DE102007025077B4 - Method for operating an internal combustion engine - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader (ATL) mit variabler Turbinengeometrie (VTG) und einem Wastegate, welches wahlweise einen Teil eines Abgasstromes am ATL vorbei leitet, wobei eine VTG-Stellung und eine Wastegate-Stellung betriebspunktabhängig eingestellt werden, wobei bei solchen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine, bei denen ein gewünschtes Motormoment nur bei geschlossenem Wastegate erreicht werden kann, die Lastpunkte ausschließlich über eine Verstellung der VTG eingestellt werden, und dass bei solchen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine, bei denen ein gewünschtes Motormoment mit unterschiedlichen Kombinationen aus Wastegate-Stellung und VTG-Stellung eingestellt werden kann, eine Stellung jeweils für das Wastegate und die VTG mit folgenden Schritten bestimmt wird: (a) Bestimmen einer für den aktuellen Betriebspunkt und das gewünschte Motormoment maximalen Wastegate-Stellung, mit der das gewünschte Motormoment noch eingestellt werden kann; (b) Bestimmen aller für den aktuellen Betriebspunkt möglichen Kombinationen von Wastegate-Stellung und VTG-Stellung, mit denen das gewünschte Motormoment eingestellt werden kann, für alle Wastegate-Stellung zwischen der in Schritt (a) bestimmten maximalen Wastegate-Stellung und einem geschlossenen Wastegate; (c) Auswählen derjenigen Kombination aus den in Schritt (b) bestimmten Kombinationen, die den für den aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine bestmöglichen ATL-Wirkungsgrad aufweist, wobei in Schritt (c) diejenige Kombination aus Wastegate-Stellung und VTG-Stellung mit dem besten ATL-Wirkungsgrad für den aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine dadurch bestimmt wird, dass eine Kombination aus Wastegate-Stellung und VTG-Stellung ausgewählt wird, bei der ein Betrag der Differenz aus Saugrohrdruck minus Abgasgegendruck vor dem ATL maximal ist, wenn der Saugrohrdruck größer als der Abgasgegendruck vor dem ATL ist, oder bei der der Betrag der Differenz aus Saugrohrdruck minus Abgasgegendruck vor dem ATL minimal ist, wenn der Saugrohrdruck kleiner als der Abgasgegendruck vor dem ATL ist, wobei alle Kombinationsmöglichkeiten in einem Vorsteuerkennfeld mit dem für sie berechneten Spülgefälle in Form der Druckdifferenz „Saugrohrdruck minus Abgasdruck vor ATL“ gespeichert werden, wobei anhand dieses Vorsteuerkennfelds die optimale Kombination aus VTG-Ansteuerung und Wastegate-Ansteuerung ermittelt wird.A method of operating an internal combustion engine having an exhaust gas turbocharger (ATL) with variable turbine geometry (VTG) and a wastegate, which optionally passes a portion of an exhaust stream past the ATL, wherein a VTG position and a wastegate position are set operating point dependent, wherein at such operating points the internal combustion engine, in which a desired engine torque can be achieved only when the wastegate is closed, the load points are adjusted exclusively via an adjustment of the VTG, and that at such operating points of the internal combustion engine, in which a desired engine torque with different combinations of wastegate position and VTG Position can be set, a position respectively for the wastegate and the VTG with the following steps is determined: (a) determining a maximum for the current operating point and the desired engine torque wastegate position, with the desired engine torque is still set w can ground; (b) determining all combinations of wastegate position and VTG position possible for the current operating point, with which the desired engine torque can be set, for all wastegate position between the maximum wastegate position determined in step (a) and a closed wastegate ; (c) selecting that combination of the combinations determined in step (b) having the best possible ATL efficiency for the current operating point of the internal combustion engine, wherein in step (c) the combination of wastegate position and VTG position with the best ATL Efficiency for the current operating point of the internal combustion engine is determined by selecting a combination of wastegate position and VTG position at which an amount of the difference between intake manifold pressure minus exhaust back pressure before the ATL is maximum when the intake manifold pressure is greater than the exhaust back pressure ATL, or where the absolute value of the difference between the intake manifold pressure minus the exhaust backpressure before the ATL is minimal when the intake manifold pressure is lower than the exhaust backpressure before the ATL, all possible combinations in a pilot control map with the purge differential calculated for them in the form of the pressure differential " Intake manifold pressure minus exhaust pressure before ATL "fed be determined on the basis of this pilot control map, the optimum combination of VTG control and wastegate control.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader (ATL) mit variabler Turbinengeometrie (VTG) und einem Wastegate, welches wahlweise einen Teil eines Abgasstromes am ATL vorbei leitet, wobei eine VTG-Stellung und eine Wastegate-Stellung betriebspunktabhängig eingestellt werden, gemäß dem Patentanspruch 1. The invention relates to a method for operating an internal combustion engine having an exhaust gas turbocharger (ATL) with variable turbine geometry (VTG) and a wastegate, which optionally passes part of an exhaust gas stream past the ATL, wherein a VTG position and a wastegate position are set operating point-dependent, according to claim 1.

Es ist bekannt, zur Erhöhung der Leistungsabgabe einer Brennkraftmaschine einen Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie (VTG) zu verwenden. Bei der Auslegung eines solchen VTG-Turboladers gibt es zwei Möglichkeiten, die Auslegung des Laders für den Motor zu optimieren. Zum einen kann der Nennlastbereich in der Auslegung optimiert werden und zum anderen kann der Fokus auf ein besonders gutes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen (LowEnd-Torque) und Instationärverhalten gelegt werden. Im ersteren Fall wird man eine große Turbine auslegen, was zu einem Turbolader führt, der nur über die verstellbare Turbinengeometrie (VTG) geregelt wird. Soll allerdings das untere Ende des Drehzahlbandes optimiert werden, wird die Auslegung auf eine kleine Turbine bevorzugt. Bei einer solchen Auslegung wird man versuchen, den Vorteil der Turbinenvariabilität der VTG-Turbine vollständig zur Verbesserung des LowEnd-Torque und des Instationärverhaltens zu nutzen. In einem solchen Fall kann die Turbine allerdings nicht den gesamten im Nennpunkt anfallenden Abgasmassenstrom aufnehmen, weshalb ein zusätzliches Wastegate benötigt wird. It is known to use an exhaust gas turbocharger with variable turbine geometry (VTG) to increase the power output of an internal combustion engine. When designing such a VTG turbocharger, there are two ways to optimize the design of the supercharger for the engine. On the one hand, the rated load range can be optimized in the design and, on the other hand, the focus can be placed on a particularly good torque at low speeds (LowEnd-Torque) and transient behavior. In the former case, a large turbine will be laid out, resulting in a turbocharger controlled only by variable turbine geometry (VTG). However, if the lower end of the speed range is to be optimized, the design on a small turbine is preferred. In such a design, one will try to take full advantage of the turbine variability of the VTG turbine to improve low end torque and transient behavior. In such a case, however, the turbine can not absorb the entire exhaust gas mass flow occurring at the nominal point, which is why an additional wastegate is required.

Wird ein solcher ATL mit VTG und Wastegate eingesetzt, gibt es im Betriebkennfeld des Motors mehrere Punkte, die nicht eindeutig einer bestimmten Einstellung für VTG und Wastegate zugeordnet werden können, d.h. der gleiche Betriebspunkt kann mit unterschiedlichen Kombinationen von Wastegate-Öffnungswinkel und Leitschaufelstellung der VTG eingestellt werden. If such an ATL with VTG and wastegate is used, there are several points in the operating map of the engine that can not be clearly assigned to a particular setting for VTG and wastegate, i. the same operating point can be set with different combinations of wastegate opening angle and VTG vane position.

Bei Verwendung einer ATL-Turbine mit verstellbarem Leitschaufelkranz (VTG) muss beachtet werden, dass nicht jede Schaufelstellung zum gleichen Turbinenwirkungsgrad führt. Bei den aktuell bekannten VTG-Turbinen fallen die Wirkungsgrade vor allem bei sehr großen Öffnungswinkeln stark ab. Für den Motor bedeuten fallende Wirkungsgrade am ATL, dass für das notwendige Druckverhältnis im Saugrohr (abhängig von dem Zielmoment) ein immer höherer Abgasgegendruck vor der ATL-Turbine notwendig wird. Dies erhöht die Ladungswechselarbeit für den Motor und in Folge dessen den Verbrauch. Durch den hohen Druck vor Turbine wird auch die Temperaturbelastung für die Bauteile höher, was durch zusätzliche Anfettung des zur Verbrennung gelangenden Kraftstoff-Luft-Gemisches verhindert werden muss. When using an ATL turbine with adjustable vane ring (VTG), care must be taken that not every vane position results in the same turbine efficiency. In the currently known VTG turbines, the efficiencies fall sharply, especially at very large opening angles. For the engine, decreasing efficiencies at the ATL mean that the pressure ratio in the intake manifold (depending on the target torque) requires a higher and higher exhaust counterpressure upstream of the ATL turbine. This increases the charge cycle work for the engine and consequently the consumption. Due to the high pressure upstream of the turbine, the temperature load on the components also becomes higher, which must be prevented by additional enrichment of the fuel-air mixture that is to be burned.

Die gattungsbildende US 2006 / 0137 344 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einem Abgasturbolader (ATL) mit variabler Turbinengeometrie (VTG). Über ein Wastegateventil kann ein Teil des Abgasstroms am ATL vorbeigeleitet werden. Der Ladedruck bzw. eine Turbinenleistung werden durch eine VTG-Stellung und eine Wastegateventil-Stellung betriebspunktabhängig eingestellt. Eine Leitschaufelöffnung wird in einem Betriebsbereich zwischen einer geschlossenen Position und einer komplett offenen Position verstellt. Bei einem mittleren bis hohen Abgasstrom wird die Leitschaufelöffnung in einem Teilbereich dieses Betriebsbereiches verstellt. Der Teilbereich ist so gewählt, dass die Turbine in dem Teilbereich einen höheren Wirkungsgrad aufweist als außerhalb des Teilbereiches. Die Leitschaufelöffnung wird innerhalb des Teilbereiches so eingestellt, dass der Abgasgegendruck vor der Turbine niedrig ist und die gewünschte Antriebsleistung für den Verdichter von der Turbine aufgebracht wird, wobei überschüssiges Abgas über das Wastegateventil an der Turbine vorbeigeleitet wird. Bei einem kleinen bis mittleren Abgasstrom wird die Leitschaufelöffnung in dem vollständigen Betriebsbereich verstellt, um den maximalen Wirkungsgrad der Turbine zu erreichen. Es werden Versuche durchgeführt, wobei die Motordrehzahl und die Last konstant gehalten werden, aber die Leitschaufelöffnung sowie die Stellung des Wastegateventils variiert werden. The generic US 2006/0137344 discloses a method of operating an internal combustion engine having an exhaust turbocharger (ATL) with variable turbine geometry (VTG). A wastegate valve can be used to bypass a part of the exhaust gas stream at the ATL. The boost pressure or a turbine power are adjusted operating point-dependent by a VTG position and a wastegate valve position. A vane opening is adjusted in an operating range between a closed position and a fully open position. In the case of a medium to high exhaust gas flow, the guide blade opening is adjusted in a partial region of this operating range. The partial area is chosen so that the turbine has a higher efficiency in the partial area than outside the partial area. The vane opening is adjusted within the sub-range such that the exhaust backpressure upstream of the turbine is low and the desired drive power for the compressor is applied by the turbine with excess exhaust gas bypassing the turbine via the wastegate valve. With a small to medium exhaust stream, the vane opening is adjusted in the full operating range to achieve the maximum efficiency of the turbine. Experiments are performed with the engine speed and load kept constant, but the vane opening and the position of the wastegate valve are varied.

Aus der DE 102 02 322 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader mit verstellbarer Turbinengeometrie und einem Wastegate-Bypass für die Turbine bekannt. Der Wastegate-Bypass dient dazu bzw. wird derart angesteuert, dass bei Betrieb einer Motorbremseinrichtung unzulässig hohe Drücke in der Sauganlage der Brennkraftmaschine durch Abblasen von Abgas zu vermeiden. From the DE 102 02 322 A1 is an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger with adjustable turbine geometry and a wastegate bypass for the turbine known. The wastegate bypass serves or is controlled in such a way that, when an engine braking device is in operation, unacceptably high pressures in the intake system of the internal combustion engine are avoided by blowing off exhaust gas.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Betrieb einer Brennkraftmaschine, welche mit einem ATL mit VTG und einem Wastegate ausgerüstet ist, zu verbessern. The invention has for its object to improve the operation of an internal combustion engine, which is equipped with an ATL with VTG and a wastegate.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. This object is achieved by a method of o.g. Art solved with the features characterized in claim 1.

Dazu ist es bei einem Verfahren der o.g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei solchen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine, bei denen ein gewünschtes Motormoment nur bei geschlossenem Wastegate erreicht werden kann, die Lastpunkte ausschließlich über eine Verstellung der VTG eingestellt werden, und dass bei solchen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine, bei denen ein gewünschtes Motormoment mit unterschiedlichen Kombinationen aus Wastegate-Stellung und VTG-Stellung eingestellt werden kann, eine Stellung jeweils für das Wastegate und die VTG mit folgenden Schritten bestimmt wird:

• (a) Bestimmen einer für den aktuellen Betriebspunkt und das gewünschte Motormoment maximalen Wastegate-Stellung, mit der das gewünschte Motormoment noch eingestellt werden kann;
• (b) Bestimmen aller für den aktuellen Betriebspunkt möglichen Kombinationen von Wastegate-Stellung und VTG-Stellung, mit denen das gewünschte Motormoment eingestellt werden kann, für alle Wastegate-Stellung zwischen der in Schritt (a) bestimmten maximalen Wastegate-Stellung und einem geschlossenen Wastegate;
• (c) Auswählen derjenigen Kombination aus den in Schritt (b) bestimmten Kombinationen, die den für den aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine bestmöglichen ATL-Wirkungsgrad aufweist.

For this purpose, it is provided according to the invention in a method of the aforementioned type that at such operating points of the internal combustion engine, in which a desired engine torque can be achieved only when the wastegate is closed, the load points are adjusted exclusively via an adjustment of the VTG, and that at such operating points of the internal combustion engine in which one desired engine torque can be set with different combinations of wastegate position and VTG position, one position is determined in each case for the wastegate and the VTG with the following steps:

• (A) determining a maximum wastegate position for the current operating point and the desired engine torque with which the desired engine torque can still be set;
• (b) determining all combinations of wastegate position and VTG position possible for the current operating point, with which the desired engine torque can be set, for all wastegate position between the maximum wastegate position determined in step (a) and a closed wastegate ;
• (c) selecting the combination of the combinations determined in step (b) which has the best possible ATL efficiency for the current operating point of the internal combustion engine.

Dies hat den Vorteil, dass eine Regelstrategie zur Verfügung steht, die die Vorteile eines ATL mit zwei Regelorganen, nämlich mit einer VTG und einem Wastegate, optimal ausnutzt. This has the advantage that a control strategy is available that optimally exploits the advantages of an ATL with two control elements, namely with a VTG and a wastegate.

Es wird in Schritt (c) diejenige Kombination aus Wastegate-Stellung und VTG-Stellung mit dem besten ATL-Wirkungsgrad für den aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine dadurch bestimmt, dass eine Kombination aus Wastegate-Stellung und VTG-Stellung ausgewählt wird, bei der ein Betrag der Differenz aus Saugrohrdruck minus Abgasgegendruck vor dem ATL maximal ist, wenn der Saugrohrdruck größer als der Abgasgegendruck vor dem ATL ist, oder bei der der Betrag der Differenz aus Saugrohrdruck minus Abgasgegendruck vor dem ATL minimal ist, wenn der Saugrohrdruck kleiner als der Abgasgegendruck vor dem ATL ist. It is determined in step (c) that combination of wastegate position and VTG position with the best ATL efficiency for the current operating point of the internal combustion engine, characterized in that a combination of wastegate position and VTG position is selected in which an amount the difference between the intake manifold pressure minus the exhaust back pressure before the ATL is maximum when the intake manifold pressure is greater than the exhaust back pressure before the ATL, or at which the difference in intake manifold pressure minus exhaust back pressure before the ATL is minimal when the intake manifold pressure is less than the exhaust back pressure before the ATL ATL is.

Alle Kombinationsmöglichkeiten werden in einem Vorsteuerkennfeld mit dem für sie berechneten Spülgefälle in Form der Druckdifferenz „Saugrohrdruck minus Abgasdruck vor ATL“ gespeichert, wobei anhand dieses Vorsteuerkennfelds die optimale Kombination aus VTG-Ansteuerung und Wastegate-Ansteuerung ermittelt wird. All combination options are stored in a pilot control map with the purging gradient calculated for them in the form of the pressure difference "intake manifold pressure minus exhaust pressure before ATL", whereby the optimum combination of VTG control and wastegate activation is determined on the basis of this pilot control map.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. This shows in

1 ein Struktogramm einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens für einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit geschlossenem Wastegate, 1 a structogram of a preferred embodiment of a method according to the invention for an operating state of the internal combustion engine with closed wastegate,

2 ein Struktogramm einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens für einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine bei dem eine maximal mögliche Öffnung des Wastegates eingeregelt wird und 2 a structogram of a preferred embodiment of a method according to the invention for an operating condition of the internal combustion engine in which a maximum possible opening of the wastegate is adjusted and

3 ein Struktogramm einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens für einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine bei dem im Wastegatebereich des Zielmomentes geregelt wird. 3 a structogram of a preferred embodiment of a method according to the invention for an operating condition of the internal combustion engine is controlled in the wastegate region of the target torque.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader (ATL) mit variabler Turbinengeometrie (VTG) und einem Wastegate (WG) beschrieben. Die Stellung des WG bzw. der VTG wird über ein Taktverhältnis bestimmt, mit dem ein Aktuator für das WG bzw. der VTG angesteuert wird. In der dargestellten Ausführungsform sind die Aktuatoren für WG und VTG derart ausgebildet, dass eine Erhöhung des Taktverhältnisses eine Verstellung von WG bzw. VTG in Richtung eines höheren Ladedruckes bzw. einer höheren relativen Luftmasse R_L bedeutet. Je nach Art des Aktuators bzw. Stellorgans für WG bzw. VTG kann für eine Erhöhung von R_L auch eine Verminderung des Taktverhältnisses notwendig sein. Die Anweisungen in den nachfolgend beschriebenen Struktogrammen sind dann entsprechend umzukehren. Für eine Verringerung des Taktverhältnisses gilt die Analogie. The invention will be described below with reference to an exemplary embodiment of the method according to the invention for operating an internal combustion engine having an exhaust gas turbocharger (ATL) with variable turbine geometry (VTG) and a wastegate (WG). The position of the WG or the VTG is determined by means of a clock ratio with which an actuator for the WG or the VTG is activated. In the illustrated embodiment, the actuators for WG and VTG are designed such that an increase in the duty ratio means an adjustment of WG or VTG in the direction of a higher boost pressure and a higher relative air mass R _L. Depending on the type of actuator or actuator for WG or VTG may be necessary for an increase of R _L and a reduction of the clock ratio. The instructions in the structograms described below should then be reversed accordingly. For a reduction of the clock ratio, the analogy applies.

Nachfolgend bezeichnet "R_{L_soll}" einen Sollwert für die relative Luftmasse R_L, "WG-Antaktung" ein dem Aktuator des WG zugeführten Taktverhältnisses, "VTG-Antaktung" ein dem Aktuator der VTG des ATL zugeführten Taktverhältnisses und "LDR" einen Ladedruckregler. _Hereinafter , "R _{L_soll} " _denotes a target value for the relative air mass R _L , "WG-Aaktakt" a clock ratio supplied to the actuator of the WG, "VTG-Ackaktung" a clock ratio supplied to the actuator of the VTG of the ATL and "LDR" a wastegate.

Bei dem in 1 dargestellten Struktogramm ist das erfindungsgemäße Verfahren für einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine dargestellt, bei dem das momentane Motormoment bei vollständig geschlossenem WG erzielt werden kann, d.h. die WG-Antaktung ist minimal. In einem Schritt 10 "(WG-Antaktung = min); R_L = R_{L_soll} oder VTG-Antaktung = min" wird geprüft, ob der aktuelle Wert der relativen Luftmasse R_L gleich R_{L_soll} ist oder ob das dem Aktuator für die VTG zugeführte Taktverhältnis minimal ist. Falls eine dieser Bedingungen erfüllt ist, wird mit der Verzweigung 12 "Ja" zu Schritt 14 "Ausgabe der Größen an die LDR" gesprungen und werden die Größen dem Ladedruckregler LDR zugeführt. Falls jedoch keine der vorgenannten Bedingungen zutrifft, wird mit der Verzweigung 16 "Nein" zu Schritt 17 "R_L > R_{L_soll}" gesprungen und geprüft, ob der aktuelle Wert der relativen Luftmasse R_L größer als R_{L_soll} ist. Falls diese Bedingung erfüllt ist, wird mit Verzweigung 19 "Ja" zu Schritt 18 "R_L > R_{L_soll}: VTG-Taktverhältnis wird verringert" gesprungen. Andernfalls wird mit der Verzweigung 20 "Nein" zu Schritt 22 "R_L < R_{L_soll}: VTG-Taktverhältnis wird erhöht" gesprungen. Nach den Schritten 18 bzw. 22 wird in Schritt 24 "Iteration der relativen Luftmasse R_L" gesprungen und die Schleife beginnt anschließen mit Schritt 10 von neuem. At the in 1 shown structogram, the inventive method for an operating condition of the internal combustion engine is shown, in which the instantaneous engine torque can be achieved with fully closed WG, ie the WG-Antaktung is minimal. In one step 10 "(WG-Antaktung = min), R _L = R _{L_soll} or VTG-Antaktung = min" is checked whether the current value of the relative air mass R _{L is} equal to R _{L_soll} or whether the actuator supplied to the VTG clock ratio is minimal. If one of these conditions is met, it will branch off 12 "Yes" to step 14 "Output of the sizes to the LDR" jumped and the sizes are fed to the boost pressure regulator LDR. However, if none of the above conditions apply, then branching will occur 16 "No" to step 17 "R _L > R _{L_soll} " jumped and checked whether the current value of the relative air mass R _{L is} greater than R _{L_soll} . If this condition is met, it will branch with 19 "Yes" to step 18 "R _L > R _{L_soll} : VTG _{duty cycle} is reduced" jumped. Otherwise, with the branching 20 "No" to step 22 "R _L <R _{L_soll} : VTG clock ratio is increased. "After the steps 18 respectively. 22 will be in step 24 "Iteration of relative air mass R _L " jumped and the loop starts connecting with step 10 again.

Bei dem in 2 dargestellten Struktogramm ist das erfindungsgemäße Verfahren für einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine dargestellt, bei dem eine Öffnung des Wastegates für die Einstellung des momentanen Motormomentes notwendig ist. Es wird eine maximal mögliche Öffnung des Wastegates bei minimalem Taktverhältnis am Aktuator für die VTG eingeregelt. In Schritt 26 "(VTG-Antaktung = min); WG-Antaktung = max?, R_L = R_{L_soll}" wird geprüft, ob das dem Aktuator für das WG zugeführte Taktverhältnis maximal ist, d.h. ob das WG maximal geöffnet ist, und ob der momentane Wert für die relative Luftmasse R_L dem Sollwert R_{L_soll} entspricht. Falls diese Bedingungen zutreffen wird über die Verzweigung 28 "Ja" zum Schritt 30 "Ausgaben der Größen in den Zwischenspeicher" gesprungen und der maximale Wert für die Öffnung des WG abgespeichert. Andernfalls wird über Verzweigung 32 "Nein" zu Schritt 33 "R_L > R_{L_soll}" gesprungen und geprüft, ob der aktuelle Wert der relativen Luftmasse R_L größer als R_{L_soll} ist. Falls diese Bedingung erfüllt ist, wird mit Verzweigung 35 "Ja" zu Schritt 34 "R_L > R_{L_soll}: WG-Taktverhältnis wird verringert" gesprungen. Andernfalls wird über Verzweigung 36 "Nein" zu Schritt 38 "R_L < R_{L_soll}: WG-Taktverhältnis wird erhöht" gesprungen. Nach den Schritten 34, 38 wird zu Schritt 40 "Iteration der relativen Luftmasse R_L" gesprungen und die Schleife beginnt von neuem. At the in 2 illustrated structogram, the inventive method for an operating condition of the internal combustion engine is shown, in which an opening of the wastegate for the adjustment of the instantaneous engine torque is necessary. A maximum possible opening of the wastegate with a minimum duty cycle is regulated at the actuator for the VTG. In step 26 "(VTG-Antaktung = min); WG-Antaktung = max ?, R _L = R _{L_soll} ", it is checked whether the _duty cycle supplied to the actuator for the WG is maximum, ie whether the WG is maximally open, and whether the current value for the relative air mass R _L corresponds to the setpoint R _{L_soll} . If these conditions will apply via the branch 28 "Yes" to the step 30 "Spending of the sizes in the buffer" jumped and stored the maximum value for the opening of the WG. Otherwise it will branch over 32 "No" to step 33 "R _L > R _{L_soll} " jumped and checked whether the current value of the relative air mass R _{L is} greater than R _{L_soll} . If this condition is met, it will branch with 35 "Yes" to step 34 "R _L > R _{L_soll} : WG clock ratio is reduced" jumped. Otherwise it will branch over 36 "No" to step 38 "R _L <R _{L_soll} : WG-clock ratio is increased" jumped. After the steps 34 . 38 gets to step 40 "Iteration of the relative air mass R _L " jumped and the loop begins again.

Bei dem in 3 dargestellten Struktogramm ist das erfindungsgemäße Verfahren für einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine dargestellt, bei dem die Regelung im Wastegatebereich des Zielmomentes erfolgt. In Schritt 42 "(WG-Antaktung = konst.) R_L = R_{L_soll}" wird geprüft, ob der momentane Wert für die relative Luftmasse R_L dem Sollwert R_{L_soll} entspricht. Ist dies nicht der Fall, wird über Verzweigung 44 "Nein" zu Schritt 45 "R_L > R_{L_soll}" gesprungen und geprüft, ob der aktuelle Wert der relativen Luftmasse R_L größer als R_{L_soll} ist. Falls diese Bedingung erfüllt ist, wird mit Verzweigung 47 "Ja" zu Schritt 46 "R_L > R_{L_soll}: VTG-Taktverhältnis wird verringert" gesprungen. Andernfalls wird über Verzweigung 48 "Nein" zu Schritt 50 "R_L < R_{L_soll}: VTG-Taktverhältnis wird erhöht" gesprungen. Nach den Schritten 46, 50 wird zu Schritt 52 "Iteration der relativen Luftmasse R_L" gesprungen und die Schleife wird so lange wiederholt, bis das Ergebnis in Schritt 42 "Ja" ist, so dass über Verzweigung 54 "Ja" zu Schritt 56 "Zwischenspeicherung der Größen innerhalb der LDR => Datenarray" gesprungen wird. Danach folgt Schritt 58 "WG-Antaktung = min oder VTG-Antaktung = max" eine Prüfung, ob das an den Aktuator des WG gegebene Taktverhältnis minimal ist, d.h. ob das WG vollständig geschlossen ist, oder ob das an den Aktuator der VTG gegebene Taktverhältnis maximal ist, d.h. ob die VTG vollständig in Richtung maximaler Ladedruck gestellt ist. Ist keine dieser Bedingungen erfüllt, so erfolgt über Verzweigung 60 "Nein" ein Sprung zu Schritt 62 "WG-Antaktung wird reduziert" und es wird zurück zu Schritt 52 gesprungen, so dass die Schleife erneut durchlaufen wird. Ist dagegen in Schritt 58 eine der beiden Bedingungen erfüllt, so wird über Verzweigung 64 "Ja" zu Schritt 66 "Ermitteln der opt. Stellparameter aus dem Datenarray" gesprungen. Anschließend erfolgt in Schritt 68 "Ausgabe der Größen an LDR" eine Übergabe der Parameter an die Ladedruckregelung. At the in 3 illustrated structogram, the inventive method for an operating condition of the internal combustion engine is shown, in which the control takes place in the wastegate region of the target torque. In step 42 "(WG-Antaktung = const.) R _L = R _{L_soll} " is checked whether the current value for the relative air mass R _L corresponds to the setpoint R _{L_soll} . If not, it will branch over 44 "No" to step 45 "R _L > R _{L_soll} " jumped and checked whether the current value of the relative air mass R _{L is} greater than R _{L_soll} . If this condition is met, it will branch with 47 "Yes" to step 46 "R _L > R _{L_soll} : VTG _{duty cycle} is reduced" jumped. Otherwise it will branch over 48 "No" to step 50 "R _L <R _{L_soll} : VTG-clock ratio is increased" jumped. After the steps 46 . 50 gets to step 52 "Iteration of the relative air mass R _L " jumped and the loop is repeated until the result in step 42 "Yes" is, so over branching 54 "Yes" to step 56 "Buffering of the sizes within the LDR => data array" is jumped. Then follow step 58 "WG-Antaktung = min or VTG-Antaktung = max" a check whether the given to the actuator of the WG clock ratio is minimal, ie whether the WG is completely closed, or whether the given to the actuator of the VTG clock ratio is maximum, ie whether the VTG is fully set in the direction of maximum boost pressure. If none of these conditions is met, then branching takes place 60 "No" a jump to step 62 "WG-Antaktung is reduced" and it gets back to step 52 jumped so that the loop is run through again. Is against it in step 58 meets one of the two conditions, so is about branching 64 "Yes" to step 66 "Determining the optimum positioning parameters from the data array" jumped. Subsequently, in step 68 "Output of the variables to LDR" a transfer of the parameters to the boost pressure control.

Die Erfindung stellt eine Regelstrategie für die beiden Aktuatoren von VTG und Wastegate zur Verfügung, die immer einen optimalen Motorbetrieb sicherstellt. Erfindungsgemäß wird hierzu das Spülgefälle zwischen Einlassventilen und Auslassventilen – errechnet als Druckdifferenz "Saugrohrdruck minus Abgasdruck vor ATL – als Optimierungsgröße gewählt. Für Betriebspunkte, die nur mit geschlossenem Wastegate erreicht werden können, reagiert die Regelung – die zweckmäßigerweise in die Ladedruckregelung des Motorsteuergerätes (STG) integriert ist – wie bei einem VTG-Turbolader ohne integriertem Wastegate, d.h. die Lastpunkte werden ausschließlich über die Vorstellung des Leitschaufelkranzes an der Turbine also der VTG eingestellt. Bei Betriebspunkten, die unterschiedliche Kombinationen aus Wastegate-Stellung und VTG-Stellung ermöglichen, wird durch die Regelung der Betriebspunkt mit dem bestem ATL-Wirkungsgrad eingestellt. Dieser für den jeweiligen Betriebspunkt beste ATL-Wirkungsgrad ist durch das bestmögliche Spülgefälle, wie oben definiert, für den jeweiligen Betriebspunkt gekennzeichnet. The invention provides a control strategy for the two actuators of VTG and wastegate, which always ensures optimum engine operation. According to the invention, the scavenging gradient between intake valves and exhaust valves, calculated as the pressure difference "intake manifold pressure minus exhaust pressure before ATL, is selected as the optimization variable." For operating points which can only be achieved with the wastegate closed, the control system reacts expediently into the charge pressure control of the engine control unit (STG). As with a VTG turbocharger without an integrated wastegate, the load points are set exclusively via the idea of the vane ring on the turbine, ie the VTG Control The operating point with the best ATL efficiency set This best ATL efficiency for the respective operating point is characterized by the best possible scavenging gradient, as defined above, for the respective operating point.

Für die Regelung dieser Betriebspunkte ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die WG-Stellung vollständig über ein Vorsteuerkennfeld eingestellt wird. Dieses Vorsteuerkennfeld muss während des Applikationsprozesses nach der hier vorgeschlagenen Optimierungsgröße "Spülgefälle" bedatet werden. Das Spülgefälle ist dabei derart zu optimieren, dass der aus "Saugrohrdruck" und "Abgasgegendruck vor Turbine" berechnete Wert maximal wird, also bei positivem Spülgefälle muss der Betrag der Differenz maximal werden und bei negativem Spülgefälle muss der Betrag der Differenz minimal werden. Die Feinregelung vor allem während des dynamischen Motorbetriebes wird über die Verstellung der VTG-Turbine gewährleistet. For the regulation of these operating points, it is inventively provided that the WG position is completely adjusted via a pilot control map. During the application process, this pilot control map must be based on the optimization variable "Purge Slope" proposed here. The purging gradient is to be optimized in such a way that the value calculated from "intake manifold pressure" and "exhaust gas backpressure before turbine" becomes maximum, ie with a positive purging gradient the amount of the difference must become maximum and with a negative purging gradient the amount of the difference must be minimal. The fine control, especially during dynamic engine operation, is ensured by adjusting the VTG turbine.

Verfügt der Motor, an dem ein ATL mit VTG und Wastegate zur Anwendung kommt, über ein sehr leistungsfähiges Steuergerät, kann aus den Größen "Saugrohrdruck" und "Abgasgegendruck vor ATL" nach den zuvor erläuterten Struktogrammen die optimale Kombination aus Wastegate-Stellung und VTG-Stellung für jeden Betriebspunkt errechnet werden. Dabei werden drei Fälle unterschieden: Regelung der VTG bei geschlossenem Wastegate (1), Einregelung der maximal möglichen Wastegate-Öffnung (2) und Regelung im Wastegate Bereich des Zielmomentes (3). Als Regelgröße wurde für die Darstellung beispielhaft die relative Luftmasse R_L ausgewählt. Die hier beschriebene Struktur ist aber auch für andere Größen, wie beispielsweise Saugrohrdruck, gültig. Die in den Struktogrammen gemäß der 1 bis 3 dargestellten drei Fälle beschreiben zwei Regelbereiche, die bei Verwendung eines ATL mit VTG und Wastegate auftreten. Der erste Bereich (1) beschreibt den Fall, dass das geforderte Moment nur mit einem geschlossenen Wastegate erreicht werden kann (i.A. VL-Betriebspunkte bei kleinen Motordrehzahlen). Damit erfolgt die Einregelung des Lastpunktes ausschließlich über die Verstellung des Turbinenleitschaufelkranzes (VTG). Die Fälle 2 und 3 (2 und 3) beschreiben zusammen den zweiten Bereich, in dem aus mehreren möglichen Kombinationen aus Wastegate-Antaktung und VTG-Antaktung die wirkungsgradoptimale ausgewählt wird. Hierfür ist es zunächst notwendig, den Regelbereich des Wastegates einzuschränken. Gemäß dem Struktogramm von 2 wird der maximal mögliche Öffnungswinkel des Wastegates bestimmt, mit dem das geforderte Moment noch eingestellt werden kann. Gemäß dem Struktogramm von 3 wird zu jeder kleineren Wastegate-Öffnung unterhalb der festgelegten maximal möglichen Wastegate-Öffnung eine VTG-Stellung berechnet. Alle Kombinationsmöglichkeiten müssen in einem Array mit dem für sie berechneten Spülgefälle zwischengespeichert werden (Schritt 56). Anhand dieses Datenarrays lässt sich die optimale Kombination aus VTG-Ansteuerung und Wastegate-Ansteuerung ermitteln (Schritt 66). If the engine on which an ATL with VTG and Wastegate is used has a very powerful control unit, from the variables "Intake manifold pressure" and "Exhaust backpressure before ATL" the optimum combination of wastegate position and VTG can be determined according to the above-described structograms. Position calculated for each operating point. There are three different cases: Control of VTG with closed wastegate ( 1 ), Adjustment of the maximum possible wastegate opening ( 2 ) and control in the wastegate area of the target torque ( 3 ). As a control variable, the relative air mass R _{L was} selected by way of example for the illustration. The structure described here is also valid for other sizes, such as intake manifold pressure. The in the structograms according to the 1 to 3 The three cases described describe two control ranges that occur when using an ATL with VTG and wastegate. The first area ( 1 ) describes the case that the required torque can only be achieved with a closed wastegate (generally VL operating points at low engine speeds). Thus, the adjustment of the load point is done exclusively via the adjustment of the turbine vane ring (VTG). Cases 2 and 3 ( 2 and 3 ) together describe the second area, in which the optimum efficiency is selected from several possible combinations of wastegate clocking and VTG clocking. For this it is first necessary to restrict the control range of the wastegate. According to the structure of 2 the maximum possible opening angle of the wastegate is determined with which the required torque can still be set. According to the structure of 3 For each smaller wastegate opening below the specified maximum possible wastegate opening, a VTG position is calculated. All combination options must be cached in an array with the purging gradient calculated for them (step 56 ). This data array can be used to determine the optimum combination of VTG control and wastegate control (step 66 ).

Der in den Struktogrammen beschriebene Algorithmus kann auch für ein automatisiertes Bedatungsprogamm innerhalb einer Prüfstandssoftware implementiert werden. Für den Optimierungsprozess des "Spülgefälles" gilt dabei das gleiche, wie schon für die Applikationsstrategie beschrieben. Die Größen "Saugrohrdruck" und "Abgasgegendruck vor Turbine" können dabei direkt gemessen oder aus anderen im Steuergerät hinterlegten Modellen entnommen werden. The algorithm described in the structograms can also be implemented for an automated calibration program within a test bench software. The same applies to the optimization process of the "flushing gradient" as already described for the application strategy. The variables "intake manifold pressure" and "exhaust gas backpressure upstream of turbine" can be measured directly or taken from other models stored in the control unit.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10 10

Schritt: "(WG-Antaktung = min); R_L = R_{L_soll} oder VTG-Antaktung = min" Step: "(WG-Antaktung = min); R _L = R _{L_soll} or VTG-Antaktung = min"

12 12

Verzweigung: "Ja" Branching: "Yes"

14 14

Schritt: "Ausgabe der Größen an die LDR" Step: "Output of the sizes to the LDR"

16 16

Verzweigung: "Nein" Branching: "No"

17 17

Schritt: "R_L > R_{L_soll}" Step: "R _L > R _{L_soll} "

18 18

Schritt: "R_L > R_{L_soll}: VTG-Taktverhältnis wird verringert" Step: "R _L > R _{L_soll} : VTG _{duty cycle} is reduced"

19 19

Verzweigung: "Ja" Branching: "Yes"

20 20

Verzweigung: "Nein" Branching: "No"

22 22

Schritt: "R_L < R_{L_soll}: VTG-Taktverhältnis wird erhöht" Step: "R _L <R _{L_soll} : VTG _{duty cycle} is increased"

24 24

Schritt: "Iteration der relativen Luftmasse R_L" Step: "Iteration of relative air mass R _L "

26 26

Schritt: "(VTG-Antaktung = min); WG-Antaktung = max?, R_L = R_{L_soll}" Step: "(VTG-Antaktung = min); WG-Antaktung = max ?, R _L = R _{L_soll} "

28 28

Verzweigung: "Ja" Branching: "Yes"

30 30

Schritt: "Ausgaben der Größen in den Zwischenspeicher" Step: "Spending the sizes in the cache"

32 32

Verzweigung: "Nein" Branching: "No"

33 33

Schritt: "R_L > R_{L_soll}" Step: "R _L > R _{L_soll} "

34 34

Schritt: "R_L > R_{L_soll}: WG-Taktverhältnis wird verringert" Step: "R _L > R _{L_soll} : WG clock ratio is decreased"

35 35

Verzweigung: "Ja" Branching: "Yes"

36 36

Verzweigung: "Nein" Branching: "No"

38 38

Schritt: "R_L < R_{L_soll}: WG-Taktverhältnis wird erhöht" Step: "R _L <R _{L_soll} : WG clock ratio is increased"

40 40

Schritt: "Iteration der relativen Luftmasse R_L" Step: "Iteration of relative air mass R _L "

42 42

Schritt: "(WG-Antaktung = konst.) R_L = R_{L_soll}" Step: "(WG-Antaktung = const.) R _L = R _{L_soll} "

44 44

Verzweigung: "Nein" Branching: "No"

45 45

Schritt: "R_L > R_{L_soll}" Step: "R _L > R _{L_soll} "

47 47

Verzweigung: "Ja" Branching: "Yes"

46 46

Schritt: "R_L > R_{L_soll}: VTG-Taktverhältnis wird verringert" Step: "R _L > R _{L_soll} : VTG _{duty cycle} is reduced"

48 48

Verzweigung : "Nein" Branching: "No"

50 50

Schritt: "R_L < R_{L_soll}: VTG-Taktverhältnis wird erhöht" Step: "R _L <R _{L_soll} : VTG _{duty cycle} is increased"

52 52

Schritt: "Iteration der relativen Luftmasse R_L" Step: "Iteration of relative air mass R _L "

54 54

Verzweigung: "Ja" Branching: "Yes"

56 56

Schritt: "Zwischenspeicherung der Größen innerhalb der LDR => Datenarray" Step: "Caching of the Sizes within the LDR => Data Array"

58 58

Schritt: "WG-Antaktung = min oder VTG-Antaktung = max" Step: "WG-Antaktung = min or VTG-Antaktung = max"

60 60

Verzweigung: "Nein" Branching: "No"

62 62

Schritt: "WG-Antaktung wird reduziert" Step: "WG-Antaktung is reduced"

64 64

Verzweigung: "Ja" Branching: "Yes"

66 66

Schritt: "Ermitteln der opt. Stellparameter aus dem Datenarray" Step: "Determining the optimum positioning parameters from the data array"

68 68

Schritt: "Ausgabe der Größen an LDR" Step: "Output of the sizes to LDR"

Claims (1)

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader (ATL) mit variabler Turbinengeometrie (VTG) und einem Wastegate, welches wahlweise einen Teil eines Abgasstromes am ATL vorbei leitet, wobei eine VTG-Stellung und eine Wastegate-Stellung betriebspunktabhängig eingestellt werden, wobei bei solchen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine, bei denen ein gewünschtes Motormoment nur bei geschlossenem Wastegate erreicht werden kann, die Lastpunkte ausschließlich über eine Verstellung der VTG eingestellt werden, und dass bei solchen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine, bei denen ein gewünschtes Motormoment mit unterschiedlichen Kombinationen aus Wastegate-Stellung und VTG-Stellung eingestellt werden kann, eine Stellung jeweils für das Wastegate und die VTG mit folgenden Schritten bestimmt wird: (a) Bestimmen einer für den aktuellen Betriebspunkt und das gewünschte Motormoment maximalen Wastegate-Stellung, mit der das gewünschte Motormoment noch eingestellt werden kann; (b) Bestimmen aller für den aktuellen Betriebspunkt möglichen Kombinationen von Wastegate-Stellung und VTG-Stellung, mit denen das gewünschte Motormoment eingestellt werden kann, für alle Wastegate-Stellung zwischen der in Schritt (a) bestimmten maximalen Wastegate-Stellung und einem geschlossenen Wastegate; (c) Auswählen derjenigen Kombination aus den in Schritt (b) bestimmten Kombinationen, die den für den aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine bestmöglichen ATL-Wirkungsgrad aufweist, wobei in Schritt (c) diejenige Kombination aus Wastegate-Stellung und VTG-Stellung mit dem besten ATL-Wirkungsgrad für den aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine dadurch bestimmt wird, dass eine Kombination aus Wastegate-Stellung und VTG-Stellung ausgewählt wird, bei der ein Betrag der Differenz aus Saugrohrdruck minus Abgasgegendruck vor dem ATL maximal ist, wenn der Saugrohrdruck größer als der Abgasgegendruck vor dem ATL ist, oder bei der der Betrag der Differenz aus Saugrohrdruck minus Abgasgegendruck vor dem ATL minimal ist, wenn der Saugrohrdruck kleiner als der Abgasgegendruck vor dem ATL ist, wobei alle Kombinationsmöglichkeiten in einem Vorsteuerkennfeld mit dem für sie berechneten Spülgefälle in Form der Druckdifferenz „Saugrohrdruck minus Abgasdruck vor ATL“ gespeichert werden, wobei anhand dieses Vorsteuerkennfelds die optimale Kombination aus VTG-Ansteuerung und Wastegate-Ansteuerung ermittelt wird. A method of operating an internal combustion engine having an exhaust gas turbocharger (ATL) with variable turbine geometry (VTG) and a wastegate, which optionally passes a portion of an exhaust stream past the ATL, wherein a VTG position and a wastegate position are set operating point dependent, wherein at such operating points the internal combustion engine, in which a desired engine torque can be achieved only when the wastegate is closed, the load points are adjusted exclusively via an adjustment of the VTG, and that at such operating points of the internal combustion engine in which a desired engine torque can be set with different combinations of wastegate position and VTG position, a position for each of the wastegate and the VTG is determined by the steps of: (a) determining one for the current operating point and the desired engine torque maximum wastegate position, with the desired engine torque can still be adjusted; (b) determining all combinations of wastegate position and VTG position possible for the current operating point, with which the desired engine torque can be set, for all wastegate position between the maximum wastegate position determined in step (a) and a closed wastegate ; (c) selecting that combination of the combinations determined in step (b) having the best possible ATL efficiency for the current operating point of the internal combustion engine, wherein in step (c) the combination of wastegate position and VTG position with the best ATL Efficiency for the current operating point of the internal combustion engine is determined by selecting a combination of wastegate position and VTG position at which an amount of the difference between intake manifold pressure minus exhaust back pressure before the ATL is maximum when the intake manifold pressure is greater than the exhaust back pressure ATL, or where the absolute value of the difference between the intake manifold pressure minus the exhaust backpressure before the ATL is minimal when the intake manifold pressure is lower than the exhaust backpressure before the ATL, all possible combinations in a pilot control map with the purge differential calculated for them in the form of the pressure differential " Intake manifold pressure minus exhaust pressure before ATL "fed be determined on the basis of this pilot control map, the optimum combination of VTG control and wastegate control.

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