 as a parameter for the gas change according to a linear assignment rule, the pressure drop between the boost pressure and the exhaust gas pressure acting on the turbine 7 . The pressure drop is the re gel size in the regulation of the charging of the internal combustion engine 1 , the controller unit 10 a target pressure drop is specified as a reference variable. In the control loop of the charging of the internal combustion engine 1 , the gas pressure in front of the turbine 7 is thus taken into account as a disturbance variable and the optimum efficiency can be achieved in any operating state of the internal combustion engine by adjusting the required degree of delivery by influencing the charge air mass flow 11 .

In dem Kennfeldspeicher sind für jeden Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 das jeweils optimale Druckge­ fälle abgelegt, welches von der Reglereinheit 10 bedarfs­ weise als Führungsgröße entnommen wird. Durch die Spei­ cherung entsprechender Kennfelddaten 23 wird durch die Einbeziehung des Abgasdruckes gerade bei instationären Betriebszuständen der Brennkraftmaschine 1 eine optimale Regelung der Aufladung erreicht. Insbesondere für Be­ schleunigungszustände, für den Motorbremsbetrieb etwa durch Betätigung eines Dekompressionsventiles und für den Abgasrückführungsbetrieb unter Berücksichtigung der be­ triebspunktoptimalen Abgasrückführungsrate sind im Kenn­ feldspeicher 14 geeignete Kennfelddaten 23 als Führungs­ größen abgelegt. Dem jeweils ermittelten Liefergrad der Brennkraftmaschine wird ein vorher bestimmtes Druckge­ fälle zugeordnet, so daß unter Berücksichtigung des Ab­ gasgegendruckes die Gaswechselarbeit der Kolben zum Aus­ schub der Abgase beim Ladungswechsel verringert wird. Die Zuordnung des Druckgefälles zum Liefergrad als Regelgröße im Regelkreis zur Einstellung der Leitvorrichtung 17 in der Turbine 7 erfolgt jeweils nach einer linearen Kennli­ nie für die vorliegende Betriebslast der Brennkraftma­ schine 1. Im Kennfeldspeicher 14 sind entsprechende Kenn­ linien für die möglichen Betriebslasten der Brennkraftma­ schine 1 abgelegt und werden von der Reglereinheit unter Zugrundelegung der Lastanforderung 16 abgerufen.In the map memory, the optimal pressure cases are stored for each operating state of the internal combustion engine 1 , which is taken from the controller unit 10 as a reference variable as required. By storing corresponding map data 23 , an optimal regulation of the charging is achieved by including the exhaust gas pressure, especially in the case of transient operating states of the internal combustion engine 1 . In particular for acceleration states, for engine braking operation, for example by actuating a decompression valve and for exhaust gas recirculation operation, taking into account the exhaust gas recirculation rate that is optimal for the operating point, suitable map data 23 are stored in the map memory 14 as reference variables. The determined degree of delivery of the internal combustion engine is assigned a previously determined Druckge cases, so that taking into account the gas back pressure, the gas exchange work of the pistons is reduced to push off the exhaust gases when the charge is changed. The assignment of the pressure drop to the degree of delivery as a controlled variable in the control loop for setting the guiding device 17 in the turbine 7 takes place in each case according to a linear characteristic for the operating load of the internal combustion engine 1 . In the map memory 14 corresponding characteristic lines are possible for the operating loads of the internal combustion machine 1 stored and retrieved by the controller unit on the basis of the load request sixteenth

Vorteilhaft kann auch das Druckgefälle ohne weitere Zu­ ordnungsvorschriften durch eine Kennlinie direkt aus dem im vorhergehenden Verfahrensschritt bestimmten Liefergrad ermittelt werden, wodurch der Regelungsvorgang weiter vereinfacht wird. In stationären Betriebszuständen, wobei der Abgasgegendruck einen geringeren Einfluß auf die Re­ gelung der Aufladung hat als in instationären Betriebszu­ ständen der Brennkraftmaschine, kann auf diese Weise mit weniger Verfahrensschritten eine präzise Regelung der Aufladung erfolgen. Für die Zuordnung des Druckgefälles wird vorteilhaft der Ladedruck herangezogen, welcher der Reglereinheit 10 über das Meßsignal 20 des Drucksensors 15 im Einlaßtrakt 2 bekannt ist. Mit der Berücksichtigung des Ladedruckes als Hilfsgröße kann in jedem Betriebsbe­ reich der Brennkraftmaschine im vorliegenden Liefergrad das tatsächliche Druckgefälle trotz möglicherweise mehre­ ren Zuordnungsmöglichkeiten in bestimmten Betriebszustän­ den eindeutig zugeordnet werden.Advantageously, the pressure drop can also be determined directly from the degree of delivery determined in the previous method step without any additional regulations, which further simplifies the control process. In steady-state operating conditions, with the exhaust gas back pressure having a smaller influence on the regulation of the supercharging than in unsteady-state operating states of the internal combustion engine, precise control of the supercharging can take place in this way with fewer process steps. The charge pressure, which is known to the control unit 10 via the measurement signal 20 of the pressure sensor 15 in the intake tract 2 , is advantageously used for the assignment of the pressure drop. By taking the boost pressure into account as an auxiliary variable, the actual pressure drop can be clearly assigned in each operating area of the internal combustion engine in the present degree of delivery, despite possibly several assignment options in certain operating states.

Zur Gewährleistung eines optimalen Ladungswechsels steu­ ert die Reglereinheit 10 die Kraftstoffzumessung der Brennkraftmaschine abhängig vom Betriebszustand und unter Berücksichtigung der Maßnahmen im Regelkreis und erzeugt entsprechende Einspritzsignale 25 zur Kraftstoffein­ spritzung in die Zylinder der Brennkraftmaschine.To ensure an optimal charge change, the control unit 10 controls the fuel metering of the internal combustion engine as a function of the operating state and taking into account the measures in the control circuit and generates corresponding injection signals 25 for fuel injection into the cylinders of the internal combustion engine.

Claims (5)

1. Verfahren zur Regelung der Aufladung einer Brenn­ kraftmaschine (1) mit einem Abgasturbolader (5) mit verstellbarer Turbinengeometrie, wobei in einem Re­ gelkreis einer Reglereinheit (10) fortlaufend er­ mittelte Betriebsparameter der Brennkraftmaschine (1) als Störgrößen zugeführt werden und die Regler­ einheit (10) unter Zugrundelegung einer betriebs­ punktabhängig vorgegebenen Führungsgröße eine Leit­ vorrichtung (17) der Turbine (7) des Abgasturbola­ ders (5) einstellt und über den variablen Anström­ querschnitt der Turbine (7) als Stellgröße den Ladeluftmassenstrom (11) beeinflußt, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Reglereinheit (10) aus den Betriebsparame­ tern Ladeluftmassenstrom, Drehzahl der Brennkraft­ maschine sowie Ladedruck und Ladelufttemperatur vor dem Eintritt in die Brennkraftmaschine (1) den Lie­ fergrad der Brennkraftmaschine bestimmt und aus dem Liefergrad das vorliegende Druckgefälle zwischen dem Ladedruck und dem die Turbine (7) beaufschla­ genden Abgasdruck als Regelgröße ermittelt, wobei ein Soll-Druckgefälle als Führungsgröße vorgegeben wird.1. A method for controlling the charging of an internal combustion engine ( 1 ) with an exhaust gas turbocharger ( 5 ) with adjustable turbine geometry, wherein in a control circuit of a controller unit ( 10 ) he averaged operating parameters of the internal combustion engine ( 1 ) are fed as disturbance variables and the controller unit ( 10 ) a guide device ( 17 ) of the turbine ( 7 ) of the exhaust gas turbocharger ( 5 ) is set on the basis of an operating point-dependent reference variable and influences the charge air mass flow ( 11 ) via the variable inflow cross section of the turbine ( 7 ), thereby ge indicates that the controller unit ( 10 ) from the operating parameters charge air mass flow, speed of the internal combustion engine and boost pressure and charge air temperature before entering the internal combustion engine ( 1 ) determines the delivery rate of the internal combustion engine and from the delivery level the pressure drop between the boost pressure and the Turbine ( 7 ) be opening exhaust gas pressure is determined as a controlled variable, with a target pressure drop being specified as a reference variable. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Kennfeldspeicher (14) für jeden Be­ triebspunkt der Brennkraftmaschine (1) das jeweils optimale Druckgefälle abgelegt ist und von der Reg­ lereinheit (10) bedarfsweise als Führungsgröße ent­ nommen wird.2. The method according to claim 1, characterized in that in a map memory ( 14 ) for each loading operating point of the internal combustion engine ( 1 ) the optimum pressure drop is stored and the controller unit ( 10 ) is removed as a reference variable as required. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Liefergrad der Brennkraftmaschine (1) ein vorher bestimmtes Druckgefälle zugeordnet wird.3. The method according to claim 2, characterized in that each degree of delivery of the internal combustion engine ( 1 ) is assigned a predetermined pressure drop. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnung des Druckgefälles zum Liefergrad jeweils nach einer für die vorliegende Betriebslast der Brennkraftmaschine (1) vorgegebenen Zuordnungs­ vorschrift erfolgt.4. The method according to claim 3, characterized in that the assignment of the pressure drop to the degree of delivery takes place in each case according to a given for the present operating load of the internal combustion engine ( 1 ) assignment rule. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei der Zuordnung des Druckgefälles zum Liefer­ grad der Ladedruck herangezogen wird.5. The method according to claim 3 or 4, characterized draws, that when assigning the pressure drop to the delivery degree the boost pressure is used.
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