WO2017012682A1 - Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine, steuereinrichtung für eine brennkraftmaschine, und brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine, steuereinrichtung für eine brennkraftmaschine, und brennkraftmaschine Download PDF

Info

Publication number
WO2017012682A1
WO2017012682A1 PCT/EP2016/000901 EP2016000901W WO2017012682A1 WO 2017012682 A1 WO2017012682 A1 WO 2017012682A1 EP 2016000901 W EP2016000901 W EP 2016000901W WO 2017012682 A1 WO2017012682 A1 WO 2017012682A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
determined
internal combustion
combustion engine
charge air
compressor
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2016/000901
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Walder
Andreas Flohr
Roland Werner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rolls Royce Solutions GmbH
Original Assignee
MTU Friedrichshafen 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 MTU Friedrichshafen GmbH filed Critical MTU Friedrichshafen GmbH
Publication of WO2017012682A1 publication Critical patent/WO2017012682A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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
    • 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
    • F02D2200/0402—Engine intake system parameters the parameter being determined by using a model of the engine intake or its components
    • 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
    • F02D2200/0414—Air temperature
    • 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
    • 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 operating an internal combustion engine, a
  • Control device for an internal combustion engine and an internal combustion engine is a control device for an internal combustion engine and an internal combustion engine.
  • Compressor outlet temperature of the charge air and / or to prevent excessive speed it is possible to limit power generation of the internal combustion engine, taking into account pessimistic conditions and conditions of use to a value considered safe.
  • the disadvantage here is that but the performance of the internal combustion engine, in particular their rated power, then can not be fully exploited, even if this would allow the concrete use and environmental conditions in itself. It is also possible to use a temperature sensor and / or a speed sensor, with
  • the invention is based on the object, a method for operating a
  • the object is achieved in particular by providing a method in which a Brennl aftmaschine is operated, which has a compressor, wherein a Intake air temperature of intake air is determined, which is supplied to the compressor. An intake air pressure of the intake air supplied to the compressor is determined. Furthermore, a first charge air pressure of a charge air downstream of the compressor is determined. It is a maximum power for the Brerinkraftmaschine depending on the determined
  • the internal combustion engine is controlled so that it generates at most the determined maximum power. It is possible in this way to limit or reduce the power generation of the internal combustion engine to the determined maximum power, wherein damage to the compressor due to a high charge air temperature and / or too high a speed largely prevented, preferably can be prevented.
  • Maximum power is advantageously set so that too high a temperature of the charge air and / or too high a speed at which / would damage the compressor should be avoided is / will be avoided.
  • Temperature sensor at the outlet of the compressor can be dispensed with, whereby the process is inexpensive and less prone to error feasible.
  • an immediate measurement of the speed of the compressor for example by means of a
  • the maximum power is thus advantageously determined for limiting the temperature of the charge air and / or the rotational speed.
  • the maximum power is exclusively dependent on the determined
  • a “compressor” is understood here and below to mean a device which is set up and provided to compress at least one combustion chamber of the internal combustion engine supplied combustion air or a combustion air-fuel mixture, but preferably pure combustion air without fuel a single-stage or multi-stage compressor or one-stage multi-stage compressor
  • the compressor is formed as part of a compressor, wherein a
  • Compressor of the compressor is preferably driven by a drive device, such as an electric motor.
  • a drive device such as an electric motor.
  • the compressor is designed as part of an exhaust gas turbocharger, wherein a compressor wheel of the compressor is preferably driven by a turbine, in particular by a turbine wheel, which is flowed by exhaust gas of the internal combustion engine.
  • intake air is understood to mean combustion air and / or a combustion air / fuel mixture, but preferably pure combustion air without fuel, which / which is fed to the compressor, preferably drawn by the compressor. but also to pre-compressed air from a previous compressor stage, in particular an upstream compressor.
  • Compressor supplied intake air understood, in particular the temperature of the intake air at the location of the compressor inlet or upstream thereof. It is possible that as
  • Intake air temperature is the ambient temperature of the internal combustion engine is used, or that the intake air temperature is estimated or determined based on the ambient temperature of the internal combustion engine. But it is also possible that a temperature sensor
  • intake air pressure is understood to mean the pressure of the intake air supplied to the compressor at the location of the compressor inlet or upstream of the compressor.
  • certain ambient air pressure is used to determine the intake air pressure, wherein for determining the intake air pressure particularly preferably a dropping over an air filter pressure loss and / or a Ansaug- pressure loss of a Ansaugverrohrung for directing the intake air to the compressor from the ambient pressure becomes.
  • charge air refers to a pressure of the compressed air from the compressor downstream of the compressor, in particular a pressure which prevails immediately upstream of a combustion chamber of the internal combustion engine, with which therefore the charge air
  • Combustion chamber is supplied, in particular a pressure immediately upstream of a
  • Inlet valve of the combustion chamber or a pressure immediately downstream of the compressor, in particular at the compressor outlet. It is possible that these charge air pressures are at least largely identical, in particular if no intercooler is provided. If, however, pressure-loss-producing elements, for example a charge air cooler, are present in the charge air path from the compressor to the at least one combustion chamber, the two charge air pressures described above differ. The first charge air pressure is then
  • Verdi chteraustrittstemperatur or too high a speed is to be feared. It is at the maximum power so in particular an upper limit for the output from the engine power. Accordingly, the internal combustion engine is preferably controlled so that it generates at most the determined maximum power to the compressor before a
  • the maximum power is below Standard conditions coincides with the rated power of the internal combustion engine.
  • the result of the method is preferably a reduced maximum power, which is smaller than the nominal power. The actual output power of the internal combustion engine is thus limited in order to avoid damage or destruction of the compressor.
  • An embodiment of the method is preferred, which is characterized in that the charge air is cooled by means of a charge air cooler, wherein the first charge air pressure of the cooled charge air downstream of the charge air cooler is determined, and wherein a pressure difference which drops across the intercooler, is determined. There is a second charge air pressure to
  • the intercooler including in particular a
  • an internal combustion engine has a pressure sensor for detecting the first charge air pressure downstream of the charge air cooler, wherein no separate pressure sensor for detecting the second charge air pressure upstream of the charge air cooler
  • sensors provided on the internal combustion engine for the method can anyway be used if the second charge air pressure is not measured, but from the first charge air pressure and the pressure difference across the engine
  • the second charge air pressure is then ultimately used to determine the maximum power for the internal combustion engine.
  • This is advantageous because both the charge air temperature at the compressor outlet and the speed of the compressor and thus ultimately also the maximum power in particular depends on a pressure ratio that is established above the compressor.
  • the second charge air pressure can thus be determined in a particularly simple and comfortable way.
  • the sensor for detecting the first charge air pressure has to meet only low requirements in terms of its temperature resistance, since the charge air downstream of the intercooler has a comparatively low temperature. This is inexpensive and particularly advantageous in comparison with a temperature sensor which would be arranged directly for determining the second charge air pressure upstream of the charge air cooler.
  • An embodiment of the method is also preferred, which is characterized in that the intake air temperature is determined as a function of an ambient air temperature, the ambient air temperature prevailing in an environment of the internal combustion engine.
  • the ambient air temperature can be particularly easy and inexpensive outside of the
  • the intake air temperature in particular at
  • Compressor input is approximated by the ambient air temperature. This is especially possible because the deviation of the ambient air temperature from the
  • Intake air temperature at the compressor inlet is usually very low and negligible.
  • An embodiment of the method is also preferred, which is characterized in that the intake air pressure is determined as a function of an ambient air pressure prevailing in the surroundings of the internal combustion engine.
  • the ambient air pressure can be determined particularly easily and inexpensively outside the internal combustion engine.
  • Intake air pressure at the inlet of the compressor is approximated by the ambient air pressure. This is particularly possible because a deviation of the ambient air pressure from the intake air pressure at the compressor inlet is usually low and possibly even negligible. In essence, the deviation results from a pressure difference across an air filter, which is usually used in front of the compressor inlet, ie upstream of the compressor inlet.
  • the ambient air pressure is determined in particular by the geodetic height at which the internal combustion engine is operated.
  • the maximum power for the internal combustion engine is determined by calculating a first charge air temperature of the charge air downstream of the compressor.
  • the first charge air temperature downstream of the compressor by means of the specific intake air temperature, the specific intake air pressure and calculated the determined first and / or second charge air pressure. In this way, the charge air temperature of the charge air downstream of the compressor, in particular on
  • the first charge air temperature is preferably a temperature of the charge air, which has these upstream of the charge air cooler, in particular at the compressor outlet.
  • a kind of virtual sensor is set up, so that a physical sensor for
  • Detecting the first charge air temperature can be dispensed with.
  • a detection of the first charge air temperature is inexpensive, simple and less error-prone possible in this way, without the need for an expensive, error-prone temperature sensor must be provided.
  • the parameters intake air temperature, intake air pressure and charge air pressure, in particular first and / or second charge air pressure, are linked to one another on the basis of physical relationships in order to determine the first charge air temperature.
  • the first charge air temperature is preferably determined from a ratio between the second charge air pressure and the intake air pressure. Preferably, go / go in the
  • compressor efficiency and / or the intake air temperature.
  • the compressor efficiency ⁇ is preferably given by the following equation:
  • C p is the specific heat capacity of the charge air at constant pressure
  • T 2 j is a theoretical, achieved in isentropic compression
  • first charge air temperature T t is the
  • Intake air temperature, and T 2 is the first charge air temperature. This can be calculated by transforming equation (1).
  • the theoretical first charge air temperature at isentropic compaction T 2, i is given by the following equation: wherein the intake air pressure, p 2, the second charge air pressure and ⁇ isentropic exponent, which is also referred to as adiabatic exponent, for air, which is preferably set to the value 1, 4.
  • Internal combustion engine is determined by calculating a rotational speed of the compressor, wherein the rotational speed of the compressor is calculated by means of the determined intake air temperature, the determined intake air pressure and the determined first and / or second charge air pressure. In this way, the speed of the compressor can be determined very easily and accurately.
  • a type of virtual sensor is set up so that a physical speed sensor can be dispensed with. A detection of the speed is inexpensive, easy and less prone to errors in this way, without the need for an expensive, error-prone speed sensor must be provided.
  • the parameters intake air temperature, intake air pressure and charge air pressure, in particular first and / or second charge air pressure are linked to one another on the basis of physical relationships in order to determine the rotational speed.
  • a reduced speed for the compressor determined which preferably from a map, which is above the intake air pressure and the determined first and / or second charge air pressure, or a ratio between the intake air pressure and the particular first and / or second charge air pressure is clamped, read out.
  • a reduced speed is to be understood as a non-temperature-dependent variable. The reduced speed is preferably through
  • the factor is preferably given by the root of the quotient of the intake air temperature and a reduced temperature.
  • a reduced temperature is meant a constant in the sense of a reference temperature to which the reduced speed of the compressor is related.
  • the reduced temperature used is preferably 25 ° C. or 298 K. It is also preferred an embodiment of the method, which is characterized in that the intake air temperature, the intake air pressure and the first and / or the second
  • Charge air pressure can be determined by means of measuring signals which are generated by at least one sensor. In this way, these variables, and thus ultimately the maximum power for the internal combustion engine, can be determined very accurately. In particular, has a
  • Brerinkraftmaschine usually sensors anyway, which are set up and arranged to the intake air temperature, the intake air pressure and in particular the first
  • Methods are determined on the basis of physical relationships from the measured variables, which are therefore set up in particular virtual sensors for these sizes.
  • a motor protection can be realized with low cost, since the partially existing series sensors is used in a cost-effective manner waiving additional sensors.
  • the process is very robust and prone to errors.
  • the intake air pressure and the first charge air pressure are determined by means of measurement signals that are generated by sensors.
  • these variables, and thus also the maximum power can be determined particularly accurately.
  • the number of sensors for determining the maximum power is limited to the necessary number. This is inexpensive and less prone to errors.
  • the number and type of sensors is limited in particular to sensors typically provided in internal combustion engines, all other variables required within the scope of the method preferably being determined by means of virtual sensors, in particular based on physical relationships and / or maps set up for this purpose ,
  • the pressure difference which drops over the intercooler, is determined from a charge air flow through the intercooler.
  • the pressure difference can be determined in a particularly simple and at the same time very accurate manner from the charge air flow.
  • a charge air flow in particular a mass flow and / or a flow rate of the charge air is understood, which passes through the intercooler.
  • the charge air flow from the first charge air pressure, a second charge air temperature, which the charge air downstream of the
  • Intercooler and in particular immediately upstream of the at least one combustion chamber, particularly preferably at the location of the determination of the first charge air pressure, and an air consumption is determined.
  • first charge air pressure and the second
  • the air consumption is preferably determined, particularly preferably in dependence on a momentary power, in particular a momentary effective power of the internal combustion engine.
  • Combustion chamber of the internal combustion engine under ideal conditions without pressure loss feedable air mass or such air mass flow and a combustion chamber actually supplied air mass or such air mass flow, or a reciprocal of this
  • the instantaneous power of the internal combustion engine is preferably from an internal
  • p 5 is the first charge air pressure
  • T 5 is the second charge air temperature
  • n is the speed of the internal combustion engine
  • V h is the displacement in a combustion chamber 5 of the internal combustion engine designed as a reciprocating engine
  • ⁇ is the air consumption, hence the quotient of the actual mass air flow and the ideal air mass flow
  • i is a factor that is 0.5 for a four-stroke engine designed as a reciprocating engine, and it is 1 for a designed as a two-stroke engine reciprocating engine.
  • the equation gives a definition of the air effort ⁇ ⁇ by giving the actual air mass flow to the left of the equals sign, the factors before the air effort XA together forming the ideal air mass flow.
  • the pressure difference, which drops over the intercooler, determined from a characteristic map of the charge air flow can be a
  • the pressure difference is a function of an ideal mass flow of the charge air, which can be calculated.
  • the ideal mass flow is given in particular by the actual, real mass flow of the charge air divided by the air expenditure, wherein the air expenditure is again the ratio between the actual mass flow of the charge air and the ideal mass flow of the charge air.
  • the pressure difference is determined as a function of a volume flow of the charge air. This can either be calculated or measured by means of a suitable sensor.
  • the pressure difference depends in particular on the mass flow and / or the volume flow of the charge air.
  • the flow rate can in turn from the mass flow of the charge air, the density of the charge air and a flow-through cross-sectional area of the
  • the object is also achieved by providing a control device for an internal combustion engine that is adapted to an intake air temperature of a compressor to determine supplied intake air.
  • the controller is further configured to determine an intake air pressure of the intake air and to determine a first charge air pressure of charge air downstream of the compressor.
  • the control device is further configured to provide a maximum output for the internal combustion engine as a function of the determined intake air temperature, the determined intake air pressure and the determined first
  • control device is as central
  • Control unit of an engine (engine control unit - ECU) is formed, or the
  • control device Functionality of the control device is implemented in the central control unit of the internal combustion engine. Alternatively, it is also possible that a separate control device is provided for carrying out the method.
  • the control device is preferably configured to carry out an embodiment of the method described above. It is possible that the method is firmly implemented in an electronic structure, in particular a hardware, the control device. Alternatively, it is possible that a compute rogrammeckus is loaded into the control device, which has machine-readable instructions, due to which one of the previously
  • Computer program product is running on the controller.
  • a computer program product is preferred which has machine-readable instructions, on the basis of which an embodiment of the previously described
  • Compute ⁇ rogramm runs on a computing device, in particular on a control device for an internal combustion engine.
  • the invention also includes a data carrier which has such a computer program product.
  • an internal combustion engine which comprises a compressor and a control device according to one of the previously described Embodiments has.
  • the compressor is designed as part of a compressor.
  • the compressor is preferably formed as part of an exhaust gas turbocharger.
  • the internal combustion engine preferably has a compressor and / or an exhaust gas turbocharger, the compressor and / or the exhaust gas turbocharger in turn having the compressor.
  • the internal combustion engine preferably has an intake air temperature sensor, a
  • Intake air pressure sensor a charge air pressure sensor and preferably a
  • the control device is preferably operatively connected to the sensors.
  • the internal combustion engine is preferably designed as a reciprocating engine. It is possible that the internal combustion engine is arranged to drive a passenger car, a truck or a commercial vehicle. In a preferred embodiment, the internal combustion engine is the drive in particular heavy land or water vehicles, such as mine vehicles, trains, the internal combustion engine in a
  • Locomotive or a railcar is used, or by ships. It is also possible to use the internal combustion engine to drive a defense vehicle, for example a tank.
  • An exemplary embodiment of the internal combustion engine is preferably also stationary, for example, for stationary power supply in emergency operation,
  • the internal combustion engine in this case preferably drives a generator. Also a stationary application of
  • Internal combustion engine for driving auxiliary equipment such as fire pumps on oil rigs
  • an application of the internal combustion engine in the field of promoting fossil raw materials and in particular fuels, for example oil and / or gas possible.
  • the internal combustion engine is also possible to use the internal combustion engine in the industrial sector or in the field of construction, for example in a construction or construction machine, for example in a crane or an excavator.
  • the internal combustion engine is preferably designed as a diesel engine, as a gasoline engine, as a gas engine for operation with natural gas, biogas, special gas or another suitable gas.
  • the internal combustion engine as Gas engine is designed, it is suitable for use in a cogeneration plant for stationary power generation.
  • control device and / or the internal combustion engine preferably draws / distinguishes itself by at least one feature, which is characterized by at least one step of an inventive or preferred
  • Embodiment of the method is conditional.
  • Figure 1 is a schematic representation of an embodiment of a
  • Figure 2 is a schematic representation of a first embodiment of the method
  • Figure 3 is a schematic representation of a second embodiment of the method.
  • the internal combustion engine 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of an internal combustion engine 1.
  • This has in particular an engine block 3 with at least one combustion chamber 5, here by way of example with four combustion chambers 5, on.
  • the internal combustion engine 1 has an air path 7, via which the combustion chambers 5 combustion air or a combustion air-fuel mixture, preferably pure combustion air, can be fed.
  • a compressor 9 is arranged in the air path 7, which is part of an exhaust gas turbocharger 11 here.
  • the compressor 9 is part of a compressor.
  • Downstream of the compressor 9, a charge air cooler 13 is arranged in the air path 7.
  • the internal combustion engine 1 also has an exhaust gas path 15, via which exhaust gas from the combustion chambers 5 can be discharged.
  • a turbine 17 is arranged, which is also part of the exhaust gas turbocharger 11. The turbine 17 is connected to the compressor 9
  • the internal combustion engine 1 also has a control device 21, which is preferably designed as a central control unit of the internal combustion engine 1.
  • a first pressure sensor 23 and a second pressure sensor 25 are arranged, and a first temperature sensor 27 and a second temperature sensor 29.
  • the first pressure sensor 23 and the first temperature sensor 27 are arranged upstream of the compressor 9, and the second pressure sensor 25 and the second temperature sensor 29 are disposed downstream of the charge air cooler 13.
  • an intake air pressure can be determined
  • the second pressure sensor 25 in particular a first charge air pressure of the cooled charge air downstream of the charge air cooler 13 and thus at the same time the pressure can be determined, with which the charge air is supplied to the combustion chambers 5.
  • an intake air temperature can be determined, wherein by means of the second temperature sensor 29, a second charge air temperature downstream of the charge air cooler 13 and in particular at the location of the air path 7, to which also the first
  • Charge air pressure prevails, can be determined, thus a temperature at which the charge air is supplied to the combustion chambers 5.
  • the control device 21 is operatively connected to the first and second pressure sensors 23, 25 and the first and second temperature sensors 27, 29.
  • the control device 21 is preferably operatively connected to the engine block 3, namely for its control and preferably for determining a momentary power, in particular a momentary effective power of the internal combustion engine. 1
  • the controller 21 is particularly configured to determine the intake air temperature, the intake air pressure, and the first charge air pressure, and is further configured to set a maximum output for the engine 1 depending on the determined intake air temperature, the determined intake air pressure, and the determined first
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a first preferred embodiment of the method.
  • Temperature sensor 29 is measured, the instantaneous power P m of the internal combustion engine 1, and the first charge air pressure P5, which is measured by means of the second pressure sensor 25, a.
  • an air outlay 33 is determined from a first characteristic diagram 31.
  • the second charge air temperature T5, the air charge 33 and the first charge air pressure p5 are jointly supplied to a first calculation element 35, from which - preferably using the equation of state for ideal gases - a charge air flow 37, in particular a mass flow of the charge air, from the mentioned input variables of the first calculation element 35 is determined.
  • a pressure loss 40 over the charge air cooler 13 is determined from a second characteristic field 39.
  • This is optionally converted into a conversion element 41, and fed to an addition point 43, where it is charged with the first charge air pressure p5, resulting in the summation point 43 of the second charge air pressure 45, which prevails upstream of the charge air cooler 13 and in particular at the compressor output of the compressor 9 ,
  • Intake air pressure pl determined thus a pressure prevailing over the compressor 9 49.
  • This pressure ratio 49 in turn enters a third map 51, from which a compressor efficiency 53 is read depending on the pressure ratio 49.
  • the intake air temperature Tl, the pressure ratio 49 and the compressor efficiency 53 enter a second calculation element 55, wherein in the second calculation element 55 the first charge air temperature T2 is finally calculated from these input variables. From the first charge air temperature T2 calculated in this way, a maximum power 59 for the internal combustion engine 1 is determined in a determining element 57, the internal combustion engine 1 then being controlled as a function of the maximum power 59 such that it generates the maximum power 59 determined at a maximum.
  • the first charge air temperature T2 thus preferably represents a variable to be adjusted in the context of the method, which is set or at least reached or fallen below by suitable control of the internal combustion engine 1 by the control device 21 and in particular by limitation of the power generated by the internal combustion engine 1 becomes.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of a second preferred embodiment of the method. Identical and functionally identical elements are provided with the same reference numerals, so that reference is made to the preceding description.
  • the pressure ratio 49 which is calculated analogously to the representation according to FIG. 2, enters here into a fourth characteristic field 61 from which, depending on the pressure ratio 49, a reduced speed 62 is read, which in turn enters into a third calculation element 63.
  • the third calculation member 63 is also the intake air temperature Tl.
  • the third - calculating member 63 calculates from the reduced speed 62 and the intake air temperature Tl, the physical speed 65, and thus the actual speed of the compressor 9, in particular by multiplying the reduced speed with the root of the quotient of the intake air temperature Tl and a reduced temperature is selected as a constant for determining the stored in the fourth map 61 reduced speeds.
  • This reduced temperature is preferably 25 ° C.
  • the physical speed 65 is supplied to a second determining element 67, which determines the maximum power 59 for the internal combustion engine 1 based on the speed 65, the internal combustion engine 1 then being controlled as a function of the maximum power 59 so that it generates the determined maximum power 59 at most.
  • the speed 65 thus preferably represents a size to be adjusted in the context of the method, which can be controlled by suitable control of the internal combustion engine 1 of the
  • Control device 21 and in particular by limiting the power generated by the internal combustion engine 1 is set to the maximum power 59 or at least reached or fallen below at most.
  • the first and second embodiments of the method shown here can be implemented independently of one another and / or optionally only individually in various exemplary embodiments of an internal combustion engine 1.
  • Figures 2 and 3 are performed in combination with each other in an internal combustion engine 1, then preferably both the first charge air temperature T2 and the speed 65 enter into a common determining element, which determines the maximum power 59 for the internal combustion engine based on these two variables. This can be the common
  • Determining element basically both sizes, so the first charge air temperature T2 and the speed 65 for determining the maximum power 59 zoom. It is possible that operating point dependent only one of the two input variables, ie the first charge air temperature T2 or the speed 65, is used to determine the maximum power 59, in which case depending on an operating point of the internal combustion engine or concrete operating and / or environmental conditions the sizes used can be changed. In particular, it is possible that depends on the concrete

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), die einen Verdichter (9) aufweist, wobei eine Ansauglufttemperatur (T1) von Ansaugluft bestimmt wird, welche dem Verdichter (9) zugeführt wird, wobei ein Ansaugluftdruck (p1) der dem Verdichter (9) zugeführten Ansaugluft bestimmt wird, wobei ein erster Ladeluftdruck (p5) einer Ladeluft stromabwärts des Verdichters (9) bestimmt wird, wobei eine Maximalleistung für die Brennkraftmaschine (1) in Abhängigkeit von der bestimmten Ansauglufttemperatur (T1), dem bestimmten Ansaugluftdruck (p1) und dem bestimmten, ersten Ladeluftdruck (p5) ermittelt wird, und wobei die Brennkraftmaschine (1) so angesteuert wird, dass sie maximal die ermittelte Maximalleistung erzeugt.

Description

BESCHREIBUNG Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine, und Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, eine
Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine.
Sollen Brennkraftmaschinen hohe Leistungen erbringen, werden diese häufig mit einem Verdichter, beispielsweise einem Kompressor oder einem Verdichter eines Abgasturboladers, ausgestattet. Mit einem solchen Verdichter wird Ladeluft, welche Brennräumen der
Brennkraftmaschine für den Verbrennungsvorgang zugeführt wird, verdichtet. In einigen Anwendungsbereichen muss dabei ein hoher Verdichtungsgrad, der auch als Aufladegrad bezeichnet wird, erreicht werden. Dies bewirkt regelmäßig eine sehr hohe Temperatur der verdichteten Ladeluft stromabwärts des Verdichters. Dies kann dazu führen, dass in dem Verdichter verbaute Werkstoffe, beispielsweise ein Werkstoff, aus welchem ein Verdichterrad gebildet ist, stark belastet werden, wobei sich Materialkennwerte solcher Werkstoffe bei den dann herrschenden, hohen Temperaturen verschlechtern. Beispielsweise kann die Eigenschaft eines Verdichterrads stark herabgesetzt werden, hohe Zugspannungen aufzunehmen. Hinzu kommt die Problematik, dass bei heute erreichten, hohen Aufladegraden die Drehzahl des Verdichters so hoch werden kann, dass ein für das Verdichterrad verwendeter Werkstoff auch unabhängig von der Verdichteraustrittstemperatur, gerade aber auch in Zusammenhang mit hohen Verdichteraustrittstemperaturen, an seine Belastungsgrenze kommt. Ein Überschreiten einer maximal möglichen Drehzahl durch das Verdichterrad kann ein Bersten des Verdichters oder des Verdichterrades zur Folge haben, was aus Sicherheitsgründen unbedingt verhindert werden muss. Als Werkstoff für ein solches Verdichterrad wird beispielsweise Aluminium eingesetzt. Eine Verschlechterung der Materialeigenschaften des Verdichterrads kann zur Beschädigung oder Zerstörung des Verdichters führen. Es zeigt sich, dass die
Verdichteraustrittstemperatur der Ladeluft in engem Zusammenhang zu einer
Umgebungstemperatur einer Umgebung steht, in welcher die Brennkraftmaschine betrieben wird. Weiterhin besteht jeweils ein Zusammenhang sowohl zwischen der
Verdichteraustrittstemperatur als auch zwischen der Verdichterdrehzahl einerseits, und einem Druckverhältnis zwischen einem Druck stromaufwärts und stromabwärts des Verdichters andererseits, sowie zwischen der Verdichteraustrittstemperatur und dem
Verdichterwirkungsgrad. Bei heute erreichbaren hohen Aufladegraden wird ohne weiteres eine Temperatur von mehr als 240 °C erreicht, wobei hier insbesondere der häufig verwendete Verdichterradwerkstoff Aluminium an seine Belastungsgrenze kommt. Die Belastungsgrenze wird umso eher erreicht, je höher die Umgebungstemperatur ist, bei welcher die
Brennkraftmaschine betrieben wird, und je höher ein Einsatzort der Brennkraftmasehine gelegen und je niedriger der Luftdruck in der Umgebung der Brennkraftmaschine ist. Um eine Beschädigung oder Zerstörung des Verdichters aufgrund einer zu hohen
Verdichteraustrittstemperatur der Ladeluft und/oder einer zu hohen Drehzahl zu verhindern, ist es möglich, eine Leistungserzeugung der Brennkraftmaschine unter Berücksichtigung pessimistischer Voraussetzungen und Einsatzbedingungen auf einen als sicher geltenden Wert zu begrenzen. Nachteilig hierbei ist, dass aber die Leistung der Brennkraftmaschine, insbesondere deren Nennleistung, dann nicht voll ausgeschöpft werden kann, selbst wenn dies die konkret vorliegenden Einsatz- und Umgebungsbedingungen an sich erlauben würden. Es ist auch möglich, einen Temperatursensor und/oder einen Drehzahlsensor zu verwenden, mit
welchem/welchen die Temperatur der Ladeluft am Austritt des Verdichters und/oder dessen Drehzahl erfasst wird/werden. In Abhängigkeit von Mess werten der Sensoren wird dann die Leistungserzeugung der Brennkraftmaschine begrenzt oder reduziert. Solche Sensoren sind allerdings kostenintensiv und fehleranfällig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer
Brennkraftmaschine, eine Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine und eine
Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten. Insbesondere soll es möglich sein, auf technisch einfache und effiziente Weise eine Beschädigung eines Verdichters einer Brennkraftmaschine aufgrund einer hohen Temperatur der Ladeluft am
Verdichteraustritt und/oder aufgrund einer hohen Drehzahl zu vermeiden. Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren geschaffen wird, bei dem eine Brennl aftmaschine betrieben wird, welche einen Verdichter aufweist, wobei eine Ansauglufttemperatur von Ansaugluft bestimmt wird, welche dem Verdichter zugeführt wird. Es wird ein Ansaugluftdruck der dem Verdichter zugeführten Ansaugluft bestimmt. Weiterhin wird ein erster Ladeluftdruck einer Ladeluft stromabwärts des Verdichters bestimmt. Es wird eine Maximalleistung für die Brerinkraftmaschine in Abhängigkeit von der bestimmten
Ansauglufttemperatur, dem bestimmten Ansaugluftdruck und dem bestimmten ersten
Ladeluftdruck ermittelt. Die Brennkraftmaschine wird so angesteuert, dass sie maximal die ermittelte Maximalleistung erzeugt. Es ist auf diese Weise möglich, die Leistungserzeugung der Brennkraftmaschine auf die ermittelte Maximalleistung zu begrenzen oder zu verringern, wobei eine Beschädigung des Verdichters bedingt durch eine zu hohe Ladelufttemperatur und/oder eine zu hohe Drehzahl weitestgehend verhindert, vorzugsweise verhindert werden kann. Die
Maximalleistung wird vorteilhafterweise so festgelegt, dass eine zu hohe Temperatur der Ladeluft und/oder eine zu hohe Drehzahl, bei der/denen eine Beschädigung des Verdichters zu befürchten wäre, vermieden wird/werden. Auf ein unmittelbares Messen der Ladelufttemperatur, beispielsweise mittels eines
Temperatursensors am Austritt des Verdichters, kann verzichtet werden, wodurch das Verfahren kostengünstig und wenig fehleranfällig durchführbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann auf ein unmittelbares Messen der Drehzahl des Verdichters, beispielsweise mittels eines
Drehzahlsensors, verzichtet werden, wodurch sich das Verfahren ebenfalls kostengünstig und wenig fehleranfällig gestaltet.
Die Maximalleistung wird somit vorteilhafterweise zum Begrenzen der Temperatur der Ladeluft und/oder der Drehzahl ermittelt. Bevorzugt wird die Maximalleistung ausschließlich abhängig von der bestimmten
Ansauglufttemperatur, dem bestimmten Ansaugluftdruck und dem bestimmten ersten
Ladeluftdruck ermittelt. Diese Parameter sind somit Eingangsgrößen für das Verfahren zum Ermitteln der Maximalleistung. Mithilfe des Verfahrens ist es möglich, in vorteilhafter Weise eine Leistungsbegrenzung oder eine Leistungsverringerung der Brennkraftmaschine vorzunehmen, welche konkret an Einsatz- und Umgebungsbedingungen angepasst ist, die insbesondere an demjenigen Ort herrschen, an welchem die Brennkxaftmaschine betrieben wird. Es muss daher nicht von unnötig
pessimistischen Ausgangsbedingungen ausgegangen werden, sodass die Leistung der Brennkraftmaschine bis hin zu ihrer Nennleistung unter günstigen, konkret vorliegenden
Bedingungen ausgeschöpft werden kann. Insbesondere ist es möglich, die Maximalleistung besonders genau auf die Belastungsgrenze des Verdichters einzustellen. Dadurch kann eine hohe Leistungsfähigkeit der Brennkraftmaschine bei gleichzeitigem Vermeiden einer
Überlastungssituation, vor allem des Verdichters, gewährleistet werden.
Unter einem„Verdichter" wird hier und im Folgenden eine Einrichtung verstanden, welche eingerichtet und vorgesehen ist, um mindestens einem Brennraum der Brennkraftmaschine zugeführte Verbrennungsluft oder ein Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch, vorzugsweise aber reine Verbrennungsluft ohne Brennstoff, zu verdichten. Dabei kann es sich um einen einstufigen oder einen mehrstufigen Verdichter oder auch um eine Stufe einer mehrstufigen
Verdichtereinrichtung handeln.
Es ist möglich, dass der Verdichter als Teil eines Kompressors ausgebildet ist, wobei ein
Verdichterrad des Verdichters bevorzugt von einer Antriebseinrichtung, beispielsweise einem Elektromotor, angetrieben wird. Alternativ ist es möglich, dass der Verdichter als Teil eines Abgasturboladers ausgebildet ist, wobei ein Verdichterrad des Verdichters vorzugsweise von einer Turbine, insbesondere von einem Turbinenrad, angetrieben wird, welches von Abgas der Brennkraftmaschine angeströmt wird.
Unter dem Begriff„Ansaugluft" wird Verbrennungsluft und/oder ein Verbrennungsluft- Brennstoff-Gemisch, vorzugsweise aber reine Verbrennungsluft ohne Brennstoff, verstanden, welche/welches dem Verdichter zugeführt, vorzugsweise von diesem angesaugt wird. Dabei kann es sich um Umgebungsluft der Brennkraftmaschine handeln, aber auch um vorverdichtete Luft aus einer vorhergehenden Verdichterstufe, insbesondere einem vorgeschalteten Verdichter.
Unter dem Begriff„Ansauglufttemperatur" wird entsprechend die Temperatur der dem
Verdichter zugeführten Ansaugluft verstanden, insbesondere die Temperatur der Ansaugluft am Ort des Verdichtereintritts oder stromaufwärts hiervon. Es ist möglich, dass als
Ansauglufttemperatur die Umgebungstemperatur der Brennkraftmaschine verwendet wird, oder dass die Ansauglufttemperatur anhand der Umgebungstemperatur der Brennkraftmaschine abgeschätzt oder ermittelt wird. Es ist aber auch möglich, dass ein Temperatursensor
stromaufwärts des Verdichters zur Erfassung der Ansauglufttemperatur angeordnet ist. Auch zur Erfassung der Umgebungstemperatur wird bevorzugt ein Temperatursensor verwendet. Unter dem Begriff„Ansaugluftdruck" wird insbesondere der Druck der dem Verdichter zugeführten Ansaugluft am Ort des Verdichtereintritts oder stromaufwärts des Verdichters verstanden. Zur Ermittlung des Ansaugluftdrucks ist es möglich, dass ein Drucksensor stromaufwärts des Verdichters angeordnet ist. Es ist auch möglich, dass ein - ebenfalls mittels eines entsprechend geeignet angeordneten Drucksensors - bestimmter Umgebungsluftdruck zur Bestimmung des Ansaugluftdrucks verwendet wird, wobei zur Ermittlung des Ansaugluftdrucks insbesondere bevorzugt ein über einem Luftfilter abfallender Druckverlust und/oder ein Ansaug- Druckverlust einer Ansaugverrohrung zur Leitung der Ansaugluft zu dem Verdichter von dem Umgebungsdruck abgezogen wird.
Unter dem Begriff„Ladeluft" wird ein Druck der von dem Verdichter verdichteten Luft stromabwärts des Verdichters bezeichnet, insbesondere ein Druck, der unmittelbar stromaufwärts eines Brennraums der Brennkraftmaschine herrscht, mit welchem also die Ladeluft dem
Brennraum zugeführt wird, insbesondere ein Druck unmittelbar stromaufwärts eines
Einlassventils des Brennraums, oder aber ein Druck unmittelbar stromabwärts des Verdichters, insbesondere am Verdichteraustritt. Es ist möglich, dass diese Ladeluftdrücke zumindest weitgehend identisch sind, insbesondere wenn kein Ladeluftkühler vorgesehen ist. Sind jedoch in dem Ladeluftpfad von dem Verdichter ausgehend zu dem wenigstens einen Brennraum druckverlusterzeugende Elemente, beispielsweise ein Ladeluftkühler, vorhanden, unterscheiden sich die beiden zuvor beschriebenen Ladeluftdrücke. Der erste Ladeluftdruck ist dann
vorzugsweise der Druck der Ladeluft unmittelbar stromaufwärts des wenigstens einen
Brennraums, mit welchem die Ladeluft in den wenigstens einen Brennraum eingelassen wird. Unter dem Begriff„Maximalleistung für die Brennkraftmaschine" wird eine Leistung
verstanden, bis zu welcher die Brennkraftmaschine bei den konkret gegebenen Bedingungen, insbesondere bei der gegebenen Ansauglufttemperatur, dem gegebenen Ansaugluftdruck, und dem ersten Ladeluftdruck, betrieben werden kann, ohne dass eine Gefährdung, insbesondere eine Beschädigung oder Zerstörung des Verdichters aufgrund einer zu hohen
Verdi chteraustrittstemperatur oder einer zu hohen Drehzahl zu befürchten ist. Es handelt sich bei der Maximalleistung also insbesondere um eine Obergrenze für die von der Brennkraftmaschine abzugebende Leistung. Entsprechend wird die Brennkraftmaschine bevorzugt so angesteuert, dass sie maximal die ermittelte Maximalleistung erzeugt, um den Verdichter vor einer
Beschädigung oder Zerstörung zu bewahren. Es ist möglich, dass die Maximalleistung unter Normbedingungen mit der Nennleistung der Brennkraftmaschine zusammenfallt. Abhängig von den konkret vorliegenden Betriebsbedingungen, insbesondere der Ansauglufttemperatur, dem Ansaugluftdruck und dem ersten Ladeluftdruck, ergibt sich im Rahmen des Verfahrens aber bevorzugt eine verminderte Maximalleistung, die kleiner ist als die Nennleistung. Die tatsächlich abgegebene Leistung der Brennkraftmaschine wird also begrenzt, um eine Beschädigung oder Zerstörung des Verdichters zu vermeiden.
Es wird eine Ausfuhrungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Ladeluft mittels eines Ladeluftkühlers gekühlt wird, wobei der erste Ladeluftdruck der gekühlten Ladeluft stromabwärts des Ladeluftkühlers bestimmt wird, und wobei eine Druckdifferenz, die über dem Ladeluftkühler abfällt, bestimmt wird. Es wird ein zweiter Ladeluftdruck zum
Ermitteln der Maximalleistung für die Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von dem bestimmten ersten Ladeluftdruck der gekühlten Ladeluft stromabwärts des Ladeluftkühlers und der bestimmten Druckdifferenz bestimmt. Der Ladeluftkühler, worunter insbesondere eine
Einrichtung verstanden wird, die eingerichtet ist, um die aus dem Verdichter austretende, durch die Verdichtung erhitzte Ladeluft zu kühlen, bevor sie dem wenigstens einen Brennraum zugeführt wird, stellt ein Druckverlust-Element dar, über welchem der Ladeluftdruck abfallt. Der erste, stromabwärts des Ladeluftkühlers bestimmte Ladeluftdruck ist daher niedriger als der zweite, stromaufwärts des Ladeluftkühlers und vorzugsweise an dem Verdichteraustritt herrschende Ladeluftdruck. Typischerweise weist eine Brennkraftmaschine einen Drucksensor zu Erfassung des ersten Ladeluftdrucks stromabwärts des Ladeluftkühlers auf, wobei kein eigener Drucksensor zur Erfassung des zweiten Ladeluftdrucks stromaufwärts des
Ladeluftkühlers vorgesehen ist. In vorteilhafter Weise können für das Verfahren ohnehin an der Brennkraftmaschine vorgesehene Sensoren verwendet werden, wenn der zweite Ladeluftdruck nicht gemessen, sondern aus dem ersten Ladeluftdruck und der Druckdifferenz über dem
Ladeluftkühler bestimmt wird. Es wird dann insbesondere der zweite Ladeluftdruck letztlich zum Ermitteln der Maximalleistung für die Brennkraftmaschine herangezogen. Dies ist vorteilhaft, weil sowohl die Ladelufttemperatur am Verdichteraustritt als auch die Drehzahl des Verdichters und somit letztlich auch die Maximalleistung insbesondere von einem sich über dem Verdichter einstellenden Druckverhältnis abhängt. Sind der erste Ladeluftdruck und die
Druckdifferenz über dem Ladeluftkühler bekannt, ist es ohne weiteres möglich, den zweiten Ladeluftdruck zu berechnen. Der zweite Ladeluftdruck kann also auf besonders einfache und komfortable Weise bestimmt werden. Der Sensor zur Erfassung des ersten Ladeluftdrucks muss nur geringe Anforderungen in Hinblick auf seine Temperaturfestigkeit erfüllen, da die Ladeluft stromabwärts des Ladeluftkühlers eine vergleichsweise niedrige Temperatur aufweist. Dies ist kostengünstig und insbesondere im Vergleich mit einem Temperatursensor vorteilhaft, der unmittelbar zum Bestimmen des zweiten Ladeluftdrucks stromaufwärts des Ladeluftkühlers angeordnet wäre.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Ansauglufttemperatur in Abhängigkeit von einer Umgebungslufttemperatur bestimmt wird, wobei die Umgebungslufttemperatur in einer Umgebung der Brennkraftmaschine herrscht. Die Umgebungslufttemperatur kann besonders einfach und kostengünstig außen an der
Brennkraftmaschine bestimmt werden. Die Ansauglufttemperatur, insbesondere am
Verdichtereingang, wird durch die Umgebungslufttemperatur angenähert. Dies ist insbesondere deshalb möglich, da die Abweichung der Umgebungslufttemperatur von der
Ansauglufttemperatur am Verdichtereingang üblicherweise sehr gering und vernachlässigbar ist. Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der Ansaugluftdruck in Abhängigkeit von einem Umgebungsluftdruck bestimmt wird, der in der Umgebung der Brennkraftmaschine herrscht. Der Umgebungsluftdruck kann besonders einfach und kostengünstig außen an der Brennkraftmaschine bestimmt werden. Der
Ansaugluftdruck am Eingang des Verdichters, also am Verdichtereingang, wird durch den Umgebungsluftdruck angenähert. Dies ist insbesondere deshalb möglich, da eine Abweichung des Umgebungsluftdrucks von dem Ansaugluftdruck am Verdichtereingang üblicherweise gering und gegebenenfalls sogar vernachlässigbar ist. Im Wesentlichen ergibt sich die Abweichung aus einer Druckdifferenz über einem Luftfilter, der üblicherweise vor dem Verdichtereingang, also stromaufwärts des Verdichtereingangs, eingesetzt wird. Somit ist es bevorzugt auch möglich, den Ansaugluftdruck aus dem Umgebungsluftdruck und der Druckdifferenz über dem Luftfilter zu berechnen, wobei die Druckdifferenz über dem Luftfilter besonders bevorzugt in einfacher und kostengünstiger Weise - insbesondere betriebspunktabhängig - abgeschätzt oder aus einem Kennfeld ausgelesen werden kann. Der Umgebungsluftdruck wird insbesondere durch die geodätische Höhe bestimmt, auf der die Brennkraftmaschine betrieben wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Maximalleistung für die Brennkraftmaschine durch Berechnen einer ersten Ladelufttemperatur der Ladeluft stromabwärts des Verdichters ermittelt wird. Dabei wird die erste Ladelufttemperatur stromabwärts des Verdichters mittels der bestimmten Ansauglufttemperatur, dem bestimmten Ansaugluftdruck und dem bestimmten ersten und/oder zweiten Ladeluftdruck berechnet. Auf diese Weise kann die Ladelufttemperatur der Ladeluft stromabwärts des Verdichters, insbesondere am
Verdichterausgang, besonders einfach und exakt bestimmt werden. Insbesondere ist die erste Ladelufttemperatur bevorzugt eine Temperatur der Ladeluft, welche diese stromaufwärts des Ladeluftkühlers, insbesondere am Verdichterausgang, aufweist. Indem diese erste
Ladelufttemperatur anhand der bestimmten Ansauglufttemperatur, dem bestimmten
Ansaugluftdruck und dem bestimmten ersten und/oder zweiten Ladeluftdruck berechnet wird, wird eine Art virtueller Sensor eingerichtet, sodass auf einen physikalischen Sensor zur
Erfassung der ersten Ladelufttemperatur verzichtet werden kann. Eine Erfassung der ersten Ladelufttemperatur ist auf diese Weise kostengünstig, einfach und wenig fehleranfallig möglich, ohne dass hierfür ein teurer, fehleranfälliger Temperatursensor vorgesehen werden muss. Dabei werden die Parameter Ansauglufttemperatur, Ansaugluftdruck und Ladeluftdruck, insbesondere erster und/oder zweiter Ladeluftdruck, auf der Grundlage physikalischer Zusammenhänge miteinander verknüpft, um die erste Ladelufttemperatur zu bestimmen.
Die erste Ladelufttemperatur wird bevorzugt aus einem Verhältnis zwischen dem zweiten Ladeluftdruck und dem Ansaugluftdruck bestimmt. Vorzugsweise geht/gehen in die
Bestimmung der ersten Ladelufttemperatur auch ein Wirkungsgrad des Verdichters, im
Folgenden auch kurz Verdichterwirkungsgrad genannt, und/oder die Ansauglufttemperatur ein. Besonders bevorzugt gehen in die Bestimmung alle genannten Parameter, also der zweite
Ladeluftdruck, der Ansaugluftdruck, der Verdichterwirkungsgrad und die Ansauglufttemperatur ein.
Der Verdichterwirkungsgrad ην ist dabei bevorzugt gegeben durch die folgende Gleichung:
= Cp(7-2,t-7i)
IV Cp(T2-T
Dabei ist Cp die spezifische Wärmekapazität der Ladeluft bei konstantem Druck, T2j ist eine theoretische, bei isentroper Verdichtung erreichte, erste Ladelufttemperatur, Tt ist die
Ansauglufttemperatur, und T2 ist die erste Ladelufttemperatur. Diese kann durch Umformen von Gleichung (1) berechnet werden. Die theoretische erste Ladelufttemperatur bei isentroper Verdichtung T2,i ist gegeben durch folgende Gleichung:
Figure imgf000011_0001
wobei der Ansaugluftdruck, p2 der zweite Ladeluftdruck und κ der Isentropenexponent, der auch als Adiabatenexponent bezeichnet wird, für Luft ist, der bevorzugt mit dem Wert 1 ,4 angesetzt wird.
Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die Maximalleistung für die
Brennkraftmaschine durch Berechnen einer Drehzahl des Verdichters ermittelt wird, wobei die Drehzahl des Verdichters mittels der bestimmten Ansauglufttemperatur, dem bestimmten Ansaugluftdruck und dem bestimmten ersten und/oder zweiten Ladeluftdruck berechnet wird. Auf diese Weise kann die Drehzahl des Verdichters besonders einfach und exakt bestimmt werden. Indem die Drehzahl anhand der bestimmten Ansauglufttemperatur, dem bestimmten Ansaugluftdruck und dem bestimmten ersten und/oder zweiten Ladeluftdruck berechnet wird, wird eine Art virtueller Sensor eingerichtet, sodass auf einen physikalischen Drehzahlsensor verzichtet werden kann. Eine Erfassung der Drehzahl ist auf diese Weise kostengünstig, einfach und wenig fehleranfällig möglich, ohne dass hierfür ein teurer, fehleranfälliger Drehzahlsensor vorgesehen werden muss. Dabei werden die Parameter Ansauglufttemperatur, Ansaugluftdruck und Ladeluftdruck, insbesondere erster und/oder zweiter Ladeluftdruck, auf der Grundlage physikalischer Zusammenhänge miteinander verknüpft, um die Drehzahl zu bestimmen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird aus dem bestimmten
Ansaugluftdruck und dem bestimmten ersten und/oder zweiten Ladeluftdruck eine reduzierte Drehzahl für den Verdichter bestimmt, welche vorzugsweise aus einem Kennfeld, welches über dem Ansaugluftdruck und dem bestimmten ersten und/oder zweiten Ladeluftdruck, oder über einem Verhältnis zwischen dem Ansaugluftdruck und dem bestimmten ersten und/oder zweiten Ladeluftdruck aufgespannt ist, ausgelesen. Dabei ist unter einer reduzierten Drehzahl eine nicht- temperaturabhängige Größe zu verstehen. Die reduzierte Drehzahl wird bevorzugt durch
Multiplikation mit einem Faktor, der von der Ansauglufttemperatur abhängt, in die physikalische Drehzahl des Verdichters umgerechnet. Der Faktor ist dabei bevorzugt gegeben durch die Wurzel aus dem Quotienten der Ansauglufttemperatur und einer reduzierten Temperatur. Unter einer reduzierten Temperatur ist dabei eine Konstante im Sinne einer Bezugstemperatur zu verstehen, auf welche die reduzierte Drehzahl des Verdichters bezogen ist. Als reduzierte Temperatur wird bevorzugt 25 °C oder 298 K verwendet. Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Ansauglufttemperatur, der Ansaugluftdruck und der erste und/oder der zweite
Ladeluftdruck mittels Messsignalen bestimmt werden, die von wenigstens einem Sensor erzeugt werden. Auf diese Weise können diese Größen, und damit letztlich auch die Maximalleistung für die Brennkraftmaschine, besonders genau bestimmt werden. Insbesondere weist eine
Brerinkraftmaschine üblicherweise ohnehin Sensoren auf, die eingerichtet und angeordnet sind, um die Ansauglufttemperatur, den Ansaugluftdruck sowie insbesondere den ersten
Ladeluftdruck zu bestimmen, sodass eine ohnehin vorhandene Sensorik im Rahmen des
Verfahrens eingesetzt werden kann, ohne dass zusätzliche Kosten oder ein zusätzlicher Aufwand zum Verbauen von Sensorik entsteht. Andere Größen, beispielsweise die erste
Ladelufttemperatur und/oder der zweite Ladeluftdruck, können dagegen im Rahmen des
Verfahrens anhand von physikalischen Zusammenhängen aus den gemessenen Größen bestimmt werden, wodurch mithin insbesondere virtuelle Sensoren für diese Größen eingerichtet werden. Somit kann ein Motorschutz mit geringem Kostenaufwand realisiert werden, da die teils vorhandene Seriensensorik in kostengünstiger Weise unter Verzicht auf zusätzliche Sensorik verwendet wird. Zugleich ist das Verfahren sehr robust und wenig fehleranfällig.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens beschrieben, die sich dadurch auszeichnet, dass zum Ermitteln der Maximalleistung für die Brennkraftmaschine ausschließlich die
Ansauglufttemperatur, der Ansaugluftdruck und der erste Ladeluftdruck mittels Messsignalen bestimmt werden, die von Sensoren erzeugt werden. Dadurch können diese Größen, und damit auch die Maximalleistung, besonders genau ermittelt werden. Des Weiteren ist die Anzahl von Sensoren zum Ermitteln der Maximalleistung auf die notwendige Anzahl begrenzt. Das ist kostengünstig und wenig anfällig für Fehler. Dabei ist die Anzahl und die Art der Sensoren insbesondere auf bei Brennkraftmaschinen typischerweise ohnehin vorgesehenen Sensoren begrenzt, wobei alle anderen im Rahmen des Verfahrens benötigten Größen bevorzugt mittels virtueller Sensoren, insbesondere also auf der Grundlage physikalischer Zusammenhänge und/oder aus hierfür eingerichteten Kennfeldern, bestimmt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Druckdifferenz, die über dem Ladeluftkühler abfällt, aus einem Ladeluftstrom durch den Ladeluftkühler bestimmt wird. Dabei kann die Druckdifferenz in besonders einfacher und zugleich sehr genauer Weise aus dem Ladeluftstrom bestimmt werden. Unter einem Ladeluftstrom wird insbesondere ein Massenstrom und/oder ein Volumenstrom der Ladeluft verstanden, welcher den Ladeluftkühler durchsetzt. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ladeluftstrom aus dem ersten Ladeluftdruck, einer zweiten Ladelufttemperatur, welche die Ladeluft stromabwärts des
Ladeluftkühlers und insbesondere unmittelbar stromaufwärts des wenigstens einen Brennraums, besonders bevorzugt am Ort der Bestimmung des ersten Ladeluftdrucks, aufweist, und einem Luftaufwand bestimmt wird. Dabei werden der erste Ladeluftdruck und die zweite
Ladelufttemperatur bevorzugt mittels geeigneter Sensoren gemessen. Der Luftaufwand wird vorzugsweise bestimmt, besonders bevorzugt in Abhängigkeit von einer momentanen Leistung, insbesondere einer momentanen effektiven Leistung der Brennkraftmaschine.
Unter einem„Luftaufwand" wird hier insbesondere ein Verhältnis zwischen einer einem
Brennraum der Brennkraftmaschine unter idealen Bedingungen ohne Druckverlust zufuhrbaren Luftmasse oder einem solchen Luftmassenstrom und einer dem Brennraum tatsächlich zugeführten Luftmasse oder einem solchen Luftmassenstrom, oder ein Kehrwert dieses
Verhältnisses, verstanden. Die momentane Leistung der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise aus einem internen
Moment der Brennkraftmaschine, insbesondere anhand einer Bestromungsdauer eines Injektors und hiervon abgeleitet aus der in den Brennraum eingebrachten Brennstoffmenge sowie aus einem momentanen Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine und einer momentanen Drehzahl derselben bestimmt.
Der Luftmaßenstrom über den Ladeluftkühler wird vorzugsweise gemäß folgender Gleichung berechnet: rhL =— RT5 * i * n * Vh * λΑ . (3)
Dabei ist p5 der erste Ladeluftdruck, T5 ist die zweite Ladelufttemperatur, n ist die Drehzahl der Brennkraftmaschine, Vh ist das Hubvolumen in einem Brennraum 5 der als Hubkolbenmotor ausgebildeten Brennkraftmaschine, λΑ ist der Luftaufwand, mithin der Quotient aus dem tatsächlichen Luftmassenstrom und dem idealen Luftmassenstrom, und i ist ein Faktor, der für eine als Viertaktmotor ausgebildete Hubkolbenmaschine 0,5 beträgt, wobei er für eine als Zweitaktmotor ausgebildete Hubkolbenmaschine 1 beträgt. Die Gleichung gibt zugleich eine Definition des Luftaufwands λΑ an, indem links von dem Gleichheitszeichen der tatsächliche Luftmassenstrom gegeben ist, wobei die Faktoren vor dem Luftaufwand XA gemeinsam den idealen Luftmassenstrom bilden.
Besonders bevorzugt wird die Druckdifferenz, die über dem Ladeluftkühler abfällt, anhand eines Kennfelds aus dem Ladeluftstrom bestimmt. Als Ladeluftstrom kann dabei ein
realer Massenstrom der Ladeluft herangezogen, der berechnet oder aber auch mittels eines geeigneten Sensors gemessen werden kann.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, die Druckdifferenz in Abhängigkeit von einem idealen Massenstrom der Ladeluft zu bestimmen, der berechnet werden kann. Dabei ist der ideale Massenstrom insbesondere gegeben durch den tatsächlichen, realen Massenstrom der Ladeluft dividiert durch den Luftaufwand, wobei der Luftaufwand wiederum das Verhältnis zwischen dem tatsächlichen Massenstrom der Ladeluft und dem idealen Massenstrom der Ladeluft ist.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass die Druckdifferenz in Abhängigkeit von einem Volumenstrom der Ladeluft bestimmt wird. Dieser kann entweder berechnet oder mittels eines geeigneten Sensors gemessen werden.
Jedenfalls zeigt sich, dass die Druckdifferenz insbesondere von dem Massenstrom und/oder dem Volumenstrom der Ladeluft abhängt.
Es ist auch möglich, die Druckdifferenz auf Basis physikalischer Zusammenhänge, insbesondere anhand eines Druckverlustkoeffizienten des Ladeluftkühlers sowie einer Dichte der Ladeluft in dem Ladeluftkühler und einer Strömungsgeschwindigkeit der Ladeluft durch den Ladeluftkühler zu bestimmen. Die Strömungsgeschwindigkeit kann dabei wiederum aus dem Massenstrom der Ladeluft, der Dichte der Ladeluft sowie einer durchströmten Querschnittsfläche des
Ladeluftkühlers bestimmt werden.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, die eingerichtet ist, um eine Ansauglufttemperatur von einem Verdichter zugeführter Ansaugluft zu bestimmen. Die Steuereinrichtung ist weiter eingerichtet, um einen Ansaugluftdruck der Ansaugluft zu bestimmen, und um einen ersten Ladeluftdruck von Ladeluft stromabwärts des Verdichters zu bestimmen. Die Steuereinrichtung ist weiterhin eingerichtet, um eine Maximalleistung für die Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der bestimmten Ansauglufttemperatur, dem bestimmten Ansaugluftdruck und dem bestimmten ersten
Ladeluftdruck zu ermitteln, und um die Brennkraftmaschine so anzusteuern, dass diese maximal die ermittelte Maximalleistung erzeugt. In Zusammenhang mit der Steuereinrichtung ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung als zentrales
Steuergerät einer Brennkraftmaschine (engine control unit - ECU) ausgebildet, oder die
Funktionalität der Steuereinrichtung ist in das zentrale Steuergerät der Brennkraftmaschine implementiert. Alternativ ist es aber auch möglich, dass eine separate Steuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgesehen ist.
Die Steuereinrichtung ist bevorzugt eingerichtet zur Durchführung einer Ausführungsform des zuvor beschriebenen Verfahrens. Dabei ist es möglich, dass das Verfahren fest in eine elektronische Struktur, insbesondere eine Hardware, der Steuereinrichtung implementiert ist. Alternativ ist es möglich, dass in die Steuereinrichtung ein Compute rogrammprodukt geladen ist, welches maschinenlesbare Anweisungen aufweist, aufgrund derer eine der zuvor
beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens durchgeführt wird, wenn das
Computerprogrammprodukt auf der Steuereinrichtung läuft. Insofern wird auch ein Computerprogrammprodukt bevorzugt, welches maschinenlesbare Anweisungen aufweist, aufgrund derer eine Ausführungsform des zuvor beschriebenen
Verfahrens durchführbar ist, wenn das Computeφrogrammprodukt auf einer Recheneinrichtung, insbesondere auf einer Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine, läuft. Zur Erfindung gehört auch ein Datenträger, welcher ein solches Computerprogrammprodukt aufweist.
Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, welche einen Verdichter und eine Steuereinrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. In Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine ergeben sich die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren und der Steuereinrichtung erläutert wurden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine ist der Verdichter als Teil eines Kompressors ausgebildet. Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Verdichter bevorzugt als Teil eines Abgasturboladers ausgebildet. Die Brennkraftmaschine weist bevorzugt einen Kompressor und/oder einen Abgasturbolader auf, wobei der Kompressor und/oder der Abgasturbolader ihrerseits den Verdichter aufweisen.
Die Brennkraftmaschine weist bevorzugt einen Ansauglufttemperatursensor, einen
Ansaugluftdrucksensor, einen Ladeluftdrucksensor und vorzugsweise einen
Ladelufttemperatursensor, insbesondere zur Erfassung einer zweiten Ladelufttemperatur stromabwärts des Ladeluftkühlers, auf. Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise mit den Sensoren wirkverbunden. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Es ist möglich, dass die Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Personenkraftwagens, eines Lastkraftwagens oder eines Nutzfahrzeugs eingerichtet ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer
Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären Energieversorgung im Notstrombetrieb,
Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt, wobei die Brennkraftmaschine in diesem Fall vorzugsweise einen Generator antreibt. Auch eine stationäre Anwendung der
Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Weiterhin ist eine Anwendung der Brennkraftmaschine im Bereich der Förderung fossiler Roh- und insbesondere Brennstoffe, beispielswiese Öl und/oder Gas, möglich. Auch eine Verwendung der Brennkraftmaschine im industriellen Bereich oder im Konstruktionsbereich, beispielsweise in einer Konstruktions- oder Baumaschine, zum Beispiel in einem Kran oder einem Bagger, ist möglich. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Dieselmotor, als Benzinmotor, als Gasmotor zum Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet. Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet.
Die Beschreibung des Verfahrens einerseits und der Steuereinrichtung sowie der
Brennkraftmaschine andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Merkmale der Steuereinrichtung und der Brennkraftmaschine, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Steuereinrichtung und/oder der
Brennkraftmaschine. Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit der Steuereinrichtung und/oder der Brennkraftmaschine beschrieben wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Schritte einer bevorzugten Ausfuhrungsform des Verfahrens.
Dieses zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens einen Verfahrensschritt aus, der durch wenigstens ein Merkmal eines erfindungsgemäßen oder bevorzugten Ausführungsbeispiels der Steuereinrichtung oder der Brennkraftmaschine bedingt ist. Die Steuereinrichtung und/oder die Brennkraftmaschine zeichnet/zeichnen sich bevorzugt durch wenigstens ein Merkmal aus, welches durch wenigstens einen Schritt einer erfindungsgemäßen oder bevorzugten
Ausfuhrungsform des Verfahrens bedingt ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer
Brennkraftmaschine;
Figur 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Verfahrens, und
Figur 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1. Diese weist insbesondere einen Motorblock 3 mit wenigstens einem Brennraum 5, hier beispielhaft mit vier Brennräumen 5, auf. Außerdem weist die Brennkraftmaschine 1 einen Luftpfad 7 auf, über den den Brennräumen 5 Verbrennungsluft oder ein Verbrennungsluft- Brennstoff-Gemisch, vorzugsweise reine Verbrennungsluft, zuführbar ist. Dabei ist in dem Luftpfad 7 ein Verdichter 9 angeordnet, der hier Teil eines Abgasturboladers 11 ist. Alternativ ist es aber auch möglich, dass der Verdichter 9 Teil eines Kompressors ist. Stromabwärts des Verdichters 9 ist in dem Luftpfad 7 ein Ladeluftkühler 13 angeordnet.
Die Brennkraftmaschine 1 weist außerdem einen Abgaspfad 15 auf, über den Abgas aus den Brennräumen 5 abführbar ist. In dem Abgaspfad 15 ist hier eine Turbine 17 angeordnet, welche ebenfalls Teil des Abgasturboladers 11 ist. Die Turbine 17 ist mit dem Verdichter 9
antriebswirkverbunden, vorzugsweise über eine Welle 19 oder über eine andere geeignete Wirkverbindung. Die Brennkraftmaschine 1 weist außerdem eine Steuereinrichtung 21 auf, die vorzugsweise als zentrales Steuergerät der Brennkraftmaschine 1 ausgebildet ist.
Entlang des Luftpfads 7 sind ein erster Drucksensor 23 und ein zweiter Drucksensor 25 angeordnet, sowie ein erster Temperatursensor 27 und ein zweiter Temperatursensor 29. Der erste Drucksensor 23 und der erste Temperatursensor 27 sind hier stromaufwärts des Verdichters 9 angeordnet, und der zweiter Drucksensor 25 und der zweite Temperatursensor 29 sind stromabwärts des Ladeluftkühlers 13 angeordnet. Somit ist mittels des ersten Drucksensors 23 insbesondere ein Ansaugluftdruck bestimmbar, wobei mittels des zweiten Drucksensors 25 insbesondere ein erster Ladeluftdruck der gekühlten Ladeluft stromabwärts des Ladeluftkühlers 13 und somit zugleich der Druck bestimmbar ist, mit dem die Ladeluft den Brennräumen 5 zugeführt wird.
Mittels des ersten Temperatursensors 27 ist eine Ansauglufttemperatur bestimmbar, wobei mittels des zweiten Temperatursensors 29 eine zweite Ladelufttemperatur stromabwärts des Ladeluftkühlers 13 und insbesondere am Ort des Luftpfads 7, an welchem auch der erste
Ladeluftdruck herrscht, bestimmbar ist, mithin eine Temperatur, mit welcher die Ladeluft den Brennräumen 5 zugeführt wird.
Die Steuereinrichtung 21 ist mit den ersten und zweiten Drucksensoren 23, 25 sowie den ersten und zweiten Temperatursensoren 27, 29 wirkverbunden. Außerdem ist die Steuereinrichtung 21 bevorzugt mit dem Motorblock 3 wirkverbunden, nämlich zu dessen Ansteuerung sowie bevorzugt zur Bestimmung einer momentanen Leistung, insbesondere einer momentanen effektiven Leistung der Brennkraftmaschine 1. Die Steuereinrichtung 21 ist insbesondere eingerichtet, um die Ansauglufttemperatur, den Ansaugluftdruck, und den ersten Ladeluftdruck zu bestimmen, wobei sie weiter eingerichtet ist, um eine Maximalleistung für die Brennkraftmaschine 1 in Abhängigkeit von der bestimmten Ansauglufttemperatur, dem bestimmten Ansaugluftdruck und dem bestimmten ersten
Ladeluftdruck zu ermitteln, und um die Brennkraftmaschine so anzusteuern, dass diese maximal die ermittelte Maximalleistung erzeugt.
Fig.2 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Dabei gehen als Eingangsgrößen in das Verfahren die Ansauglufttemperatur Tl, der Ansaugluftdruck pl, die zweite Ladelufttemperatur T5, welche mittels des zweiten
Temperatursensors 29 gemessen wird, die momentane Leistung Pm der Brennkraftmaschine 1, sowie der erste Ladeluftdruck p5, der mittels des zweiten Drucksensors 25 gemessen wird, ein.
In Abhängigkeit von der momentanen Leistung Pm wird aus einem ersten Kennfeld 31 ein Luftaufwand 33 bestimmt. Die zweite Ladelufttemperatur T5, der Luftaufwand 33 und der erste Ladeluftdruck p5 werden gemeinsam einem ersten Berechnungsglied 35 zugeführt, aus welchem - bevorzugt unter Heranziehung der Zustandsgieichung für ideale Gase - ein Ladeluftstrom 37, insbesondere ein Massenstrom der Ladeluft, aus den genannten Eingangsgrößen des ersten Berechnungsglieds 35 bestimmt wird. Anhand dieses Ladeluftstroms 37 wird aus einem zweiten Kennfeld 39 ein Druckverlust 40 über dem Ladeluftkühler 13 bestimmt. Dieser wird optional in einem Umrechnungsglied 41 umgerechnet, und einer Additionsstelle 43 zugeführt, wo er mit dem ersten Ladeluftdruck p5 verrechnet wird, wobei als Ergebnis der Additionsstelle 43 der zweite Ladeluftdruck 45 resultiert, welcher stromaufwärts des Ladeluftkühlers 13 und insbesondere am Verdichterausgang des Verdichters 9 herrscht.
In einem Divisionsglied 47 wird ein Verhältnis des zweiten Ladeluftdrucks 45 zu dem
Ansaugluftdruck pl bestimmt, mithin ein über dem Verdichter 9 herrschendes Druckverhältnis 49. Dieses Druckverhältnis 49 geht wiederum in ein drittes Kennfeld 51 ein, aus welchem abhängig von dem Druckverhältnis 49 ein Verdichterwirkungsgrad 53 ausgelesen wird. Die Ansauglufttemperatur Tl, das Druckverhältnis 49 und der Verdichterwirkungsgrad 53 gehen in ein zweites Berechnungsglied 55 ein, wobei in dem zweiten Berechnungsglied 55 aus diesen Eingangsgrößen schließlich die erste Ladelufttemperatur T2 berechnet wird. Aus der derart berechneten ersten Ladelufttemperatur T2 wird in einem hierfür eingerichteten Bestimmungsglied 57 eine Maximalleistung 59 für die Brennkraftmaschine 1 bestimmt, wobei die Brennkraftmaschine 1 dann abhängig von der Maximalleistung 59 so angesteuert wird, dass sie maximal die ermittelte Maximalleistung 59 erzeugt. Letztlich stellt so die erste Ladelufttemperatur T2 vorzugsweise eine im Rahmen des Verfahrens einzuregelnde Größe dar, welche durch geeignete Ansteuerung der Brennkraftmaschine 1 von der Steuereinrichtung 21 und insbesondere durch Begrenzung der von der Brennkraftmaschine 1 erzeugten Leistung auf die Maximalleistung 59 eingestellt oder zumindest höchstens erreicht oder unterschritten wird.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Das Druckverhältnis 49, welches analog zu der Darstellung gemäß Figur 2 berechnet wird, geht hier in ein viertes Kennfeld 61 ein, aus welchem abhängig von dem Druckverhältnis 49 eine reduzierte Drehzahl 62 ausgelesen wird, die ihrerseits in ein drittes Berechnungsglied 63 eingeht. In das dritte Berechnungsglied 63 geht auch die Ansauglufttemperatur Tl ein. Das dritte - Berechnungsglied 63 berechnet aus der reduzierten Drehzahl 62 und der Ansauglufttemperatur Tl die physikalische Drehzahl 65, mithin die tatsächliche Drehzahl des Verdichters 9, insbesondere durch Multiplikation der reduzierten Drehzahl mit der Wurzel aus dem Quotienten aus der Ansauglufttemperatur Tl und einer reduzierten Temperatur, die als Konstante zur Bestimmung der in dem vierten Kennfeld 61 hinterlegten reduzierten Drehzahlen gewählt ist. Diese reduzierte Temperatur beträgt bevorzugt 25 °C.
Die physikalische Drehzahl 65 wird einem zweiten Bestimmungsglied 67 zugeführt, welches anhand der Drehzahl 65 die Maximalleistung 59 für die Brennkraftmaschine 1 bestimmt, wobei die Brennkraftmaschine 1 dann abhängig von der Maximalleistung 59 so angesteuert wird, dass sie maximal die ermittelte Maximalleistung 59 erzeugt. Letztlich stellt so die Drehzahl 65 vorzugsweise eine im Rahmen des Verfahrens einzuregelnde Größe dar, welche durch geeignete Ansteuerung der Brennkraftmaschine 1 von der
Steuereinrichtung 21 und insbesondere durch Begrenzung der von der Brennkraftmaschine 1 erzeugten Leistung auf die Maximalleistung 59 eingestellt oder zumindest höchstens erreicht oder unterschritten wird.
Die hier dargestellten ersten und zweiten Ausführungsformen des Verfahrens können bei verschiedenen Ausführungsbeispielen einer Brennkraftmaschine 1 unabhängig voneinander und/oder gegebenenfalls nur einzeln verwirklicht sein.
Es ist aber auch möglich, dass die beiden Ausführungsformen des Verfahrens gemäß den
Figuren 2 und 3 in Kombination miteinander bei einer Brennkraftmaschine 1 durchgeführt werden, wobei dann bevorzugt sowohl die erste Ladelufttemperatur T2 als auch die Drehzahl 65 in ein gemeinsames Bestimmungsglied eingehen, welches anhand dieser beiden Größen die Maximalleistung 59 für die Brennkraftmaschine bestimmt. Dabei kann das gemeinsame
Bestimmungsglied grundsätzlich beide Größen, also die erste Ladelufttemperatur T2 und die Drehzahl 65 zur Bestimmung der Maximalleistung 59 heranziehen. Es ist möglich, dass betriebspunktabhängig nur eine der beiden Eingangsgrößen, also die erste Ladelufttemperatur T2 oder die Drehzahl 65, zur Bestimmung der Maximalleistung 59 herangezogen wird, wobei hier insbesondere abhängig von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine oder von konkret vorliegenden Betriebs- und/oder Umweltbedingungen zwischen den herangezogenen Größen gewechselt werden kann. Insbesondere ist es möglich, dass abhängig von den konkret
vorliegenden Betriebs- und/oder Umweltbedingungen beide Größen oder nur eine Größe - wobei hier gewechselt werden kann - herangezogen wird/wefden.
Insgesamt zeigt sich, dass mithilfe des Verfahrens, der Steuereinrichtung und der
Brennkraftmaschine ein effizienter Motorschutz mit geringem Kostenaufwand möglich ist, wobei insbesondere vorhandene Seriensensorik unter Verzicht auf teure Zusatzsensorik und unter Verwendung virtueller Sensoren, verwirklicht werden kann.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), die einen Verdichter (9) aufweist, wobei
- eine Ansauglufttemperatur (Tl) von Ansaugluft bestimmt wird, welche dem Verdichter (9) zugeführt wird, wobei
- ein Ansaugluftdruck (pl) der dem Verdichter (9) zugeführten Ansaugluft bestimmt wird, wobei
- ein erster Ladeluftdruck (p5) einer Ladeluft stromabwärts des Verdichters (9) bestimmt wird, wobei
- eine Maximalleistung für die Brennkraftmaschine (1) in Abhängigkeit von der bestimmten Ansauglufttemperatur (Tl), dem bestimmten Ansaugluftdruck (pl) und dem bestimmten, ersten Ladeluftdruck (p5) ermittelt wird, und wobei
- die Brennkraftmaschine (1) so angesteuert wird, dass sie maximal die ermittelte
Maximalleistung erzeugt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeluft mittels eines Ladeluftkühlers (13) gekühlt wird, wobei der erste Ladeluftdruck (p5) der gekühlten Ladeluft stromabwärts des Ladeluftkühlers (13) bestimmt wird, und wobei eine Druckdifferenz (40), die über dem Ladeluftkühler (13) abfällt, bestimmt wird, und wobei ein zweiter Ladeluftdruck (p2) zum Ermitteln der Maximalleistung für die Brennkraftmaschine (1) in Abhängigkeit von dem bestimmten ersten Ladeluftdruck (p5) der gekühlten Ladeluft stromabwärts des Ladeluftkühlers (13) und der bestimmten Druckdifferenz (40) bestimmt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansauglufttemperatur (Tl) in Abhängigkeit von einer Umgebungslufttemperatur bestimmt wird, die in einer Umgebung der Brennkraftmaschine (1) herrscht.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansaugluftdruck (pl) in Abhängigkeit von einem Umgebungsluftdruck bestimmt wird, der in der Umgebung der Brennkraftmaschine (1) herrscht.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maximalleistung für die Brennkraftmaschine (1) durch Berechnen einer ersten
Ladelufttemperatur (T2) der Ladeluft stromabwärts des Verdichters (9) ermittelt wird, wobei die erste Ladelufttemperatur (T2) stromabwärts des Verdichters (9) mittels der bestimmten
Ansauglufttemperatur (Tl), dem bestimmten Ansaugluftdruck (pl) und dem bestimmten ersten und/oder zweiten Ladeluftdruck (p5, p2)berechnet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maximalleistung für die Brennkraftmaschine (1) durch Berechnen einer Drehzahl (65) des Verdichters (9) ermittelt wird, wobei die Drehzahl (65) des Verdichters (9) mittels der bestimmten Ansauglufttemperatur (Tl), dem bestimmten Ansaugluftdruck (pl) und dem bestimmten ersten und/oder zweiten Ladeluftdruck (p5, p2)berechnet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansauglufttemperatur (T 1 ), der Ansaugluftdruck (p 1 ) und der erste und/oder der zweite
Ladeluftdruck (p5, p2) mittels Messsignalen bestimmt werden, die von wenigstens einem Sensor erzeugt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln der
Maximalleistung für die Brennkraftmaschine (1) ausschließlich die Ansauglufttemperatur (Tl), der Ansaugluftdruck (pl) und der erste Ladeluftdruck (p5) mittels Messsignalen bestimmt werden, die von Sensoren erzeugt werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenz (40), die über dem Ladeluftkühler (13) abfällt, aus einem Ladeluftstrom (37) durch den Ladeluftkühler (13) bestimmt wird.
10. Steuereinrichtung (21) für eine Brennkraftmaschine (1), wobei die Steuereinrichtung (21) eingerichtet ist, um
- eine Ansauglufttemperatur (Tl) von einem Verdichter (9) zugeführter Ansaugluft zu bestimmen, um
- einen Ansaugluftdruck (p 1 ) der Ansaugluft zu bestimmen, um
- einen ersten Ladeluftdruck (p5) von Ladeluft stromabwärts des Verdichters (9) zu
bestimmen, um - eine Maximalleistung für die Brennkraftmaschine (1) in Abhängigkeit von der bestimmten Ansauglufttemperatur (Tl), dem bestimmten Ansaugluftdruck (pl) und dem bestimmten ersten Ladeluftdruck (p5) zu ermitteln, und um
- die Brennkraftmaschine (1) so anzusteuern, dass diese maximal die ermittelte
Maximalleistung erzeugt.
11. Brennkraftmaschine (1), mit einem Verdichter (9) und einer Steuereinrichtung (21) nach Anspruch 10.
PCT/EP2016/000901 2015-07-20 2016-06-02 Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine, steuereinrichtung für eine brennkraftmaschine, und brennkraftmaschine Ceased WO2017012682A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015213639.6 2015-07-20
DE102015213639.6A DE102015213639B3 (de) 2015-07-20 2015-07-20 Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine, und Brennkraftmaschine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017012682A1 true WO2017012682A1 (de) 2017-01-26

Family

ID=56116387

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2016/000901 Ceased WO2017012682A1 (de) 2015-07-20 2016-06-02 Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine, steuereinrichtung für eine brennkraftmaschine, und brennkraftmaschine

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102015213639B3 (de)
WO (1) WO2017012682A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019206127A1 (de) * 2019-04-29 2020-10-29 Ford Global Technologies, Llc Hybridfahrzeug und Verfahren zum Anpassen einer Leistungsbegrenzung eines Verbrennungsmotors eines Hybridfahrzeugs

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0685638A2 (de) * 1994-05-02 1995-12-06 Dresser Industries Inc. Verwaltungssystem zur Turboladerregelung
DE10054843A1 (de) * 2000-11-04 2002-05-08 Daimler Chrysler Ag Verfahren zur Begrenzung des Ladedrucks
EP1956211A2 (de) * 2007-02-08 2008-08-13 Wärtsilä Schweiz AG Verfahren zur Beladung eines Zylinders eines längsgespülten Zweitakt-Grossdieselmotors mit Ladeluft, sowie ein längsgespülter Zweitakt-Grossdieselmotor
EP2444629A1 (de) * 2010-02-09 2012-04-25 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Steuervorrichtung für einen motor mit turbolader

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6155050A (en) * 1999-06-01 2000-12-05 Cummins Engine Co Inc System and method for protecting a turbocharger in the event of a wastegate failure
DE102004019315B8 (de) * 2004-04-21 2017-04-27 Volkswagen Ag Verfahren zur Bestimmung von Zustandsgrößen eines Gasgemisches in einer einem Verbrennungsmotor zugeordneten Luftstrecke und entsprechend ausgestaltete Motorsteuerung

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0685638A2 (de) * 1994-05-02 1995-12-06 Dresser Industries Inc. Verwaltungssystem zur Turboladerregelung
DE10054843A1 (de) * 2000-11-04 2002-05-08 Daimler Chrysler Ag Verfahren zur Begrenzung des Ladedrucks
EP1956211A2 (de) * 2007-02-08 2008-08-13 Wärtsilä Schweiz AG Verfahren zur Beladung eines Zylinders eines längsgespülten Zweitakt-Grossdieselmotors mit Ladeluft, sowie ein längsgespülter Zweitakt-Grossdieselmotor
EP2444629A1 (de) * 2010-02-09 2012-04-25 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Steuervorrichtung für einen motor mit turbolader

Also Published As

Publication number Publication date
DE102015213639B3 (de) 2016-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112007000779B4 (de) Steuersystem und Steuerverfahren zur Abschätzung einer Turboladerleistung
DE10310221B4 (de) Verfahren zur Begrenzung eines Ladedrucks
DE102008017164B3 (de) Vorrichtung zum Steuern einer Abgasturboaufladung eines Verbrennungsmotors und Verbrennungsmotor
DE102014201947B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Ladeluftmassenstroms
DE112009000075B4 (de) Lufteinlasssystem mit Rückführkreis, Verfahren zum Halten eines Druckunterschieds und Leistungssystem
DE102012223772A1 (de) Steuervorrichtung für Verbrennungskraftmaschine und Verfahren zum Steuern einer Verbrennungskraftmaschine
EP0046872B1 (de) Kolbenbrennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader
DE102013215536A1 (de) Motorsystem und Verfahren zum Steuern eines Motorsystems
DE102014217591A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines Abgasrückführventils einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung
DE10054843B4 (de) Verfahren zur Begrenzung des Ladedrucks
DE102006042872B4 (de) Verfahren zur Bestimmung des Abgasgegendrucks stromaufwärts einer Turbine eines Abgasturboladers
WO2004099585A1 (de) Verfahren zur drehzahlüberwachung eines bi-turboladers
DE102015200155A1 (de) Steuer-/Regeleinrichtung für einen Verbrennungsmotor
DE102019209028A1 (de) Steuervorrichtung für Verbrennungsmotor
EP2923073A1 (de) Verfahren zum betrieb einer fremdgezündeten brennkraftmaschine mit einem abgasturbolader
DE60222525T2 (de) Verfahren zur Steuerung des Ladedrucks einer aufgeladenen Brennkraftmaschine
DE102012224055A1 (de) Verfahren zur Regelung eines Ladedrucks einer Kraftmaschine
EP3061954A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung eines antriebssystems eines kraftfahzeugs mit einer aufgeladenen brennkraftmaschine
DE102008048679B4 (de) Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Ladedruckes eines Abgasturboladers sowie eine Brennkraftmaschine
EP2730769B1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Hochdruck- und Niederdruck-Abgasrückführung
DE102015213639B3 (de) Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine, und Brennkraftmaschine
DE102010008385A1 (de) Verfahren zur Einstellung eines Ladedruckes
DE102009028617B4 (de) Verfahren und Steuergerät zur Berechnung des bankspezifischen Abgasmassenstroms bei mehrflutig ausgeführten Abgasanlagen aufgeladener Brennkraftmaschinen
EP3181875B1 (de) Referenzbasiertes saugrohrtemperaturmodell
DE102014019640A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung sowie entsprechende Antriebseinrichtung

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: 16727954

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16727954

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1