DE60222525T2

DE60222525T2 - Verfahren zur Steuerung des Ladedrucks einer aufgeladenen Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60222525T2
Application number: DE60222525T
Authority: DE
Inventors: Pierre Barthelet; Olivier Ghezzi; Claude 5954 Voncken
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Operations Luxembourg SARL
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2002-12-16
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2022-12-17
Also published as: EP1323912B1; EP1323912A1; DE60222525D1; LU90867B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Verfahren zur Regelung des Ladedrucks eines Verbrennungsmotors, der mit einem Abgasturbolader ausgestattet ist.
Allgemeiner Stand der Technik
Ein Abgasturbolader besteht im Allgemeinen aus einer Turbine und einem Verdichter, die auf einer gemeinsamen Welle montiert sind. Die Turbine nutzt zum Antreiben des Verdichters die Energie der Abgase. Der Verdichter wiederum saugt Frischluft an, die er den Motorzylindern in verdichteter Form zuführt.
Moderne Abgasturbolader umfassen im Allgemeinen einen Regelmechanismus, mit dem ein Soll-Ladedruckniveau über den gesamten Betriebsbereich des Motors geregelt werden kann. Eine Ausführung eines solchen Regelmechanismus ist das so genannte „Wastegate", das im Allgemeinen die Form eines Ventils oder einer Klappe annimmt, mit dessen Hilfe ein Teil der Motorabgase an der Turbine vorbeigeleitet werden kann. Die verfügbare Energie wird von Regelmechanismen effizienter genutzt, die Turbinen mit variabler Geometrie, wie z.B. einen Diffusor mit mehreren Leitschaufeln, integrieren. Damit lässt sich der Strömungswiderstand der Turbine kontinuierlich verändern, um eine maximale Nutzung der Abgasenergie unter allen Betriebsbedingungen zu erreichen.
Ein Abgasturbolader mit einem Regelmechanismus wird im Allgemeinen von einer Regelung mit geschlossenem Regelkreis geregelt, und zwar basierend auf dem Luftdruck im Ansaugkrümmer. Normalerweise wird bei elektronisch geregelten Motoren ein „Referenzkennfeld" der Referenzladedrücke, die zum Erreichen der Soll-Motorleistung bei normalen atmosphärischen Drücken (im Allgemeinen in der Meereshöhe) erforderlich sind, im elektronischen Steuergerät gespeichert. Basierend auf der Motordrehzahl und der Motorlast wird ein Referenzladedruck aus diesem Referenzkennfeld entnommen und als Soll-Ladedruck, d.h. als Vorgabedruck, verwendet. Anschließend stellt das System mit geschlossenem Regelkreis, anhand eines Vergleiches zwischen dem Soll-Ladedruck und dem Ansaugkrümmer-Luftdruck (d.h. dem Ist-Ladedruck), den Regelmechanismus in einer solchen Weise ein, dass der Ansaugkrümmer-Luftdruck den Soll-Ladedruck erreicht.
Es ist anzumerken, dass Änderungen der Umgebungsbedingungen den Betriebsmodus des Verdichters modifizieren können. Beispielsweise erhöht eine Erhöhung der Höhe über dem Meeresspiegel – was eine Abnahme des Umgebungsdrucks verursacht – das Druckverhältnis (d.h. den Quotienten von Austrittsdruck zu Eintrittsdruck) im Verdichter, wenn der Ladedruck auf dem gleichen Wert gehalten wird wie der atmosphärische Druck in Meereshöhe. Eine solche Erhöhung des Druckverhältnisses kann das Pumpen des Verdichters oder zu hohe Rotationsdrehzahlen des Verdichterrades verursachen, was sehr schädigend sein kann.
Um Turbolader vor dem Pumpen und zu hohen Drehzahlen zu schützen, ist es eine übliche Praxis, dass eine Begrenzung des Ladedrucks zur Anwendung kommt. Normalerweise wird ein Grenzladedruck aus einer Tabelle in Abhängigkeit von dem gemessenen Umgebungsdruck ausgelesen. Dieser Grenzladedruck wird dann als Obergrenze für den Ladedruck in der Regelung mit geschlossenem Regelkreis vorgegeben. Leider erfordert eine solche Begrenzung einen beträchtlichen Kalibrieraufwand und führt zu einem Leistungsverlust.
In JP 2001 342840 wird ein Verfahren zur Regelung eines Verbrennungsmotors beschrieben, das einen Lader umfasst, wobei der Aufladedruck so geregelt wird, dass der Lader bei einem Druckverhältnis arbeitet, das an einem vorgegebenen Rand unterhalb eines vom Luftdurchsatz abhängigen Pumpgrenzen-Druckverhältnisses bleibt.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Regelung des Ladedrucks eines turbogeladenen Verbrennungsmotors bereitzustellen, das verbesserte Motorleistungen bei gleichzeitiger Sicherstellung des Turboladerschutzes gestattet. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
Kurze Darstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung des Ladedrucks eines Verbrennungsmotors, der mit einem Abgasturbolader ausgestattet ist. Der Turbolader umfasst eine Turbine, die in Kommunikation einem Abgaskrümmer des Motors steht, und einen mit der Turbine verbundenen Verdichter, wobei der Verdichter mit einem Luftansaugkrümmer des Motors in Kommunikation steht. Gemäß einem wichtigen Aspekt der Erfindung wird der Ansaugkrümmerdruck in einer solchen Weise geregelt, dass das Druckverhältnis im Verdichter des Abgasturboladers nicht ein Grenzdruckverhältnis überschreitet, das von einem Parameter abhängt, der für den Luftdurchsatz durch den Verdichter repräsentativ ist.
So berücksichtigt, entgegen der konventionellen Praxis, die darin besteht, einen konstanten Grenzdruck für den Verdichterschutz zu verwenden, das vorliegende Verfahren den Luftstrom durch den Verdichter für die Definition des Grenzdruckverhältnisses im Verdichter. Das Pumpen oder Überdrehen tritt ja oberhalb verschiedener Druckverhältnisse auf, die von der Menge der durch den Verdichter strömenden Luft abhängen. Deshalb gestattet das vorliegende Verfahren durch die Verwendung eines Grenzdruckverhältnisses, das von einem Parameter abhängt, der für den Luftstrom durch den Verdichter repräsentativ ist, den Ladedruck in Abhängigkeit von den tatsächlichen Einsatzmöglichkeiten des Turboladers, und nicht in Abhängigkeit von einer willkürlichen Grenze, zu regeln. Dies bedeutet auch, dass für einen gegebenen Umgebungsdruck das Grenzdruckverhältnis – und somit der aus demselben erhaltene Grenzladedruck – in Abhängigkeit des Parameters variiert, der für den Luftstrom durch den Verdichter repräsentativ ist.
Es ist klar, dass bei dem vorliegenden Verfahren die Werte des Grenzdruckverhältnisses in einer solchen Weise gewählt werden, dass sie für den entsprechenden Luftstrom im stabilen Betriebsbereich des Verdichters liegen, und zwar möglichst dicht an den Grenzen mit den instabilen (durch Pumpen und Überdrehzahl gekennzeichneten) Verdichterbetriebsbereichen, jedoch nach Möglichkeit Sicherheitsspannen umfassen. Aus dem Grenzdruckverhältnis und dem Druck stromaufwärts des Verdichters kann der Grenzausgangs-Verdichterdruck ermittelt werden. Der Grenzladedruck – der, um ein zu großes Druckverhältnis im Verdichter zu vermeiden, im Ansaugkrümmer nicht überschritten werden darf – kann somit auf der Basis dieses Grenzausgangs-Verdichterdrucks ermittelt werden.
Das vorliegende Verfahren gestattet somit eine optimierte Regelung des Ladedrucks, indem dadurch, dass der Luftdurchsatz im Verdichter berücksichtigt wird, man eine geeignete Begrenzung des Verdichterdruckverhältnisses erhält. Der Verdichter wird somit effizient gegen schädigende Betriebsbedingungen geschützt. Insbesondere wird der Verdichter effizienter gegen das Pumpen bei niedrigen Luftströmen und gegen das Überdrehen bei hohen Luftströmen geschützt. Zudem werden die Motorleistungen nicht durch einen konstanten Grenzdruck unzulässig stark begrenzt, der auf der Basis eines Kompromisses für den Motorbetrieb zwischen den niedrigen und hohen Motordrehzahlen ausgewählt wird. Dadurch werden die Motorleistungen und die Antriebsleistungen verbessert.
Das vorliegende Verfahren umfasst eine Regelung mit geschlossenem Regelkreis, die den Ansaugkrümmerdruck und einen Soll-Ladedruck als Eingangsparameter aufweist. Die Regelung des Ladedrucks erfolgt vorzugsweise wie folgt. Ein Referenzladedruck wird aus einem Referenzkennfeld in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und der Motorlast ausgelesen. Dieses Referenzkennfeld enthält z.B. den Referenzladedruck, der für die Ist-Motordrehzahl und die Ist-Motorlast bei normalem atmosphärischem Druck, d.h. auf Meereshöhe, benötigt wird. Außerdem werden ein Druck stromaufwärts des Verdichters und der Parameter, der für den Luftstrom durch den Verdichter repräsentativ ist, im Allgemeinen durch Messung ermittelt. Anschließend wird ein Grenzverdichter-Druckverhältnis aus einem Grenzdruckverhältnis-Kennfeld in Abhängigkeit von dem Parameter ausgelesen, der für den Luftdurchsatz durch den Verdichter repräsentativ ist. Gestützt auf dieses Grenzdruckverhältnis und dem Druck stromaufwärts des Verdichters wird ein Grenzladedruck, der im Ansaugkrümmer nicht überschritten werden darf, ermittelt, und der kleinere Druck von dem Referenzladedruck und dem Grenzladedruck wird als Soll-Ladedruck in der Regelung mit geschlossenem Regelkreis verwendet. Der Ansaugkrümmer-Luftdruck wird somit durch seinen Vorgabewert, d.h. den Soll-Ladedruck begrenzt. Es folgt daraus, dass so lange der Referenzladedruck den Grenzladedruck nicht überschreitet, dieser Referenzladedruck als Soll-Ladedruck verwendet wird.
Der für den Luftstrom durch den Verdichter repräsentative Parameter kann der Massendurchsatz der Frischluft sein, der in der Ansaugleitung des Motors gemessen wird. Durchsatzmengenmesser sind ja ein gängiges Merkmal an elektronisch geregelten Motoren. Der in diesem Dokument verwendete Ausdruck Ansaugleitung bezeichnet im Allgemeinen die Baugruppe von Elementen, die die Frischluft zu den Zylindern leiten, in Strömungsrichtung vor und hinter dem Verdichter.
Nicht der Massendurchsatz, sondern der korrigierte Massendurchsatz wird besonders bevorzugt als der Parameter benutzt, der für den Durchsatz durch den Verdichter repräsentativ ist. Ein solcher korrigierter Massendurchsatz entspricht dem gemessenen Massendurchsatz, der bezüglich der Referenztemperatur und dem Referenzdruck korrigiert wurde. Diese Referenztemperatur wird im Allgemeinen etwa 20°C betragen und dieser Referenzdruck wird im Allgemeinen der atmosphärische Druck in Meereshöhe sein (etwa 1 bar). Es versteht sich, dass durch die Verwendung des korrigierten Massendurchsatzes der Druck und die Temperatur der Luft bei der Ermittlung des Grenzdruckverhältnisses berücksichtigt werden können. Dadurch wird ein genauerer Schutz des Turboladers erreicht, was für den Turbolader einen breiteren Betriebsbereich ermöglicht. Im Entwurfsstadium des Verfahrens lassen sich relevante Grenzdruckverhältnisse, die im Grenzdruckverhältnis-Kennfeld gespeichert werden sollen, leicht vom Verdichterkennfeld, das vom Turboladerhersteller erhältlich ist, auswählen.
Bei einer anderen Ausführungsform kann, z.B. falls kein Durchsatzmengenmesser verfügbar ist, der für den Luftstrom durch den Verdichter repräsentative Parameter die Motordrehzahl sein. Tatsächlich gibt es in etwa, bei Volllast und für den stationären Betrieb, eine einzigartige Beziehung zwischen dem im Motor zugelassenen Luftdurchsatz und der Motordrehzahl. Mit anderen Worten: Die Motordrehzahl ist ein akzeptables Abbild des Luftstromes durch den Motor und somit durch den Verdichter, wodurch sie als Parameter verwendet werden kann, von dem das Grenzdruckverhältnis abhängt.
Der Druck stromaufwärts des Verdichters, der bei der Ermittlung des Grenzladedrucks benutzt wird, kann der atmosphärische Druck sein, der z.B. von einem externen Sensor gemessen wird. Jedoch wird für eine höhere Genauigkeit der Druck stromaufwärts des Verdichters vorzugsweise als die Differenz zwischen dem atmosphärischen Druck und einem geschätzten Druckverlust in der Ansaugleitung stromaufwärts vom Verdichter geschätzt. Der Druckverlust in der Ansaugleitung, hauptsächlich bedingt durch den Luftfilter, ändert sich im Allgemeinen als kubische Funktion des Luftdurchsatzes durch die Ansaugleitung.
Für die eingangsseitige Verdichterlufttemperatur kann die von einem externen Sensor gemessene Umgebungslufttemperatur verwendet werden. Die eingangsseitige Verdichterlufttemperatur wird jedoch vorzugsweise in der Ansaugleitung gemessen.
In etwa lässt sich der Grenzladedruck als das Produkt aus dem Grenzdruckverhältnis und dem Druck stromaufwärts des Verdichters berechnen. Aber aufgrund von Druckverlusten in der Ansaugleitung stromabwärts vom Verdichter, z.B. in einem Ladeluftkühler, wird der Grenzladedruck vorzugsweise als die Differenz zwischen einem Grenzausgangsdruck und einer Schätzung des Druckverlustes in der Ansaugleitung stromabwärts vom Verdichter berechnet. Hier gestattet diese Schätzung wiederum eine relativ gute Annäherung des Luftdrucks am Verdichterauslass.
Es ist anzumerken, dass sich das Verfahren der vorliegenden Erfindung auf alle Typen von Abgasturboladern anwenden lässt. Falls kein Regelmechanismus vorhanden ist, kann der Verdichterauslassdruck durch Verringern der eingespritzten Kraftstoffmenge verringert werden. Es bleibt anzumerken, dass sich das Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Regelung des Ladedrucks von Turboladern anwenden lässt, die zum Ausstatten von Diesel- sowohl als auch Benzinmotoren dienen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es wird jetzt die vorliegende Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
1: ein typisches Verdichterkennfeld eines Abgasturboladers;
2: ein Blockschaltbild, das eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung veranschaulicht.
Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
1 zeigt ein traditionelles Verdichterkennfeld eines Abgasturboladers. Das Druckverhältnis, d.h. der Quotient von Verdichterauslassdruck zu Verdichtereinlassdruck, ist über dem Luftdurchsatz aufgetragen, der durch den Verdichter hindurchströmt. Genauer gesagt geben die Einteilungen auf der Abzisse den korrigierten Massendurchsatz W* der Luft an, der dem Luftmassendurchsatz W entspricht, der bezüglich einer Referenztemperatur T_REF und einem Referenzdruck P_REF korrigiert wurde, und zwar gemäß der folgenden Formel:
Die Parameter T_IN und P_IN repräsentieren den Druck und die Temperatur der Luft am Verdichtereinlass. Die Referenztemperatur T_REF liegt im Bereich der Umgebungstemperaturen und der Referenzdruck P_REF ist ein auf die Meereshöhe bezogener Luftdruck. Auf dem Kurvendiagramm von 1 ist der korrigierte Luftmassendurchsatz W* in lbs/min angegeben.
Es sind zwei Kurvenscharen auf dem Kurvendiagramm vorhanden: Wirkungsgradkurven (ovalförmig) und Verdichterrad-Drehgeschwindigkeitskurven (die jeweilige Drehgeschwindigkeit ist neben jeder Kurve angegeben). Die Fläche, wo die Linien gezogen sind, ist die Betriebsumgrenzung. Es ist am besten, den Verdichter in dieser Umgrenzung zu betreiben. Die Volllinie, die teilweise die Betriebsumgrenzung umschließt, gibt nach links, die Pumpgrenze, und nach rechts, die Überdrehzahlgrenze an.
Bei einem Verbrennungsmotor, der mit einem Abgasturbolader ausgestattet ist, wird der Ladedruck im Allgemeinen mittels des geschlossenen Regelkreises vom Motorsteuergerät (Engine Control Unit, ECU) geregelt, und zwar anhand eines Vergleiches zwischen einem Soll-Ladedruck und einem Ansaugkrümmer-Luftdruck. Bei Turboladern, die einen Regelmechanismus, wie z.B. einen Diffusor mit mehreren Leitschaufeln oder ein Wastegate, umfassen, betreibt das ECU den Regelmechanismus in einer solchen Weise, dass der Ansaugkrümmer-Luftdruck den Soll-Ladedruck erreicht.
Angenommen, dass für eine gegebene Motordrehzahl und Motorlast der erforderliche Ladedruck, d.h. der Ansaugkrümmerdruck 2,2 bar beträgt. Ohne Berücksichtigung der Druckverluste in der Ansaugleitung beträgt beim Fahren in Meereshöhe (atmosphärischer Druck etwa 1 bar) das Druckverhältnis im Verdichter in etwa 2,2. Wenn in diesem Fall der Massenluftdurchsatz im Verdichter 8 lbs/min beträgt, bedeutet dies, dass der Verdichter im stabilen Bereich arbeitet: Der entsprechende Arbeitspunkt T₁ ist auf dem Kurvendiagramm in 1 dargestellt.
Anhand der Definition des Druckverhältnisses ist es klar, dass für einen gegebenen Verdichterauslassdruck eine Abnahme des Verdichtereinlassdrucks einen Anstieg des Druckverhältnisses verursacht. Daher verursacht eine Abnahme des atmosphärischen Drucks, z.B. wegen des Fahrens in einer Höhe über dem Meeresspiegel, für einen Auslassdruck, der mit dem in Meereshöhe übereinstimmt, eine Aufwärtsverschiebung des Arbeitspunktes. Jetzt wird wieder auf das obige Beispiel eines Ladedruckbedarfs von 2,2 bar Bezug genommen. Wenn das Auto auf einer Höhe über dem Meeresspiegel von 1 500 m gefahren würde (atmosphärischer Druck etwa 0,85 bar), würde das Druckverhältnis etwa 2,6 betragen. Wie sich anhand des Verdichterkennfeldes erkennen lässt, würde dies das Pumpen des Verdichters bewirken, da der Punkt, der einem Druckverhältnis von 2,6 und einem korrigierten Massendurchsatz W* von 8 lbs/min entspricht, oberhalb der Pumpgrenze liegt.
Wie man außerdem anhand der obigen Formel, die W* ergibt, erkennen kann, beeinflussen Änderungen der Temperatur und des Drucks ebenfalls den korrigierten Massenstrom W* und verursachen somit eine Verschiebung des Arbeitspunkts im Verdichterkennfeld. Insbesondere verursacht eine Erhöhung der Umgebungslufttemperatur T_IN eine Erhöhung des korrigierten Massendurchsatzes und somit im Verdichterkennfeld eine Verschiebung nach rechts. Eine Erhöhung der Umgebungstemperatur kann somit bewirken, dass sich das Verdichterrad mit zu hohen Drehzahlen dreht.
Um die Turbolader vor dem Pumpen und dem Überdrehen, was durch Änderungen der Umgebungsbedingungen bedingt ist, zu schützen, schlägt das vorliegende Verfahren vor, den Ladedruck in einer solchen Weise zu regeln, dass das Verdichterdruckverhältnis ein Grenzdruckverhältnis nicht überschreitet, das von einem Parameter abhängt, der für den Luftdurchsatz durch den Verdichter repräsentativ ist.
Es wird jetzt eine bevorzugte Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, bei der der für den Luftdurchsatz durch den Verdichter repräsentative Parameter der korrigierte Massendurchsatz W* ist, der mithilfe der obigen Formel berechnet wird.
Einerseits wird, wie in 2 dargestellt, ein Referenzladedruck durch Entnahme aus einem Referenzkennfeld 10 in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und der Motorlast (jeweils als „Drehzahl" und „Last" in 2 angegeben) ermittelt, wobei das Referenzkennfeld 10 im ECU gespeichert wird. Dieses Referenzkennfeld 10 umfasst die erforderlichen Ladedruckwerte für die gegenwärtige Motordrehzahl und Motorlast für einen Normaldruck- und einen Normaltemperaturwert, z.B. 1 bar und 20°C.
Andererseits wird ein Grenzladedruck, basierend auf dem Umgebungsdruck und der Temperatur und dem Ist-Massendurchsatz, berechnet. Der Umgebungsdruck Pa wird vorzugsweise mithilfe eines externen Sensors gemessen. Die Lufttemperatur Ta wird vorzugsweise in der Ansaugleitung stromaufwärts vom Verdichter gemessen. Der Massendurchsatz W der Ansaugluft wird vorzugsweise von einem Sensor in der Ansaugleitung gemessen. Gestützt auf diese drei Parameter Pa, Ta und W wird zuerst der korrigierte Massendurchsatz W* berechnet, wie dies im Kasten 12 angegeben ist. Dann wird ein Grenzdruckverhältnis aus einem gespeicherten Grenzdruckverhältnis-Kennfeld 14 in Abhängigkeit des korrigierten Massendurchsatzes W* entnommen. Gestützt auf dieses Grenzdruckverhältnis und den Umgebungsdruck wird ein Grenzladedruck im Kasten 16 berechnet. Schließlich wird im Block 18 mittels des Min-Operators das Minimum von dem Grenzladedruck und dem Referenzladedruck ausgewählt, damit es als Soll-Ladedruck, d.h. als Vorgabeladedruck für den Ansaugkrümmer, verwendet wird. Mit anderen Worten: Wenn der Referenzladedruck ohne Überschreiten des Grenzdruckverhältnisses, d.h. ohne Risiken eines Schadens, erreicht werden kann, wird der Wert des Referenzladedrucks als Soll-Ladedruck definiert. Wenn jedoch der Referenzladedruck größer als der Grenzladedruck wird, wird stattdessen der Grenzladedruck als Soll-Ladedruck definiert. Dieser Soll-Ladedruck wird vom ECU als Vorgabewert für den Ansaugkrümmer-Luftdruck verwendet.
Es ist anzumerken, dass das Grenzdruckverhältnis-Kennfeld sich aus einem Verdichterkennfeld einfach generieren lässt. Die Werte des Grenzdruckverhältnisses werden vorzugsweise so ausgewählt, dass sie möglichst dicht an der Trennlinie (Volllinie im Verdichterkennfeld in 1) liegen, die die Pump- und die Überdrehzahlzone vom stabilen Betriebsbereich trennt. Man sollte vorteilhafterweise eine Sicherheitsspanne beim Auswählen dieser Werte des Grenzdruckverhältnisses vorsehen, um Streuungen zu berücksichtigen, die die Folge von Fertigungstoleranzen sein können.
Jetzt wird genauer auf die Ermittlung des Grenzladedrucks eingegangen. Es werden vorzugsweise einige Schätzungen vorgenommen, um einen akzeptablen Wert desselben zu erhalten, ohne dass zum Realisieren des Verfahrens zusätzliche Sensoren hinzugefügt werden. Für die Realisierung des vorliegenden Verfahrens sind mindestens folgende Sensoren erforderlich: ein Umgebungsdruck-Sensor, ein Ansaugluft-Temperatursensor und ein Ansaugkrümmer-Drucksensor. Diese Sensoren werden im Allgemeinen bereits an elektronisch geregelten Motoren bereitgestellt und müssen somit nicht für diese Aufgabe eingebaut werden.
Der Verdichtereinlassdruck P_IN wird vorzugsweise geschätzt als Differenz zwischen dem atmosphärischen Druck Pa und dem geschätzten Druckverlust im Luftfilter ΔPF, d.h. P_IN = Pa – ΔP_F. Der Druckverlust im Luftfilter ΔP_F ist normalerweise eine kubische Funktion des Luftstromes durch den Luftfilter.
Der korrigierte Luftdurchsatz W* wird dann aus dem gemessenen Massendurchsatz W, der gemessenen Lufttemperatur Ta und dem geschätzten Verdichtereinlassdruck P_IN berechnet. Als Nächstes wird das Grenzdruckverhältnis R_LIM für den korrigierten Massendurchsatz W* aus dem Grenzdruckverhältnis-Kennfeld ausgelesen und ein Grenzverdichter-Ausgangsdruck P_{L_OUT} wird als das Produkt aus dem Grenzdruckverhältnis R_LIM und dem geschätzten Verdichtereinlassdruck berechnet: P_{L_OUT} = R_LIM·P_IN.
Jetzt wird der Grenzladedruck vorzugsweise ermittelt, bei gleichzeitiger Berücksichtigung einer Schätzung des Drucks stromabwärts vom Verdichter, z.B. in einem Ladeluftkühler, der im Allgemeinen zwischen dem Turbolader und dem Ansaugkrümmer bereitgestellt wird. Der Grenzladedruck wird als die Differenz zwischen dem Grenzausgangsdruck P_{L_OUT} und dem Druckverlust im Ladeluftkühler ΔP_IC geschätzt: P_LIM = P_{L_OUT} – ΔP_IC.
Indem ein Grenzdruckverhältnis genutzt wird, das eine Funktion des korrigierten Luftdurchsatzes ist, der durch den Verdichter hindurchgeht, gestattet das vorliegende Verfahren den Turbolader bis an seine Grenzen zu betreiben, wobei er gleichzeitig im stabilen Betriebsbereich bleibt. Mit dem vorliegenden Verfahren lassen sich die tatsächlichen Einsatzmöglichkeiten des Turboladers ausnutzen, wodurch die Motorleistungen verbessert werden können.

Claims

Verfahren zur Regelung des Ladedrucks eines Verbrennungsmotors, das einen Abgasturbolader und eine Regelung mit geschlossenem Regelkreis umfasst, die als Eingangsparameter den Ansaugkrümmerdruck und einen Soll-Ladedruck aufweist, wobei der Ansaugkrümmerdruck in einer solchen Weise geregelt wird, dass das Druckverhältnis im Verdichter des Abgasturboladers ein Grenzdruckverhältnis nicht überschreitet, das von einem Parameter abhängt, der für den Luftdurchsatz durch den Verdichter repräsentativ ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Auslesen eines Referenzladedrucks aus einem Referenzkennfeld, basierend auf der Motordrehzahl und der Motorlast; Ermitteln eines Drucks stromaufwärts des Verdichters und des Parameters, der für den Luftdurchsatz durch den Verdichter repräsentativ ist; Auslesen eines Grenzverdichter-Druckverhältnisses aus einem Grenzdruckverhältnis-Kennfeld in Abhängigkeit von dem Parameter, der für den Luftdurchsatz durch den Verdichter repräsentativ ist; Ermitteln eines Grenzladedrucks, basierend auf dem Grenzverdichter-Druckverhältnis und dem Druck stromaufwärts des Verdichters; Verwenden des kleineren Drucks von dem Referenzladedruck und dem Grenzladedrucks als Soll-Ladedruck.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der für den Luftdurchsatz durch den Verdichter repräsentative Parameter der Massendurchsatz ist, der in der Ansaugleitung gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der für den Luftdurchsatz durch den Verdichter repräsentative Parameter der korrigierte Massendurchsatz ist, der dem Massendurchsatz entspricht, der bezüglich Referenzdruck und Referenztemperatur korrigiert wurde.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der für den Luftdurchsatz durch den Verdichter repräsentative Parameter die Motordrehzahl ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangsverdichter-Luftdruck der atmosphärische Druck ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck stromaufwärts des Verdichters geschätzt wird als die Differenz zwischen dem atmosphärischen Druck und einem geschätzten Druckverlust in der Ansaugleitung stromaufwärts vom Verdichter.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzladedruck das Produkt aus dem Grenzdruckverhältnis und dem Druck stromaufwärts des Verdichters ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzladedruck der Differenz zwischen einem Grenzausgangs-Verdichterdruck und einer Schätzung des Druckverlustes in der Ansaugleitung stromabwärts vom Verdichter entspricht.