DE102018207708A1 - Method and device for operating a supercharged internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems (1) mit einem aufgeladenen Verbrennungsmotor (2), mit folgenden Schritten:- Bestimmen eines Verdichtungsverhältnis (Π) eines Verdichters (62) einer Aufladeeinrichtung (6) des Motorsystems (1);- Bestimmen (S3) einer Verdichterdrehzahl des Verdichters (62) mithilfe eines Drehzahlsensors (65);- Ermitteln (S4) eines Verdichtermassenstroms (ṁ) mithilfe eines vorgegebenen Verdichterkennfelds abhängig von dem Verdichtungsverhältnis (Π) und von der Verdichterdrehzahl;- Plausibilisieren eines weiteren Massenstroms in dem Motorsystem (1) abhängig von dem ermittelten Verdichtermassenstrom (ṁ);- Betreiben (S5-S9) des Motorsystems (1) abhängig von dem plausibilisierten weiteren Massenstrom.The invention relates to a method for operating an engine system (1) with a supercharged internal combustion engine (2), comprising the following steps: - determining a compression ratio (Π) of a compressor (62) of a charging device (6) of the engine system (1); S3) a compressor speed of the compressor (62) using a speed sensor (65); - determining (S4) a compressor mass flow (ṁ) using a predetermined compressor map as a function of the compression ratio (Π) and the compressor speed; - plausibility checking of a further mass flow in the engine system (1) depending on the determined compressor mass flow (ṁ); - operation (S5-S9) of the engine system (1) depending on the plausible further mass flow.
Description
Technisches GebietTechnical field
Die Erfindung betrifft aufgeladene Verbrennungsmotoren, insbesondere Verbrennungsmotoren mit abgasgetriebenen Aufladeeinrichtungen, bei denen eine Funktion eines Verdichters mithilfe eines Verdichterkennfelds beschrieben wird. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung die Überprüfung von gemessenen oder modellierten Massenstromangaben von Massenströmen in einem Verbrennungsmotor und das Anwenden von Korrekturen, um fehlerhafte Sensorwerte oder fehlerhafte Modellwerte z. B. aufgrund Langzeitdrift zu korrigieren.The invention relates to supercharged internal combustion engines, in particular internal combustion engines with exhaust gas-driven charging devices, in which a function of a compressor is described with the aid of a compressor map. Furthermore, the present invention relates to the checking of measured or modeled mass flow data of mass flows in an internal combustion engine and the application of corrections to correct faulty sensor values or faulty model values e.g. B. to correct due to long-term drift.
Technischer HintergrundTechnical background
Zur Verbesserung der Luftzuführung in einem Verbrennungsmotor werden häufig Aufladeeinrichtungen vorgesehen, die mithilfe eines Verdichters einen erhöhten Gasdruck an den Einlassventilen der Zylinder des Verbrennungsmotors bereitstellen. Die Verdichter der Aufladeeinrichtungen werden häufig durch Nutzung von zur Verfügung stehender Abgasenthalpie betrieben, wobei mithilfe einer Abgasturbine Bewegungsenergie bereitgestellt wird, um den Verdichter anzutreiben. Alternativ oder zusätzlich können derartige Verdichter auch elektromotorisch angetrieben werden.To improve the air supply in an internal combustion engine, supercharging devices are often provided which provide an increased gas pressure at the inlet valves of the cylinders of the internal combustion engine with the aid of a compressor. The compressors of the charging devices are often operated using available exhaust gas enthalpy, kinetic energy being provided with the aid of an exhaust gas turbine in order to drive the compressor. Alternatively or additionally, such compressors can also be driven by an electric motor.
Die Eigenschaften eines solchen Verdichters werden durch ein Verdichterkennfeld beschrieben, das eine Abhängigkeit zwischen einem Verdichter-Druck-Verhältnis zwischen ausgangsseitigem Druck und eingangsseitigem Druck, einem normierten Massenstrom, d. h. einem Massenstrom, der auf einen Umgebungsdruck und eine Gastemperatur normiert ist, und einer Verdichterdrehzahl beschreibt.The properties of such a compressor are described by a compressor map, which shows a dependency between a compressor-pressure ratio between the outlet-side pressure and the inlet-side pressure, a normalized mass flow, i. H. describes a mass flow, which is normalized to an ambient pressure and a gas temperature, and a compressor speed.
Die Druckschrift
Die Druckschrift
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems mit einem aufgeladenen Verbrennungsmotor durch Plausibilisierung eines Massenstroms gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung und ein Motorsystem gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.According to the invention, a method for operating an engine system with a supercharged internal combustion engine by plausibility checking of a mass flow according to
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Further configurations are specified in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems mit einem aufgeladenen Verbrennungsmotors vorgesehen; mit folgenden Schritten:
- - Bestimmen eines Verdichtungsverhältnis eines Verdichters einer Aufladeeinrichtung des Motorsystems;
- - Bestimmen einer Verdichterdrehzahl des Verdichters mithilfe eines Drehzahlsensors;
- - Ermitteln eines Verdichtermassenstroms mithilfe eines vorgegebenen Verdichterkennfelds abhängig von dem Verdichtungsverhältnis und von der Verdichterdrehzahl;
- - Plausibilisieren eines weiteren Massenstroms in dem Motorsystem abhängig von dem ermittelten Verdichtermassenstrom.
- Determining a compression ratio of a compressor of a supercharger of the engine system;
- - Determining a compressor speed of the compressor using a speed sensor;
- - Determining a compressor mass flow using a predetermined compressor map as a function of the compression ratio and the compressor speed;
- - Plausibility check of a further mass flow in the engine system depending on the determined compressor mass flow.
Eine Idee des obigen Verfahrens besteht darin, mithilfe eines vorgegebenen Verdichterkennfelds, das einen Verdichter einer Aufladeeinrichtung in einem Motorsystem mit einem Verbrennungsmotor beschreibt, einen tatsächlichen Massenstrom durch den Verdichter zu bestimmen. Der so ermittelte Massenstrom durch den Verdichter kann anschließend zur Diagnose von Fehlern bei der Bestimmung anderer Massenstromangaben in dem Verbrennungsmotor und zur Korrektur dieser Massenstromangaben verwendet werden. Es werden also durch Bestimmung des ausgangsseitigen oder eingangsseitigen Drucks an dem Verdichter und Bestimmung der Verdichterdrehzahl eine normalisierte Verdichtermassenstromangabe ermittelt und basierend auf dem Umgebungsdruck und der Umgebungstemperatur die tatsächliche Verdichtermassenstromangabe durch den Verdichter errechnet. Die tatsächliche Verdichtermassenstromangabe kann nun zur Plausibilisierung, Überprüfung und/oder Korrektur weiterer gemessener oder modellierter Massenstromangaben im Verbrennungsmotor genutzt werden.One idea of the above method is to determine an actual mass flow through the compressor using a predetermined compressor map that describes a compressor of a charging device in an engine system with an internal combustion engine. The mass flow through the compressor determined in this way can then be used to diagnose errors in the determination of other mass flow data in the internal combustion engine and to correct these mass flow data. A normalized compressor mass flow specification is thus determined by determining the pressure on the output side or the input side of the compressor and determining the compressor speed and is based on the actual compressor mass flow rate is calculated by the compressor based on the ambient pressure and the ambient temperature. The actual compressor mass flow data can now be used for plausibility checking, checking and / or correcting further measured or modeled mass flow data in the internal combustion engine.
Insbesondere können ein Massenstrommesswert oder ein Massenstrommodellwert überprüft werden. Tritt eine Abweichung auf, so kann mithilfe einer Korrektur der Massenstrommesswert oder der Massenstrommodellwert korrigiert werden. Dadurch können Mess- und Modellierungsfehler korrigiert werden und insbesondere durch Alterungseffekte hervorgerufene Abweichungen kompensiert werden. In particular, a mass flow measurement value or a mass flow model value can be checked. If a deviation occurs, the mass flow measured value or the mass flow model value can be corrected using a correction. This allows measurement and modeling errors to be corrected and, in particular, deviations caused by aging effects to be compensated for.
Durch Verwendung des Verdichters einer Aufladeeinrichtung sowie Möglichkeiten zur Bestimmung der Verdichterdrehzahl sowie des eingangs- und ausgangsseitigen Drucks an dem Verdichter besteht die Möglichkeit, das Verdichterkennfeld zur Diagnose und Korrektur von Massenstromgrößen in dem Motorsystem zu verwenden.By using the compressor of a charging device and options for determining the compressor speed and the inlet and outlet pressure on the compressor, it is possible to use the compressor map for diagnosis and correction of mass flow quantities in the engine system.
Weiterhin kann der weitere Massenstrom einen Frischluftmassenstrom umfassen, wobei das Plausibilisieren des Frischluftmassenstroms insbesondere bei geschlossenem Niederdruck-Abgasrückführungsventil einer Niederdruck-Abgasrückführung durchgeführt wird.Furthermore, the further mass flow can comprise a fresh air mass flow, the plausibility check of the fresh air mass flow being carried out in particular when the low pressure exhaust gas recirculation valve of a low pressure exhaust gas recirculation is closed.
Insbesondere kann abhängig von einem Ergebnis der Plausibilisierung eine Korrektur der Bestimmung des Frischluftmassenstroms vorgenommen werden, insbesondere durch Vorgabe einer Korrekturgröße, die multiplikativ oder additiv den Messwert des Frischluftmassenstroms beaufschlagt, um eine korrigierte Frischluftmassenstromangabe zu erhalten.In particular, depending on a result of the plausibility check, a correction of the determination of the fresh air mass flow can be carried out, in particular by specifying a correction variable which acts multiplicatively or additively on the measured value of the fresh air mass flow in order to obtain a corrected fresh air mass flow rate.
Gemäß einer Ausführungsform kann der weitere Massenstrom einen Motormassenstrom umfassen, wobei das Plausibilisieren des Motormassenstroms insbesondere bei geschlossenem Hochdruck-Abgasrückführungsventil einer Hochdruck-Abgasrückführung durchgeführt wird.According to one embodiment, the further mass flow can comprise an engine mass flow, the plausibility check of the engine mass flow being carried out in particular when the high-pressure exhaust gas recirculation valve of a high-pressure exhaust gas recirculation is closed.
Somit können beispielsweise eine Frischluftmassenstromangabe, die von einem eingangsseitigen Bereich des Luftzuführungssystems z. B. mit Hilfe eines HFM-Massenstromsensors oder dergleichen gemessen wird, oder eine Motormassenstromangabe, die einen Massenstrom in die Zylinder des Verbrennungsmotors angibt, überprüft und ggfs. korrigiert werden.Thus, for example, a fresh air mass flow rate, which is from an input-side area of the air supply system, for. B. is measured with the aid of an HFM mass flow sensor or the like, or an engine mass flow indication which indicates a mass flow into the cylinders of the internal combustion engine, checked and corrected if necessary.
Insbesondere kann abhängig von einem Ergebnis der Plausibilisierung eine Korrektur eines Luftaufwandsparameters, auf dem eine Bestimmung des Motormassenstroms basiert, vorgenommen werden, insbesondere durch Vorgabe einer Korrekturgröße, die multiplikativ oder additiv den Luftaufwandsparameter beaufschlagt.In particular, depending on a result of the plausibility check, a correction of an air expenditure parameter, on which a determination of the engine mass flow is based, can be carried out, in particular by specifying a correction variable which acts on the air expenditure parameter multiplicatively or additively.
Es kann vorgesehen sein, dass das Verdichtungsverhältnis abhängig von einem Verdichterausgangsdruck, der entweder durch direkte Messung mit einem Ladedrucksensor oder durch eine indirekte Messung eines Saugrohrdrucks, insbesondere mit einem Saugrohrdrucksensor, und einem Berechnungsmodell eines Druckabfalls über einem Ladeluftkühler ermittelt wird, und wobei der Verdichtereingangsdruck entweder durch direkte Messung mit einem Verdichtereingangsdrucksensor oder durch Messung des Umgebungsdrucks in Verbindung mit einem Modell des Druckabfalls über einem Luftfilter und einer Einlassdrosselklappe (wenn vorhanden) ermittelt wird.It can be provided that the compression ratio is determined as a function of a compressor outlet pressure, which is determined either by direct measurement with a boost pressure sensor or by an indirect measurement of an intake manifold pressure, in particular with an intake manifold pressure sensor, and a calculation model of a pressure drop across a charge air cooler, and the compressor inlet pressure either by direct measurement with a compressor inlet pressure sensor or by measuring the ambient pressure in conjunction with a model of the pressure drop across an air filter and an inlet throttle valve (if present).
Weiterhin kann das Verdichterkennfeld eine Abhängigkeit zwischen einem Verdichtungsverhältnis über dem Verdichter, einer Drehzahl des Verdichters und einem auf einen Referenzdruck und eine Referenztemperatur normierten Verdichtermassenstrom angeben.Furthermore, the compressor map can indicate a dependency between a compression ratio across the compressor, a speed of rotation of the compressor and a compressor mass flow standardized to a reference pressure and a reference temperature.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Abgleich der Verdichterdrehzahl mit dem Verdichterverhältnis über das Verdichterkennfeld in einem Bereich durchgeführt wird, in dem der Gradient des Verlaufs eines Verdichterverhältnisses bei konstanter Drehzahl einen vorgegebenen Gradientenschwellenwert betragsmäßig nicht überschreitet. Mit der erfassten Abweichung kann ein entsprechender Sensor- oder Modellwert oder das gesamte Verdichterkennfeld durch eine additive oder multiplikative Korrekturgröße beaufschlagt werden.Provision can be made for the compressor speed to be compared with the compressor ratio over the compressor map in a range in which the gradient of the course of a compressor ratio at constant speed does not exceed a predetermined gradient threshold. The detected deviation can be applied to a corresponding sensor or model value or the entire compressor map by means of an additive or multiplicative correction variable.
Insbesondere kann diese Korrektur vor einer Bestimmung einer Korrekturgröße für einen Frischluftmassenstrom oder für einen Motormassenstrom angewendet werden.In particular, this correction can be applied before determining a correction quantity for a fresh air mass flow or for an engine mass flow.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Betreiben eines Motorsystems mit einem aufgeladenen Verbrennungsmotor vorgesehen, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um:
- - ein Verdichtungsverhältnis eines Verdichters einer Aufladeeinrichtung des Motorsystems zu bestimmen;
- - eine Verdichterdrehzahl des Verdichters mithilfe eines Drehzahlsensors zu bestimmen;
- - einen Verdichtermassenstrom mithilfe eines vorgegebenen Verdichterkennfelds abhängig von dem Verdichtungsverhältnis und von der Verdichterdrehzahl zu ermitteln;
- - einen weiteren Massenstrom in dem Motorsystem abhängig von dem ermittelten Verdichtermassenstrom zu plausibilisieren; und
- - das Motorsystem abhängig von dem plausibilisierten weiteren Massenstrom zu betreiben.
- - determine a compression ratio of a compressor of a supercharger of the engine system;
- - determine a compressor speed of the compressor using a speed sensor;
- - Determine a compressor mass flow using a predetermined compressor map as a function of the compression ratio and the compressor speed;
- - to plausibility check a further mass flow in the engine system depending on the determined compressor mass flow; and
- - To operate the engine system depending on the plausible further mass flow.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Motorsystem mit einem Verbrennungsmotor und der obigen Vorrichtung vorgesehen.According to a further aspect, an engine system with an internal combustion engine and the above device is provided.
Figurenlistelist of figures
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Motorsystems mit einer abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung; -
2 eine Darstellung eines Verdichterkennfelds für einen beispielhaften Verdichter einer abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung; und -
3 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Überprüfung eines gemessenen oder modellierten Massenstroms und zur Ermittlung einer Korrekturgröße.
-
1 is a schematic representation of an engine system with an exhaust gas-driven charging device; -
2 a representation of a compressor map for an exemplary compressor of an exhaust gas-driven charging device; and -
3 a flowchart to illustrate a method for checking a measured or modeled mass flow and for determining a correction quantity.
Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments
Die Zufuhr von Frischluft in die Zylinder
Es ist eine abgasgetriebene Aufladeeinrichtung
In dem Luftzuführungssystem
Das Motorsystem
Im Luftzuführungssystem
Weiterhin kann ein Ladedrucksensor
Weiterhin kann das Motorsystem
Zudem kann ein Drehzahlsensor
Weiterhin kann ein Drucksensor vorgesehen sein, der einen eingangsseitigen Druck an dem Verdichter
Weiterhin kann ein Ansaugtemperatursensor
Das Motorsystem
Das Steuergerät
Bei der Vorgabe des Soll-Ladedrucks muss ein für die betreffende Aufladeeinrichtung
Das Steuergerät
In Schritt
In Schritt
Weiterhin wird in Schritt
Mithilfe eines Verdichterkennfelds, das in
In Schritt
Die Berechnung unter Nutzung des Verdichterkennfelds weist dann eine hohe Genauigkeit auf, wenn die Drehzahllinien des Verdichterkennfelds nicht waagrecht verlaufen, wie es beispielsweise für geringere Massenströme der Fall ist.The calculation using the compressor map has a high degree of accuracy if the speed lines of the compressor map do not run horizontally, as is the case, for example, for lower mass flows.
In Schritt
In Schritt
In Schritt
In Schritt
Der Motormassenstrom durch den Verbrennungsmotor
Unter der Annahme, dass der Verdichtermassenstrom mithilfe des Verdichterkennfelds ordnungsgemäß bestimmt worden ist, kann ein Vergleich dafür verwendet werden, den Luftaufwandsparameter
Die Veränderungen des Luftaufwandsparameters
Da für die Modellierung des Verdichtermassenstroms die Verdichtereingangstemperatur notwendig ist, ist es auch für die Adaption des Luftaufwandsparameters
Die Berechnung unter Nutzung des Verdichterkennfelds weist dann eine hohe Genauigkeit auf, wenn die Drehzahllinien des Verdichterkennfelds nicht waagrecht verlaufen, wie es beispielsweise für geringere Massenströme der Fall ist. Zu bevorzugen ist also der Bereich des Verdichterkennfelds „rechts oben“, d.h. bei hohen Massenströmen und hohen Ladedrücken.The calculation using the compressor map has a high degree of accuracy if the speed lines of the compressor map do not run horizontally, as is the case, for example, for lower mass flows. The area of the compressor map "top right", i.e. at high mass flows and high boost pressures.
Deshalb kann vorgesehen sein, die Schritte
Um zu gewährleisten, dass Bauteilstreuungen des Verdichters
Es kann weiterhin vorteilhaft sein, dass die hier beschriebenen Überwachungs- und Abgleichfunktionen von der AGR-Regelung aktiv ein Schließen der AGR-Ventile anfordern können. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die AGR-Ventile in den relevanten Betriebspunkten ansonsten nicht oder nicht oft genug geschlossen würden.It can furthermore be advantageous that the monitoring and adjustment functions described here can actively request the EGR control to close the EGR valves. This is particularly advantageous if the EGR valves would otherwise not be closed or not closed often enough at the relevant operating points.
Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, dass die Funktion das aktive Schließen der Ventile nur anfordert, wenn die Abgleichfunktionen schon länger nicht mehr durchgeführt wurden. So werden unnötige Emissionen des Verbrennungsmotors
Weiterhin kann eine Korrektur der Verdichterdrehzahl vorgenommen werden, indem eine Plausibilisierung des Verdichterverhältnisses Π und der gemessenen Verdichterdrehzahl in einem Bereich waagerechter Drehzahllinien (Gradient betragsmäßig geringer als ein Gradientenschwellenwert) ermittelt wird. Bei Betriebspunkten, die sich in diesem linken Bereich des Verdichterkennfelds befinden, wird anstelle einer Bestimmung einer Korrekturgröße für den Frischluftmassenstrom oder für den Motormassenstrom eine Abweichung zwischen Verdichterverhältnis und Verdichterdrehzahl erkannt. Diese Abweichung kann entweder auf ein falsches Verdichterverhältnis, z. B. bedingt durch Sensortoleranzen oder erhöhte Luftfilterbeladung, oder auf einen veränderten Verdichterwirkungsgrad zurückgeführt werden. Je nach Anwendungssituation kann die wahrscheinlichste Fehlerquelle eine andere sein. Ist diese jedoch identifiziert, kann die Abweichung zwischen Verdichterverhältnis und Verdichterdrehzahl mit einem passenden Fehlermodell direkt auf den entsprechenden Sensor- oder Modellwert oder auf das gesamte Verdichterkennfeld angewendet werden, z. B. als additive oder multiplikative Korrektur.Furthermore, the compressor speed can be corrected by determining the plausibility of the compressor ratio Π and the measured compressor speed in a range of horizontal speed lines (gradient less than a gradient threshold value). At operating points located in this left area of the compressor map, a deviation between the compressor ratio and the compressor speed is recognized instead of a determination of a correction variable for the fresh air mass flow or for the engine mass flow. This deviation can either be due to an incorrect compressor ratio, e.g. B. due to sensor tolerances or increased air filter loading, or due to a changed compressor efficiency. Depending on the application situation, the most likely source of error can be another. However, if this is identified, the deviation between the compressor ratio and the compressor speed can be applied directly to the corresponding sensor or model value or to the entire compressor map using a suitable error model, e.g. B. as an additive or multiplicative correction.
Ist die Abweichung zwischen Verdichterverhältnis und Verdichterdrehzahl größer als zulässig, kann zudem ein Fehler erkannt werden und der Fahrer über eine geeignete Signalisierung, wie z.B. eine optische Fehleranzeige, zur Überprüfung in eine Werkstatt gerufen werden.If the deviation between the compressor ratio and the compressor speed is greater than permissible, an error can also be detected and the driver can use suitable signaling, e.g. an optical error display, can be called to a workshop for checking.
Es ist vorteilhaft, diese Korrektur vor etwaigen anderen (Massenstrom-) Korrekturen durchzuführen. Dadurch wird die Turboladerexpemplarstreuung erfasst, und für die Berechnung der Massenstromkorrekturen herausgerechnet.It is advantageous to carry out this correction before any other (mass flow) corrections. As a result, the turbocharger specimen scatter is recorded and calculated out for the calculation of the mass flow corrections.
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- WO 2001/029386 A1 [0004]WO 2001/029386 A1 [0004]
- DE 102014201947 B3 [0005]DE 102014201947 B3 [0005]
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