WO2016154650A1 - Verfahren zur regelung des betriebspunktes einer abgasturbine - Google Patents

Verfahren zur regelung des betriebspunktes einer abgasturbine Download PDF

Info

Publication number
WO2016154650A1
WO2016154650A1 PCT/AT2016/050080 AT2016050080W WO2016154650A1 WO 2016154650 A1 WO2016154650 A1 WO 2016154650A1 AT 2016050080 W AT2016050080 W AT 2016050080W WO 2016154650 A1 WO2016154650 A1 WO 2016154650A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
exhaust gas
pressure
gas turbine
flow path
operating point
Prior art date
Application number
PCT/AT2016/050080
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard Breitegger
Gernot Kammel
Erwin SCHALK
Eberhard Schutting
Original Assignee
Avl List Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Avl List Gmbh filed Critical Avl List Gmbh
Priority to DE112016001463.5T priority Critical patent/DE112016001463A5/de
Publication of WO2016154650A1 publication Critical patent/WO2016154650A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D41/0007—Controlling intake air for control of turbo-charged or super-charged engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/24—Control of the pumps by using pumps or turbines with adjustable guide vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/22—Control of the pumps by varying cross-section of exhaust passages or air passages, e.g. by throttling turbine inlets or outlets or by varying effective number of guide conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/04—Engine intake system parameters
    • F02D2200/0406—Intake manifold pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/04—Engine intake system parameters
    • F02D2200/0406—Intake manifold pressure
    • F02D2200/0408—Estimation of intake manifold pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/70—Input parameters for engine control said parameters being related to the vehicle exterior
    • F02D2200/703—Atmospheric pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1448—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an exhaust gas pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1448—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an exhaust gas pressure
    • F02D41/145—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an exhaust gas pressure with determination means using an estimation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the operating point of an exhaust gas turbine of an internal combustion engine, wherein the exhaust gas turbine has a variable flow geometry and the flow geometry of the exhaust gas turbine is adjusted with a controller over a controlled variable for the operating point.
  • the invention further relates to a control unit for carrying out such a method.
  • the operating point of an exhaust gas turbocharger with variable turbine geometry (VTG) or flow geometry is set via a desired value for the boost pressure.
  • This setpoint is calculated as a function of the load and the speed from a map and corrected or limited ambient conditions (temperature, atmospheric pressure, ...) and temperature in the charge air line.
  • ambient conditions temperature, atmospheric pressure, ...) and temperature in the charge air line.
  • For a continuous control is a steady connection - without change of sign - between the change of the position of the actuator of the variable turbine geometry and the self-adjusting charge pressure condition. Under certain operating conditions, however, this relationship is reversed, which has adverse effects on the regime.
  • the object of the invention is to easily control the operating point of an exhaust gas turbocharger in each operating range of the internal combustion engine.
  • the controlled variable is a function of the boost pressure P 2 in a charge air line and a correction factor K F , where:
  • the invention thus makes it possible to eliminate the ambiguities in the regulation of the exhaust gas turbocharger and to optimally adjust the actuator of the variable flow geometry to the required values.
  • the correction factor KF is preferably a function of the ratio of the pressure P 3 in an inlet flow path of the exhaust gas turbine and at least one pressure reference value X, where:
  • X / P 3 * P 2 is thus used as the controlled variable NF, wherein different pressure values can be used for X.
  • the use of this controlled variable makes it possible in a simple and reliable manner to regulate the operating point of the exhaust gas turbine or its Anströmungsgeometrie, especially if no continuous relationship or a change in the sign between the change in position of the actuator of the variable Turbinenan- flow geometry and the adjusting boost pressure is present.
  • the pressure P 3 in the inlet flow path of the exhaust gas turbine can be measured or modeled on the basis of other measured values.
  • the pressure P 4 in the outlet flow path of the exhaust gas turbine can be used for the modeling, and the pressure difference across the exhaust gas turbine (P 3 -P 4 ) can be added.
  • this pressure difference is modeled via the exhaust gas turbine using the values of exhaust gas mass flow via the exhaust gas turbine, turbine speed and position of the flow geometry (VTG position).
  • the pressure P 4 in the outlet flow path of the exhaust gas turbine is measured or modeled on the basis of measured values.
  • P 4 can be added by adding the ambient pressure Po and the pressure difference via the exhaust aftertreatment system (P 4 -Po).
  • this pressure difference is modeled via the exhaust aftertreatment system on the basis of other measured values, such as, for example, temperature in the outlet flow path, exhaust gas mass flow and state of the exhaust gas aftertreatment (eg loading of a DPF).
  • the method can be carried out with little cost of materials in a control unit of the internal combustion engine and sensors can be partially eliminated.
  • the object of the invention can be conveniently solved with an aforementioned control unit for an internal combustion engine for carrying out the method described above, wherein the internal combustion engine has at least one exhaust gas turbine with variable Anströmungsgeometrie and adjustable the Anströmungsgeometrie the exhaust gas turbine with a controller over a controlled variable for the operating point of an exhaust gas turbine is.
  • the controlled variable at least one first pressure sensor in a charge air line and / or or a second pressure sensor in an inlet flow path of the exhaust gas turbine and / or a third pressure sensor in an outlet flow path of the exhaust gas turbine and / or a fourth pressure sensor in the vicinity of the internal combustion engine.
  • FIGS. Dari n show:
  • FIG. 1 is an illustration of the undesirable boost pressure change by position of the variable turbine inflow geometry
  • Fig. Figure 2 shows the boost pressure versus the degree of opening of the variable turbine flow geometry
  • FIG. 3 shows the controlled variable determined by the method according to the invention, plotted against the degree of opening of the variable turbine inflow geometry
  • Fig. 4 schematically shows an internal combustion engine including control unit for the
  • Fig. 1 the temporal course of the charging pressure P 2, the input let air mass flow ⁇ , the position SEGR a Abgasschreib technologicalventi ls and the position SVGT a Stel toddlers are Exem plarisch (also VTG positioner hereinafter) of the variable Turbi ⁇ nenanströmgeometrie (VTG) applied.
  • VTG positioner also VTG positioner hereinafter
  • VTG positioner also VTG positioner hereinafter
  • VTG positioner Turbi ⁇ nenanströmgeometrie
  • the mentioned Maximu m occurs at an opening degree OG of 0.4.
  • the undesirable change in the charge pressure P2 is now due to the fact that it is for a boost pressure value - in Fig. 2, the value 1.5 - two opening Stel ments OG on both sides of the Maxim by P 2 M and therefore ⁇ no unambiguous state can be set for the exhaust gas turbocharger.
  • the controlled variable NF is now plotted against the opening degree OG of the variable turbine geometry for different positions of the EGR valve (20%, 25%,... 70%, 80% -represented in FIG. 3 by the corresponding percentage value).
  • the associated engine assembly 100 is shown in FIG. 4 shown.
  • the control variable N F is composed according to the invention of the boost pressure P2 and a correction factor KF:
  • This correction factor KF is formed from the reverse pressure ratio across the exhaust turbine 5.
  • Both the pressure P 3 in the inlet flow path 4 a of the exhaust gas turbine 5 and the pressure P 4 in the outlet flow path 4 b of the exhaust gas turbine 5 can either be measured directly or modeled using other measured values.
  • the known ambient pressure Po and / or the pressure P 4 in the outlet flow path 4b can be used, for example.
  • P 3 would then be, for example P 4 + the pressure drop across the exhaust turbine 5, which is determined based on, for example, the temperature, the exhaust gas mass flow through the exhaust turbine 5, turbine speed and position of the VTG actuator.
  • the exhaust gas mass flow is determined via the measured fresh air and fuel masses.
  • the pressure P 4 can be modeled from the ambient pressure Po and the pressure drop via a possibly existing exhaust aftertreatment device 15.
  • control variable NF has no extreme values and a continuous course without reversal of the sign above the illustrated opening degree OG of the variable turbine flow geometry VTG.
  • NF is much better than controlled variable suitable as the boost pressure P 2 alone.
  • control variable NF By using the control variable NF, a much simpler and more accurate regulation of the variable turbine geometry over the entire operating range can be achieved - compared to known methods, which rely only on the boost pressure P 2 as a controlled variable.
  • the control variable NF is composed of the boost pressure P 2 , the pressure P 3 in the inlet flow path 4 a of the exhaust gas turbine 5 and the pressure P 4 in the outlet flow path 4 b of the exhaust gas turbine 5.
  • FIG. 4 schematically shows an internal combustion engine arrangement 100 with internal combustion engine 1 having an inlet line 3 upstream of the compressor 12, a charge air line 2 downstream of the compressor 12, an exhaust gas turbine 5 with variable turbine geometry VTG, which together with the compressor 12 forms the turbocharger 6 (dashed box to exhaust turbine 5 and compressor 12) and an outlet strand 4.
  • the Turbinenanströmgeometrie and the associated VTG controller are not shown for reasons of clarity.
  • an air filter 14 and in the charge air line 2, a charge air cooler 13 is provided in the inlet strand 3 in the illustrated embodiment.
  • an exhaust gas aftertreatment device 15 In exhaust duct 4 downstream of the exhaust gas turbine, an exhaust gas aftertreatment device 15, which is not explained in more detail, is arranged.
  • an EGR line 10 extends with an EGR valve 11.
  • the pressure P 3 in the inlet flow path 4 a of the exhaust gas turbine 5 and the pressure P 4 in the outlet flow path 4 b of the exhaust gas turbine 6 pressure transducers 7, 8, 9 are provided, which are connected to an electronic control unit ECU.
  • the first pressure transducer 7 is arranged in the charge air line 2 and measures the boost pressure P 2
  • the second pressure transducer 8 for measuring the pressure P 3 is arranged in the inlet flow path 4a
  • the third pressure transducer 9 for measuring the pressure P 4 in the outlet flow path 4b may be provided, which receives the ambient pressure Po in an environment of the internal combustion engine arrangement outside of a schematically represented boundary 17.
  • the pressure P 4 can also be modeled, for example, with the aid of the measurement of the ambient pressure Po and the modeling and measurement of the pressure drop via the downstream exhaust gas aftertreatment system 15. Furthermore, instead of the second pressure transducer 8, the pressure P 3 can also be calculated with the aid of P 4 and the modeled pressure drop across the turbine.
  • the adjustment of the Anströmgeometrie the exhaust gas turbine 5 and thus control of the operating point of the exhaust gas turbine 5 is then via the control unit ECU, as shown by the dashed line between the control unit ECU and turbocharger 6.
  • Other control sections such as the EGR valve 11 are not shown for reasons of clarity.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Betriebspunktes einer Abgasturbine (5) mit variabler Anströmungsgeometrie einer Brennkraftmasch ine (1), wobei d ie Anströmungsgeometrie der Abgasturbine (5) mit einem Steller über eine Regelgröße ( NF) für den Betriebspunkt eingestellt wird. Um auf einfache Weise den Betriebspunkt der Abgasturbine (5) zu regeln, wird vorgeschlagen, dass die Regelgröße ( NF) eine Funktion des Ladedruckes P2 und eines Korrekturfaktors KF ist, wobei gilt: NF = KF x P2Der Korrekturfaktor KF ist eine Funktion des Verhältnisses des Drucks in einem Eintrittsströmungsweg der Abgasturbine P3 und eines Referenzwertes X, wobei gilt: KF = ( 1 / P3 ) x X Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Steuerungseinheit ( ECU) zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Description

Verfahren zur Regelung des Betriebspunktes einer Abgasturbine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Betriebspunktes einer Abgasturbine einer Brennkraftmaschine, wobei die Abgasturbine eine variable An- strömungsgeometrie aufweist und die Anströmungsgeometrie der Abgasturbine mit einem Steller über eine Regelgröße für den Betriebspunkt eingestellt wird . Die Erfindung betrifft weiters eine Steuerungseinheit zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
Üblicherweise wird der Betriebspunkt eines Abgasturboladers mit variabler Turbinengeometrie (VTG) bzw. Anströmungsgeometrie über einen Sollwert für den Ladedruck eingestellt. Dieser Sollwert wird dabei als Funktion der Last und der Drehzahl aus einem Kennfeld berechnet und über Umgebungsbedingungen (Temperatur, Atmosphärendruck, ...) und Temperatur in der Ladeluftleitung korrigiert oder lim itiert. Für eine kontinuierliche Regelung ist ein stetiger Zusammenhang - ohne Vorzeichenwechsel - zwischen der Änderung der Position des Stellers der variablen Turbinengeometrie und des sich einstellenden Ladedrucks Voraussetzung. Unter bestimmten Betriebsbedingungen kommt es jedoch zu einer Umkehrung dieses Zusammenhangs, was nachteilige Auswirkungen auf die Regelung hat.
Aufgabe der Erfindung ist es, auf einfache Weise in jedem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine den Betriebspunkt eines Abgasturboladers zu regeln .
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Regelgröße eine Funktion des Ladedruckes P2 in einer Ladeluftleitung und eines Korrekturfaktors KF ist, wobei gilt:
N F=KF*P2.
Die Erfindung erlaubt damit ein Ausnehmen der Mehrdeutigkeiten in der Regelung des Abgasturboladers und optimales Einstellen des Stellers der variablen Anströmungsgeometrie auf die benötigten Werte.
Vorzugsweise ist der Korrekturfaktor KF dabei eine Funktion des Verhältnisses des Druckes P3 in einem Eintrittsströmungsweg der Abgasturbine und zumindest eines Druckreferenzwertes X, wobei gilt:
KF=(1/P3)*X. In einer Variante der Erfindung wird der Druckreferenzwert X aus einem der folgenden Werte gewählt: Druckwert auf Meeresniveau mit X=l; Druck P4 im Austrittsströmungsweg der Abgasturbine ist mit X=P4; Umgebungsdruck Po in der Umgebung der Brennkraftmaschine (1) mit X=Po.
Als Regelgröße NF wird somit der Ausdruck X/P3*P2 verwendet, wobei für X verschiedene Druckwerte herangezogen werden können. Die Verwendung dieser Regelgröße ermöglicht es auf einfache und zuverlässige Weise, den Betriebspunkt der Abgasturbine bzw. deren Anströmungsgeometrie zu regeln, insbesondere auch dann, wenn kein stetiger Zusammenhang bzw. eine Änderung des Vorzeichens zwischen der Änderung der Position des Stellers der variablen Turbinenan- strömungsgeometrie und dem sich einstellenden Ladedruck vorliegt.
In weiteren Varianten der Erfindung kann dabei der Druck P3 im Eintrittsströmungsweg der Abgasturbine gemessen oder anhand von anderen Messwerten modelliert werden. Zur Modellierung können dabei beispielsweise der Druck P4 im Austrittsströmungsweg der Abgasturbine herangezogen und die Druckdifferenz über die Abgasturbine (P3 - P4) addiert werden. Vorzugsweise wird dabei diese Druckdifferenz über die Abgasturbine unter Verwendung der Werte von Abgasmassenstrom über die Abgasturbine, Turbinendrehzahl und Stellung der Anströmungsgeometrie (VTG-Stellung) modelliert.
In einer Variante der Erfindung wird der Druck P4 im Austrittsströmungsweg der Abgasturbine gemessen oder anhand von Messwerten modelliert. Bei der Modellierung kann P4 durch Addition des Umgebungsdruckes Po und der Druckdifferenz über das Abgasnachbehandlungsystem (P4 - Po) addiert werden. Vorzugsweise wird dabei diese Druckdifferenz über Abgasnachbehandlungsystem anhand von anderen Messwerten wie z.B. Temperatur im Austrittsströmungsweg, Abgasmassenstrom und Zustand der Abgasnachbehandlung (z.B. Beladung eines DPF) modelliert.
Damit kann das Verfahren mit geringem Materialaufwand in einer Steuereinheit der Brennkraftmaschine durchgeführt werden und Sensoren können teilweise entfallen.
Die Aufgabe der Erfindung lässt sich günstigerweise mit einer eingangs erwähnten Steuerungseinheit für eine Brennkraftmaschine zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens lösen, wobei die Brennkraftmaschine zumindest eine Abgasturbine mit variabler Anströmungsgeometrie aufweist und die Anströmungsgeometrie der Abgasturbine mit einem Steller über eine Regelgröße für den Betriebspunkt einer Abgasturbine einstellbar ist. Zur Ermittlung der Regelgröße ist/sind zumindest ein erster Druckaufnehmer in einer Ladeluftleitung und/ oder zum indest ein zweiter Druckaufnehmer in einem Einlassströmungsweg der Abgasturbine und/oder zum indest ein dritter Druckaufnehmer i n einem Auslass- ström ungsweg der Abgasturbine und/oder zum indest ein vierter Druckaufnehmer im Bereich der Umgebung der Brennkraftmaschine angeordnet.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels das in Figuren dargestel lt ist, näher erläutert. Dari n zeigen :
Fig . 1 eine Veranschaulichung der unerwünschten Ladedruckänderung durch Stellung der variablen Turbinenanström ungsgeometrie;
Fig . 2 den Ladedruck über den Öffnungsgrad der variablen Turbinenanström ungsgeometrie;
Fig . 3 die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erm ittelte Regelgröße, aufgetragen über dem Öffnungsgrad der variablen Turbinenanströmungsgeometrie; und
Fig . 4 schematisch eine Brennkraftmaschine samt Steuereinheit für die
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Fig . 1 sind exem plarisch der zeitliche Verlauf des Ladedruckes P2, der Ein- lassluftmassenstrom ΓΤΙΕ, die Stellung SEGR eines Abgasrückführventi ls und die Stellung SVGT eines Stel lers (nachfolgend auch VTG-Steller) der variablen Turbi¬ nenanströmgeometrie (VTG) aufgetragen . In Bereichen M P1 und M P2 erfolgt eine unerwünschte Änderung, insbesondere jeweils Abnahme (im mer Änderung in negativer Richtung) des Ladedruckes P2 durch Änderung der Stel lung des VTG- Stellers sowohl in positiver als auch negativer Richtung .
Wie in Fig . 2 dargestellt ist weist der über den Öffnungsgrad OG der variablen Turbinenanströmgeometrie VGT aufgetragene Verlauf des Ladedruckes P2 ein Maxim um P2M auf, bei dem maximale Verdichtungsleistung des Kompressors er¬ zielt wird . Ein Wert von OG= 1,0 bedeutet dabei, dass es kaum zu einer Strö¬ mungsbeeinflussung in der Anström ung der Abgasturbine 5 kommt, so dass dort Strömungsgeschwindigkeit und Druckabfall m in imal sind . Geringe Werte von OG bedeuten im Gegenzug hohe Strömungsgeschwindigkeiten und hohen Druckabfal l .
Im in Fig . 2 dargestel lten Beispiel tritt das erwähnte Maximu m bei einem Öffnungsgrad OG von 0,4 auf. Die unerwünschte Änderung des Ladedruckes P2 ist nun darauf zurückzuführen, dass es für einen Ladedruckwert - i n Fig . 2 der Wert 1,5 - zwei Öffnungsstel lungen OG beiderseits des Maxim ums P2M gibt und des¬ halb kein eindeutiger Zustand für den Abgasturbolader eingestellt werden kann . In Fig . 3 ist nun die Regelgröße N F über dem Öffnungsgrad OG der variablen Turbinengeometrie für verschiedene Stellungen des EGR-Ventils (20%, 25%, ... 70%, 80% - in Fig . 3 jeweils vermerkt durch den entsprechenden Prozentwert) aufgetragen . Die zugehörige Brennkraftmaschinenanordnung 100 ist in Fig . 4 dargestellt.
Die Regelgröße N F setzt sich erfindungsgemäß aus dem Ladedruck P2 und einem Korrekturfaktor KF zusammen :
N F=KF*P2.
Dieser Korrekturfaktor KF wird aus dem umgekehrten Druckverhältnis über der Abgasturbine 5 gebildet. Dabei kommen der Druck P3 im Eintrittsströmungsweg 4a der Abgasturbine 5 und zumindest ein Druckreferenzwert X nach folgendem Zusammenhang zum Einsatz : KF=(1/P3)*X.
X kann dabei aus einem der folgende Werte gewählt werden : Druckwert auf Meeresniveau mit X= l (entspricht 1 bar); Druck P4 in einem Ausströmungsweg 4b der Abgasturbine mit X= P4; Umgebungsdruck Po in der Umgebung der Brennkraftmaschinenanordnung 100.
Sowohl der Druck P3 im Eintrittsströmungsweg 4a der Abgasturbine 5 als auch der Druck P4 im Austrittsströmungsweg 4b der Abgasturbine 5 können dabei entweder direkt gemessen oder anhand anderer Messwerte modelliert werden .
Zur Modellierung des Drucks P3 im Eintrittsströmungsweg 4a können dabei beispielsweise der bekannte Umgebungsdruck Po und/oder der Druck P4 im Austrittsströmungsweg 4b herangezogen werden . P3 wäre dann beispielsweise P4 + dem Druckabfall über die Abgasturbine 5, der anhand beispielsweise der Temperatur, dem Abgasmassenstrom über die Abgasturbine 5, Turbinendrehzahl und Position des VTG-Stellers ermittelt wird. Der Abgasmassenstrom wird dabei über die gemessenen Frischluft- und Kraftstoffmassen ermittelt.
Ähnlich kann der Druck P4 aus dem Umgebungsdruck Po und dem Druckabfall über eine eventuell vorhandene Abgasnachbehandlungseinrichtung 15 modelliert werden .
Derartige Modellierungen sind dem Fachmann bekannt; jedenfalls ist nicht die Messung jedes der oben genannten Druckwerte von Nöten, um das erfindungsgemäße Verfahren durchführen zu können .
Im Detail ist der Korrekturfaktor KF in einem Ausführungsbeispiel wie folgt definiert: KF=P4/P3.
Wie aus Fig. 3 erkennbar ist, weist die Regelgröße NF über dem dargestellten Öffnungsgrad OG der variablen Turbinenanströmungsgeometrie VTG keine Extremwerte und einen stetigen Verlauf ohne Umkehrung des Vorzeichens auf. Somit ist N F viel besser als Regelgröße geeignet als der Ladedruck P2 alleine.
Unter Verwendung der Regelgröße NF lässt sich - im Vergleich zu bekannten Verfahren, die sich nur auf den Ladedruck P2 als Regelgröße stützen - eine viel einfachere und genauere Regelung der variablen Turbinengeometrie über den gesamten Betriebsbereich erreichen.
Die Regelgröße N F setzt sich aus dem Ladedruck P2, dem Druck P3 im Eintrittsströmungsweg 4a der Abgasturbine 5 und dem Druck P4 im Austrittsströmungsweg 4b der Abgasturbine 5 zusammen.
Fig. 4 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschinenanordnung 100 mit Brennkraftmaschine 1 mit einem Einlassstrang 3 vor dem Verdichter 12, einer Ladeluftleitung 2 nach dem Verdichter 12, einer Abgasturbine 5 mit variabler Turbi- nenanströmgeometrie VTG, welche zusammen mit dem Verdichter 12 den Turbolader 6 (strichlierter Kasten um Abgasturbine 5 und Verdichter 12) darstellt und einem Auslassstrang 4. Die Turbinenanströmgeometrie und der zugehörige VTG- Steller sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Im Einlassstrang 3 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel des Weiteren ein Luftfilter 14 und in der Ladeluftleitung 2 ein Ladeluftkühler 13 vorgesehen. Im Auslassstrang 4 ist stromabwärts der Abgasturbine eine nicht näher erläuterte Abgasnachbehandlungseinrichtung 15 angeordnet. Zwischen Eintrittsströmungsweg 4a der Abgasturbine und Ladeluftleitung 2 verläuft eine EGR-Leitung 10 mit einem EGR-Ventil 11.
Für die Messung des Ladedrucks P2, des Drucks P3 im Eintrittsströmungsweg 4a der Abgasturbine 5 und des Drucks P4 im Austrittsströmungsweg 4b der Abgasturbine 6 sind Druckaufnehmer 7, 8, 9 vorgesehen, welche mit einer elektronischen Steuerungseinheit ECU verbunden sind. Der erste Druckaufnehmer 7 ist in der Ladeluftleitung 2 angeordnet und misst den Ladedruck P2, der zweite Druckaufnehmer 8 zur Messung des Drucks P3 ist im Eintrittsströmungsweg 4a und der dritte Druckaufnehmer 9 zur Messung des Drucks P4 im Austrittsströmungsweg 4b angeordnet. Zusätzlich kann ein vierter Druckaufnehmer 16 vorgesehen sein, der den Umgebungsdruck Po in einer Umgebung der Brennkraftmaschinenanordnung außerhalb einer schematisch dargestellten Begrenzung 17 aufnimmt. Wie oben beschrieben sind nicht alle dargestellten Druckaufnehmer 7, 8, 9, 16 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens notwendig. Anstatt des dritten Druckaufnehmers 9 kann der Druck P4 beispielsweise auch mit Hilfe der Messung des Umgebungsdruckes Po und der Modellierung und Messung des Druckabfalles über das nachgeschaltete Abgasnachbehandlungssystem 15 auch modelliert werden. Weiters kann anstatt des zweiten Druckaufnehmers 8 der Druck P3 auch mit Hilfe von P4 und dem modellierten Druckabfall über die Turbine berechnet werden.
Die Einstellung der Anströmgeometrie der Abgasturbine 5 und damit Regelung des Betriebspunktes der Abgasturbine 5 erfolgt dann über die Steuerungseinheit ECU, wie durch die strichlierte Linie zwischen Steuerungseinheit ECU und Turbolader 6 dargestellt ist. Weitere Regelungsstrecken wie beispielsweise des EGR- Ventils 11 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zur Regelung des Betriebspunktes einer Abgasturbine (5) einer Brennkraftmaschine (1), wobei die Abgasturbine (5) eine variable Anströ- mungsgeometrie aufweist und die Anströmungsgeometrie mit einem Steller über eine Regelgröße (N F) für den Betriebspunkt eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelgröße (NF) eine Funktion des Ladedruckes P2 in einer Ladeluftleitung (2) und eines Korrekturfaktors KF ist, wobei gilt:
NF=KF*P2
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturfaktor KF eine Funktion des Verhältnisses des Drucks (P3) in einem Eintrittsströmungsweg (4a) der Abgasturbine (5) und zumindest eines Druckreferenzwertes (X) ist, wobei gilt: KF=(1/P3)*X.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckreferenzwert (X) aus einem der folgenden Werte gewählt wird : Druckwert auf Meeresniveau mit X= l; Druck (P4) im Austrittsströmungsweg (4b) der Abgasturbine (5) ist mit X=P4; Umgebungsdruck Po in der Umgebung der Brennkraftmaschine (1) mit X=Po.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck (P3) im Eintrittsströmungsweg (4a) der Abgasturbine (5) gemessen oder anhand von anderen Messwerten modelliert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck (P4) im Austrittsströmungsweg (4b) der Abgasturbine (5) gemessen oder anhand von anderen Messwerten modelliert wird.
6. Steuerungseinheit (ECU) für eine Brennkraftmaschine (1) mit zumindest einer Abgasturbine mit variabler Anströmungsgeometrie, wobei die Anströmungsgeometrie der Abgasturbine (5) mit einem Steller über eine Regelgröße (NF) für den Betriebspunkt einer Abgasturbine (5) einstellbar ist, zur Durchführung eines Verfahrens zur Regelung des Betriebspunktes der Abgasturbine (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Regelgröße (NF) zumindest ein erster Druckaufnehmer (7) in einer Ladeluftleitung (2) und/oder zumindest ein zweiter Druckaufnehmer (8) in einem Eintrittsströmungsweg (4a) der Abgasturbine (5) und/oder zumindest ein dritter Druckaufnehmer (9) in einem Austrittsströmungsweg (4b) der Abgasturbine (5) und/oder zumindest ein vierter Druckaufnehmer (16) im Bereich der Umgebung der Brennkraftmaschine (1) angeordnet ist/sind.
PCT/AT2016/050080 2015-03-30 2016-03-30 Verfahren zur regelung des betriebspunktes einer abgasturbine WO2016154650A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112016001463.5T DE112016001463A5 (de) 2015-03-30 2016-03-30 Verfahren zur Regelung des Betriebspunktes einer Abgasturbine

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA50251/2015A AT517033B1 (de) 2015-03-30 2015-03-30 Verfahren zur regelung des betriebspunktes einer abgasturbine
ATA50251/2015 2015-03-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016154650A1 true WO2016154650A1 (de) 2016-10-06

Family

ID=55750265

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/AT2016/050080 WO2016154650A1 (de) 2015-03-30 2016-03-30 Verfahren zur regelung des betriebspunktes einer abgasturbine

Country Status (3)

Country Link
AT (1) AT517033B1 (de)
DE (1) DE112016001463A5 (de)
WO (1) WO2016154650A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000020746A1 (en) * 1998-10-02 2000-04-13 Caterpillar Inc. Device for controlling a variable geometry turbocharger
US6067800A (en) * 1999-01-26 2000-05-30 Ford Global Technologies, Inc. Control method for a variable geometry turbocharger in a diesel engine having exhaust gas recirculation
EP1024272A1 (de) * 1999-01-26 2000-08-02 Ford Global Technologies, Inc. Steuerungsverfahren für einen turboaufgeladenen Dieselmotor mit Abgasrückführung
WO2001055575A1 (en) * 2000-01-25 2001-08-02 International Engine Intellectual Property Company, Llc Control of a variable geometry turbocharger by sensing exhaust pressure
EP2703626A2 (de) * 2012-08-28 2014-03-05 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Steuerverfahren und Steuervorrichtungen für Verbrennungsmotoren

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5123246A (en) * 1991-01-25 1992-06-23 Mack Trucks, Inc. Continuously proportional variable geometry turbocharger system and method of control
GB9611015D0 (en) * 1996-05-25 1996-07-31 Holset Engineering Co Variable geometry turbocharger control
US6681573B2 (en) * 2002-02-05 2004-01-27 Honeywell International Inc Methods and systems for variable geometry turbocharger control

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000020746A1 (en) * 1998-10-02 2000-04-13 Caterpillar Inc. Device for controlling a variable geometry turbocharger
US6067800A (en) * 1999-01-26 2000-05-30 Ford Global Technologies, Inc. Control method for a variable geometry turbocharger in a diesel engine having exhaust gas recirculation
EP1024272A1 (de) * 1999-01-26 2000-08-02 Ford Global Technologies, Inc. Steuerungsverfahren für einen turboaufgeladenen Dieselmotor mit Abgasrückführung
WO2001055575A1 (en) * 2000-01-25 2001-08-02 International Engine Intellectual Property Company, Llc Control of a variable geometry turbocharger by sensing exhaust pressure
EP2703626A2 (de) * 2012-08-28 2014-03-05 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Steuerverfahren und Steuervorrichtungen für Verbrennungsmotoren

Also Published As

Publication number Publication date
DE112016001463A5 (de) 2018-01-11
AT517033A1 (de) 2016-10-15
AT517033B1 (de) 2018-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1809876B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur steuerung oder regelung des ladedrucks einer brennkraftmaschine mit einem verdichter
EP1247016B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur steuerung einer brennkraftmaschine mit einem luftsystem
DE102014216251B4 (de) Lernen der übertragungsfunktion des hubs des agr-ventils und der strömung des agr-ventils
EP1179128B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur regelung des ladedrucks einer brennkraftmaschine
DE112007003414B4 (de) Regelung einer Kraftfahrzeug-Verbrennungskraftmaschine
WO2008131789A1 (de) Regelungssystem zur regelung der abgasrückführrate mittels virtuellem nox-sensors mit adaption über einen nox sensor
DE102015211808A1 (de) Steuervorrichtung für Verbrennungskraftmaschine
DE102004004490A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Abgasturboladern
DE102009055236B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Regelung eines Abgasturboladers
DE10352467A1 (de) Verfahren zur Steuerung mindestens eines Stellgliedes in einer Massenstromleitung
DE10115750B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung und/oder Diagnose eines einen Massenstrom beeinflussenden Steuersystems
EP1623103A1 (de) Verfahren zur drehzahl überwachung eines bi-turboladers
DE102019209028A1 (de) Steuervorrichtung für Verbrennungsmotor
DE102010038326B4 (de) Erhöhung des Abgasrückführstroms oder der Abgasrückführrate bei bereits offenem Abgasrückführventil
EP3543514A1 (de) Verfahren und regelkreis zum bestimmen einer stellgrösse zum einstellen eines saugrohrdrucks
DE19723639B4 (de) Automobilaktuatorschnittstelle
DE10356713B4 (de) Verfahren zur Regelung bzw. Steuerung einer in einem Kreisprozess arbeitenden Brennkraftmaschine
DE19810174C1 (de) Vorrichtung zum Regeln des Ladedrucks einer Brennkraftmaschine mit zwei Abgasturboladern
DE102009055120A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung einer Onboard-Diagnose
DE102014214438B3 (de) Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr zur Einstellung eines gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors
WO2016154650A1 (de) Verfahren zur regelung des betriebspunktes einer abgasturbine
DE102007012340B3 (de) Verfahren zum Ermitteln und Einregeln des Luftmassenstroms im Saugrohr eines Verbrennungsmotors sowie zugehöriges Steuergerät
DE102007021414B4 (de) Verfahren zur Einstellung der Füllung einer Verbrennungskraftmaschine
EP1672203A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Motorsteuerung bei einem Kraftfahrzeug
WO2017182254A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur einstellung des massenstromes eines abgasrückführventils

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16715995

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 112016001463

Country of ref document: DE

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R225

Ref document number: 112016001463

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16715995

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1