EP3499011A1 - Verfahren und steuervorrichtung zum bestimmen eines soll-saugrohrdrucks einer verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Verfahren und steuervorrichtung zum bestimmen eines soll-saugrohrdrucks einer verbrennungskraftmaschine Download PDF

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EP3499011A1
EP3499011A1 EP18210308.5A EP18210308A EP3499011A1 EP 3499011 A1 EP3499011 A1 EP 3499011A1 EP 18210308 A EP18210308 A EP 18210308A EP 3499011 A1 EP3499011 A1 EP 3499011A1
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EP
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intake manifold
manifold pressure
determined
pressure
iterated
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Tim Thaler
Benjamin Frank
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Volkswagen AG
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    • F02D2250/34—Control of exhaust back pressure, e.g. for turbocharged engines

Definitions

  • the invention relates to a method and a control device for determining a desired intake manifold pressure of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, by means of an iterative method. Furthermore, the invention relates to a method and a control device for determining a desired exhaust gas back pressure of an internal combustion engine, for example a motor vehicle, by means of a fixed point iteration.
  • a target intake manifold pressure that is, a target pressure value in an intake manifold of an internal combustion engine, is usually used to determine target positions of a throttle valve and a turbocharger of the internal combustion engine in order to control the internal combustion engine taking into account the desired positions.
  • the DE 199 44 178 A1 discloses a method for controlling a throttle valve, wherein from a predetermined target air mass flow, a desired intake manifold pressure is determined and based on this, the throttle position is derived.
  • a charge exchange model of the internal combustion engine is typically inverted.
  • inversion of the charge cycle model may be locally inaccurate resulting in slower response and torque nonuniformity of the internal combustion engine of a vehicle and the vehicle itself.
  • the object of the present invention is to provide a method and a control device for determining a nominal intake manifold pressure which at least partially overcome the abovementioned disadvantages.
  • the present invention relates to a method for determining a desired intake manifold pressure of an internal combustion engine by means of an iterative method, wherein for an iterated during the iterative process intake manifold pressure cylinder filling is determined and the target intake manifold pressure is determined depending on the specific cylinder filling.
  • the present invention relates to a control device comprising a processor adapted to carry out a method according to the first aspect or the second aspect.
  • the present invention relates to a method for determining a target intake manifold pressure of an internal combustion engine by means of an iterative method.
  • the target intake manifold pressure is usually a target pressure that should prevail in an intake manifold of an internal combustion engine configured to supply fresh air to a cylinder of the internal combustion engine.
  • a cylinder charge is determined for an iterated intake manifold during the iterative process.
  • the cylinder charge of an internal combustion engine is composed, for example, of different proportions of charge components within the cylinder of the internal combustion engine, such as the fresh air, the residual gas and / or the purged air.
  • the cylinder filling can be represented by so-called swallowing curves of the internal combustion engine.
  • the cylinder charge may be based on a non-invertible charge cycle model and determined as a function of desired camshaft positions, a current actual speed in an actual operating point of the internal combustion engine, a target exhaust backpressure for the iterated intake manifold pressure and the iterated intake manifold pressure.
  • the desired intake manifold pressure is determined depending on the specific cylinder filling. The determination of the target intake manifold pressure will be described in detail below.
  • the target intake manifold pressure can be determined for non-invertible charge exchange models without much effort.
  • the target intake manifold pressure can be determined so very accurately, so that there is a high CO 2 savings potential by low Zündwinkeleingriffe in a close-idle operation, a fast and harmonious torque build-up and torque reduction in dynamics and stable conditions for a leak diagnosis in a pressure line and This results in an early error detection for aggregate protection.
  • the iterative method may be a secant method.
  • two starting points are set and between these starting points a secant is placed.
  • an intersection of the secant with an x-axis, in the present case an axis, which indicates a nominal intake manifold pressure, is determined as iterated, which represents an improved starting value for a subsequent iteration.
  • iterative inversion can also be performed on swallow curves that are not differentiable.
  • a cylinder charge can be determined for a first start intake manifold pressure and a second start intake manifold pressure can be determined by comparing the cylinder charge for the first start intake manifold pressure with a target cylinder charge of the internal combustion engine and the second starting intake manifold pressure as a function of Comparison result between the cylinder filling for the first start intake manifold pressure and the target cylinder filling is determined.
  • r 0 is the cylinder charge for the first start intake manifold pressure and r soll is the target cylinder charge of the internal combustion engine.
  • the values p S2, max and p S2, min can be read from maps.
  • the maps are preferably dependent on a speed and the target cylinder filling, the maps are preferably bedatet so that a search range for the target intake manifold pressure is as small as possible, but the desired target intake manifold pressure is always within the search range. For the second start intake manifold pressure, a cylinder charge can then also be determined.
  • the first starting intake manifold pressure may be an actual intake manifold pressure.
  • the actual intake manifold pressure may be a pressure currently prevailing in the intake manifold, which pressure is preferably measured by means of a pressure sensor in the intake manifold or determined from other measured parameters.
  • the iterated intake manifold pressure may be determined. For this purpose, a dependent on the intake manifold pressure size for the first start intake manifold pressure and for the second start intake manifold pressure above the intake manifold pressure can be applied and a secant by the Saugrohrdruck dependent size at the first start intake manifold pressure and the second start intake manifold pressure are set. The intersection of the secant with the x-axis (intake manifold pressure axis) can then represent the iterated intake manifold pressure (first iterated intake manifold pressure). Similarly, starting from the second start intake manifold pressure and / or the first iterated intake manifold pressure, further iterated intake manifold pressures can be determined.
  • the iterated intake manifold pressure may be further determined depending on the cylinder charge for the first starting intake manifold pressure and the cylinder charge for the second starting intake manifold pressure.
  • the cylinder charge for the first start intake manifold pressure and the cylinder charge for the second start intake manifold pressure can be plotted above the intake manifold pressure and a secant can be applied through the cylinder charge at the first start intake manifold pressure and the cylinder charge at the second start intake manifold pressure.
  • the intersection of the secant with the x-axis (intake manifold pressure axis) can then represent the iterated intake manifold pressure (first iterated intake manifold pressure).
  • Cylinder filling for the first iterated intake manifold pressure are determined, these are applied to the intake manifold pressure, a secant between the cylinder filling at the second start intake manifold pressure and the cylinder filling at the first iterated intake manifold pressure are placed and read the intersection of the secant with the x-axis as a second iterated intake manifold pressure become.
  • further iterated intake manifold pressures can be determined.
  • the iteration by means of the secant method can be terminated, for example, after two or three iteration steps.
  • a maximum number of iteration steps, for example two or three iteration steps, may have been predetermined by an applicator beforehand, for example.
  • the cylinder charge for the iterated intake manifold pressure can be determined as a function of a desired turbocharger speed.
  • the desired turbocharger speed can be determined as a function of the intake manifold pressure underlying the iteration step.
  • the turbocharger speed for determining the cylinder charge for the first startup intake manifold pressure from the first startup intake manifold pressure, the turbocharger speed for determining the cylinder charge for the second startup intake manifold pressure from the second startup intake manifold pressure, and the turbocharger speed for determining the cylinder charge for the first iterated intake manifold pressure are determined by the first iterated intake manifold pressure.
  • the turbocharger speed for determining the cylinder charge for a further iterated manifold pressure may depend on the particular further iterated manifold pressure.
  • the cylinder charge for the iterated intake manifold pressure can be determined as a function of a target exhaust backpressure, wherein the desired exhaust back pressure can be determined as a function of the intake manifold pressure underlying the iteration step.
  • the desired exhaust back pressure for determining the cylinder charge for the first start intake manifold pressure from the first start intake manifold pressure the target exhaust back pressure for determining the cylinder charge for the second intake manifold pressure from the second start intake manifold pressure from the second start intake manifold pressure
  • the target exhaust backpressure Determining the cylinder fill for the first iterated manifold pressure from the first iterated manifold pressure.
  • the desired exhaust back pressures for determining the cylinder charge for a depend on further iterated intake manifold pressure of the respective further iterated intake manifold pressure.
  • the target exhaust backpressure can continue to be determined as a function of the desired turbocharger rotational speed determined in the corresponding step.
  • the target exhaust gas back pressure is thus unknown and is determined during the course of the method, in particular during each calculation step or iteration step.
  • a desired exhaust gas back pressure is also determined for determining the cylinder charge for the first start intake manifold pressure and for the second start intake manifold pressure.
  • the swallow curves for the target camshaft positions, the target exhaust backpressure and the current rotational speed are to be inverted in order to calculate a desired intake manifold pressure from the desired charge.
  • the target camshaft positions are preferably known and can be determined, for example, from speed and torque-dependent maps and / or from speed and fill-dependent maps.
  • ⁇ Abg is the isentropic exponent of the exhaust gas.
  • the desired exhaust back pressure may be determined by an iterative method.
  • the iterative method for determining the desired exhaust back pressure may be a fixed point iteration.
  • the exhaust backpressure may preferably be determined repeatedly on the basis of equation (3).
  • a starting exhaust back pressure may be the first starting intake manifold pressure, the second starting intake manifold pressure, or the iterated intake manifold pressure.
  • the starting exhaust back pressure In determining the desired exhaust backpressure used to determine the cylinder charge for the first starting intake manifold pressure, the starting exhaust back pressure may be the first starting intake manifold pressure.
  • the desired exhaust backpressure used to determine the cylinder charge for the second starting intake manifold pressure the starting exhaust back pressure may be the second starting intake manifold pressure.
  • the starting exhaust backpressure In determining the desired exhaust backpressure used to determine the cylinder fill for the first iterated startup intake manifold pressure, the starting exhaust backpressure may be the first iterated manifold pressure.
  • further iterated intake manifold pressures may be used as the starting exhaust backpressure in determining the respective desired exhaust back pressures.
  • a reduced exhaust mass flow and VTG drive duty cycle (VTG - variable turbine geometry) of a turbocharger may be determined with VTG and, depending thereon, the subsequent iterated exhaust backpressure determined.
  • the VTG drive duty cycle can be determined by means of the reduced mass flow.
  • a reduced mass flow can be determined repeatedly based on the reduced mass flow, based on the reduced mass flow, and a VTG drive duty cycle (VTG control) can be determined, and finally the iterated exhaust backpressure can be calculated.
  • a stationary pre-control characteristic map can be evaluated, which is preferably dependent on the underlying exhaust backpressure and the reduced mass flow.
  • a setting of a wastegate actuator of a turbocharger with wastegate actuator can be determined and taken into account in the determination of the subsequent iterated exhaust backpressure.
  • the procedure is preferably analogous to that in a turbocharger with VTG.
  • the iteration by means of the fixed point iteration can be terminated, for example, after two or three iteration steps. That is, initially, a start value calculation for the starting exhaust back pressure, for example, the current intake manifold pressure (actual intake manifold pressure) is performed and then followed by two or three iteration steps. A maximum number of iteration steps may have been previously determined, for example, by an applicator.
  • a desired exhaust gas back pressure in a stationary state assumes the value of an actual exhaust backpressure
  • the desired exhaust gas back pressure can be superimposed stationary.
  • the actual exhaust backpressure can then be an exhaust gas backpressure measured by means of a sensor.
  • the stationary blending leads to an increase in accuracy.
  • the exhaust back pressure in each calculation step or iteration step can be calculated via the equation (3) and a reduced mass flow can be determined.
  • a reduced mass flow can be determined.
  • the exhaust backpressure may be determined from a desired pressure for a turbine and a power balance of the turbine and a compressor. This is a simplification compared to the evaluation of equation (3), but leads to less accurate results.
  • the present invention is characterized by the type of iterative calculation of the charge cycle model in combination with the inversion of the approximately linear engine slip characteristic, wherein a setpoint calculation of the exhaust gas back pressure is to be performed in a destination.
  • no directional derivations of the charge exchange model are necessary, which are used in conventional methods.
  • the quadratic approximation can give the equation (3) above.
  • the desired exhaust back pressure may correspond to the iterated exhaust back pressure after two or three iterations.
  • the invention relates to a control device for an internal combustion engine having a processor which is adapted to carry out a method for determining a target intake manifold pressure of an internal combustion engine by means of an iterative method, wherein for an iterated during the iterative process intake manifold pressure cylinder filling is determined and the target intake manifold pressure is determined as a function of the specific cylinder charge.
  • the processor is configured to carry out the above-described method for determining a nominal intake manifold pressure.
  • the control device may be, for example, a motor controller.
  • the control device may further comprise a data memory for storing maps, calculation rules, iteration instructions, specified parameters and / or the like.
  • the control device can have a signal input for receiving data, for example measurement data or other data, and a signal output for outputting control signals to the internal combustion engine, in particular the controllable components of the internal combustion engine.
  • the invention relates to a control device for an internal combustion engine having a processor, which is adapted to carry out a method for determining a desired exhaust gas back pressure, as described above.
  • FIG. 1 schematically an internal combustion engine is shown.
  • a cylinder 1 has a combustion chamber 10, in which the combustion of fuel takes place, which is injected via an injection valve 11.
  • the cylinder 1 is coupled via an inlet valve 12 to a suction pipe 13, from which fresh air enters the combustion chamber 10 through the inlet valve 12.
  • the cylinder 1 is coupled via an exhaust valve 14 with an exhaust manifold 15, is passed through the exhaust gas or residual gas from the combustion chamber 10 in the exhaust manifold 15.
  • a cylinder piston 16 which is driven by a crankshaft (not shown).
  • a suction pipe pressure sensor 2 In the suction pipe 13 directly in front of the inlet valve 12, there is arranged a suction pipe pressure sensor 2, which is designed to detect a suction pipe pressure.
  • an exhaust back pressure sensor 3 is arranged, which is adapted to detect an exhaust back pressure.
  • the cylinder 1 is shown at a time when the intake valve 12 and the exhaust valve 14 are opened and there is a valve overlap.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a control device 4 for carrying out a method for determining a target intake manifold pressure.
  • the control device 4 has a processor 40, which is connected to a signal input 41 for receiving data and a signal output 42 for outputting control commands to the internal combustion engine. Furthermore, the control device 4 has a data memory 43, which is provided for storing maps, calculation instructions, iteration instructions, specified parameters and the like.
  • the processor 40 is configured to A method for determining a desired intake manifold pressure, as described below with reference to Fig. 3 to Fig. 6 is described to execute.
  • Fig. 3 shows a flowchart of a method 5 for determining a target intake manifold pressure.
  • a first start intake manifold pressure is first determined.
  • an actual intake manifold pressure is measured by means of the intake manifold pressure sensor, which serves as the first start intake manifold pressure.
  • a cylinder charge is determined for the first start intake manifold pressure.
  • a desired turbocharger speed is determined depending on the first start intake manifold pressure.
  • a target exhaust backpressure is determined at 61. The calculation of the target exhaust back pressure will be described below with reference to FIG Fig. 6 described in detail.
  • the cylinder filling is determined at 62 as a function of the first start intake manifold pressure and the desired exhaust backpressure.
  • a second start intake manifold pressure is determined.
  • the cylinder charge for the first start intake manifold pressure is compared with a target cylinder charge of the internal combustion engine and depending on the comparison result according to equation (2) above from a map that defines a search range, an upper limit p S2, max or a lower limit p S2 , min set as the second start intake manifold pressure.
  • a cylinder charge for the second start intake manifold pressure is determined.
  • the determination of the cylinder charge for the second start intake manifold pressure is analogous to determining the cylinder charge for the first start intake manifold pressure.
  • a first manifold pressure iterate is determined by a secant method. For this, as in Fig. 5 The cylinder charge r ps2 for the first start intake pipe pressure p s1 and the cylinder charge r ps2 for the second start intake pipe pressure p s2 are plotted against the intake pipe pressure p (x-axis) and a secant S1 is placed between the cylinder charges r ps1 , r ps2 , An intersection of the secant S1 with the x-axis represents the first intake manifold pressure iterated p l1 .
  • a cylinder charge is determined for the particular first intake manifold pressure iterate.
  • the determination of the cylinder charge for the first intake manifold pressure iterated is analogous to determining the cylinder charge for the first start intake manifold pressure.
  • the last determined manifold pressure iterate is output as the target manifold pressure.
  • steps 54 through 56 are repeated.
  • a second intake pipe pressure iterate is determined by, as in Fig. 5 2
  • a secant S2 is set by the cylinder charge r ps2 for the second start intake manifold pressure and the cylinder charge r pl1 for the first intake manifold pressure iterate , and an intersection with the x axis is set as the second intake manifold pressure iterate p l2 .
  • the cylinder charge is then determined for the second intake manifold pressure iterate and at 56 it is determined whether or not the iteration can be aborted.
  • the filling for the second intake manifold pressure iterated can be compared with the charge for the first intake manifold pressure iterated and it can be decided as a function of the comparison result whether the iteration can be aborted or not. If the iteration can not be aborted, steps 54 through 56 are repeated analogously for further manifold pressure iterates.
  • the iteration is repeated a maximum of two times and then aborted.
  • the maximum number of iterations can be set in advance.
  • the target exhaust back pressure for determining a charge to each of the intake manifold start pressures and the intake pipe pressure iterated is determined according to the target exhaust gas back pressure determining method 7.
  • the starting exhaust back pressure is the intake manifold pressure which is assumed in the respective step of the method 5 for determining the target intake manifold pressure. That is, in step 51 of the method 5, the starting exhaust back pressure the first start intake manifold pressure, the second intake manifold start pressure in step 53, and the intake manifold pressure iterated in step 55 in step 55.
  • a reduced mass flow is determined depending on the starting exhaust backpressure.
  • a VTG drive duty cycle or an actuator setting of a wastegate turbocharger is then determined in response to the starting intake manifold pressure and the reduced mass flow.
  • Step 71 to 73 each represent an iteration step of a fixed-point iteration.
  • the last determined exhaust backpressure iterate is output as the target exhaust back pressure.
  • steps 71-74 are repeated.
  • a reduced exhaust gas mass flow, a VTG drive duty cycle or an adjustment of an actuator of a turbocharger with wastegate and a further exhaust gas backpressure iterated are determined as a function of the exhaust back pressure iterated.
  • the exhaust back pressure in each calculation step 51, 53, 54 of method 5 will be calculated via equation (3) above and a reduced mass flow determined according to equation (4) above. From this, the VTG drive duty cycle or the setting of the turbocharger with wastegate is determined.
  • the desired exhaust backpressure in each calculation step 51, 53, 54 of the method 5 is determined from a setpoint pressure according to a turbine and a power balance of the turbine and a compressor.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Soll-Saugrohrdrucks einer Verbrennungskraftmaschine (1) mittels eines iterativen Verfahrens, wobei für einen während des iterativen Verfahrens iterierten Saugrohrdruck (pl1) eine Zylinderfüllung (r) bestimmt wird (55) und der Soll-Saugrohrdruck in Abhängigkeit der bestimmten Zylinderfüllung (r) bestimmt wird (57). Weiterhin betrifft die Erfindung eine Steuervorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuervorrichtung zum Bestimmen eines Soll-Saugrohrdrucks einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mittels eines iterativen Verfahrens. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Steuervorrichtung zum Bestimmen eines Soll-Abgasgegendrucks einer Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, mittels einer Fixpunktiteration.
  • Ein Soll-Saugrohrdruck, also ein Solldruckwert in einem Saugrohr einer Verbrennungskraftmaschine, wird üblicherweise dazu verwendet, Sollpositionen einer Drosselklappe und eines Turboladers der Verbrennungskraftmaschine zu bestimmen, um die Verbrennungskraftmaschine unter Berücksichtigung der Sollpositionen zu steuern.
  • Die DE 199 44 178 A1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung einer Drosselklappe, wobei aus einem vorgebbaren Soll-Luftmassenstrom ein Soll-Saugrohrdruck bestimmt wird und auf Grundlage dieses die Drosselklappenstellung abgeleitet wird.
  • Zum Bestimmen des Soll-Saugrohrdrucks wird typischerweise ein Ladungswechselmodell der Verbrennungskraftmaschine invertiert. Eine solche Invertierung des Ladungswechselmodells kann jedoch stellenweise ungenau sein, was zu einem verlangsamten Ansprechverhalten und einer Momentenungleichförmigkeit der Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs und des Fahrzeugs selbst führt.
  • Zudem existieren auch nicht-invertierbare Ladungswechselmodelle. Zum Beispiel bedingen Millermotoren auf Grund einer hohen Abhängigkeit der Nockenwellenposition auf eine Zylinderluftfüllung ein erweitertes Ladungswechselmodell. Solche Ladungswechselmodelle sind nicht analytisch invertierbar.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Steuervorrichtung zum Bestimmen eines Soll-Saugrohrdrucks bereitzustellen, die die oben genannten Nachteile wenigstens teilweise überwinden.
  • Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen eines Soll-Saugrohrdrucks nach Anspruch 1, das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen eines Soll-Abgasgegendrucks nach Anspruch 13 und die Steuervorrichtung nach Anspruch 15 gelöst.
  • Nach einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen eines Soll-Saugrohrdrucks einer Verbrennungskraftmaschine mittels eines iterativen Verfahrens, wobei für einen während des iterativen Verfahrens iterierten Saugrohrdruck eine Zylinderfüllung bestimmt wird und der Soll-Saugrohrdruck in Abhängigkeit der bestimmten Zylinderfüllung bestimmt wird.
  • Nach einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen eines Soll-Abgasgegendrucks einer Verbrennungskraftmaschine mittels eines Fixpunktverfahrens, wobei ein iterierter Abgasgegendruck aus einer quadratischen Approximation der Gleichung m ˙ Abg = A eff p 3 2 R s T 3 ψ c d p 4 p 3
    Figure imgb0001
     bestimmt wird, wobei ṁAbg ein Soll-Abgas-Massenstrom, Aeff eine effektive Öffnungsfläche einer Drossel, p3 ein Soll-Abgasgegendruck, p4 ein Solldruck nach einer Turbine, Rs die spezifische Gaskonstante des Abgases, T3 eine Abgastemperatur vor der Turbine, cd ein Turbinendurchflussfaktor und ψ(·) eine Durchflussfunktion ist, wobei der Soll-Abgasmassenstrom von einem vorangehend iterierten Abgasgegendruck abhängig ist.
  • Nach einem dritten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Steuervorrichtung, die einen Prozessor aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach dem ersten Aspekt oder nach dem zweiten Aspekt auszuführen.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Soll-Saugrohrdrucks einer Verbrennungskraftmaschine mittels eines iterativen Verfahrens. Der Soll-Saugrohrdruck ist üblicherweise ein Soll-Druck, der in einem Saugrohr einer Verbrennungskraftmaschine, das zum Zuführen von Frischluft in einen Zylinder der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist, herrschen sollte.
  • Beim Bestimmen des Soll-Saugrohrdrucks wird für einen während des iterativen Verfahrens iterierten Saugrohrdruck eine Zylinderfüllung bestimmt. Die Zylinderfüllung einer Verbrennungskraftmaschine setzt sich beispielsweise aus verschiedenen Mengenanteilen an Füllungskomponenten innerhalb des Zylinders der Verbrennungskraftmaschine, wie der Frischluft, dem Restgas und/oder der durchgespülten Luft, zusammen. Die Zylinderfüllung kann durch sogenannte Schluckkurven der Verbrennungskraftmaschine repräsentiert werden. Die Zylinderfüllung kann auf einem nicht-invertierbaren Ladungswechselmodell basieren und in Abhängigkeit von Soll-Nockenwellenpositionen, einer aktuellen Ist-Drehzahl in einem aktuellen Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine, einem Soll-Abgasgegendruck für den iterierten Saugrohrdruck und dem iterierten Saugrohrdruck bestimmt sein.
  • Anschließend wird in Abhängigkeit der bestimmten Zylinderfüllung der Soll-Saugrohrdruck bestimmt. Die Bestimmung des Soll-Saugrohrdrucks wird weiter unter im Detail beschrieben.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann der Soll-Saugrohrdruck auch für nicht-invertierbare Ladungswechselmodelle ohne großen Aufwand bestimmt werden. Der Soll-Saugrohrdruck kann so sehr genau bestimmt werden, so dass sich ein hohes CO2-Einsparpotenzial durch geringe Zündwinkeleingriffe in einem leerlauf-nahen Betrieb, ein schneller und harmonischer Momentenaufbau und Momentenabbau in der Dynamik und stabile Bedingungen für eine Leckagediagnose in einer Druckstrecke und dadurch eine frühzeitige Fehlererkennung zum Aggregateschutz ergeben.
  • In manchen Ausführungsbeispielen kann das iterative Verfahren ein Sekantenverfahren sein. Dabei werden vorzugsweise zwei Startpunkte festgelegt und zwischen diese Startpunkte wird eine Sekante gelegt. Anschließend wird ein Schnittpunkt der Sekante mit einer x-Achse, vorliegend einer Achse, die einen Soll-Saugrohrdruck angibt, als Iterierte festgelegt, die einen verbesserten Startwert für eine nachfolgende Iteration darstellt. Mit Hilfe des Sekantenverfahrens kann eine iterative Invertierung auch von Schluckkurven, die nicht differenzierbar sind, durchgeführt werden.
  • In manchen Ausführungsbeispielen kann für einen ersten Start-Saugrohrdruck eine Zylinderfüllung bestimmt werden und ein zweiter Start-Saugrohrdruck bestimmt werden, indem die Zylinderfüllung für den ersten Start-Saugrohrdruck mit einer Soll-Zylinderfüllung der Verbrennungskraftmaschine verglichen wird und der zweite Start-Saugrohrdruck in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses zwischen der Zylinderfüllung für den ersten Start-Saugrohrdruck und der Soll-Zylinderfüllung bestimmt wird. Zum Bestimmen des zweiten Start-Saugrohrdrucks pS2 kann beispielsweise gelten: p S 2 = { p S 2 , max , falls r 0 ≤ r soll p S 2 , min , falls r 0 > r soll ,
    Figure imgb0002
     wobei r0 die Zylinderfüllung für den ersten Start-Saugrohrdruck und rsoll die Soll-Zylinderfüllung der Verbrennungskraftmaschine ist. Die Werte pS2,max und pS2,min können aus Kennfeldern ausgelesen werden. Die Kennfelder sind vorzugsweise von einer Drehzahl und der Soll-Zylinderfüllung abhängig, wobei die Kennfelder bevorzugt so bedatet sind, dass ein SuchBereich für den Soll-Saugrohrdruck möglichst klein ist, aber der gesuchte Soll-Saugrohrdruck immer innerhalb des Such-Bereichs liegt. Für den zweiten Start-Saugrohrdruck kann anschließend ebenfalls eine Zylinderfüllung bestimmt werden.
  • In manchen Ausführungsbeispielen kann der erste Start-Saugrohrdruck ein Ist-Saugrohrdruck sein. Der Ist-Saugrohrdruck kann ein gegenwärtig in dem Saugrohr herrschender Druck sein, der vorzugsweise mittels eines Drucksensors in dem Saugrohr gemessen oder ausgehend von anderen gemessenen Parametern bestimmt wird.
  • In manchen Ausführungsbeispielen kann ausgehend von dem ersten Start-Saugrohrdruck und dem zweiten Start-Saugrohrdruck mittels des Sekantenverfahrens der iterierte Saugrohrdruck bestimmt werden. Dazu kann eine von dem Saugrohrdruck abhängige Größe für den ersten Start-Saugrohrdruck und für den zweiten Start-Saugrohrdruck über dem Saugrohrdruck aufgetragen werden und eine Sekante durch die vom Saugrohrdruck abhängige Größe am ersten Start-Saugrohrdruck und am zweiten Start-Saugrohrdruck gelegt werden. Der Schnittpunkt der Sekante mit der x-Achse (Saugrohrdruckachse) kann dann den iterierten Saugrohrdruck (erster iterierter Saugrohrdruck) darstellen. Analog können ausgehend von dem zweiten Start-Saugrohrdruck und/oder dem ersten iterierten Saugrohrdruck weitere iterierte Saugrohrdrücke bestimmt werden.
  • In manchen Ausführungsbeispielen kann der iterierte Saugrohrdruck weiterhin in Abhängigkeit der Zylinderfüllung für den ersten Start-Saugrohrdruck und der Zylinderfüllung für den zweiten Start-Saugrohrdruck bestimmt werden. So kann beispielsweise die Zylinderfüllung für den ersten Start-Saugrohrdruck und die Zylinderfüllung für den zweiten Start-Saugrohrdruck über dem Saugrohrdruck aufgetragen werden und eine Sekante durch die Zylinderfüllung am ersten Start-Saugrohrdruck und die Zylinderfüllung am zweiten Start-Saugrohrdruck gelegt werden. Der Schnittpunkt der Sekante mit der x-Achse (Saugrohrdruckachse) kann dann den iterierten Saugrohrdruck (erster iterierter Saugrohrdruck) darstellen. Nachfolgend kann eine Zylinderfüllung für den ersten iterierten Saugrohrdruck bestimmt werden, diese über dem Saugrohrdruck aufgetragen werden, eine Sekante zwischen die Zylinderfüllung am zweiten Start-Saugrohrdruck und die Zylinderfüllung am ersten iterierten Saugrohrdruck gelegt werden und der Schnittpunkt der Sekante mit der x-Achse als zweiter iterierter Saugrohrdruck abgelesen werden. Analog können ausgehend von der Zylinderfüllung am ersten iterierten Saugrohrdruck und/oder der Zylinderfüllung am zweiten iterierten Saugrohrdruck weitere iterierte Saugrohrdrücke bestimmt werden.
  • Die Iteration mittels des Sekantenverfahrens kann beispielsweise nach zwei oder drei Iterationsschritten beendet werden. Das heißt beispielsweise, zunächst werden zwei Startwertberechnungen für den aktuellen Saugrohrdruck und einen Randwert für den Saugrohrdruck (bestimmt über Max- und Min-Kennfelder) bestimmt und anschließend folgen zwei oder drei Iterationsschritte. Eine maximale Anzahl an Iterationsschritten, beispielsweise zwei oder drei Iterationsschritte, kann vorab beispielsweise von einem Applikateur festgelegt worden sein.
  • Die Zylinderfüllung für den iterierten Saugrohrdruck kann in Abhängigkeit einer Soll-Turboladerdrehzahl bestimmt werden. Beispielsweise kann die Soll-Turboladerdrehzahl in Abhängigkeit des dem Iterationsschritt zugrundeliegenden Saugrohrdrucks bestimmt werden. Zum Beispiel kann die Turboladerdrehzahl zum Bestimmen der Zylinderfüllung für den ersten Start-Saugrohrdruck von dem ersten Start-Saugrohrdruck, die Turboladerdrehzahl zum Bestimmen der Zylinderfüllung für den zweiten Start-Saugrohrdruck von dem zweiten Start-Saugrohrdruck und die Turboladerdrehzahl zum Bestimmen der Zylinderfüllung für den ersten iterierten Saugrohrdruck von dem ersten iterierten Saugrohrdruck bestimmt werden. Analog können die Turboladerdrehzahl zum Bestimmen der Zylinderfüllung für einen weiteren iterierten Saugrohrdruck von dem jeweiligen weiteren iterierten Saugrohrdruck abhängen.
  • In manchen Ausführungsbeispielen kann die Zylinderfüllung für den iterierten Saugrohrdruck in Abhängigkeit eines Soll-Abgasgegendrucks bestimmt werden, wobei der Soll-Abgasgegendruck in Abhängigkeit des dem Iterationsschritt zugrundeliegenden Saugrohrdrucks bestimmt werden kann. Zum Beispiel kann der Soll-Abgasgegendruck zum Bestimmen der Zylinderfüllung für den ersten Start-Saugrohrdruck von dem ersten Start-Saugrohrdruck, der Soll-Abgasgegendruck zum Bestimmen der Zylinderfüllung für den zweiten Start-Saugrohrdruck von dem zweiten Start-Saugrohrdruck und der Soll-Abgasgegendruck zum Bestimmen der Zylinderfüllung für den ersten iterierten Saugrohrdruck von dem ersten iterierten Saugrohrdruck bestimmt werden. Analog können die Soll-Abgasgegendrücke zum Bestimmen der Zylinderfüllung für einen weiteren iterierten Saugrohrdruck von dem jeweiligen weiteren iterierten Saugrohrdruck abhängen. Vorzugsweise kann der Soll-Abgasgegendruck weiterhin in Abhängigkeit der im entsprechenden Schritt bestimmten Soll-Turboladerdrehzahl bestimmt werden.
  • Der Soll-Abgasgegendruck ist somit unbekannt und wird im Laufe des Verfahrens bestimmt, insbesondere während jedes Berechnungsschritts bzw. Iterationsschritts. Vorzugsweise wird auch zum Bestimmen der Zylinderfüllung für den ersten Start-Saugrohrdruck und für den zweiten Start-Saugrohrdruck ein Soll-Abgasgegendruck bestimmt. Grundsätzlich sollen also die Schluckkurven für die Zielnockenwellenpositionen, der Ziel-Abgasgegendruck und die aktuelle Drehzahl invertiert werden, um aus der Soll-Füllung einen Soll-Saugrohrdruck zu berechnen. Die Zielnockenwellenpositionen sind vorzugsweise bekannt und können zum Beispiel aus drehzahl- und momentenabhängigen Kennfeldern und/oder aus drehzahl- und füllungsabhängigen Kennfeldern bestimmt werden.
  • In manchen Ausführungsbeispielen kann der Soll-Abgasgegendruck aus einer quadratischen Approximation der Gleichung m ˙ Abg = A eff p 3 2 R s T 3 ψ c d p 4 p 3
    Figure imgb0003
     bestimmt werden, wobei ṁAbg ein Soll-Abgas-Massenstrom, Aeff eine effektive Öffnungsfläche einer Drossel, p3 ein Soll-Abgasgegendruck, p4 ein Solldruck nach einer Turbine, Rs die spezifische Gaskonstante des Abgases, T3 eine Abgastemperatur vor der Turbine, cd ein Turbinendurchflussfaktor und ψ(·) eine Durchflussfunktion ist. Die spezifische Gaskonstante des Abgases Rs kann beispielsweise als Rs =288J/kgK oder ähnlicher Wert angenommen werden. Die quadratische Approximation der Gleichung (1) aufgelöst nach dem Abgasgegendruck p3 kann folgende Form besitzen: p 3 = − 3 c d 2 − 2 c d κ Abg p 4 2 c d κ Abg − 3 c d 2 ± 3 c c 2 − 2 c d κ Abg p 4 2 c d κ Abg − 3 c d 2 2 + 3 c d 2 p 4 2 A eff 2 + m ˙ Abg 2 R s T 3 κ Abg A eff 2 2 c d κ Abg − 3 c d 2
    Figure imgb0004
     Dabei ist κAbg der Isentropenexponent des Abgases. Der Isentropenexponent kann beispielsweise κAbg =1,37 oder einen ähnlichen Wert betragen.
  • In manchen Ausführungsbeispielen kann der Soll-Abgasgegendruck mittels eines iterativen Verfahrens bestimmt werden. Das iterative Verfahren zum Bestimmen des Soll-Abgasgegendrucks kann eine Fixpunktiteration sein. Dabei kann vorzugsweise wiederholt auf Grundlage der Gleichung (3) der Abgasgegendruck bestimmt werden.
  • In manchen Ausführungsbeispielen kann ein Start-Abgasgegendruck der erste Start-Saugrohrdruck, der zweite Start-Saugrohrdruck oder der iterierte Saugrohrdruck sein. Beim Bestimmen des Soll-Abgasgegendrucks, der zum Bestimmen der Zylinderfüllung für den ersten Start-Saugrohrdruck verwendet wird, kann der Start-Abgasgegendruck der erste Start-Saugrohrdruck sein. Beim Bestimmen des Soll-Abgasgegendrucks, der zum Bestimmen der Zylinderfüllung für den zweiten Start-Saugrohrdruck verwendet wird, kann der Start-Abgasgegendruck der zweite Start-Saugrohrdruck sein. Beim Bestimmen des Soll-Abgasgegendrucks, der zum Bestimmen der Zylinderfüllung für den ersten iterierten Start-Saugrohrdruck verwendet wird, kann der Start-Abgasgegendruck der erste iterierte Saugrohrdruck sein. Analog können weitere iterierte Saugrohrdrücke als Start-Abgasgegendruck beim Bestimmen der jeweiligen Soll-Abgasgegendrücke verwendet werden.
  • In manchen Ausführungsbeispielen kann in Abhängigkeit des Start-Abgasgegendrucks oder des iterierten Abgasgegendrucks ein reduzierter Abgasmassenstrom und ein VTG-Ansteuer-Tastverhältnis (VTG - variable Turbinengeometrie) eines Turboladers mit VTG bestimmt werden und in Abhängigkeit dieser der nachfolgende iterierte Abgasgegendruck bestimmt werden. Dabei kann weiterhin mittels des reduzieren Massenstroms das VTG-Ansteuer-Tastverhältnis bestimmt werden. Insbesondere kann wiederholt, ausgehend von einem Start-Abgasgegendruck ein reduzierter Massenstrom bestimmt werden, auf Grundlage des reduzierten Massenstroms ein VTG-Ansteuer-Tastverhältnis (VTG-Ansteuerung) bestimmt werden und zuletzt der iterierte Abgasgegendruck berechnet werden. Für die Bestimmung des VTG-Ansteuer-Tastverhältnisses in jeder Iteration kann ein stationäres Vorsteuer-Kennfeld ausgewertet werden, das vorzugsweise abhängig von dem zugrundeliegenden Abgasgegendruck und dem reduziertem Massenstrom ist.
  • Alternativ oder zusätzlich zu dem VTG-Ansteuer-Tastverhältnis kann eine Einstellung eines Wastegate-Stellers eines Turboladers mit Wastegate-Steller bestimmt werden und bei der Bestimmung des nachfolgenden iterierten Abgasgegendrucks berücksichtigt werden. Das Vorgehen ist vorzugsweise analog zu dem bei einem Turbolader mit VTG.
  • Die Iteration mittels der Fixpunktiteration kann beispielsweise nach zwei oder drei Iterationsschritten beendet werden. Das heißt, zunächst wird eine Startwertberechnung für den Start-Abgasgegendruck, beispielsweise den aktuellen Saugrohrdruck (Ist-Saugrohrdruck) durchgeführt und anschließend folgen zwei oder drei Iterationsschritte. Eine maximale Anzahl an Iterationsschritten kann vorab beispielsweise von einem Applikateur festgelegt worden sein.
  • Wenn ein Soll-Abgasgegendruck in einem stationären Zustand den Wert eines Ist-Abgasgegendrucks annimmt, kann der Soll-Abgasgegendruck stationär überblendet werden. Der Ist-Abgasgegendruck kann dann ein mittels eines Sensors gemessener Abgasgegendruck sein. Die stationäre Überblendung führt zu einer Erhöhung der Genauigkeit.
  • Alternativ kann der Abgasgegendruck in jedem Berechnungsschritt bzw. Iterationsschritt über die Gleichung (3) berechnet werden und ein reduzierter Massenstrom bestimmt werden. Dazu kann beispielsweise eine Approximation mittels folgender Gleichung erfolgen: m ˙ Abg , red = m ˙ Abg T 3 p 3
    Figure imgb0005
     Daraus kann das VTG-Ansteuer-Tastverhältnis und/oder die Einstellung des Stellers des Turboladers mit Wastegate bestimmt werden.
  • In manchen Ausführungsbeispielen kann alternativ der Abgasgegendruck aus einem Soll-Druck nach einer Turbine und einer Leistungsbilanz der Turbine und eines Verdichters bestimmt werden. Dies stellt gegenüber der Auswertung der Gleichung (3) eine Vereinfachung dar, führt jedoch zu ungenaueren Ergebnissen.
  • Zusammenfassend zeichnet sich die vorliegende Erfindung durch die Art der iterativen Berechnung des Ladungswechselmodells in Kombination mit der Invertierung der näherungsweise linearen Motorschluckkennlinie aus, wobei eine Sollwertberechnung des Abgasgegendrucks in einem Zielpunkt durchgeführt werden soll. Dabei sind keine Richtungsableitungen des Ladungswechselmodells notwendig, die in herkömmlichen Verfahren zum Einsatz kommen.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen eines Soll-Abgasgegendrucks einer Verbrennungskraftmaschine mittels eines Fixpunktverfahrens, wobei ein iterierter Abgasgegendruck aus einer quadratischen Approximation der Gleichung m ˙ Abg = A eff p 3 2 R s T 3 ψ c d p 4 p 3
    Figure imgb0006
     bestimmt wird, wobei ṁAbg ein Soll-Abgas-Massenstrom, Aeff eine effektive Öffnungsfläche einer Drossel, p3 ein Soll-Abgasgegendruck, p4 ein Solldruck nach einer Turbine, Rs die spezifische Gaskonstante des Abgases, T3 eine Abgastemperatur vor der Turbine, cd ein Turbinendurchflussfaktor und ψ(·) eine Durchflussfunktion ist, wobei der Soll-Abgasmassenstrom von einem Start-Abgasgegendruck bzw. von einem vorangehend iterierten Abgasgegendruck abhängig ist. Die quadratische Approximation kann die Gleichung (3) oben ergeben.
  • In manchen Ausführungsbeispielen kann der Soll-Abgasgegendruck dem iterierten Abgasgegendruck nach zwei oder drei Iterationsschritten entsprechen.
  • Weitere Details des Verfahrens zum Bestimmen eines Soll-Abgasgegendrucks wurden weiter oben hinsichtlich des Verfahrens zum Bestimmen des Soll-Saugrohrdrucks im Detail beschrieben. Diese Merkmale treffen analog auf das Verfahren zum Bestimmen eines Soll-Abgasgegendrucks zu.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung eine Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, die einen Prozessor aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein Verfahren zum Bestimmen eines Soll-Saugrohrdrucks einer Verbrennungskraftmaschine mittels eines iterativen Verfahrens auszuführen, wobei für einen während des iterativen Verfahrens iterierten Saugrohrdruck eine Zylinderfüllung bestimmt wird und der Soll-Saugrohrdruck in Abhängigkeit der bestimmten Zylinderfüllung bestimmt wird. Insbesondere ist der Prozessor dazu ausgebildet, das oben beschriebene Verfahren zum Bestimmen eines Soll-Saugrohrdrucks auszuführen.
  • Die Steuervorrichtung kann beispielsweise eine Motorsteuerung sein. Die Steuervorrichtung kann weiterhin einen Datenspeicher zum Speichern von Kennfeldern, Berechnungsvorschriften, Iterationsvorschriften, festgelegten Parametern und/oder dergleichen aufweisen. Weiterhin kann die Steuervorrichtung einen Signaleingang zum Empfangen von Daten, beispielsweise Messdaten oder anderen Daten, und einen Signalausgang zum Ausgeben von Steuersignalen an die Verbrennungskraftmaschine, insbesondere die steuerbaren Komponenten der Verbrennungskraftmaschine, aufweisen.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung eine Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, die einen Prozessor aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein Verfahren zum Bestimmen eines Soll-Abgasgegendrucks, wie es oben beschrieben wurde, auszuführen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
    • Fig. 1
    schematisch eine Verbrennungskraftmaschine;
    Fig. 2
    schematisch eine Steuervorrichtung zum Ausführen eines Verfahrens zum Bestimmen eines Soll-Saugrohrdrucks;
    Fig. 3
    schematisch ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Bestimmen eines Soll-Saugrohrdrucks;
    Fig. 4
    schematisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen der Zylinderfüllung;
    Fig. 5
    schematisch das Grundprinzip eines Sekantenverfahrens; und
    Fig. 6
    schematisch ein Flussdiagramm eines iterativen Verfahrens zum Bestimmen eines Soll-Abgasgegendrucks.
  • In Fig. 1 ist schematisch eine Verbrennungskraftmaschine dargestellt. Ein Zylinder 1 hat einen Brennraum 10, in dem die Verbrennung von Kraftstoff stattfindet, der über ein Einspritzventil 11 eingespritzt wird. Der Zylinder 1 ist über ein Einlassventil 12 mit einem Saugrohr 13 gekoppelt, aus dem durch das Einlassventil 12 Frischluft in den Brennraum 10 gelangt. Außerdem ist der Zylinder 1 über ein Auslassventil 14 mit einem Abgaskrümmer 15 gekoppelt, durch das Abgas bzw. Restgas aus dem Brennraum 10 in den Abgaskrümmer 15 geleitet wird. Ferner ist ein Zylinderkolben 16 vorhanden, der von einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) angetrieben wird. In dem Saugrohr 13 direkt vor dem Einlassventil 12 ist ein Saugrohrdrucksensor 2 angeordnet, der dazu ausgebildet ist, einen Saugrohrdruck zu detektieren. In dem Abgaskrümmer 15 direkt hinter dem Auslassventil 14 ist ein Abgasgegendrucksensor 3 angeordnet, der dazu ausgebildet ist, einen Abgasgegendruck zu detektieren. In der Fig. 1 ist der Zylinder 1 zu einem Zeitpunkt, in dem das Einlassventil 12 und das Auslassventil 14 geöffnet sind und eine Ventilüberschneidung vorliegt, dargestellt.
  • Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Steuervorrichtung 4 zum Ausführen eines Verfahrens zum Bestimmen eines Soll-Saugrohrdrucks. Die Steuervorrichtung 4 weist einen Prozessor 40 auf, der mit einem Signaleingang 41 zum Empfangen von Daten und einem Signalausgang 42 zum Ausgeben von Steuerbefehlen an die Verbrennungskraftmaschine verbunden ist. Weiterhin weist die Steuervorrichtung 4 einen Datenspeicher 43 auf, der zum Speichern von Kennfeldern, Berechnungsvorschriften, Iterationsvorschriften, festgelegten Parametern und dergleichen vorgesehen ist. Der Prozessor 40 ist dazu ausgebildet, ein Verfahren zum Bestimmen eines Soll-Saugrohrdrucks, wie es nachfolgend mit Bezug auf Fig. 3 bis Fig. 6 beschrieben wird, auszuführen.
  • Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 5 zum Bestimmen eines Soll-Saugrohrdruck.
  • Bei 50 wird zunächst ein erster Start-Saugrohrdruck bestimmt. Dazu wird mittels des Saugrohrdrucksensors ein Ist-Saugrohrdruck gemessen, der als erster Start-Saugrohrdruck dient.
  • Anschließend wird bei 51 eine Zylinderfüllung für den ersten Start-Saugrohrdruck bestimmt.
  • Dazu wird, wie in dem Diagramm in Fig. 4 dargestellt, bei 60 abhängig von dem ersten Start-Saugrohrdruck eine Soll-Turboladerdrehzahl bestimmt. In Abhängigkeit des ersten Start-Saugrohrdrucks und der bestimmten Soll-Turboladerdrehzahl wird bei 61 ein Soll-Abgasgegendruck ermittelt werden. Das Berechnen des Soll-Abgasgegendrucks wird weiter unten mit Bezug auf Fig. 6 im Detail beschrieben. Anschließend wird bei 62 in Abhängigkeit des ersten Start-Saugrohrdrucks und des Soll-Abgasgegendrucks die Zylinderfüllung ermittelt.
  • Bei 52 in Fig. 3 wird in Abhängigkeit der Zylinderfüllung für den ersten Start-Saugrohrdruck ein zweiter Start-Saugrohrdruck bestimmt. Dazu wird die Zylinderfüllung für den ersten Start-Saugrohrdruck mit einer Soll-Zylinderfüllung der Verbrennungskraftmaschine verglichen und abhängig vom Vergleichsergebnis gemäß Gleichung (2) oben aus einem Kennfeld, das einen Suchbereich festlegt, ein oberer Grenzwert pS2,max oder ein unterer Grenzwert pS2,min als zweiter Start-Saugrohrdruck festgelegt.
  • Bei 53 wird eine Zylinderfüllung für den zweiten Start-Saugrohrdruck bestimmt. Das Bestimmen der Zylinderfüllung für den zweiten Start-Saugrohrdruck erfolgt analog zum Bestimmen der Zylinderfüllung für den ersten Start-Saugrohrdruck.
  • Bei 54 wird mittels eines Sekantenverfahrens eine erste Saugrohrdruck-Iterierte bestimmt. Dazu werden, wie in Fig. 5 gezeigt, die Zylinderfüllung rps2 für den ersten Start-Saugrohrdruck ps1 und die Zylinderfüllung rps2 für den zweiten Start-Saugrohrdruck ps2 über dem Saugrohrdruck p (x-Achse) aufgetragen und eine Sekante S1 zwischen die Zylinderfüllungen rps1, rps2 gelegt. Ein Schnittpunkt der Sekante S1 mit der x-Achse repräsentiert die erste Saugrohrdruck-Iterierte pl1.
  • Bei 55 wird eine Zylinderfüllung für die bestimmte erste Saugrohrdruck-Iterierte bestimmt. Das Bestimmen der Zylinderfüllung für die erste Saugrohrdruck-Iterierte erfolgt analog zum Bestimmen der Zylinderfüllung für den ersten Start-Saugrohrdruck.
  • Bei 56 wird bestimmt, ob die Iteration abgebrochen werden kann oder nicht. Dies kann in Abhängigkeit einer Anzahl der bereits durchgeführten Iterationen bzw. in Abhängigkeit der Zylinderfüllung für die erste Saugrohrdruck-Iterierte bestimmt werden. Beispielsweise kann die Füllung für die erste Saugrohrdruck-Iterierte mit der Füllung für den zweiten Start-Saugrohrdruck verglichen werden und in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses entschieden werden, ob die Iteration abgebrochen werden kann oder nicht.
  • Wenn bei 56 bestimmt wird, dass die Iteration abgebrochen werden kann, wird bei 57 die zuletzt bestimmte Saugrohrdruck-Iterierte als Soll-Saugrohrdruck ausgegeben.
  • Wenn bei 56 bestimmt wird, dass die Iteration nicht abgebrochen werden kann, werden die Schritte 54 bis 56 wiederholt. Dabei wird bei 54 eine zweite Saugrohrdruck-Iterierte bestimmt, indem, wie in Fig. 5 dargestellt, eine Sekante S2 durch die Zylinderfüllung rps2 für den zweiten Start-Saugrohrdruck und die Zylinderfüllung rpl1 für die erste Saugrohrdruck-Iterierte gelegt wird und ein Schnittpunkt mit der x-Achse als zweite Saugrohrdruck-Iterierte pl2 festgelegt wird. Bei 55 wird dann die Zylinderfüllung für die zweite Saugrohrdruck-Iterierte bestimmt und bei 56 wird bestimmt, ob die Iteration abgebrochen werden kann oder nicht. Dazu kann die Füllung für die zweite Saugrohrdruck-Iterierte mit der Füllung für die erste Saugrohrdruck-Iterierte verglichen werden und in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses entschieden werden, ob die Iteration abgebrochen werden kann oder nicht. Wenn die Iteration nicht abgebrochen werden kann, werden die Schritte 54 bis 56 analog für weitere Saugrohrdruck-Iterierte wiederholt.
  • Die Iteration wird zum Beispiel maximal zwei Mal wiederholt und dann abgebrochen. Die maximale Anzahl an Iterationen kann jedoch vorab festgelegt werden.
  • In dem ersten Ausführungsbeispiel wird der Soll-Abgasgegendruck für die Bestimmung einer Füllung zu jedem der Start-Saugrohrdrücke und der Saugrohrdruck-Iterierten gemäß dem Verfahren 7 zum Bestimmen eines Soll-Abgasgegendrucks bestimmt.
  • Bei 70 wird ein Start-Abgasgegendruck festgelegt. Der Start-Abgasgegendruck ist der Saugrohrdruck, von dem in dem jeweiligen Schritt des Verfahrens 5 zum Bestimmen des Soll-Saugrohrdrucks ausgegangen wird. D.h. in Schritt 51 des Verfahrens 5 ist der Start-Abgasgegendruck der erste Start-Saugrohrdruck, in Schritt 53 der zweite Start-Saugrohrdruck und in Schritt 55 die in Schritt 54 iterierte Saugrohrdruck-Iterierte.
  • Bei 71 wird in Abhängigkeit des Start-Abgasgegendrucks ein reduzierter Massenstrom bestimmt.
  • Bei 72 wird dann in Abhängigkeit des Start-Saugrohrdrucks und des reduzierten Massenstroms ein VTG-Ansteuer-Tastverhältnis oder eine Einstellung eines Stellers eines Turboladers mit Wastegate bestimmt.
  • Bei 73 wird mittels der Gleichung (3) oben eine Abgasgegendruck-Iterierte bestimmt. Die Schritte 71 bis 73 stellen jeweils einen Iterationsschritt einer Fixpunktiteration dar.
  • Bei 74 wird geprüft, ob die Iteration abgebrochen werden kann oder nicht. Dies wird in Abhängigkeit einer Anzahl der bereits durchgeführten Iterationen bestimmt. Die maximale Anzahl an Iterationen beträgt hier 2.
  • Wenn bei 74 bestimmt wird, dass die Iteration abgebrochen werden kann, wird bei 75 die zuletzt bestimmte Abgasgegendruck-Iterierte als Soll-Abgasgegendruck ausgegeben.
  • Wenn bei 74 bestimmt wird, dass die Iteration nicht abgebrochen werden kann, werden die Schritte 71 bis 74 wiederholt. Dabei wird jeweils in Abhängigkeit der Abgasgegendruck-Iterierten ein reduzierter Abgasmassenstrom, ein VTG-Ansteuer-Tastverhältnis bzw. eine Einstellung eines Stellers eines Turboladers mit Wastegate und eine weitere Abgasgegendruck-Iterierte bestimmt.
  • In einem zweiten Ausführungsbeispiel wird der Abgasgegendruck in jedem Berechnungsschritt 51, 53, 54 des Verfahrens 5 über die Gleichung (3) oben berechnet werden und ein reduzierter Massenstrom nach Gleichung (4) oben bestimmt werden. Daraus wird dann das VTG-Ansteuer-Tastverhältnis oder die Einstellung des Stellers des Turboladers mit Wastegate bestimmt.
  • In einem dritten Ausführungsbeispiel wird der Soll-Abgasgegendruck in jedem Berechnungsschritt 51, 53, 54 des Verfahrens 5 aus einem Soll-Druck nach einer Turbine und einer Leistungsbilanz der Turbine und eines Verdichters bestimmt.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine
    10
    Brennraum
    11
    Einspritzventil
    12
    Einlassventil
    13
    Saugrohr
    14
    Auslassventil
    15
    Abgaskrümmer
    16
    Zylinderkolben
    2
    Saugrohrdrucksensor
    3
    Abgasgegendrucksensor
    4
    Steuervorrichtung
    40
    Prozessor
    41
    Signaleingang
    42
    Signalausgang
    43
    Datenspeicher
    5
    Verfahren zum Bestimmen eines Soll-Saugrohrdrucks
    50
    Bestimmen eines ersten Start-Saugrohrdrucks
    51
    Bestimmen einer Zylinderfüllung für den ersten Start-Saugrohrdruck
    52
    Bestimmen eines zweiten Start-Saugrohrdrucks
    53
    Bestimmen einer Zylinderfüllung für den zweiten Start-Saugrohrdruck
    54
    Bestimmen einer Saugrohrdruck-Iterierten mittels eines Sekantenverfahrens
    55
    Bestimmen einer Zylinderfüllung für die Saugrohrdruck-Iterierte
    56
    Bestimmen, ob die Iteration abgebrochen werden kann
    57
    Festlegen der zuletzt bestimmten Saugrohrdruck-Iterierten als Soll-Saugrohrdruck
    60
    Berechnen einer Turboladerdrehzahl
    61
    Bestimmen eines Soll-Abgasgegendrucks
    62
    Bestimmen einer Zylinderfüllung
    70
    Festlegen eines Start-Abgasgegendrucks
    71
    Bestimmen eines reduzierten Massenstroms
    72
    Bestimmen eines VTG-Ansteuer-Tastverhältnisses
    73
    Bestimmen einer Abgasgegendruck-Iterierten
    74
    Bestimmen, ob die Iteration abgebrochen werden kann
    75
    Festlegen der zuletzt bestimmten Abgasgegendruck-Iterierten als Soll-Abgasgegendruck
    ps1
    erster Start-Saugrohrdruck
    ps2
    zweiter Start-Saugrohrdruck
    pl1
    erste Saugrohrdruck-Iterierte
    pl2
    zweite Saugrohrdruck-Iterierte
    rps1
    Zylinderfüllung für den ersten Start-Saugrohrdruck
    rps2
    Zylinderfüllung für den zweiten Start-Saugrohrdruck
    rpl1
    Zylinderfüllung für die erste Saugrohrdruck-Iterierte
    S1
    Sekante
    S2
    Sekante

Claims (15)

  1. Verfahren zum Bestimmen eines Soll-Saugrohrdrucks einer Verbrennungskraftmaschine (1) mittels eines iterativen Verfahrens, wobei für einen während des iterativen Verfahrens iterierten Saugrohrdruck (pl1) eine Zylinderfüllung (rpl1) bestimmt wird (55) und der Soll-Saugrohrdruck in Abhängigkeit der bestimmten Zylinderfüllung (rpl1) bestimmt wird (57).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das iterative Verfahren ein Sekantenverfahren (54) ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei für einen ersten Start-Saugrohrdruck (ps1) eine Zylinderfüllung (rps1) bestimmt wird und ein zweiter Start-Saugrohrdruck (ps2) bestimmt wird, indem die Zylinderfüllung (rps1) für den ersten Start-Saugrohrdruck mit einer Soll-Zylinderfüllung der Verbrennungskraftmaschine (1) verglichen wird und der zweite Start-Saugrohrdruck (ps2) in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses zwischen der Zylinderfüllung (rps1) für den ersten Start-Saugrohrdruck (ps1) und der Soll-Zylinderfüllung bestimmt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der erste Start-Saugrohrdruck (ps1) ein Ist-Saugrohrdruck ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei ausgehend von dem ersten Start-Saugrohrdruck (ps1) und dem zweiten Start-Saugrohrdruck (ps2) mittels des Sekantenverfahrens der iterierte Saugrohrdruck (pl1) bestimmt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der iterierte Saugrohrdruck (pl1) weiterhin in Abhängigkeit der Zylinderfüllung (rps1) für den ersten Start-Saugrohrdruck (ps1) und der Zylinderfüllung (rps2) für den zweiten Start-Saugrohrdruck (ps2) bestimmt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zylinderfüllung (rpl1) für den iterierten Saugrohrdruck (pl1) in Abhängigkeit eines Soll-Abgasgegendrucks bestimmt wird, wobei der Soll-Abgasgegendruck in Abhängigkeit des iterierten Saugrohrdrucks (pl1) bestimmt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Soll-Abgasgegendruck aus einer quadratischen Approximation der Gleichung m ˙ Abg = A eff p 3 2 R s T 3 ψ c d p 4 p 3
    Figure imgb0007
     bestimmt wird, wobei ṁAbg ein Soll-Abgas-Massenstrom, Aeff eine effektive Öffnungsfläche einer Drossel, p3 ein Soll-Abgasgegendruck, p4 ein Solldruck nach einer Turbine, Rs die spezifische Gaskonstante des Abgases, T3 eine Abgastemperatur vor der Turbine, cd ein Turbinendurchflussfaktor und ψ(·) eine Durchflussfunktion ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Soll-Abgasgegendruck mittels eines iterativen Verfahrens bestimmt wird (70-75).
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei ein Start-Abgasgegendruck der iterierte Saugrohrdruck (pl1) ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei in Abhängigkeit des Start-Abgasgegendrucks ein reduzierter Abgasmassenstrom und ein VTG-Ansteuer-Tastverhältnis bestimmt wird und in Abhängigkeit dieser der iterierte Abgasgegendruck bestimmt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Soll-Saugrohrdruck aus einem Soll-Druck nach einer Turbine und einer Leistungsbilanz der Turbine und eines Verdichters bestimmt wird.
  13. Verfahren zum Bestimmen eines Soll-Abgasgegendrucks einer Verbrennungskraftmaschine (1) mittels eines Fixpunktverfahrens, wobei ein iterierter Abgasgegendruck aus einer quadratischen Approximation der Gleichung m ˙ Abg = A eff p 3 2 R s T 3 ψ c d p 4 p 3
    Figure imgb0008
     bestimmt wird, wobei ṁAbg ein Soll-Abgas-Massenstrom, Aeff eine effektive Öffnungsfläche einer Drossel, p3 ein Soll-Abgasgegendruck, p4 ein Solldruck nach einer Turbine, Rs die spezifische Gaskonstante des Abgases, T3 eine Abgastemperatur vor der Turbine, cd ein Turbinendurchflussfaktor und ψ(·) eine Durchflussfunktion ist, wobei der Soll-Abgasmassenstrom von einem vorangehend iterierten Abgasgegendruck abhängig ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Soll-Abgasgegendruck dem iterierten Abgasgegendruck nach zwei Iterationsschritten entspricht.
  15. Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine (1), die einen Prozessor (40) aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
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