DE19948136A1 - Verfahren zur Bestimmung eines Abgasgegendruckes an einer Turbine - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung eines Abgasgegendruckes an einer Turbine

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Abgasgegendruckes an einer Turbine, die an einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordnet ist. DOLLAR A Es ist vorgesehen, daß anhand DOLLAR A a) einer gemessenen oder berechneten Abgastemperatur (T¶v¶) vor der Turbine (18), DOLLAR A b) eines berechneten Abgasmassenstromes (m), DOLLAR A c) eines gemessenen oder berechneten Druckes (p¶n¶) nach der Turbine (18 und DOLLAR A d) einem Tastverhältnis (TV¶LDS¶) eines Ladedruckstellers (36) DOLLAR A der Abgasgegendruck (p¶v¶) an der Turbine (18) berechnet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Abgasgegendruckes an einer Turbine, die in einem Abgaskanal stromab einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
Modernen Brennkraftmaschinen sind häufig Turbinen zugeordnet, die in Abhängigkeit vorgebbarer Steuerungsparameter zum Transport eines Abgases der Brennkraftmaschine dienen. So ist beispielsweise bekannt, Turbinen dieser Art als Abgasturbolader einzusetzen. Eine wichtige Kenngröße, die eine exakte Steuerung der Turbinen ermöglichen würde, ist ein Abgasgegendruck, der sich vor der Turbine durch das anströmende Abgas einstellt. Aufgrund der hohen Temperaturen und Partikelbeladungen der Abgase ist eine direkte Erfassung des Abgasgegendruckes sehr aufwendig, und entsprechende Drucksensoren sind nur mit erheblichen Kosten integrierbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das es in einfacher Weise ermöglicht, den Abgasgegendruck zu bestimmen, ohne daß zusätzliche bauliche Maßnahmen erfolgen müssen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das Verfahren zur Bestimmung des Abgasgegendruckes mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, daß anhand
  • a) einer gemessenen oder berechneten Abgastemperatur vor der Turbine,
  • b) eines berechneten Abgasmassenstromes,
  • c) eines gemessenen oder berechneten Druckes nach der Turbine und
  • d) einem Tastverhältnis eines Ladedruckstellers
der Abgasgegendruck an der Turbine berechnet wird, ist es vorteilhaft möglich, auf die Anordnung zusätzlicher Drucksensoren vor der Turbine zu verzichten. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Bestimmung des Abgasgegendruckes unabhängig von der gegebenen Turbinengeometrie durchgeführt werden.
Die Abgastemperatur vor der Turbine läßt sich vorzugsweise anhand eines Modells, das eine Saugrohrtemperatur, eine eingespritzte Kraftstoffmasse, eine Drehzahl der Brennkraftmaschine und einen Einspritzbeginn umfaßt, berechnen. Auf diese Weise kann auch auf einen Temperatursensor vor der Turbine verzichtet werden, was zu einer weiteren Reduktion der Herstellungskosten führt.
Der Abgasmassenstrom wird vorzugsweise anhand eines Modells, in das ein Massenvolumenstrom der Ansaugluft und die eingespeiste Kraftstoffmasse eingehen, be­ stimmt. Insgesamt kann auf diese Weise der ansonsten nicht direkt bestimmbare Abgasmassenstrom erfaßt werden und der Bestimmung des Abgasgegendruckes zugrunde gelegt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens kann auf die direkte Messung des Druckes nach der Turbine und damit auf einen Drucksensor in diesem Bereich ver­ zichtet werden. Der Druck nach der Turbine wird hierbei durch ein Modell bestimmt, in das wiederum der Abgasmassenstrom und eine Temperatur nach der Turbine einfließen. Die Temperatur nach der Turbine kann beispielsweise über einen Temperatursensor gemessen werden.
Als vorteilhaft hat es sich ferner erwiesen, eine Drehzahl des Turboladers zu berücksichtigen, wobei vorzugsweise die Drehzahl des Turboladers nicht direkt erfaßt, sondern mit Hilfe eines Modells simuliert wird. In ein solches Modell fließen Parameter ein, wie eine Umgebungstemperatur, ein Umgebungsdruck und ein Saugrohrdruck. Auf einen zusätzlichen Drehzahlmesser kann somit verzichtet werden.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Anordnung einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader und anderen betriebsnotwendigen Einrichtungen;
Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Bestimmung eines Abgasgegendruckes an einer Turbine und
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer alternativen Bestimmung des Abgasgegendruckes an der Turbine.
Die Fig. 1 zeigt in schematischer Weise eine Anordnung einer Brennkraftmaschine 10 mit einem Abgasturbolader 12, einer Abgasrückführeinrichtung 14 und einem Motorsteuergerät 16. Der Abgasturbolader 12 umfaßt dabei zumindest eine Turbine 18, die mit einem Kompressor 20 mechanisch gekuppelt ist. Ansaugseitig der Brennkraftmaschine 10 ist der Kompressor 20 dabei in einem hier nicht dargestellten Saugrohr angeordnet, während sich abgasseitig die Turbine 18 in einem hier ebenfalls nicht dargestellten Abgaskanal befindet.
Die Abgasrückführeinrichtung 14 kann in bekannter Weise zur Beeinflussung einer Zusammensetzung eines zu verbrennenden Luft-Kraftstoff-Gemisches genutzt werden. Dazu wird abgasseitig ein Abgasvolumen entnommen und in das Saugrohr eingelassen. Eine Regelung der Abgasrückführung kann unter anderem über ein Abgasventil 22 und ein hier nicht dargestelltes Drosselklappenventil, das sich in dem Saugrohr befindet, erfolgen.
Ferner ist der Brennkraftmaschine 10 ein Einspritzsystem 24 zugeordnet. Über das Einspritzsystem 24 kann in bekannter Weise beispielsweise eine Einspritzzeit, ein Einspritzbeginn S0 und/oder eine eingespritzte Kraftstoffmenge me geregelt werden.
Der gesamte Regelprozeß sowohl des Abgasturboladers 12, der Abgasrückführeinrichtung 14 als auch des Einspritzsystems 24 kann mit Hilfe des Motorsteuergerätes 16 erfolgen. Dazu müssen über geeignete Sensoren dem Motorsteuergerät 16 die notwendigen Eingangsgrößen zur Verfügung gestellt werden, infolgedessen entsprechende Stellsignale an die Systemkomponenten übermittelt werden. Die Fig. 1 zeigt beispielhaft insgesamt fünf Meßpunkte (26, 28, 30, 32, 34), an denen bestimmte Parameter der Brennkraftmaschine 10 erfaßt werden können. Auf die dort erfaßten Größen und deren Verwendung mit Hinblick auf die Ermittlung eines Abgasgegendruckes pv vor der Turbine 18 wird im folgenden näher eingegangen.
In der Fig. 2 ist ein Blockschaltbild dargestellt, das die zur Bestimmung des Abgasgegendruckes pv notwendigen Eingangsgrößen und gegebenenfalls deren Ermittlung aus anderen im Motorsteuergerät 16 hinterlegten Parametern erläutern soll. Insgesamt umfaßt dieses Modell vier Eingangsgrößen, die entweder direkt bestimmbar oder selbst anhand von Modellen zunächst ermittelt werden müssen.
Als erste Eingangsgröße ist ein Abgasmassenstrom m zu bestimmen. Da eine direkte Erfassung des Abgasmassenstromes m praktisch nicht möglich ist, kann dieser anhand eines Modells berechnet werden. In das Modell fließt ein Massenvolumenstrom VS0 der Ansaugluft (Meßpunkte 26, 28) und die über das Einspritzsystem 24 zugeführte Kraft­ stoffmasse me ein.
Als zweite Eingangsgröße dient ein Druck pn, der sich hinter der Turbine 18 in dem Abgaskanal einstellt (Meßpunkt 34). Der Druck pn kann entweder direkt über einen am Meßpunkt 34 installierten Drucksensor erfaßt werden oder kann, wenn auch auf diesen Sensor verzichtet werden soll, über ein Modell bestimmt werden. Dem Modell des Druckes pn liegt dabei zum einen der Abgasmassenstrom m als auch eine über einen Tempera­ tursensor meßbare Temperatur Tn nach der Turbine 18 (Meßpunkt 34) zugrunde.
Weiterhin muß als dritte Eingangsgröße eine Temperatur TV vor der Turbine (Meßpunkt 32) bestimmt werden. Entweder befindet sich in diesem Bereich des Abgaskanals ein Temperatursensor, der die direkte Bestimmung der Größe erlaubt oder die Temperatur TV muß über ein Modell ermittelt werden. In das Modell der Temperatur TV fließen Parameter ein, wie die Saugrohrtemperatur TI (Meßpunkte 28, 30) die Kraftstoffmasse me, die Drehzahl n der Brennkraftmaschine und der Einspritzbeginn S0.
Ferner muß als vierte Eingangsgröße ein Tastverhältnis TVLDS eines Ladedruckstellers 36 bei der Bestimmung des Abgasgegendruckes Pv berücksichtigt werden. Ergänzend dazu kann aber auch eine Drehzahl nT der Turbine 18 - wie in der Fig. 3 in einem Blockschaltbild dargestellt - bei der Bestimmung des Abgasgegendruckes pv verwendet werden. Hierdurch ergibt sich eine verbesserte, insbesondere genauere Bestimmung des Abgasgegendruckes. Entweder wird die Drehzahl nT über einen Drehzahlmesser bestimmt, oder die Drehzahl nT wird anhand eines Modells der Verdichterseite des Turboladers 12 (des Verdichters 20) simuliert. Das Modell umfaßt dabei Parameter wie einen Umgebungsdruck p0 und eine Umgebungstemperatur T0 (Meßpunkt 26) sowie einen Saugrohrdruck pI (Meßpunkte 28, 30), der sich in dem Ansaugrohr einstellt.

Claims (7)

1. Verfahren zur Bestimmung eines Abgasgegendruckes an einer Turbine, die an einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß anhand
  • a) einer gemessenen oder berechneten Abgastemperatur (Tv) vor der Turbine (18),
  • b) eines berechneten Abgasmassenstromes (m),
  • c) eines gemessenen oder berechneten Druckes (pn) nach der Turbine (18) und
  • d) einem Tastverhältnis (TVLDS) eines Ladedruckstellers (36)
der Abgasgegendruck (pv) an der Turbine (18) berechnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgastemperatur (Tv) vor der Turbine (18) anhand eines Modells, das eine Saugrohrtemperatur (TI), eine Kraftstoffmasse (me), eine Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine und einen Einspritzbeginn (s0) umfaßt, berechnet wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasmassenstrom (m) anhand eines Modells, das einen Volumenstrom (VS0) der Ansaugluft und die Kraftstoffmasse (me) umfaßt, berechnet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in das Modell für den Abgasmassenstrom (m) zusätzlich eine Abgasrückführrate (AGR) einfließt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck (pn) nach der Turbine (18) anhand eines Modells, das den Abgas­ massenstrom (m) und eine Temperatur (Tn) nach der Turbine (18) umfaßt, berechnet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Drehzahl (nT) des Turboladers (12) zur Bestimmung des Abgasgegen­ druckes verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl (nT) des Turboladers (12) anhand eines Modells der Verdichterseite (Verdichter 20) des Turboladers (12), das einen Umgebungsdruck (P0), eine Umgebungstemperatur (T0) und einen Saugrohrdruck (pI) umfaßt, berechnet wird.
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