DE102018220661A1 - Verfahren zum Regeln des Öffnungszustandes einer Abgasklappe - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des Öffnungszustandes einer Abgasklappe (42) in einem Abgasstrang (40) eines Verbrennungsmotors (30) mit Turbolader (20). Ein Regelkreis verwendet zum Regeln des Öffnungszustandes der Abgasklappe (42) eine Führungsgröße, die ausgewählt ist aus einem Ladedruck (p) des Verbrennungsmotors (30) oder einem Gasmassenstrom (ṁ) in den Verbrennungsmotor (30).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des Öffnungszustandes einer Abgasklappe in einem Abgasstrang eines Verbrennungsmotors mit Turbolader. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, das jeden Schritt des Verfahrens ausführt, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, welches das Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um das Verfahren auszuführen.
  • Stand der Technik
  • Im Abgasstrang von Verbrennungsmotoren angeordnete Abgasklappen dienen beispielsweise als Stellglieder einer Motorbremse. Unterschiedliche Öffnungszustände der Abgasklappe können auch dazu verwendet werden, um einen Verbrennungsmotor in unterschiedlichen Betriebsmodi zu betreiben. Ein Betriebsmodus kann dazu dienen, die Abgasanlage nach einem Kaltstart aufzuwärmen. Ein anderer Betriebsmodus kann dazu dienen, die Temperatur der Abgasanlage auf einer für die Effizienz einer SCR-Katalyse (selective catalytic reduction) erforderlichen Temperatur zu halten und auf eine für eine kontinuierliche Regeneration eines Partikelfilters erforderliche Temperatur aufzuheizen. Noch ein anderer Betriebsmodus dient dazu, die Abgasanlage auf eine für eine aktive sauerstoffbasierte Partikelfilterregeneration erforderliche Temperatur aufzuheizen. Der Öffnungszustand der Abgasklappe wird dabei geregelt, wobei als Führungsgröße der Umgebung ein Frischluftmassenstrom in einen Turbolader des Verbrennungsmotors verwendet werden kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das Verfahren zum Regeln des Öffnungszustandes einer Abgasklappe in einem Abgasstrang eines Verbrennungsmotors geht davon aus, dass es sich um einen aufgeladenen Verbrennungsmotor handelt, das heißt, dass ein Turbolader so angeordnet ist, dass sein Kompressor in einer Luftzuführungsleitung des Verbrennungsmotors angeordnet ist und seine Turbine im Abgasstrang des Verbrennungsmotors angeordnet ist. Die Abgasklappe befindet sich dabei insbesondere stromabwärts der Turbine im Abgasstrang. In den Verfahren verwendet ein Regelkreis zum Regeln des Öffnungszustandes der Abgasklappe als Führungsgröße entweder einen Ladedruck des Verbrennungsmotors oder einen Gasmassenstrom in den Verbrennungsmotor.
  • Es wurde gefunden, dass diese beiden Größen besser mit der Temperatur stromabwärts der Abgasklappe im Abgasstrang korrelieren, als es der Frischluftmassenstrom tut. Da die Regelung des Öffnungszustandes der Abgasklappe in Betriebszuständen, in denen sie nicht als Motorbremse fungieren soll, hauptsächlich dazu dient, diese Temperatur auf einen gewünschten Wert einzustellen, hat das Verfahren den Vorteil, dass der Sollwert dieser Temperatur genauer erreicht werden kann, als bei Verwendung des Frischluftmassenstroms einer Führungsgröße.
  • Der Frischluftmassenstrom in den Turbolader kann auch als Führungsgröße für einen Regelkreis zum Regeln des Öffnungszustandes eines Abgasrückführventils des Verbrennungsmotors verwendet werden, wie es in einer Abgasrückführung verwendet wird. Soll die Regelung des Öffnungszustandes der Abgasklappe allerdings ebenfalls unter Verwendung des Frischluftmassenstroms erfolgen, so ist dieses Vorgehen nicht auf einfache Weise möglich. Nur einer der beiden Öffnungszustände kann dann zu einem Zeitpunkt geregelt werden, während der andere lediglich gesteuert werden kann. Durch Verwendung des Ladedrucks oder des Gasmassenstroms im Verbrennungsmotor als Führungsgröße der Regelung des Öffnungszustandes der Abgasklappe ist es jedoch insbesondere möglich, gleichzeitig den Öffnungszustand des Abgasrückführventils zu regeln, wobei der Regelkreis dieser Regelung den Frischluftmassenstrom in den Turbolader als Führungsgröße verwendet.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens wird zum Regeln des Öffnungszustandes der Abgasklappe der Gasmassenstrom in den Verbrennungsmotor als Führungsgröße verwendet. Hierbei handelt es sich allerdings um eine Größe, die üblicherweise nicht gemessen wird, sondern lediglich in einem elektronischen Steuergerät des Verbrennungsmotors modelliert wird. In einer für die Regelung vorgesehene Kalibrierung würden Sollwerte der Regelung dann insbesondere nach jeder Änderung einer Kalibrierung eines Zylinderbeladungsmodells des Verbrennungsmotors erneut adaptiert. Jede Änderung der Kalibrierung des Modells würde also zu einer Rekursion bei der Kalibrierung der Sollwerte führen.
  • In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird der Ladedruck als Führungsgröße zum Regeln des Öffnungszustandes der Abgasklappe verwendet. Wenn der Verbrennungsmotor in seinem Saugrohr keine Drosselklappe aufweist, ist der Ladedruck im Wesentlichen gleich dem Saugrohrdruck. Ist jedoch eine Drosselklappe vorhanden, so unterscheidet sich der Ladedruck, der stromaufwärts der Drosselklappe gemessen werden kann, vom Saugrohrdruck, der stromabwärts der Drosselklappe gemessen werden kann. Auch wenn es in diesem Fall grundsätzlich möglich wäre, den Öffnungszustand der Abgasklappe unter Verwendung des Saugrohrdrucks als Führungsgröße zu regeln, ist es doch bevorzugt, auch in diesem Fall den Ladedruck als Führungsgröße zu verwenden, sodass der Saugrohrdruck als Führungsgröße zum gleichzeitigen Regeln des Öffnungszustandes der Drosselklappe verwendet werden kann.
  • Bei niedriger Drehzahl und niedriger Motorlast des Verbrennungsmotors kann der Abgasmassenstrom die Trägheit der im Abgasstrang angeordneten Turbine des Turboladers kaum überwinden und diesen nur wenig in Gang setzen. Deshalb entspricht der Ladedruck in solchen Betriebspunkten näherungsweise dem Umgebungsdruck. Er kann durch ein teilweises Schließen der Abgasklappe deshalb nicht weiter herabgesetzt werden. Da eine Regelung des Öffnungszustandes der Abgasklappe in solchen Betriebspunkten nicht möglich ist, ist es bevorzugt, dass der Regelkreis zum Regeln des Öffnungszustandes der Abgasklappe nur in einem vorgegebenen Arbeitsbereich des Verbrennungsmotors verwendet wird, welcher durch seine Drehzahl und seine Motorlast, parametriert beispielsweise durch die Kraftstoffeinspritzmenge, das Drehmoment des Verbrennungsmotors, oder den Mitteldruck, definiert wird. Außerhalb dieses Arbeitsbereichs bleibt die Abgasklappe in einer Ausführungsform des Verfahrens vollständig geschlossen. In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens erfolgt außerhalb des Arbeitsbereiches anstelle eines Regelns ein Steuern des Öffnungszustandes der Abgasklappe.
  • Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Regelkreis zum Regeln des Öffnungszustandes nur in einem vorgegebenen Arbeitsbereich des Verbrennungsmotors verwendet wird, in dem eine Differenz zwischen dem Umgebungsdruck und dem Soll-Ladedruck größer als ein vorgebbarer Schwellenwert ist. Dieser Schwellenwert kann mit einer kalibrierbaren Hysterese versehen werden. Dies macht eine für die Regelung erforderliche Kalibrierung einfacher und robuster gegenüber möglichen Schwingungen. Außerhalb dieses Arbeitsbereiches kann die Abgasklappe auch hier in einer Ausführungsform des Verfahrens geschlossen bleiben und in einer anderen Ausführungsform des Verfahrens gesteuert werden.
  • Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Regelkreis zum Regeln des Öffnungszustandes der Abgasklappe einen Öffnungszustand der Abgasklappe nicht unter einen Wert regelt, der in Abhängigkeit von einer Drehzahl und der Motorlast, parametriert beispielsweise durch die Kraftstoffeinspritzmenge, durch das Drehmoment des Verbrennungsmotors oder durch den Mitteldruck, vorgegeben wird. Diese Vorgabe kann mittels einer Kennfeldstruktur für unterschiedliche Betriebszustände des Verbrennungsmotors separat vorgegeben werden wie beispielsweise für einen Normalbetrieb und einen Dieselpartikelfilterregenerationsbetrieb. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Abgasklappe so weit geschlossen wird, dass die Verbrennungsvorgänge im Verbrennungsmotor instabil werden oder der Verbrennungsmotor sogar abgewürgt wird.
  • Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere, wenn es auf einem Rechengerät oder auf einem elektronischen Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung unterschiedlicher Ausführungsformen des Verfahrens auf einem elektronischen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist es auf dem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert. Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein elektronisches Steuergerät wird das elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um mittels des Verfahrens den Öffnungszustand in der Abgasklappe zu regeln.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
    • 1 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor zusammen mit seinem Zu- und Abluftsystem, in dem der Öffnungszustand einer Abgasklappe mittels Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens geregelt werden kann.
    • 2 zeigt Regelkreise in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
    • 3 zeigt in einem Diagramm unterschiedliche Arbeitsbereiche eines Verbrennungsmotors in Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
    • 4 zeigt Regelkreise in einem anderen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
    • 5 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor zusammen mit seinem Zu- und Abluftsystem, in dem der Öffnungszustand einer Abgasklappe mittels noch eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens geregelt werden kann.
    • 6 zeigt Regelkreise in noch einem anderen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung
  • 1 zeigt eine Luftzufuhr 10 mit einem Turbolader 20 für einen Verbrennungsmotor 30. Der Verbrennungsmotor 30 weist einen Abgasstrang 40 auf, welcher über eine Hochdruckabgasrückführung 50 mit der Luftzufuhr 10 verbunden ist. In der Luftzufuhr 10 ist ein Massenstromsensor 11 zum Messen eines Frischluftmassenstroms ṁcmpr,Us angeordnet, welcher in die Luftzufuhr 10 einströmt. Stromabwärts eines darauffolgenden Kompressors des Turboladers 20 ist ein Ladeluftkühler 12 angeordnet. Bei dem zwischen dem Ladeluftkühler 12 und dem Verbrennungsmotor 30 angeordneten Abschnitt der Luftzufuhr 10 handelt es sich um das Saugrohr 13 des Verbrennungsmotors 30, in welchem ein Ladedrucksensor 14 angeordnet ist. Dieser misst den Ladedruck pIntMnf , welcher durch das Fehlen einer Drosselklappe im Saugrohrdruck pSuc entspricht. Mittels eines Modells in einem nicht dargestellten elektronischen Steuergerät wird ein Gasmassenstrom ṁIntMnf ermittelt, welcher durch das Saugrohr 13 in den Verbrennungsmotor 30 einströmt. Im Abgasstrang 40 ist eine Turbine 22 des Turboladers 20 angeordnet. Der Abgasstrom treibt mittels der Turbine 22 den Kompressor 21 an und bewirkt so eine Komprimierung der in den Ladeluftkühler 12 einströmenden Luft. Ein Wastegateventil 41 im Abgasstrang 40 ermöglicht eine Umgehung der Turbine 22. Stromabwärts der Turbine 22 und des Wastegateventils 41 ist eine Abgasklappe 42 im Abgasstrang angeordnet. Stromabwärts der Abgasklappe 42 folgt ein Abgasnachbehandlungssystem 43. Die Hochdruckabgasrückführungsleitung 50 zweigt zwischen dem Verbrennungsmotor 30 und der Turbine 22 des Turboladers 20 aus dem Abgasstrang 40 ab und mündet in das Saugrohr 13. In ihr sind nacheinander ein Abgasrückführungsventil 51, ein Abgaskühler 52 und ein Flatterventil 53 angeordnet.
  • In einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Öffnungszustand der Abgasklappe 42 mittels eines ersten Regelkreises 70 geregelt und ein Öffnungszustand des Abgasrückführungsventils 51 wird mittels eines zweiten Regelkreises 80 geregelt. Wie in 2 dargestellt ist, weist der erste Regelkreis 70 einen Regler 71 auf, der als Führungsgröße den Ladedruck pIntMnf verwendet. Der zweite Regelkreis 80 weist einen Regler 81 auf, der als Führungsgröße den Frischluftmassenstrom ṁcmpr,Us verwendet. Die Darstellung in 2 ist vereinfacht, sodass auf die Angabe von Eingangs- und Ausgangsgrößen verzichtet wurde. Wenn der Verbrennungsmotor 30 mit ganz oder teilweise geöffnetem Abgasrückführungsventil 51 betrieben wird, ist der Frischluftmassenstrom ṁcmpr,Us nur ein Teil des Gasstroms in den Verbrennungsmotor 30. Da aber der gesamte Gasmassenstrom ṁIntMnf in den Verbrennungsmotor 30, welcher auch ein Gasstrom aus der Abgasrückführungsleitung 50 umfasst, bei einem Verbrennungsvorgang aufgeheizt werden muss, sieht das Verfahren vor, dass die Regelung des Öffnungszustandes der Abgasklappe 42, um eine gewünschte Abgastemperatur zu erhalten, ausgehend von diesem Gasmassenstrom ṁIntMnf im Verbrennungsmotor 30 erfolgt. Dieser kann beispielsweise gemäß Formel 1 berechnet werden: m ˙ I n t M n f = 1 2 n e n g λ a V H p I n t M n f R T I n t M n f
    Figure DE102018220661A1_0001
  • Dabei bezeichnet neng die Drehzahl des Verbrennungsmotors, λa seine volumetrische Effizienz, VH das vom Verbrennungsmotor 30 bewegte Gasvolumen, R die spezifische Gaskonstante und TIntMnf die Temperatur des in den Verbrennungsmotor 30 einströmenden Gases. Die wichtigste Größe in der Formel 1 ist der Ladedruck pIntMnf , der mittels des Ladedrucksensors 14 gemessen werden kann. Er wird deshalb als Führungsgröße im ersten Regelkreis 70 verwendet. Klappen in der Luftzufuhr 10 und im Abgasstrang 40 des Verbrennungsmotors 30 bewirken grundsätzlich nur eine geringe Änderung der Temperatur des an ihnen vorbeiströmenden Gases. Deshalb ist die Temperatur stromaufwärts und stromabwärts der Abgasklappe 42 im Wesentlichen gleich. Die Temperatur TTrbn,Ds stromaufwärts der Abgasklappe 42 und stromabwärts der Turbine 22 kann mittels Formel 2 berechnet werden: T T r b n . D s = T E x h M n f ( 1 − η r ( 1 − ( p T r b n . D s p E x t M n f ) K − 1 K ) )
    Figure DE102018220661A1_0002
  • Dabei gibt TExhMnf die Temperatur des aus dem Verbrennungsmotor 30 ausströmenden Gases an, ηT bezeichnet die Turbineneffizienz des Turboladers 20, pTrbn,Ds ist der Druck stromabwärts der Turbine 22 und stromaufwärts der Abgasklappe 42, pExhMnf ist der Druck stromaufwärts der Turbine 22, und κ ist der Isentropenexponent des Abgases.
  • Die Temperatur TExhMnf des aus dem Verbrennungsmotor 30 ausströmenden Abgases kann gemäß Formel 3 berechnet werden: T E x h M n f = T I n t M n f + δ T E n g L s t m ˙ f u e l m ˙ I n t M n f
    Figure DE102018220661A1_0003
  • Dabei bezeichnet Lst die stöchiometrische Beziehung zwischen Luft und Kraftstoff bei der Verbrennung und δTeng bezeichnet einen Faktor, der sich aus Formel 4 ergibt: δ T eng ≡ H i;fuel c p , exh η gas L st
    Figure DE102018220661A1_0004
  • Hierbei ist Hi;fuel der untere Heizwert des Kraftstoffs und cp,exh ist die spezifische Wärmekapazität des Gases in einem Zylinder des Verbrennungsmotors 30. Wenn man annimmt, dass die im Kraftstoff gespeicherte Energie in mechanische Arbeit, Wärmeverluste über die Zylinderwände des Verbrennungsmotors 30 und eine Erhitzung des aus dem Verbrennungsmotor 30 ausströmenden Gases umgewandelt wird, dann ist der Anteil der Energie, welcher zur Erhitzung des ausströmenden Gases beiträgt, ηgas . Dieser hängt zumindest für mittlere und hohe Lasten des Verbrennungsmotors 30 nur geringfügig von dessen Betriebsparametern ab. Für einen Wert von ηgas = 0,3 ergibt sich der Faktor als δTeng ≈ 1000 K.
  • Durch Einsetzen der Formel 3 in Formel 2 ergibt sich Formel 5: T T r b n . D s = ( T I n t M n f + δ T E n g L s t m ˙ f u e l m ˙ I n t M n f )   ( 1 − η r ( 1 − ( p T r b n . D s p E x t M n f ) K − 1 K ) )
    Figure DE102018220661A1_0005
  • Da für den Turbolader 20 weiterhin gilt, dass die Leistung des Kompressors 21 der Leistung der Turbine 22 entspricht, ergibt sich gemäß Formel 6 der Gasmassenstrom ṁTrbn an der Turbine 22: m ˙ T r b n c p , e x t T E x h M n f ( 1 − ( p T r b n . D s p E x h M n f ) K − 1 K ) η T = m ˙ C m p r c p , c m p r T c m p r , U s ( ( p I n t M n f p c m p r , U s ) K − 1 K − 1 ) 1 η C
    Figure DE102018220661A1_0006
  • Dabei bezeichnet ṁCmpr den Gasmassenstrom am Kompressor 21, cp,cmpr die spezifische Wärme des Gases am Kompressor 21, Tcmpr,Us die Temperatur stromaufwärts des Kompressors 21, und pcmpr,Us den Druck stromaufwärts des Kompressors 21.
  • Durch Einsetzen der Formel 6 in Formel 5 könnten Abgasdrücke durch Einlassdrücke ersetzt werden, wobei pcmpr,Us bekannt ist, da es sich hierbei im Wesentlichen um den Umgebungsdruck handelt. Durch Einsetzen der Formel 1 in Formel 5 wird der Gasmassenstrom ṁIntMnf durch den Ladedruck pIntMnf , die Temperatur TIntMnf und einige andere Werte ersetzt. Hieraus ist es möglich, die Beziehung gemäß Formel 7 abzuleiten: T T r b n , D s = f ( p I n t M n f , T I n t M n f , m ˙ f u e l )
    Figure DE102018220661A1_0007
  • Der Kraftstoffmassenstrom ṁfuel ergibt sich dabei aus der Drehmomentanforderung, also aus der Betätigung des Gaspedals durch einen Fahrer in einem Kraftfahrzeug, das durch den Verbrennungsmotor 30 angetrieben wird. Da die Temperatur TIrtMnf des in den Verbrennungsmotor 30 einströmenden Gases sich bezogen auf den absoluten Nullpunkt der Temperatur im Groben nur wenig ändert, verbleibt der Ladedruck pIntMnf als Haupteinfluss für die Temperatur TTrbn,Ds stromabwärts der Turbine 22 und kann deshalb als Führungsgröße im ersten Regelkreis 70 verwendet werden. Hierbei ist zu beachten, dass der Gasmassenstrom ṁCmpr am Kompressor 21 und der Gasmassenstrom ṁTrbn an der Turbine 22 im Wesentlichen gleich sind (sie unterscheiden sich durch den im Vergleich sehr kleinen Kraftstoffmassenstrom) und sich deshalb aus der Gleichung 6 in guter Näherung herauskürzen. Sie tauchen deshalb in Gleichung 7 nicht mehr auf.
  • 3 zeigt in Abhängigkeit von der Drehzahl neng des Verbrennungsmotors 30 und seinem Mitteldruck bmep (eine Größe, die den Lastzustand des Verbrennungsmotors 30 unabhängig von seinem Hubraum oder seiner Größe charakterisiert) einen Arbeitsbereich 61, in dem der erste Regelkreis 70 gemäß 2 zur Regelung des Öffnungszustandes der Abgasklappe 42 verwendet wird. Außerhalb dieses Arbeitsbereiches 61 im Bereich 62 ist diese Regelung nicht vorgesehen. Die Regelung ist auch dann nicht vorgesehen, wenn der Verbrennungsmotor 30 sich in einem Betriebszustand befindet, in dem die Differenz zwischen einem Sollwert des Ladedrucks pIrtMnf und dem Umgebungsdruck geringer als ein Schwellenwert von z.B. 100 hPa ist, der mit einer Hysterese von z.B. +/-10 hPa versehen ist.
  • Wenn keine Regelung des Öffnungszustandes der Abgasklappe 42 erfolgt, dann wird diese in einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens vollständig geöffnet. In einem anderen Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird ihr Öffnungszustand gesteuert.
  • In einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, das in 4 dargestellt ist, ist der Regelkreis 70 so modifiziert, dass er einen Regler 72 aufweist, welcher als Führungsgröße den Gasmassenstrom ṁIntMnf in den Verbrennungsmotor 30 aufweist. Dieser ergibt sich beispielsweise aus Gleichung 1 und kann einem im elektronischen Steuergerät des Verbrennungsmotors 30 hinterlegten Modell entnommen werden.
  • Wenn, wie in 5 dargestellt ist, im Saugrohr 13 eine Drosselklappe 15 angeordnet ist, dann herrscht der Ladedruck pIntMnf nur stromaufwärts der Drosselklappe 15 und kann dort mittels des Ladedrucksensors 14 gemessen werden. Stromabwärts der Drosselklappe 15 herrscht nun ein vom Ladedruck pIntMnf verschiedener Saugrohrdruck pSuc , der mittels eines separaten Saugrohrdrucksensors 16 gemessen werden kann. Die Hochdruckabgasrückführungsleitung 50 mündet stromabwärts des Drosselventils 15 in das Saugrohr 13.
  • Wie in 6 dargestellt ist, kann bei dieser Ausführung des Saugrohrs 13 der erste Regelkreis 70 und der zweite Regelkreis 80 genauso wie in der 4 dargestellten Weise ausgeführt werden. Außerdem ist ein dritter Regelkreis 90 vorgesehen, dessen Regler 91 als Führungsgröße den Saugrohrdruck pSuc verwendet. Er regelt den Öffnungszustand der Drosselklappe 15.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Regeln des Öffnungszustandes einer Abgasklappe (42) in einem Abgasstrang (40) eines Verbrennungsmotors (30) mit Turbolader (20), dadurch gekennzeichnet, dass ein Regelkreis (70) zum Regeln des Öffnungszustandes der Abgasklappe (42) eine Führungsgröße verwendet, die ausgewählt ist aus einem Ladedruck (pIntMnf) des Verbrennungsmotors (30) oder einem Gasmassenstrom (ṁIntMnf) in den Verbrennungsmotor (30).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein Regeln des Öffnungszustandes eines Abgasrückführungsventils (51) des Verbrennungsmotors (30) erfolgt, wobei ein Regelkreis (80) zum Regeln des Öffnungszustandes als Führungsgröße einen Frischluftmassenstrom (ṁcmpr,Us) in den Turbolader (20) verwendet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (30) eine Drosselklappe (15) in seinem Saugrohr (13) aufweist, wobei der Ladedruck (pIrtMnf) des Verbrennungsmotors (30) als Führungsgröße des Regelkreises (70) zum Regeln des Öffnungszustandes der Abgasklappe (42) verwendet wird und der Saugrohrdruck (pSuc) des Verbrennungsmotors (30) als Führungsgröße zum Regeln des Öffnungszustandes der Drosselklappe (13) verwendet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis (70) zum Regeln des Öffnungszustandes der Abgasklappe (42) nur in einem vorgegebenen Arbeitsbereich (61) des Verbrennungsmotors (30) verwendet wird, welcher durch eine Drehzahl (neng) und eine Motorlast des Verbrennungsmotors (30) definiert wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis zum Regeln des Öffnungszustandes (70) der Abgasklappe (42) nur in einem vorgegebenen Arbeitsbereich des Verbrennungsmotors (30) verwendet wird, in dem eine Differenz zwischen einem Umgebungsdruck und dem Soll-Ladedruck (pIntMnf) größer als ein vorgebbarer Schwellenwert ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des Arbeitsbereichs (61) die Abgasklappe (42) vollständig geschlossen bleibt.
  7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des Arbeitsbereichs (61) ein Steuern des Öffnungszustandes der Abgasklappe (42) erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis (70) zum Regeln des Öffnungszustandes der Abgasklappe (42) den Öffnungszustand der Abgasklappe (42) nicht unter einen Wert regelt der in Abhängigkeit von einer Drehzahl (neng) und entweder von einer Kraftstoffeinspritzmenge oder von einem Drehmoment des Verbrennungsmotors (30) vorgegeben wird.
  9. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.
  10. Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 9 gespeichert ist.
  11. Elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 den Öffnungszustand einer Abgasklappe (42) zu regeln.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2802243B1 (fr) * 1999-12-10 2002-06-07 Renault Procede de commande d'un groupe motopropulseur de vehicule automobile pour augmenter la richesse des gaz d'echappement en phase de regeneration d'un piege a oxydes d'azote
DE10241886A1 (de) * 2002-09-10 2004-03-11 Volkswagen Ag Verfahren zur Erkennung der Strömungsumkehr an der Verdichtungsdrosselklappe bei mehrfach aufgeladener Brennkraftmaschine
DE10261979A1 (de) * 2002-09-10 2004-05-27 Volkswagen Ag Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
DE102005002246A1 (de) * 2005-01-18 2006-07-20 Daimlerchrysler Ag Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführungseinrichtung und Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine
JP4977993B2 (ja) * 2005-10-19 2012-07-18 いすゞ自動車株式会社 ディーゼルエンジンの排気浄化装置
DE102008032604A1 (de) * 2008-07-11 2010-01-14 Volkswagen Ag Einstellen eines Zustands eines Abgasstroms einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges
DE102009005285B4 (de) * 2009-01-21 2012-03-22 Audi Ag Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
DE102012012875A1 (de) * 2012-06-28 2014-01-02 Man Truck & Bus Ag Verfahren und Vorrichtung zum Steuern zumindest einer Bremsklappe
DE102015213231B4 (de) * 2015-07-15 2017-02-23 Ford Global Technologies, Llc Verfahren zum Steuern des Ladedrucks einer Brennkraftmaschine mit parallel angeordneter zuschaltbarer Turbine
DE102015015536A1 (de) * 2015-12-03 2017-06-08 Volkswagen Aktiengesellschaft Brennkraftmaschine mit einer Frischluftanlage, mit einer Abgasanlage und mit mindestens einem Abgasturbolader
DE102017100023A1 (de) * 2016-01-11 2017-03-23 Fev Gmbh Aufgeladene Brennkraftmaschine
DE102017202435A1 (de) * 2017-02-15 2018-08-16 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Steuergerät zum Steuern des Öffnungszustandes einer Abgasklappe eines Verbrennungsmotors

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