DE60303907T2 - Steuerungssystem und Verfahren für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen und insbesondere die Verfahren zum thermomechanischen Schutz derartiger Motoren.
  • Noch genauer betrifft die Erfindung ein Verfahren und ein System zur Steuerung des Betriebs des Motors, welche es erlauben, die Last des Motors in Abhängigkeit von seinem Betriebspunkt zu begrenzen.
  • Die Verfahren zum thermomechanischen Schutz, welche ebenso als „Volllastbegrenzung" bezeichnet werden, bestehen auf herkömmliche Art und Weise in dem Begrenzen der Leistungen des Motors in Abhängigkeit von der laufenden Drehzahl des Motors.
  • Diese Begrenzung der Leistungen kann z.B. in einer Begrenzung der Kraftstoffmenge bestehen, welche eingespritzt wird, oder in einer Begrenzung des Moments.
  • Derartige Strategien zum Schutz basieren im Wesentlichen auf dem Prinzip, gemäß welchem die thermomechanischen Hauptgrößen des Motors, wie z.B. der maximale Druck in den Zylindern, die Temperatur des Auslasskrümmers, ..., welche die für den Motor akzeptierbaren Betriebsgrenzen definieren, für identische Betriebspunkte reproduzierbar sind, d.h. Punkte, welche durch ein Paar Betriebsdrehzahl/Last definiert sind.
  • Somit stellt man unter Auferlegen eines maximalen Lastniveaus in Abhängigkeit von der Drehzahl das Einhalten von thermomechanischen Größen unterhalb ihres kritischen Wertes sicher, was es erlaubt, die Motorlast auf einen Wert niedriger als einen Wert zu begrenzen, ausgehend von welchem die Zuverlässigkeit des Motors Gefahr läuft, verändert zu werden.
  • Wie man es weiß, enthalten die Abgase von Verbrennungsmotoren schädliche chemische Sorten, welche man üblicherweise behandelt, indem man die Abgasleitungen mit Filtersystemen versieht, die fähig sind, die durch die Abgase beförderten Partikel zurückzuhalten und die schädlichen chemischen Sorten, welche in diesen Gasen enthalten sind, in nicht-umweltverschmutzende Substanzen umzuwandeln.
  • Das Verwenden von gewissen Elementen in der Abgasleitung, wie z.B. einen Partikelfilter, kann Schwankungen des Gegendrucks in der Abgasleitung unabhängig vom Betriebspunkt hervorrufen.
  • Eine derartige Schwankung des Gegendrucks ruft daraufhin Schwankungen von thermomechanischen Größen hervor, welche die für den Motor akzeptierbaren Grenzen definieren, insbesondere die Temperatur im Abgaskrümmer, welche ebenfalls vom Betriebspunkt unabhängig sind.
  • Infolgedessen können derartige Schwankungen gemäß den herkömmlichen Techniken zum thermomechanischen Schutz nicht berücksichtigt werden. Es besteht daher infolgedessen ein Risiko, dass die Schwankungen dieser thermomechanischen Größen einen Betrieb des Motors über der maximal zulässigen Last hervorrufen.
  • Bis heute kann ein derartiges Risiko nur verhindert werden, indem man den Motor mit einer relativ großen Sicherheitsspanne steuert, um seine Last auf einen Wert stark unterhalb der maximal zulässigen Last für den betrachteten Betriebspunkt zu begrenzen.
  • Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, diesem Nachteil zu begegnen und ein Steuerungssystem und ein Steuerungsverfahren des Betriebs eines Motors zu liefern, welche es erlauben, den Motor zu schützen, selbst in dem Fall, in welchem gewisse seiner Betriebsparameter, welche einen Einfluss auf die Last des Motors haben, unabhängig vom Betriebspunkt des Motors schwanken.
  • Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung ein Steuerungsverfahren des Betriebs eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, welches die Schritte einer Berechnung der maximal zulässigen Last des Motors in Abhängigkeit von der Betriebsdrehzahl des Motors und einer Begrenzung der Last des Motors auf die berechnete, maximal zulässige Last umfasst.
  • Gemäß einem allgemeinen Merkmal dieses Verfahrens entnimmt man im Verlaufe des Schritts der Berechnung der maximal zulässigen Last des Motors aus einem Kennfeld, welches in einem Speicher in einem Steuerrechner des Betriebs des Motors gespeichert ist, den Wert der maximalen Last in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und von mindestens einem Betriebsparameter des Motors, der geeignet ist, das Lastniveau des Motors unabhängig vom Betriebspunkt des Motors zu verändern.
  • Gemäß einer Umsetzungsform dieses Verfahrens weist der Schritt der Berechnung der maximalen Last des Motors des Weiteren einen Schritt einer Filterung des mindestens einen Parameters auf.
  • Vorzugsweise wird der Filterungsschritt mittels eines Filters der ersten Ordnung umgesetzt.
  • Gemäß einer besonderen Ausführungsform wird der Betriebsparameter des Motors durch das Druckniveau stromaufwärts einer Turbine eines Turboladers zur Aufladung des Motors mit Luft gebildet.
  • In einer Variante wird der Betriebsparameter des Motors durch den Gehalt der Luft-Kraftstoff-Mischung stromaufwärts einer Turbine eines Turboladers zur Aufladung des Motors mit Luft gebildet.
  • Dieser Betriebsparameter des Motors kann auch durch den Luftdurchsatz in einem Lufteinlasskrümmer in dem Motor oder durch das Druckniveau in einem Lufteinlasskrümmer in dem Motor gebildet werden.
  • Gemäß der Erfindung wird ebenso ein Steuerungssystem des Betriebs eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, welches einen Steuerungsrechner des Betriebs des Motors aufweist, aufweisend Mittel zur Berechnung der maximal zulässigen Last des Motors in Abhängigkeit von der Betriebsdrehzahl des Motors und Mittel zum Begrenzen der Last des Motors auf die berechnete, maximal zulässige Last.
  • Diese Rechnermittel der maximal zulässigen Last des Motors umfassen ein Kennfeld, welches in einem Speicher in dem Rechner gespeichert ist, in welchem eine Gesamtheit von maximalen Lastwerten in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors und mindestens ein Betriebsparameter des Motors gespeichert sind, der geeignet ist, das Lastniveau des Motors unabhängig vom Betriebspunkt dieses letzteren zu verändern.
  • Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung offenbar, welche lediglich beispielhaft und nicht beschränkend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gegeben wird, in welchen:
  • 1 ein Blockdiagramm ist, welches den allgemeinen Aufbau eines Verbrennungsmotors darstellt, der mit einem Steuerungssystem gemäß der Erfindung versehen ist; und
  • 2 ein Blockdiagramm ist, welches die Begrenzung der Last des Motors gemäß einem Steuerungsverfahren entsprechend der Erfindung darstellt.
  • In der 1 hat man ein Blockdiagramm wiedergegeben, welches die allgemeine Struktur eines Verbrennungsmotors, seine Mittel zur Aufladung mit Luft und zum Auslass der Abgase ebenso wie seine Steuerungsmittel darstellt.
  • In dieser 1 bezeichnet das allgemeine Bezugszeichen 10 auf sehr schematische Art und Weise das Motorgehäuse, welches in dem betrachteten Beispiel vier Zylinder 11 aufweist.
  • Wie man es in dieser Figur sieht, weist die Leitung zum Einlass von Frischluft in den Motor 10 im Wesentlichen einen Luftfilter 12 auf, welcher über einen Kompressor 14 und geeignete Leitungen 16 den Einlasskrümmer 18 des Motors 10 versorgt.
  • Was den Auslasskrümmer 20 betrifft, sammelt dieser die Abgase, welche von der Verbrennung her kommen, und stößt diese letzteren in Richtung nach außen über den Kompressor 14 und einen Partikelfilter 22 aus.
  • Ein funktioneller Wärmetauscher 24, welcher die Versorgungsleitung 16 ausstattet, ist in thermischer Austauschbeziehung mit den Abgasen angeordnet, um einen Teil der durch diese letzteren beförderten Wärmeeinheiten wiederzugewinnen.
  • Dem Motor 10 ist des Weiteren eine Rezirkulationsleitung 26 der Abgase hinzugefügt, welche dazu dient, einen Teil dieser Gase wieder in den Einlasskrümmer 18 zurückzuführen.
  • Diese Rezirkulationsleitung 26 ist mit einem Regelventil des rezirkulierten Abgasstroms ausgestattet, das durch eine elektronische, zentrale Steuereinheit 30 gesteuert wird, die entsprechend programmiert ist, um die Menge an rezirkulierten Gasen um einen Schwellenwert herum zu regeln, welcher durch die zentrale Einheit 30 berechnet wird, um die Menge an erzeugten Stickoxiden zu begrenzen, wobei gleichzeitig die Bildung von Rauch in den Abgasen verhindert wird.
  • Die zentrale Einheit 30 enthält alle die körperlichen und softwarebezogenen Mittel, welche es erlauben, den Betrieb des Motors zu verwalten, insbesondere die Menge an eingespritztem Kraftstoff, den Zündmoment des Motors, das Rezirkulationsventil 28 oder auch das Hubgesetz der Ventile, insbesondere in Abhängigkeit von dem durch den Fahrer mittels des Gaspedals P geforderten Moment.
  • Außerdem ist der Rechner 30 mit Mitteln versehen, welche es erlauben, die Motorlast zu begrenzen, um zu verhindern, dass die Motorlast sich über einer zulässigen Grenze befindet, ausgehend von welcher das Risiko besteht, dass die Zuverlässigkeit dieses letzteren verändert wird.
  • Hierzu weist der Rechner 30 ein in einem Speicher gespeichertes Kennfeld 32 auf, in welchem eine Gesamtheit von Werten einer maximal zulässigen Last in der Form eines maximalen Niveaus an eingespritztem Kraftstoff oder des durch den Motor gelieferten Moments in Abhängigkeit des Betriebspunkts des Motors gespeichert ist. Ausgehend von einem Wert einer maximalen Last, der dem Kennfeld für den Betriebspunkt des Motors entnommen ist, steuert der Rechner den Betrieb des Motors auf eine an sich bekannte Art und Weise, um zu verhindern, dass die Last diesen Schwellenwert überschreitet.
  • Diese Werte einer maximalen Last werden durch vorheriges Erlernen oder Versuche erhalten und sind für jedes Paar von Parametern verfügbar, das durch die Betriebsdrehzahl REG des Motors und den Druck vor der Turbine PAVT des Turboladers zur Aufladung des Motors mit Luft gebildet wird.
  • Unter Bezugnahme auch auf die 2 entnimmt somit die zentrale Einheit 30 in Abhängigkeit von der laufenden Drehzahl REG des Motors und des Drucks vor der Turbine PAVT, der durch einen geeigneten Messsensor geliefert wird oder von einem Modell her kommt, dem Kennfeld 32 einen Wert einer maximalen Last CMax. Ein zusätzliches Berechnungsmodul 33, welches am Eingang den aus dem Kennfeld 32 entnommenen Wert und einen Sollwert CP entsprechend einer Belastung des Fahrers empfängt, erarbeitet einen Wert einer Last C, ausgehend von welchem der Motor gesteuert wird. Dieser Wert der Last C wird unter einem Berechnen des minimalen Werts zwischen dem Sollwert CP und dem aus dem Kennfeld entnommenen Wert berechnet.
  • Wie man es versteht, erlaubt es diese Schutzstrategie, die Last des Motors einerseits in Abhängigkeit seiner Betriebsdrehzahl zu begrenzen und andererseits in Abhängigkeit von Betriebsparametern, die fähig sind, die thermomechanischen Beschränkungen des Motors unabhängig von seinem Betriebspunkt zu beeinflussen.
  • So ruft zum Beispiel, wie es zuvor angegeben ist, das Vorhandensein des Partikelfilters 22 in der Abgasleitung des Motors eine Erhöhung des Gegendrucks gegen den Ausstoß hervor, was eine Erhöhung des Drucks stromaufwärts der Turbine des Turboladers 14 und somit eine direkte Erhöhung der Temperatur stromaufwärts von dieser Turbine mit sich bringt aufgrund der Tatsache, dass das Verhältnis zwischen dem Druckniveau und dem Temperaturniveau konstant bleibt. Eine derartige Erhöhung hat ebenso als Wirkung, das Verhältnis an rezirkulierten, verbrannten Gasen zu erhöhen, eine nachfolgende Erhöhung des Gehalts der gasförmigen Mischung und eine Zunahme der Temperatur stromaufwärts der Turbine.
  • Somit begrenzt man die Last einerseits in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors und andererseits in Abhängigkeit von dem Druck vor der Turbine.
  • Man wird bemerken, dass in diesem Fall, wie es in der 2 sichtbar ist, in der Maßgabe, dass der Druck eine relativ dynamische Variable ist und dass die Temperatur stromaufwärts der Turbine eine sich relativ langsam verändernde Variable ist, man einen Filter der ersten Ordnung 34 verwendet, um sich von dieser relativen Variationsgeschwindigkeit zwischen dem Druck und der Temperatur stromaufwärts dieser Turbine zu befreien, und für welchen eine Filterungsdauer Tau geregelt werden kann.
  • Wie man es feststellt, ist es dank der Erfindung möglich, die Last des Motors auf einem niedrigeren Niveau zu maximal zulässigen Werten für jeden in Betracht gezogenen Betriebspunkt zu halten, und zwar dies unter Berücksichtigung der Motordrehzahl und vom Betriebspunkt des Motors unabhängiger Betriebsparameter.
  • Man wird gleichwohl feststellen, dass die Erfindung nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt ist.
  • In dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel basiert die Strategie zum thermomechanischen Schutz des Motors tatsächlich auf einer Begrenzung in Abhängigkeit von der Drehzahl und des Drucks vor der Turbine, welcher mittels eines Filters erster Ordnung gefiltert wird.
  • Jedoch wird man feststellen, dass eine derartige Strategie sich ebenfalls anwenden lässt, wenn der Rechner 30 eine Strategie der Begrenzung des Drucks stromaufwärts der Turbine umsetzt. In einem derartigen Fall ruft eine Erhöhung des Gegendrucks gegen den Ausstoß eine Öffnung von Flügeln der Turbine hervor, was eine anschließende Verringerung des Drucks in dem Einlasskrümmer und somit eine Verringerung des Luftdurchsatzes hervorruft. Eine derartige Verringerung ruft eine Erhöhung des Gehalts der Luftkraftstoffmischung und somit eine Erhöhung der Temperatur stromaufwärts der Turbine hervor.
  • In diesem Fall kann das maximale Lastniveau in Abhängigkeit von der Betriebsdrehzahl des Motors und von dem Gehalt der Luft-Kraftstoff-Mischung strom aufwärts der Turbine oder von dem Luftdurchsatz oder auch von dem Druck in dem Einlasskrümmer aufgestellt werden.
  • Wie man es feststellt, verwendet man in diesem Fall ein Kennfeld 32, in welchem die Werte der maximalen Last für den Motor für jeden Betriebspunkt in Abhängigkeit von diesen Parametern definiert sind.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, aufweisend die Schritte einer Berechnung der maximal zulässigen Last des Motors in Abhängigkeit von der Betriebsdrehzahl des Motors und einer Beschränkung der Motorlast auf die maximal zulässige, berechnete Last, dadurch gekennzeichnet, dass man im Verlaufe des Schritts einer Berechnung der maximal zulässigen Last des Motors aus einem Kennfeld (32), das in einem Speicher in einem Steuerungsrechner (30) des Motorbetriebs gespeichert ist, den maximalen Wert (CMax) der Last in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors und von mindestens einem Betriebsparameter des Motors entnimmt, welcher fähig ist, das Lastniveau des Motors unabhängig vom Betriebspunkt des Motors zu verändern.
  2. Steuerungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt einer Berechnung der maximalen Last des Motors des Weiteren einen Schritt einer Filterung des mindestens einen Parameters aufweist.
  3. Steuerungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Filterung mittels eines Filters der ersten Ordnung (34) umgesetzt wird.
  4. Steuerungsverfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsparameter des Motors durch das Druckniveau stromaufwärts einer Turbine eines Turboladers (14) zur Aufladung des Motors mit Luft gebildet wird.
  5. Steuerungsverfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsparameter des Motors durch den Gehalt der Luft-Kraftstoff-Mischung stromaufwärts einer Turbine eines Turboladers (14) zur Aufladung des Motors mit Luft gebildet wird.
  6. Steuerungsverfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsparameter des Motors durch den Luftdurchsatz in einem Lufteinlasskrümmer (18) in dem Motor gebildet wird.
  7. Steuerungsverfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsparameter des Motors durch das Druckniveau in einem Lufteinlasskrümmer in dem Motor gebildet wird.
  8. Steuerungssystem des Betriebs eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, aufweisend einen Rechner (30) zur Steuerung des Betriebs des Motors, aufweisend Mittel zur Berechnung (32) der maximal zulässigen Last des Motors in Abhängigkeit von der Betriebsdrehzahl des Motors und Mittel zum Begrenzen der Last des Motors auf die maximal zulässige, berechnete Last, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Berechnung der maximal zulässigen Last des Motors ein Kennfeld (32) aufweisen, das in einem Speicher in dem Rechner gespeichert ist, in welchem eine Gesamtheit von maximalen Werten der Last in Abhängigkeit von dem Betrieb des Motors und von mindestens einem Betriebsparameter des Motors, welcher fähig ist, das Lastniveau des Motors unabhängig vom Betriebspunkt des Motors zu verändern, gespeichert sind.
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