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DE102016200710A1 - Method and device for operating an engine system with a supercharged combustion engine - Google Patents

Method and device for operating an engine system with a supercharged combustion engine Download PDF

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Publication number
DE102016200710A1
DE102016200710A1 DE102016200710.6A DE102016200710A DE102016200710A1 DE 102016200710 A1 DE102016200710 A1 DE 102016200710A1 DE 102016200710 A DE102016200710 A DE 102016200710A DE 102016200710 A1 DE102016200710 A1 DE 102016200710A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
boost pressure
compressor
pressure
combustion engine
internal combustion
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.)
Pending
Application number
DE102016200710.6A
Other languages
German (de)
Inventor
Patrick Menold
Tobias Zolg
Sabine Wegener
Matthias Heinkele
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch 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 Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102016200710.6A priority Critical patent/DE102016200710A1/en
Publication of DE102016200710A1 publication Critical patent/DE102016200710A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D23/00Controlling engines characterised by their being supercharged
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Supercharger (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems (1) mit einem aufgeladenen Verbrennungsmotor (2), wobei das Motorsystem (1) eine abgasgetriebene Aufladeeinrichtung (6) mit einem Verdichter (62) aufweist, mit folgenden Schritten:
– Einstellen (S4) einer Verdichtungsleistung mithilfe einer Ladedruckregelung, wobei der Ladedruckregelung ein Soll-Ladedruck vorgegeben wird,
– Begrenzen (S3) des Soll-Ladedrucks auf eine maximal zulässigen Soll-Ladedruck, der von einer maximal zulässigen Verdichterdrehzahl (nkompmax) des Verdichters (62) abhängt;
– Bestimmen des maximal zulässigen Soll-Ladedruck (p2max) mithilfe eines Ladungswechselmodells des Verbrennungsmotors (2) und eines bereitgestellten Verdichterkennfelds der abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung.
The invention relates to a method for operating an engine system (1) with a supercharged internal combustion engine (2), wherein the engine system (1) has an exhaust-driven charging device (6) with a compressor (62), comprising the following steps:
- setting (S4) a compression capacity by means of a boost pressure control, wherein the boost pressure control is given a target boost pressure,
Limiting (S3) the desired boost pressure to a maximum allowable boost pressure that depends on a maximum allowable compressor speed (n compmax ) of the compressor (62);
- Determining the maximum allowable boost pressure (p2max) using a charge cycle model of the internal combustion engine (2) and a provided compressor map of the exhaust-driven charging device.

Figure DE102016200710A1_0001
Figure DE102016200710A1_0001

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Betreiben von aufgeladenen Verbrennungsmotoren, und insbesondere Maßnahmen zum Begrenzen einer Verdichterdrehzahl einer Aufladeeinrichtung für einen Verbrennungsmotor.The invention relates to methods for operating supercharged internal combustion engines, and more particularly to means for limiting a compressor speed of a supercharger for an internal combustion engine.

Technischer HintergrundTechnical background

Heutige Verbrennungsmotoren weisen üblicherweise abgasgetriebene Aufladeeinrichtungen auf, um Frischluft unter einem Ladedruck bereitzustellen. Eine Erhöhung des Ladedrucks ermöglicht es, die Luftzufuhr in die Zylinder des Verbrennungsmotors zu erhöhen und dadurch eine erhöhte Leistung abzurufen. Abgasgetriebene Aufladeeinrichtungen weisen in der Regel eine Turbine im Abgassystem auf, die über eine Welle mit einem Verdichter im Luftzuführungssystem verbunden ist. In der Turbine umgesetzte Abgasenthalpie wird als mechanische Rotationsenergie einem Verdichter zur Verfügung gestellt, der die mechanische Energie in eine Kompression von Frischluft umsetzt.Today's internal combustion engines typically have exhaust-driven superchargers to provide fresh air under a boost pressure. An increase in the boost pressure makes it possible to increase the air supply into the cylinders of the internal combustion engine and thus to increase the power. Exhaust-driven superchargers usually have a turbine in the exhaust system, which is connected via a shaft with a compressor in the air supply system. In the turbine converted exhaust enthalpy is provided as mechanical rotational energy to a compressor, which converts the mechanical energy into a compression of fresh air.

Die Turbine und der Verdichter einer Aufladeeinrichtung sind aufgrund der üblicherweise in derartigen Aufladeeinrichtungen auftretenden hohen Drehzahlen hohen Belastungen aufgrund von Fliehkräften ausgesetzt. Um eine Beschädigung der Komponenten der Aufladeeinrichtung zu vermeiden, müssen diese daher vor Überdrehzahlen geschützt werden.The turbocharger and compressor of a supercharger are subject to high stresses due to centrifugal forces due to the high rotational speeds commonly encountered in such superchargers. In order to avoid damage to the components of the charging device, they must therefore be protected against overspeeding.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems mit einem aufgeladenen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung oder ein Motorsystem gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.According to the invention a method for operating an engine system with a supercharged internal combustion engine according to claim 1 and a device or an engine system according to the independent claims are provided.

Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further embodiments are specified in the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems mit einem aufgeladenen Verbrennungsmotor vorgesehen, wobei das Motorsystem eine abgasgetriebene Aufladeeinrichtung mit einem Verdichter aufweist, mit folgenden Schritten:

  • – Einstellen einer Verdichtungsleistung mithilfe einer Ladedruckregelung, wobei der Ladedruckregelung ein Soll-Ladedruck vorgegeben wird,
  • – Begrenzen des Soll-Ladedrucks auf eine maximal zulässigen Soll-Ladedruck, der von einer maximal zulässigen Verdichterdrehzahl des Verdichters abhängt;
  • – Bestimmen des maximal zulässigen Soll-Ladedruck mithilfe eines vorgegebenen Ladungswechselmodells des Verbrennungsmotors und eines bereitgestellten Verdichterkennfelds der abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung.
According to a first aspect, there is provided a method of operating an engine system with a turbocharged internal combustion engine, the engine system having an exhaust gas driven supercharger with a compressor, comprising the steps of:
  • - Setting a compression capacity by means of a boost pressure control, wherein the boost pressure control a target boost pressure is specified,
  • Limiting the desired boost pressure to a maximum permissible boost pressure, which depends on a maximum permissible compressor rotational speed of the compressor;
  • - Determining the maximum allowable target boost pressure using a given charge cycle model of the engine and a provided compressor map of the exhaust-driven charging device.

Abgasgetriebene Aufladeeinrichtungen weisen in der Regel eine Turbine und einen Verdichter auf, die miteinander rotatorisch über eine Welle gekoppelt sind. Da sich aufgrund des üblicherweise geringen Trägheitsmoments bei Änderungen des Betriebszustands sehr hohe Drehzahlen der Turbine und des Verdichters ergeben können, muss die Verdichterdrehzahl zum Schutz der abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung begrenzt werden. Dies kann erfolgen, indem ein der Ladedruckregelung vorgegebener Soll-Ladedruck auf einen maximalen Soll-Ladedruck begrenzt wird. Eine Vorgehensweise, den maximalen Soll-Ladedruck mit Hilfe eines Kennfelds zu ermitteln, das von der Motordrehzahl und gegebenenfalls von weiteren Größen abhängt, ist ungenau und erfordert es, die Verdichterdrehzahl auf einen Wert zu begrenzen, der einen erheblichen Toleranzabstand von einer tatsächlich noch verträglichen maximal zulässigen Verdichterdrehzahl hat. Dadurch kann die maximal zur Verfügung stehende Verdichterleistung u.U. nicht abgerufen werden. Exhaust-driven superchargers usually have a turbine and a compressor, which are rotatably coupled to each other via a shaft. Since very high speeds of rotation of the turbine and the compressor can result due to the usually low moment of inertia with changes in the operating state, the compressor speed must be limited to protect the exhaust gas driven charging device. This can be done by limiting the setpoint boost pressure given to the charge pressure control to a maximum set boost pressure. A procedure to determine the maximum target boost pressure using a map that depends on the engine speed and possibly other variables is inaccurate and requires limiting the compressor speed to a value that is a significant tolerance distance from a maximum still tolerable actually permissible compressor speed. As a result, the maximum available compressor power u.U. not be retrieved.

Weiterhin ist bei Verwendung eines Kennfelds mit definierten Stützstellen die Anzahl von Eingangsgrößen begrenzt, so dass der Einfluss von weiteren Größen, wie z.B. bei Änderungen einer Nockenwellenstellung, eines Ventilhubs, eines Abgasgegendrucks, einer Abgastemperatur, einer Temperatur der Umgebungsluft, eines Umgebungsdrucks und dergleichen, nicht ausreichend berücksichtigt werden kann. Furthermore, when using a map with defined nodes, the number of input variables is limited, so that the influence of other quantities, such as e.g. when changes in a camshaft position, a valve lift, an exhaust back pressure, an exhaust gas temperature, a temperature of the ambient air, an ambient pressure and the like, can not be sufficiently considered.

Daher sieht das obige Verfahren vor, den maximal zulässigen Soll-Ladedruck in geeigneter Weise mithilfe eines Rechenmodells, das die physikalischen Gegebenheiten im Verbrennungsmotor berücksichtigt, zu berechnen. Die Berechnung erfolgt mit Hilfe eines Verdichterkennfelds für den Verdichter der Aufladeeinrichtung und eines Ladungswechselmodells für den Verbrennungsmotor. Durch die Berechnung mithilfe des Rechenmodells können eine größere Anzahl von Einflussgrößen berücksichtigt werden und es wird eine deutlich höhere Genauigkeit ermöglicht als bei der Verwendung eines vorab festgelegten Kennfelds. Insbesondere hat die Verwendung des Ladungswechselmodells den Vorteil, dass die Abhängigkeit zwischen dem Ladedruck und dem Massenstrom durch den Verdichter bei der Bestimmung des maximal zulässigen Soll-Ladedrucks berücksichtigt werden kann. Insbesondere kann bei dem Verdichterkennfeld auf eine bewährte physikalische Beschreibung des Verdichterverhaltens zurückgegriffen werden. Das Verdichterkennfeld kann als mathematisches Modell oder Look-up-Tabelle vorgegeben werden. Therefore, the above method provides for calculating the maximum allowable boost pressure appropriately using a calculation model taking into account the physical conditions in the internal combustion engine. The calculation is made by means of a compressor map for the compressor of the supercharger and a charge cycle model for the internal combustion engine. Calculation using the calculation model allows a larger number of factors to be taken into account and allows a much higher accuracy than when using a predefined map. In particular, the use of the charge exchange model has the advantage that the dependence between the boost pressure and the mass flow through the compressor in the determination of the maximum allowable boost pressure can be considered. In particular, in the compressor map can be made of a proven physical description of the compressor behavior. The compressor map can as mathematical model or look-up table.

Weiterhin kann das Ladungswechselmodell für einen Betriebspunkt berücksichtigt werden, der bei der maximal zulässigen Verdichterdrehzahl auftritt. Auf diese kann man den Soll-Ladedruck bis zur maximal zulässigen Verdichterdrehzahl einstellen. Furthermore, the charge cycle model may be considered for an operating point that occurs at the maximum allowable compressor speed. On these you can set the target boost pressure up to the maximum permissible compressor speed.

Insbesondere kann das Ladungswechselmodell für einen maximalen Verdichtermassenstrom und einen maximalen Soll-Ladedruck angenommen werden. In particular, the charge cycle model for a maximum compressor mass flow and a maximum target charge pressure can be assumed.

Es kann vorgesehen sein, dass das Ladungswechselmodell für mindestens eine tatsächliche sonstige Größe angenommen wird, wenn der Ist-Ladedruck von dem begrenzten Soll-Ladedruck um nicht mehr als einen vorbestimmten Betrag abweicht. It may be provided that the charge exchange model for at least one actual other variable is assumed, if the actual boost pressure deviates from the limited target boost pressure by no more than a predetermined amount.

Weiterhin kann die mindestens eine sonstige Größe den Druck eines internen Restgases in dem Zylinder nach einem Ausstoßtakt umfasst.Furthermore, the at least one other variable may include the pressure of an internal residual gas in the cylinder after an exhaust stroke.

Insbesondere kann der Druck des internen Restgases als eine Funktion mindestens einer der folgenden Größen bestimmt werden:

  • – einen Massenstrom in den Verbrennungsmotor,
  • – eine Abgastemperatur,
  • – eine Nockenwellenstellung; und
  • – einen Abgasgegendruck.
In particular, the pressure of the internal residual gas may be determined as a function of at least one of the following quantities:
  • A mass flow into the internal combustion engine,
  • An exhaust gas temperature,
  • A camshaft position; and
  • - An exhaust back pressure.

Es kann vorgesehen sein, dass der maximal zulässige Ladedruck nur bestimmt wird, wenn ein Ist-Ladedruck von dem zuletzt vorgegebenen etwaig begrenzten Soll-Ladedruck um nicht mehr als einen vorbestimmten Betrag abweicht.It can be provided that the maximum permissible boost pressure is only determined if an actual boost pressure deviates from the last predetermined, possibly limited, target boost pressure by no more than a predetermined amount.

Weiterhin kann der maximal zulässige Soll-Ladedruck durch Kombination des Ladungswechselmodells mit dem bereitgestellten Verdichterkennfeld des Verdichters bestimmt werden, wobei das Verdichterkennfeld eine Beziehung zwischen einem Druckverhältnis über dem Verdichter, einem Massenstrom durch den Verdichter und eine Verdichterdrehzahl angibt. Furthermore, the maximum allowable boost pressure may be determined by combining the charge cycle model with the provided compressor map of the compressor, wherein the compressor map indicates a relationship between a pressure ratio across the compressor, a mass flow through the compressor, and a compressor speed.

Es kann vorgesehen sein, dass der maximal zulässige Soll-Ladedruck mithilfe der Kombination des Ladungswechselmodells mit einem Verdichterkennfeld durch eine iterative Berechnung bestimmt wird.It can be provided that the maximum permissible desired charge pressure is determined by means of the combination of the charge exchange model with a compressor characteristic map by an iterative calculation.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung, insbesondere Motorsteuergerät, zum Betreiben eines Motorsystems mit einem aufgeladenen Verbrennungsmotor, wobei das Motorsystem eine abgasgetriebene Aufladeeinrichtung mit einem Verdichter aufweist, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um:

  • – eine Verdichtungsleistung mithilfe einer Ladedruckregelung einzustellen, wobei der Ladedruckregelung ein Soll-Ladedruck vorgegeben wird,
  • – den Soll-Ladedrucks auf eine maximal zulässigen Soll-Ladedruck zu begrenzen, der von einer maximal zulässigen Verdichterdrehzahl des Verdichters abhängt; und
  • – den maximal zulässigen Soll-Ladedruck mithilfe eines Ladungswechselmodells des Verbrennungsmotors und eines bereitgestellten Verdichterkennfelds der abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung zu bestimmen.
According to a further aspect, an apparatus, in particular an engine control unit, for operating an engine system with a supercharged internal combustion engine, wherein the engine system comprises an exhaust-driven supercharger with a compressor, wherein the apparatus is designed to:
  • To set a compression capacity by means of a boost pressure control, the charge pressure control being given a desired charge pressure,
  • - Limit the target boost pressure to a maximum allowable boost pressure, which depends on a maximum allowable compressor speed of the compressor; and
  • - Determine the maximum allowable boost pressure using a charge cycle model of the engine and a provided compressor map of the exhaust-driven charging device.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Embodiments are explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Motorsystems mit einem Verbrennungsmotor und einer Aufladeeinrichtung; und 1 a schematic representation of an engine system with an internal combustion engine and a charging device; and

2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Vorgabe eines maximal zulässigen Soll-Ladedrucks. 2 a flowchart illustrating a method for setting a maximum allowable boost pressure.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motorsystems 1 mit einem Verbrennungsmotor 2. Der Verbrennungsmotor kann in Form eines kraftstoffgeführten (Dieselmotor) oder luftgeführten Verbrennungsmotors (Ottomotor) ausgebildet sein. 1 shows a schematic representation of an engine system 1 with an internal combustion engine 2 , The internal combustion engine may be in the form of a fuel-guided (diesel engine) or air-guided internal combustion engine (gasoline engine).

Der Verbrennungsmotor 2 kann eine Anzahl von Zylindern 3, im vorliegenden Fall vier Zylinder, aufweisen. Dem Verbrennungsmotor 2 wird Luft über ein Luftzuführungssystem 4 zugeführt. Im Luftzuführungssystem 4 ist weiterhin eine Drosselklappe 7 angeordnet. Verbrennungsabgase, die beim Betrieb des Verbrennungsmotors 2 entstehen, werden aus den Zylindern 3 des Verbrennungsmotors 2 über ein Abgassystem 5 abgeführt. The internal combustion engine 2 can be a number of cylinders 3 , in the present case four cylinders. The internal combustion engine 2 Air is supplied via an air supply system 4 fed. In the air supply system 4 is still a throttle 7 arranged. Combustion gases during operation of the internal combustion engine 2 arise from the cylinders 3 of the internal combustion engine 2 via an exhaust system 5 dissipated.

Es ist eine abgasgetriebene Aufladeeinrichtung 6 vorgesehen, die eine Turbine 61 aufweist. Die Turbine 61 ist in dem Abgassystem 5 angeordnet, so dass das Verbrennungsabgas, das von den Zylindern 3 beim Betrieb des Verbrennungsmotors 2 ausgestoßen wird, diese antreibt, wobei die Abgasenthalpie des Verbrennungsabgases in mechanische Rotationsenergie umgesetzt wird.It is an exhaust gas driven charging device 6 provided a turbine 61 having. The turbine 61 is in the exhaust system 5 arranged so that the combustion exhaust gas coming from the cylinders 3 during operation of the internal combustion engine 2 is ejected, this drives, whereby the exhaust enthalpy of the combustion exhaust gas is converted into mechanical rotational energy.

Die Turbine 61 ist mit einem Verdichter 62 über eine Kopplungswelle 63 verbunden, um die durch die Turbine 61 bereitgestellte mechanische Energie dem Verdichter 62 zur Verfügung zu stellen und zur Verdichtung von aus der Umgebung entnommenen Frischluft zu verwenden. Dazu saugt der Verdichter 62 Frischluft aus der Umgebung des Motorsystems 1 an und stellt diese ausgangsseitig des Verdichters 62 in einem Ladedruckabschnitt 41 unter einem Ladedruck zur Verfügung. Stromabwärts an den Ladedruckabschnitt 41 schließt sich ab der Drosselklappe 7 ein Saugrohrabschnitt 42 des Luftzuführungssystems an. Der Saugrohrabschnitt 42 ist unmittelbar mit Einlassventilen (nicht gezeigt) der Zylinder 3 verbunden.The turbine 61 is with a compressor 62 via a coupling wave 63 connected to the turbine 61 provided mechanical energy to the compressor 62 to provide and to use for the compression of fresh air taken from the environment. This sucks the compressor 62 Fresh air from the environment of the engine system 1 and puts these on the output side of the compressor 62 in a boost pressure section 41 available under a boost pressure. Downstream of the boost pressure section 41 closes off the throttle 7 a Saugrohrabschnitt 42 of the air supply system. The suction pipe section 42 is directly with intake valves (not shown) of the cylinder 3 connected.

Es kann ein Ladersteller 64 an oder in der Turbine 61 vorgesehen sein, mit dem der Anteil der Abgasenthalpie, der in mechanische Energie umgesetzt wird, eingestellt werden kann. Der Ladersteller 64 kann in Form eines Wastegateventils, eines VTG-Stellers oder dergleichen ausgebildet sein.It may be a loader 64 on or in the turbine 61 be provided, with which the proportion of exhaust gas enthalpy, which is converted into mechanical energy, can be adjusted. The loader 64 may be in the form of a wastegate valve, a VTG actuator or the like.

Üblicherweise kann die Aufladeeinrichtung 6 mit einem Drehzahlsensor versehen, mit dem die Drehzahl der Welle 63 erfasst werden kann, so dass diese auf einfache Weise begrenzt werden kann. Zur Kosteneinsparung sind jedoch vielfach Aufladeeinrichtungen ohne Drehzahlsensor vorgesehen. Dennoch muss die Verdichterdrehzahl der Kopplungswelle 63 effektiv begrenzt werden, um Schäden an den Komponenten der Aufladeeinrichtung 6 zu vermeiden. Die Begrenzung der Verdichterdrehzahl erfolgt in der Regel durch Begrenzen des Ladedrucks auf einen maximal zulässigen Soll-Ladedruck über eine Ladedruckregelung.Usually, the charging device 6 equipped with a speed sensor, with which the speed of the shaft 63 can be detected so that it can be easily limited. To save costs, however, charging devices without a speed sensor are often provided. Nevertheless, the compressor speed of the coupling shaft 63 be effectively limited to damage to the components of the charging device 6 to avoid. The limitation of the compressor speed is usually carried out by limiting the boost pressure to a maximum allowable boost pressure via a boost pressure control.

Weiterhin ist eine Steuereinheit 10 vorgesehen, die das Motorsystem betreibt. Die Steuereinheit erfasst dazu Zustandsgrößen in dem Motorsystem und erhält eine Vorgabegröße, die beispielsweise ein Fahrerwunschmoment oder eine Fahrpedaleinstellung angeben kann. Basierend auf der Vorgabegröße und dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 2 werden dann Stellgeber in dem Verbrennungsmotor, wie beispielsweise der Ladersteller 64, eine (nicht gezeigte) Kraftstoffeinspritzung und die Drosselklappe 7 gestellt, um so eine gewünschte Antriebsleistung des Verbrennungsmotors 2 bereitzustellen. In der Regel wird aus der Vorgabegröße ein Ladedruck bestimmt, der mit Hilfe der Ladedruckregelung, die die Einstellung des Laderstellers 64 und/oder der Drosselklappe 7 beeinflusst, eingestellt wird. Die Einstellung erfolgt auf Grundlage einer Regelung, die den Ladedruck auf einen Soll-Ladedruck regelt. Die Bestimmung des Soll-Ladedrucks erfolgt in an sich bekannter Weise basierend auf der Vorgabegröße und sonstigen Betriebszustandsgrößen des Verbrennungsmotors 2, wird jedoch auf einen maximal zulässigen Soll-Ladedruck zur Begrenzung der Verdichterdrehzahl begrenzt. Furthermore, a control unit 10 provided that operates the engine system. The control unit detects for state variables in the engine system and receives a default size, which may indicate, for example, a driver's desired torque or an accelerator pedal setting. Based on the default size and the operating state of the internal combustion engine 2 then become positioners in the internal combustion engine, such as the loader 64 , a fuel injection (not shown) and the throttle 7 set to a desired drive power of the internal combustion engine 2 provide. In general, a charge pressure is determined from the default size, with the help of the boost pressure control, the setting of the loader actuator 64 and / or the throttle 7 is influenced, adjusted. The setting is based on a regulation that regulates the boost pressure to a target boost pressure. The determination of the desired charge pressure takes place in a manner known per se, based on the default value and other operating state variables of the internal combustion engine 2 , but is limited to a maximum allowable boost pressure to limit the compressor speed.

Zur Beschreibung des Verhaltens des Verdichters 62 der abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung 6 steht in der Regel ein Verdichterkennfeld zur Verfügung, das eine Beziehung zwischen einem Druckverhältnis über dem Verdichter, d.h. einem Quotienten aus einem ausgangsseitigen Druck p2, der einem Ladedruck entspricht, und einem eingangsseitigen Druck p1, der im Wesentlichen einem Umgebungsdruck entspricht, einen Verdichtermasssenstrom m’komp durch den Verdichter 62 und Verdichterdrehzahlen nkomp zur Verfügung stellt. Meist wird in herkömmlichen Verdichterkennfeldern ein normalisierter Massenstrom oder ein temperaturkorrigierter Volumenstrom angenommen. Auch die Verdichterdrehzahl ist meist für eine Referenztemperatur angeben. Bei Verwendung eines solchen Verdcichterkennfelds muss dies potentiell berücksichtigt werden.To describe the behavior of the compressor 62 the exhaust-driven charging device 6 For example, a compressor map is provided which has a relationship between a pressure ratio across the compressor, ie a quotient of an output side pressure p2 corresponding to a boost pressure and an input side pressure p1 substantially equal to an ambient pressure, a compressor mass flow m '. komp through the compressor 62 and compressor speeds n comp provides. Usually in conventional compressor maps a normalized mass flow or a temperature-corrected volume flow is assumed. The compressor speed is usually specify for a reference temperature. When using such a Verduchichterkennfelds this must be considered potentially.

Kritische Werte der Verdichterdrehzahl werden in der Regel bei hohen Motormomenten bzw. hohen Motordrehzahlen eingenommen, da hier die Anforderungen nach einem hohen Ladedruck bzw. hohes Fördervolumen bestehen. In diesen Betriebsbereichen ist die Drosselklappe in der Regel vollständig geöffnet, so dass der sich ausgangsseitig des Verdichters 62 einstellende Ladedruck p2 und der durch den Verbrennungsmotor 2 strömende Luftmassenstrom m’motor nicht unabhängig voneinander einstellbar sind. Critical values of the compressor speed are generally taken at high engine torques or high engine speeds, since there are the requirements for a high boost pressure or high delivery volume. In these operating ranges, the throttle valve is usually fully open, so that the output side of the compressor 62 adjusting boost pressure p2 and that by the internal combustion engine 2 flowing mass air flow m ' motor are not independently adjustable.

Die Beziehung zwischen dem Ladedruck p2 und dem durch den Verbrennungsmotor strömenden Massenstrom m’motor bei geöffneter Drosselklappe 7 kann durch ein Ladungswechselmodell abgebildet werden. Ein Ladungswechselmodell gibt allgmein Gasmassenströme durch das Motorsystem bei einem Verbrennungsmotor an. Das Verdichterkennfeld kann verwendet werden, bei einer vorgegeben maximal zulässigen Verdichterdrehzahl eine Beziehung zwischen dem Ladedruck p2 und dem Verdichtermasssenstrom m’komp anzugeben. Das Ladungswechselmodell kann dazu verwendet werden, um aus einem Ladedruck p2, der einen maximal zulässigen Soll-Ladedruck p2max entspricht, einen dazugehörigen Massenstrom m’motor durch den Verbrennungsmotor 2 zu bestimmen. The relationship between the supercharge pressure P2 and the air flowing through the internal combustion engine mass flow m 'motor at open throttle 7 can be mapped by a charge cycle model. A charge cycle model generally indicates gas mass flows through the engine system in an internal combustion engine. The compressor map may be used to indicate a relationship between the boost pressure p2 and the compressor mass flow m'comp at a given maximum allowable compressor speed . The charge cycle model can be used to obtain from a boost pressure p2, which corresponds to a maximum permissible boost pressure p2max, an associated mass flow m ' engine through the internal combustion engine 2 to determine.

Damit kann über das Verdichterkennfeld bei Vorgabe einer maximalen Verdichterdrehzahl nkompmax der maximal zulässige Soll-Ladedruck p2max ermittelt werden. Insbesondere kann durch Vorgabe einer maximalen Verdichterdrehzahl und durch Gleichsetzen der Massenströme der maximal zulässige Soll-Ladedruck p2max ermittelt werden.Thus, the maximum permissible desired boost pressure p2max can be determined via the compressor map when specifying a maximum compressor speed n compmax . In particular, by specifying a maximum compressor speed and by equating the mass flows, the maximum permissible desired charge pressure p2max can be determined.

Das Ladungswechselmodell kann einen Massenstrom als Funktion eines Ladedrucks p2, eine Nockenwellenstellung, eine Abgastemperatur usw. definieren. Es gilt für das Ladungswechselmodell: M’motor= f(p2), wie z.B. M‘motor= k1 × (p2 – prest) wobei prest einem Druck eines internen Restgases in einem der Zylinder bzw. den Zylindern nach einem Ausstoßtakt entspricht. Der Druck des internen Restgases ist weiterhin eine Funktion des Massenstroms m’motor in den Verbrennungsmotor 2, der Abgastemperatur, der Nockenwellenstellung, des Abgasgegendrucks und dergleichen. k1 entspricht einer Funktion, die im Wesentlichen von einer Motordrehzahl nmotor des Verbrennungsmotors 2 abhängt. The charge cycle model may define a mass flow as a function of a boost pressure p2, a camshaft position, an exhaust temperature, and so on. It applies to the charge exchange model: M ' motor = f (p2), such as M ' motor = k1 × (p2 - p rest ) wherein p rest corresponds to a pressure of an internal residual gas in one of the cylinders or the cylinders after an exhaust stroke. The pressure of the internal residual gas is also a function of the mass flow m ' engine in the internal combustion engine 2 , the exhaust temperature, the camshaft position, the exhaust back pressure and the like. k1 corresponds to a function that is essentially of an engine speed n engine of the internal combustion engine 2 depends.

Weiterhin steht das Verdichterkennfeld als folgende Funktion f1 zur Verfügung: p2/p1 = f1(m’komp, nkomp) ➔ p2 = f1(m’komp, nkomp) × p1 für die vorgegebene maximal zulässige Verdichterdrehzahl nkompmax gilt dann: p2max = f1(k1 × (p2max – prest), nkompmax) × p1 Furthermore, the compressor map is available as the following function f1: p2 / p1 = f1 (m ' comp , n comp ) ➔ p2 = f1 (m' comp , n comp ) × p1 for the given maximum permissible compressor speed n kompmax then: p2max = f1 (k1 × (p2max -p rest ), n compmax ) × p1

Durch Kombinieren der obigen Formeln erhält man eine nichtlineare Gleichung, die nach dem maximal zulässigen Soll-Ladedruck p2max iterativ gelöst werden kann. Der maximal zulässige Soll-Ladedruck p2max dann nun zur Begrenzung des Soll-Ladedrucks für die Ladedruckregelung zur Verfügung.By combining the above formulas, one obtains a non-linear equation that can be solved iteratively after the maximum allowable boost pressure p2max. The maximum permissible boost pressure p2max is now available to limit the desired boost pressure for the boost pressure control.

Der in obiger Gleichung verwendete Ladedruck entspricht einem maximal zulässigen Soll-Ladedruck p2max bei der vorgegebenen maximalen Verdichterdrehzahl nkompmax und der Massenstrom entspricht einem Massenstrom bei der vorgegebenen maximalen Verdichterdrehzahl bei dem maximal zulässigen Soll-Ladedruck p2max. The boost pressure used in the above equation corresponds to a maximum allowable boost pressure p2max at the predetermined maximum compressor speed n kompmax and the mass flow corresponds to a mass flow at the predetermined maximum compressor speed at the maximum allowable boost pressure p2max.

Die Berechnung des maximal zulässigen Soll-Ladedrucks p2max kann insbesondere auf Zyklen begrenzt werden, in denen der Ist-Ladedruck sich in der Nähe des Soll-Ladedrucks oder des maximal zulässigen Ladedrucks befindet. In diesem Fall muss nicht das volle Ladungswechselmodell berechnet werden, sondern man kann sich auf die Ist-Werte aus dem Ladungswechselmodell stützen.The calculation of the maximum permissible desired boost pressure p2max can be limited in particular to cycles in which the actual boost pressure is in the vicinity of the desired boost pressure or the maximum permissible boost pressure. In this case, the full charge-exchange model does not have to be calculated, but one can rely on the actual values from the charge-exchange model.

Anhand des Flussdiagramms der 2 wird der Ablauf der zyklischen Berechnung des maximal zulässigen Soll-Ladedrucks nochmals kurz erläutert. Based on the flowchart of 2 the sequence of the cyclical calculation of the maximum permissible set boost pressure is briefly explained again.

In Schritt S1 wird überprüft, ob der Ist-Ladedruck von dem zuletzt vorgegebenen etwaig begrenzten Soll-Ladedruck um nicht mehr als einen vorbestimmten Betrag abweicht. Ist der Unterschied zwischen dem Ist-Ladedruck und dem zuletzt vorgegebenen etwaig begrenzten Soll-Ladedruck geringer als durch den vorbestimmten Betrag vorgegeben (Alternative: Ja), so wird das Verfahren mit Schritt S2 fortgesetzt. Andernfalls (Alternative: Nein) wird zu Schritt S1 zurückgesprungen und eine Neuberechnung des maximal zulässigen Soll-Ladedrucks in dem aktuellen Rechenzyklus ausgelassen.In step S1, it is checked whether the actual boost pressure deviates from the last predetermined, possibly limited, target boost pressure by no more than a predetermined amount. If the difference between the actual charge pressure and the last predetermined possibly limited desired boost pressure is less than predetermined by the predetermined amount (alternative: yes), then the method in step S2 continued. Otherwise (alternative: no) returns to step S1 and omitted a recalculation of the maximum allowable target boost pressure in the current computing cycle.

In Schritt S2 werden nun basierend auf dem aktuellen Druck prest eines internen Restgases in dem Zylinder 3 nach einem Ausstoßtakt und auf der Motordrehzahl die iterative Berechnung des maximal zulässigen Soll-Ladedrucks gestartet. In step S2, p rest of an internal residual gas in the cylinder is now based on the current pressure p rest 3 after an exhaust stroke and on the engine speed, the iterative calculation of the maximum allowable boost pressure started.

Liegt der maximal zulässige Soll-Ladedruck vor, so wird der aktuell von der Ladedruckregelung vorgegebene Soll-Ladedruck in Schritt S3 entsprechend begrenzt.If the maximum permissible desired charge pressure is present, then the setpoint boost pressure currently specified by the charge pressure control is correspondingly limited in step S3.

Basierend auf dem nun geltenden begrenzten Soll-Ladedruck wird nun in Schritt S4 die Ladedruckregelung ausgeführt. Based on the now limited nominal boost pressure, the boost pressure control is now executed in step S4.

Anschließend kann zu Schritt S1 zurückgesprungen werden, um das Verfahren zyklisch auszuführen. Subsequently, it is possible to return to step S1 in order to execute the method cyclically.

Claims (13)

Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems (1) mit einem aufgeladenen Verbrennungsmotor (2), wobei das Motorsystem (1) eine abgasgetriebene Aufladeeinrichtung (6) mit einem Verdichter (62) aufweist, mit folgenden Schritten: – Einstellen (S4) einer Verdichtungsleistung mithilfe einer Ladedruckregelung, wobei der Ladedruckregelung ein Soll-Ladedruck vorgegeben wird, – Begrenzen (S3) des Soll-Ladedrucks auf eine maximal zulässigen Soll-Ladedruck, der von einer maximal zulässigen Verdichterdrehzahl (nkompmax) des Verdichters (62) abhängt; – Bestimmen des maximal zulässigen Soll-Ladedruck (p2max) mithilfe eines Ladungswechselmodells des Verbrennungsmotors (2) und eines bereitgestellten Verdichterkennfelds der abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung.Method for operating an engine system ( 1 ) with a supercharged internal combustion engine ( 2 ), the engine system ( 1 ) an exhaust gas driven charging device ( 6 ) with a compressor ( 62 ), comprising the following steps: - setting ( S4 ) a compression capacity by means of a boost pressure control, wherein the boost pressure control a target boost pressure is specified, - limiting ( S3 ) of the desired charge pressure to a maximum allowable boost pressure, which is determined by a maximum allowable compressor speed (n compmax ) of the compressor ( 62 ) depends; Determining the maximum permissible desired boost pressure (p2max) using a charge exchange model of the internal combustion engine ( 2 ) and a provided compressor map of the exhaust gas driven charging device. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ladungswechselmodell für einen Betriebspunkt berücksichtigt wird, der bei der maximal zulässigen Verdichterdrehzahl auftritt. The method of claim 1, wherein the charge cycle model is considered for an operating point that occurs at the maximum allowable compressor speed. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Ladungswechselmodell für einen maximalen Verdichtermassenstrom und einen maximalen Soll-Ladedruck angenommen wird. The method of claim 2, wherein the charge cycle model for a maximum compressor mass flow and a maximum target boost pressure is adopted. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Ladungswechselmodell für mindestens eine tatsächliche sonstige Größe angenommen wird.The method of claim 3, wherein the charge cycle model is adopted for at least one actual other size. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Ladungswechselmodell für mindestens eine tatsächliche sonstige Größe angenommen wird, wenn der Ist-Ladedruck von dem begrenzten Soll-Ladedruck um nicht mehr als einen vorbestimmten Betrag abweicht. Method according to claim 4, wherein the charge exchange model is assumed for at least one actual other variable, if the actual Boost pressure deviates from the limited desired boost pressure by no more than a predetermined amount. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei die mindestens eine sonstige Größe den Druck eines internen Restgases in einem Zylinder (3) des Verbrennungsmotors (2) nach einem Ausstoßtakt umfasst.The method of claim 4 or 5, wherein the at least one other variable, the pressure of an internal residual gas in a cylinder ( 3 ) of the internal combustion engine ( 2 ) after an exhaust stroke. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Druck des internen Restgases als eine Funktion mindestens einer der folgenden Größen bestimmt wird: – einen Massenstrom in den Verbrennungsmotor (2), – eine Abgastemperatur, – eine Nockenwellenstellung; und – einen Abgasgegendruck. Method according to claim 6, wherein the pressure of the internal residual gas is determined as a function of at least one of the following variables: - a mass flow into the internal combustion engine ( 2 ), - an exhaust gas temperature, - a camshaft position; and - an exhaust back pressure. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der maximal zulässige Ladedruck nur bestoimmt wird, wenn ein Ist-Ladedruck von dem zuletzt vorgegebenen etwaig begrenzten Soll-Ladedruck um nicht mehr als einen vorbestimmten Betrag abweicht. Method according to one of claims 1 to 7, wherein the maximum allowable boost pressure is only tuno if an actual boost pressure deviates from the last predetermined possibly limited desired boost pressure by not more than a predetermined amount. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, wobei der maximal zulässige Soll-Ladedruck durch Kombination des Ladungswechselmodells mit dem bereitgestellten Verdichterkennfeld des Verdichters (62) bestimmt wird, wobei das Verdichterkennfeld eine Beziehung zwischen einem Druckverhältnis über dem Verdichter (62), einem Massenstrom durch den Verdichter (62) und eine Verdichterdrehzahl (nkomp) angibt. The method of claim 1 to 8, wherein the maximum allowable target boost pressure by combining the charge cycle model with the provided compressor map of the compressor ( 62 ), wherein the compressor map indicates a relationship between a pressure ratio across the compressor ( 62 ), a mass flow through the compressor ( 62 ) and a compressor speed (n comp ). Verfahren nach Anspruch 9, wobei der maximal zulässige Soll-Ladedruck (p2max) mithilfe der Kombination des Ladungswechselmodells mit einem Verdichterkennfeld durch eine iterative Berechnung bestimmt wird. The method of claim 9, wherein the maximum allowable boost pressure (p2max) is determined by means of the combination of the charge cycle model with a compressor map by an iterative calculation. Vorrichtung, insbesondere Motorsteuergerät (10), zum Betreiben eines Motorsystems (1) mit einem aufgeladenen Verbrennungsmotor (2), wobei das Motorsystem (1) eine abgasgetriebene Aufladeeinrichtung (6) mit einem Verdichter (62) aufweist, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um: – eine Verdichtungsleistung mithilfe einer Ladedruckregelung einzustellen, wobei der Ladedruckregelung ein Soll-Ladedruck vorgegeben wird, – den Soll-Ladedruck (p2) auf eine maximal zulässigen Soll-Ladedruck (p2max) zu begrenzen, der von einer maximal zulässigen Verdichterdrehzahl des Verdichters (62) abhängt; – den maximal zulässigen Soll-Ladedruck (p2max) mithilfe eines Ladungswechselmodells des Verbrennungsmotors (2) und eines bereitgestellten Verdichterkennfelds der abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung (6) zu bestimmen.Device, in particular engine control unit ( 10 ), for operating an engine system ( 1 ) with a supercharged internal combustion engine ( 2 ), the engine system ( 1 ) an exhaust gas driven charging device ( 6 ) with a compressor ( 62 ), wherein the device is designed to: - set a compression capacity by means of a boost pressure control, wherein the charge pressure control is given a target boost pressure, - limit the target boost pressure (p2) to a maximum permissible target boost pressure (p2max), the maximum permissible compressor speed of the compressor ( 62 ) depends; The maximum permissible boost pressure (p2max) using a charge exchange model of the internal combustion engine ( 2 ) and a provided compressor map of the exhaust-driven charging device ( 6 ). Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.Computer program adapted to carry out all the steps of a method according to one of Claims 1 to 10. Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 12 gespeichert ist.A machine-readable storage medium on which a computer program according to claim 12 is stored.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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