DE102017207411B4

DE102017207411B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Kombiventils

Info

Publication number: DE102017207411B4
Application number: DE102017207411.6A
Authority: DE
Inventors: Laurent SOMMACAL; Alfried Schwarz; Rene Huck
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-05-03
Filing date: 2017-05-03
Publication date: 2025-10-09
Anticipated expiration: 2037-05-04
Also published as: DE102017207411A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Kombiventils, insbesondere für eine Brennkraftmaschine (1) eines Kraftfahrzeugs, wobei- durch das Einstellen (S5; S8) einer Kombiventilstellung (rCV) mindestens zwei Teilmassenströme (17, 19) stromaufwärts oder -abwärts des Kombiventils eingestellt werden, die einen Gesamtmassenstrom (20) stromabwärts bzw. -aufwärts des Kombiventils ergeben,- Teilmassenstrom-Sollwerte für die mindestens zwei einzustellenden Teilmassenströme (17, 19) bereitgestellt werden (S1) und- die einzustellende Kombiventilstellung (rCV) abhängig von den bereitgestellten Teilmassenstrom-Sollwerten mittels eines implizit berechneten Gesamtmassenstrom-Solldrucks ermittelt wird (S3-S4; S3-S7).

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kombiventils, insbesondere für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei über eine Kombiventilstellung mindestens zwei Teilmassenströme stromaufwärts oder -abwärts des Kombiventils eingestellt werden. Die Erfindung richtet sich insbesondere auf die Ermittlung einer einzustellenden Kombiventilstellung bei vorgegebenen Teilmassenstrom-Sollwerten. Ein weiterer Aspekt ist eine Vorrichtung, insbesondere eine Steuerungseinheit, die zum Durchführen des Verfahrens ausgebildet ist.
Stand der Technik
Zur Reduzierung der Stickoxidbildung bei einer Kraftstoffverbrennung in einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs ist es bekannt, eine Abgasrückführung (AGR, Englisch: EGR für exhaust gas recirculation) aus einer Abgasleitung in eine Frischluftleitung der Brennkraftmaschine vorzusehen. Je nach Einbauposition einer solchen externen Abgasrückführungsleitung wird zwischen einer Hochdruck-AGR (HD-AGR) und einer Niederdruck-AGR (ND-AGR) unterschieden. Dabei können jeweils separate Ventile beispielsweise für einen ND-AGR-Pfad und einen ND-Abgasklappenpfad oder für einen HD-AGR-Pfad und einen HD-Drosselklappenpfad an entsprechenden Abzweig- oder Einlassstellen der Abgasrückführung verwendet werden.
Soll-Frischluftmassen und AGR-Raten können dabei über einen modellbasierten Ansatz eingeregelt werden, bei dem entsprechende Teilmassenströme mittels einer Drosselgleichung berechnet werden. Diese Berechnung kann von Drücken stromauf- und abwärts der Ventile, deren effektiven Öffnungsquerschnitten und Temperaturen stromauf- oder abwärts der Ventile abhängen.
Alternativ zu separaten Ventilen können an den Abzweig- oder Einlassstellen von ND- oder HD-AGR auch Kombiventile verwendet werden. Durch ein Kombiventil können beide Teilmassenströme gleichzeitig eingestellt werden, beispielsweise durch eine harte mechanische Kopplung, sodass eine Änderung einer Kombiventilstellung eine Änderung effektiver Öffnungsquerschnitte für beide Ventilpfade zur Folge hat. Beispielsweise ist aus DE 10 2011 002 552 A1 ein Kombiventil an der Einmündung einer ND-AGR-Leitung in eine Ansaugleitung bekannt, mit dem gleichzeitig und aufeinander abgestimmt die rückgeführte Abgasmenge und die angesaugte Frischluftmenge bemessen werden.
Die US 2016 /0 032 871 A1 offenbart eine Variation welche eine Einheit aufweist, die eine Gehäuseeinheit mit einer darin ausgebildeten Abgasströmungsöffnung und EGR-Strömungsöffnung, eine Abgasströmungsöffnungs-Ventilplatte, die in der Gehäuseeinheit aufgenommen ist und so ausgelegt und angeordnet ist, dass sie sich in eine Position bewegt, in der sie die Strömung von Gas durch die Abgasströmungsöffnung zumindest teilweise blockiert, und eine EGR-Öffnungsventilplatte, die in der Gehäuseeinheit aufgenommen ist und so ausgelegt und angeordnet ist, dass sie sich in eine Position bewegt, in der sie Gas durch die EGR-Strömungsöffnung zumindest teilweise blockiert, und einen einzelnen Aktuator umfasst, der so verbunden ist, dass er sowohl die Abgasströmungsöffnungs-Ventilplatte als auch die EGR-Strömungsöffnungs-Ventilplatte bewegt. Eine weitere Variation kann ein kombiniertes Niederdruck-Abgasrezirkulationsventil und Abgasdrosselventil mit einer ersten und einer zweiten Ventilplatte aufweisen, die beabstandet mit einer gemeinsamen Ventilwelle verbunden sind.
Die US 2010 / 0 206 274 A1 bezieht sich auf eine Niederdruck-Abgasrückführungsvorrichtung zur Rückführung eines Teils von Abgasen, die von einem Motor (einem Verbrennungsmotor zur Erzeugung von Antriebsleistung durch das Verbrennen von Kraftstoff) in einen Abschnitt eines Ansaugluftkanals mit geringen Unterdruck (zum Beispiel einer stromaufwärtigen Seite eines Drosselventils, an dem ein geringer Unterdruck erzeugt wird) ausgestoßen werden.
Die einzuregelnden effektiven Soll-Öffnungsquerschnitte eines Kombiventils können auf Basis von Ist-Drücken und Sollmassenströmen berechnet werden. Führen diese beiden effektiven Soll-Öffnungsquerschnitte nicht zu einer gleichen Sollstellung des Kombiventils, so muss eine Gewichtung zwischen den separat berechneten Sollstellungen durchgeführt werden.
Diese Art der Kombiventilansteuerung kann jedoch unbefriedigend im Hinblick auf die Einregeldauer und die dynamische Regelperformance sein, da die eigene Bewegung des Kombiventils direkte Auswirkungen auf den Ist-Druck stromaufwärts beziehungsweise -abwärts des Ventils hat, je nachdem ob es auf der Abzweig- oder Einlassseite einer ND- oder HD-AGR verbaut ist. Der geänderte Ist-Druck hat eine Neuberechnung der effektiven Soll-Öffnungsquerschnitte zur Folge, was wiederum in einer geänderten Sollstellung des Kombiventils resultiert.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Betreiben eines Kombiventils gemäß Anspruch 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung, ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.
Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Alle in den Ansprüchen und der Beschreibung für das Verfahren angegebenen weiterführenden Merkmale und Wirkungen gelten auch in Bezug auf die Vorrichtung und das Computerprogramm, und umgekehrt.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Kombiventils, insbesondere für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen. Bei diesem Verfahren werden durch das Einstellen einer Kombiventilstellung mindestens zwei Teilmassenströme stromaufwärts oder -abwärts des Kombiventils eingestellt, die einen Gesamtmassenstrom auf der anderen Ventilseite, d. h. stromabwärts bzw. -aufwärts des Kombiventils, ergeben. Hierzu werden Teilmassenstrom-Sollwerte für die mindestens zwei einzustellenden Teilmassenströme bereitgestellt, und die einzustellende Kombiventilstellung wird abhängig von den bereitgestellten Teilmassenstrom-Sollwerten mittels eines implizit berechneten Gesamtmassenstrom-Solldrucks ermittelt. Insbesondere kann die so ermittelte einzustellende Kombiventilstellung als eine Soll-Kombiventilstellung zum Regeln des Kombiventils verwendet werden.
Das Kombiventil kann beispielsweise der eingangs geschilderten Art sein und insbesondere an einer Abzweig- oder Einlassstelle einer ND- oder HD-AGR einer Brennkraftmaschine angeordnet sein. Beim Einbau des Kombiventils an einer Einlassstelle einer Abgasrückführung fließen die in diesem Anwendungsfall genau zwei Teilmassenströme (Abgas und Frischluft) stromaufwärts zum Ventil hin, beim Einbau des Kombiventils an einer Abzweigstelle fließen ebenfalls genau zwei Teilmassenströme stromabwärts vom Ventil ab. Die Brennkraftmaschine kann beispielsweise einen Diesel- oder Ottomotor, insbesondere auch für ein Hybridfahrzeug, darstellen.
Wie eingangs bereits erwähnt, kann eine Änderung der Kombiventilstellung einen direkten Einfluss auf den Ist-Druck des Gesamtmassenstroms haben. Beispielsweise hat die Kombiventilbewegung eines auf der AGR-Einlassseite eingebauten Kombiventils eine drosselnde Wirkung auf den gemeinsamen Druck der zusammengeführten Teilmassenströme stromabwärts des Kombiventils.
Eine Idee des Verfahrens besteht darin, implizit die Information über den Gesamtmassenstrom-Solldruck zu nutzen, welcher sich je nach Einbaustelle des Kombiventils stromaufwärts oder -abwärts des Ventils einstellen soll, um beide/alle Soll-Teilmassenströme simultan einzustellen.
Diese Idee beruht darauf, dass der Solldruck des Gesamtmassenstroms im Gegensatz zu dessen Ist-Druck unabhängig von der Kombiventilstellung ist, da er bei vorgegebenen Eingangsgrößen der Teilmassenströme (insbesondere der Temperatur, den Ist-Drücken und den Soll-Teilmassenströmen) direkt die effektiven Öffnungsquerschnitte der einzelnen Ventilpfade und somit die Kombiventilstellung definiert, und nicht umgekehrt (beispielsweise durch die Drosselgleichung gemäß Formeln 1 und 2 weiter unten). Daher können durch eine implizite Verwendung des Gesamtmassenstrom-Solldrucks bei der Berechnung der Kombiventilstellung ein dynamisch schnelleres Ansprechverhalten des Kombiventils und eine schnellere Regelung der vorgegebenen Soll-Teilmassenströme erzielt werden.
Bei einer spezifischen Ausgestaltung kann das Einstellen der einzelnen Teilmassenströme beim Einstellen einer Kombiventilstellung aneinander gekoppelt sein, beispielsweise durch eine mechanische, insbesondere eine harte mechanische Kopplung effektiver Teilmassenstrom-Öffnungsquerschnitte durch ein Stellelement im Kombiventil. Dadurch ist eine simultane Einstellung beider/aller Teilmassenströme über ein einzelnes Stellungsparameter des Kombiventils möglich, was besonders sparsam im Hinblick auf die Größe, Herstellung und/oder Ansteuerung des Kombiventils sein kann.
Bei einer Ausführungsform ist einer der Teilmassenströme ein Abgasrückführungsstrom in einer Brennkraftmaschine. Insbesondere kann dabei das Kombiventil an einer Einlassstelle einer Abgasrückführungsleitung in eine Frischluftleitung angeordnet sein, wobei ein anderer der Teilmassenströme ein Frischluftmassenstrom ist.
Insbesondere kann die einzustellende Kombiventilstellung ferner abhängig von bereitgestellten Ist-Temperaturen und/oder Ist-Drücken der mindestens zwei Teilmassenströme ermittelt werden. Diese Ist-Werte können in bekannter Weise mittels geeigneter Sensoren bereitgestellt werden.
Die Ermittlung der einzustellenden Kombiventilstellung, insbesondere die implizite Berechnung des Gesamtmassenstrom-Solldrucks, kann beispielsweise mittels einer Drosselgleichung (insbesondere gemäß der weiter unten angegebenen Formel 1) durchgeführt werden. Dabei kann die implizite Berechnung des Gesamtmassenstrom-Solldrucks insbesondere dadurch genutzt werden, dass

- für jeden der mindestens zwei Teilmassenströme mittels einer Drosselgleichung ein Solldruck auf der jeweils anderen Ventilseite als Funktion der Kombiventilstellung ermittelt wird, und
- die einzustellende Kombiventilstellung analytisch oder iterativ als Schnittpunkt der so ermittelten Funktionen ermittelt wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung, insbesondere eine Steuerungseinheit, vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, das hierin dargelegte Verfahren insbesondere vollautomatisch auszuführen. Des Weiteren ist ein Computerprogramm vorgesehen, welches, wenn es in einer Datenverarbeitungseinrichtung oder der Steuerungseinheit ausgeführt wird, dazu eingerichtet ist, alle Schritte des hierin dargelegten Verfahrens auszuführen. Ferner ist ein maschinenlesbares Speichermedium vorgesehen, auf dem ein derartiges Computerprogramm gespeichert ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der in beigefügten Zeichnungen dargestellten Beispiele näher erläutert. Die Zeichnungen sind rein schematisch, sie sind insbesondere nicht als maßstabsgetreu zu lesen. Es zeigen:

1 eine schematische Übersichtsdarstellung eines Luftsystems einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs;
2 ein Flussdiagramm für ein Beispiel eines Verfahrens zum Betreiben eines Kombiventils;
3 ein Flussdiagramm für ein weiteres Beispiel eines Verfahrens zum Betreiben eines Kombiventils;
4 schematische Anschauungskurven zur Visualisierung des Verfahrens der 3, die für die beiden Teilmassenströme jeweils einen Solldruck auf der anderen Ventilseite als Funktion einer Kombiventilstellung andeuten; und
5 schematische Darstellung von berechneten Stützpunkten auf den Anschauungskurven der 4 zu einer iterativen Ermittlung der einzustellenden Kombiventilstellung.

Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt beispielhaft eine vereinfachte schematische Darstellung eines Luftsystems einer Brennkraftmaschine 1 eines Kraftfahrzeugs. Die Brennkraftmaschine 1 zum Antreiben einer Ausgangswelle 2 kann beispielsweise als ein Diesel- oder ein Ottomotor mit rein beispielhaft vier Zylindern 3 ausgebildet sein. Durch eine Frischluftleitung 4 werden die Zylinder 3 mit Frischluft versorgt. Durch eine Abgasleitung 5 werden Abgase von der Brennkraftmaschine 1 abgeführt. Rein beispielhaft weist das Luftsystem einen Abgasturbolader mit einer Turbine 6 in der Abgasleitung 5 und einem Verdichter 7 in der Frischluftleitung 4 auf.
In diesem Beispiel sind sowohl eine Hochdruck-Abgasrückführungsleitung 8 (HD-AGR), die aus der Abgasleitung 5 vor der Turbine 6 abzweigt und in die Frischluftleitung 4 vor einem Ladeluftkühler 9 mündet, als auch eine Niederdruck-Abgasrückführungsleitung 10 (ND-AGR), die aus der Abgasleitung 5 nach der Turbine 6 und einer Abgasnachbehandlungseinheit 11 abzweigt und in die Frischluftleitung 4 vor dem Verdichter 7 mündet, vorgesehen. Zum Kühlen der rückgeführten Abgase können in den Abgasrückführungsleitungen 8 und/oder 10 Abgaskühler 12, gegebenenfalls mit Bypassleitungen 13, vorgesehen sein.
Nachfolgend werden Beispiele des hierin dargelegten Verfahrens zum Betreiben eines Kombiventils in Bezug auf ein Kombiventil (nicht gezeigt) mit Einbau an einer Einlassstelle 15a der ND-AGR-Leitung 10 in die Frischluftleitung 4 detailliert beschrieben. Es sei angemerkt, dass analoge Verfahrensschritte und eine analoge Funktionalität auch für ein Kombiventil (nicht gezeigt) mit Einbau an einer Abzweigstelle 15b der ND-AGR-Leitung 10 aus der Abgasleitung 5 zur Anwendung kommen können. Der grundlegende Unterschied ist im letzteren Fall, dass der Gesamtmassenstrom-Solldruck dann nicht stromabwärts, sondern stromaufwärts des Kombiventils zu berechnen ist. Das Gleiche gilt entsprechend auch für ein Kombiventil (nicht gezeigt) mit Einbau an einer Einlassstelle 14a oder einer Abzweigstelle 14b der HD-AGR-Leitung 8.
In den nachfolgenden Beispielen ersetzt somit das Kombiventil (nicht gezeigt) an der Einlassstelle 15a zwei in der 1 gezeigte Einzelventile: ein ND-AGR-Ventil 16 zum Einstellen der durch die ND-AGR-Leitung 10 rückgeführten Abgasmenge (d. h. eines ersten Teilmassenstroms 17 stromaufwärts des Kombiventils) und eine in diesem Beispiel optional vorgesehene ND-Drosselklappe zum Einstellen der durch die Frischluftleitung 4 vor dem Verdichter 7 fließenden Frischluft (d. h. eines zweiten Teilmassenstroms 19 stromaufwärts des Kombiventils). Diese zwei Teilmassenströme 17 und 19 ergeben stromabwärts des Kombiventils einen Gesamtmassenstrom 20, der im dargestellten Beispiel dem Verdichter 7 zugeführt wird.
Am Beispiel dieses Kombiventils wird nachfolgend das in 2 dargestellte Flussdiagramm eines Beispiels für ein Verfahren der hierin dargelegten Art zum Betreiben eines Kombiventils erläutert. Das Verfahren beginnt mit einem „Start“-Signal und kann insbesondere teilweise oder vollständig automatisiert von einer Steuerungseinheit ausgeführt werden, die zum Ansteuern des Kombiventils ausgebildet sein kann.
In einem Schritt S1 werden Sollwerte für die beiden Teilmassenströme 17 und 19 bereitgestellt, die dem Verdichter 7 in Form des Gesamtmassenstroms 20 zugeführt werden sollen. Diese Teilmassenstrom-Sollwerte können beispielsweise der genannten Steuerungseinheit von außen zugeführt werden oder auch von der Steuerungseinheit selbst durch Berechnung etc. bereitgestellt werden.
In einem Schritt S2 werden in diesem Beispiel ferner Ist-Druckwerte und Ist-Temperaturwerte für die beiden Teilmassenströme 17 und 19 bereitgestellt. Diese können beispielsweise von geeigneten Sensoren bereitgestellt werden.
Ziel ist es nun, abhängig von den bereitgestellten Teilmassenstrom-Sollwerten eine Kombiventilstellung zu ermitteln, die zu diesen Teilmassenstrom-Sollwerten führt. Diese Ermittlung wird unter Verwendung eines implizit berechneten Solldrucks für den Gesamtmassenstrom 20 wie folgt durchgeführt:
In einem Schritt S3 wird in diesem Beispiel für jeden Teilmassenstrom 17 und 19 jeweils eine Gleichung zum Passieren des Kombiventils aufgestellt. Mit den für die Teilmassenströme 17 und 19 bereitgestellten Sollwerten m^. egrDes, m^· thrDes, Ist-Drücken pUs,egr, pUs,thr und Ist-Temperaturen TUs,egr, TUs,thr stromaufwärts des Kombiventils kann hier beispielsweise über eine Drosselgleichung ein effektiver Soll-Öffnungsquerschnitt aregrDes, arthrDes des jeweiligen Kombiventilpfads berechnet werden. Die jeweilige Drosselgleichung hängt auch von einem Solldruckwert pDs,egrDes, pDs,thrDes des jeweiligen Teilmassenstroms 17 bzw. 19 stromabwärts des Ventils ab. Es ergeben sich folgende zwei Gleichungen: $a r e g r D e s = f 1 (\dot{m} e g r D e s, p U s, e g r, T u s, e g r, p D s, e g r D e s)$ $a r t h r D e s = f 1 (\dot{m} t h r D e s, p U s, t h r, T U s, t h r, p D s, t h r D e s)$
Es existieren Paare des effektiven Soll-Öffnungsquerschnitts und Solldrucks (aregrDes, pDs,egrDes), (arthrDes, pDs,thrDes), die die Formel 1 bzw. 2 erfüllen. Des Weiteren gilt in diesem Beispiel, dass die Solldrücke pDs,thrDes und pDs,egrDes stromabwärts des Kombiventils identisch sind, da sie einem gemeinsamen Solldruck pDs,Des des Gesamtmassenstroms 20 entsprechen.
Zusätzlich gibt es für das Kombiventil einen spezifischen Zusammenhang zwischen den effektiven Soll-Öffnungsquerschnitten aregrDes, arthrDes der beiden Ventilpfade und einer Kombiventilstellung r_CV: $r_{C V} = f 2 (a r e g r D e s)$ $r_{C V} = f 3 (a r t h r D e s)$
Der Zusammenhang f2(·), f3(·) kann hierfür beispielsweise empirisch in Form einer Kennlinie abgelegt sein oder als eine analytische Funktion bekannt sein. Dabei legt eine bestimmte Kombiventilstellung r_CV in diesem Beispiel die effektiven Öffnungsquerschnitte aregrDes, arthrDes beider Ventilpfade gleichzeitig fest.
Nun wird in 2 in einem Schritt S4 eine Kombiventilstellung r_CV berechnet, durch die beide Soll-Teilmassenströme megrDes, ṁthrDes eingestellt werden. Dafür wird in einem Zwischenschritt oder implizit der Gesamtmassenstrom-Solldruck pDs,Des = pDs,egrDes = pDs,thrDes berechnet. Für einen linearen Zusammenhang von f1(·), f2(·), f3(·) und weitere Fälle, in denen f1(·) nach dem Solldruck pDs,Des auflösbar ist und f2(·), f3(·) invertierbar sind, ist die Berechnung von pDs,Des und somit von r_CV analytisch möglich.
In einem Schritt S5 wird die so ermittelte Kombiventilstellung r_CV eingestellt, wodurch die zwei Teilmassenströme 17 und 19 stromaufwärts des Kombiventils gemäß den im Schritt S1 bereitgestellten Teilmassenstrom-Sollwerten eingestellt werden. Das Verfahren kann rein beispielhaft zyklisch durchgeführt werden.
3 zeigt ein Flussdiagramm eines weiteren Beispiels für ein Verfahren der hierin dargelegten Art zum Betreiben eines Kombiventils, bei dem die einzustellende Kombiventilstellung r_CV unter Verwendung iterativer Schritte ermittelt wird. Dies ist eine mögliche Alternative zur im Schritt S4 der 2 skizzierten analytischen Berechnung, insbesondere wenn der Zusammenhang f1(·), f2(·) oder f3(·) nichtlinear und/oder empirisch ist.
Bis zum Schritt S3 entspricht das Verfahren der 3 demjenigen der 2. Ausgehend von den obigen Formeln 1, 2, 3 und 4 wird die einzustellende Kombiventilstellung r_CV in 3 im Unterschied zu 2 nicht direkt analytisch, sondern beispielsweise wie in nachfolgend dargestellten Schritten S4 bis S7 iterativ ermittelt.
In 4 und 5 sind lediglich zum Zwecke der Visualisierung des nachfolgenden Iterationsverfahrens die oben beim Schritt S3 erwähnten Paare (aregrDes, pDs,egrDes), (arthrDes, pDs,thrDes) des effektiven Öffnungsquerschnitts und des Stromabwärts-Solldrucks, die für den jeweiligen Ventilpfad existieren, als „gedankliche“ Anschauungskurven 21 (ND-AGR-Ventilpfad) und 22 (ND-Drosselklappenpfad) schematisch angedeutet. Dabei wird auch der Zusammenhang zwischen der Kombiventilstellung r_CV und den effektiven Öffnungsquerschnitten aregrDes, arthrDes gemäß den Formeln 3 und 4 veranschaulicht.
In einem Schritt S4 der 3 kann zunächst überprüft werden, ob die beiden im obigen Schritt S1 vorgegebenen Sollmassenströme simultan einstellbar sind. Hierzu wird ausgehend von der Drosselgleichung eine Annahme genutzt, dass mit weiterem Absenken des Stromabwärts-Solldrucks pDs,Des = pDs,egrDes = pDs,thrDes unterhalb eines kritischen Druckgefälles πcrit keine Erhöhung der Durchflussfunktion ψ (π = pDs,Des/ pUs) einhergeht und eine weitere Erhöhung des Druckverhältnisses für den jeweiligen Ventilpfad daher keine Erhöhung des Massenstroms mit sich bringt. Daher ist die Berechnung einer jeweiligen minimalen Ventilstellung r_CV,thrMin, r_CV,egrMin möglich, bei der der jeweilige Soll-Teilmassenstrom für diesen Ventilpfad noch darstellbar ist (siehe 4): $\begin{array}{l} r_{C V,} e g r M i n = f 2 (a r e g r D e s) m i t a r e g r D e s = f 1 (\dot{m} e g r D e s, p U s, e g r, T U s, e g r, π c r i t \\ \cdot p U s, e g r) \end{array}$ $\begin{array}{l} r_{C V,} t h r M i n = f 3 (a r t h r D e s) m i t a r t h r D e s = f 1 (\dot{m} t h r D e s, p U s, t h r, T U s, t h r, π c r i t \cdot \\ p U s, t h r) \end{array}$
Es kann nun entschieden werden, ob es eine Kombiventilstellung r_CV bzw. einen Gesamtmassenstrom-Solldruck pDs,Des innerhalb des Intervalls (r_CV,thrMin, r_CV,egrMin) gibt, der beide Soll-Teilmassenströme einstellt. Wie in 4 visualisiert, wird bei diesem Schritt also geprüft, ob es einen Schnittpunkt der beiden gedanklichen Kurven 21 und 22 in diesem Intervall geben kann. Ist dies nicht der Fall, kann eine einzustellende Kombiventilstellung r_CV beispielsweise wie im eingangs beschriebenen Stand der Technik oder in einer anderen geeigneten Weise vom Fachmann ermittelt werden. Das Verfahren kann danach direkt zum unten angegebenen Schritt S8 (Einstellen der ermittelten Kombiventilstellung r_CV) übergehen.
Falls die Überprüfung im Schritt S4 jedoch ergibt, dass ein Schnittpunkt möglich ist, wird in einem weiteren Schritt S5 ausgehend von einem gewählten Startwert r_CV,start der Ventilstellung innerhalb des oben definierten Intervalls (r_CV,thrMin, r_CV,egrMin) durch Berechnung überprüft, auf welcher der Anschauungskurven 21, 22 der Druck pDs,egrStart bzw. pDs,thrStart zu dieser Ventilstellung kleiner ist. Die Drücke können hierfür wie folgt berechnet werden: $\begin{array}{l} p D s, e g r S t a r t = f 4 (\dot{m} e g r D e s, p U s, e g r, T U s, e g r, a r e g r S t a r t) m i t a r e g r S t a r t = \\ f 5 (r_{C V}, s t a r t) \end{array}$ $\begin{array}{l} p D s, t h r S t a r t = f 4 (\dot{m} t h r D e s, p U s, t h r, T U s, t h r, a r t h r S t a r t) m i t a r t h r S t a r t = \\ f 6 (r_{C V}, s t a r t) \end{array}$
Dabei ist f4(·) die Drosselgleichung der Formel 1, die nach dem Solldruck pDs,Des umgestellt wurde, und f5(·), f6(·) sind die inversen Kennlinien zu f2(·), f3(·). Wie in 4 zu sehen ist, ist hier pDs,thrStart der kleinere Druckwert.
Der entsprechende Punkt P1thr = (r_CV,start, pDs,thrStart) kann nun als ein Ausgangspunkt zur Berechnung von weiteren Stützpunkten verwendet werden. Dieser Prozess ist beispielhaft in 5 schematisch veranschaulicht:
In einem Schritt S6 werden ausgehend vom Ausgangspunkt P1thr drei weitere Stützpunkte P1egr, P2egr und P2thr auf den Anschauungskurven 21, 22 berechnet, sodass für jeden Ventilpfad zwei Stützpunkte vorliegen. Für den ND-AGR-Ventilpfad werden in diesem Beispiel folgende zwei Punkte berechnet: $\begin{array}{l} P 1 e g r = (r_{C V}, s t a r t, p D s 1, e g r), p D s 1, e g r = f 4 (\dot{m} e g r D e s, p U s, e g r, T U s, e g r, \\ a r e g r S t a r t) \end{array}$ $\begin{array}{l} P 2 e g r = (r_{C V 2}, e g r, p D s, t h r S t a r t), a r e g r 2 = f 1 (\dot{m} e g r D e s, p U s, e g r, T U s, e g r, \\ p D s, t h r S t a r t), \end{array}$ $r_{C V 2}, e g r = f 2 (a r e g r 2)$
Für den ND-Drosselklappenpfad ergeben sich folgende zwei Stützpunkte: $P 1 t h r = (r_{C V 2}, s t a r t, p D s, t h r S t a r t)$ $\begin{array}{l} P 2 t h r = (r_{C V 2}, e g r, p D s 2, t h r), p D s 2, t h r = f 4 (\dot{m} e g r D e s, p U s, e g r, T U s, e g r, \\ a r t h r 2), a r t h r 2 = f 6 (r_{C V 2}, e g r) \end{array}$
Anhand dieser vier Punkte können nun zwei Geraden (nicht gezeigt) gebildet werden und deren Schnittpunkt berechnet werden. Der gefundene Schnittpunkt kann als ein Startpunkt für einen weiteren Iterationsschritt dienen, alternativ aber auch bereits als die ermittelte einzustellende Kombiventilstellung r_CV dienen.
In diesem Beispiel können die Schritte S5 und S6 beispielsweise so lange iterativ wiederholt werden, bis der Abstand der jeweiligen Stützstellen r_CV,start und r_CV2 der Ventilstellung innerhalb eines Iterationsschritts unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt. Dies kann insbesondere in einem Schritt S7 der 3 überprüft werden. Bei Erfüllung dieser Bedingung kann beispielsweise eine der beiden zuletzt berechneten Stützstellen, deren Mittelwert oder ein anderer geeigneter Zwischenwert als die einzustellende Kombiventilstellung r_CV ermittelt werden.
Analog zum Schritt S5 der 2 wird im Verfahren der 3 in einem Schritt S8 die so ermittelte Kombiventilstellung r_CV eingestellt, wodurch die zwei Teilmassenströme 17 und 19 stromaufwärts des Kombiventils gemäß den im Schritt S1 bereitgestellten Teilmassenstrom-Sollwerten eingestellt werden. Das ganze Verfahren kann auch hier insbesondere zyklisch durchgeführt werden.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Kombiventils, insbesondere für eine Brennkraftmaschine (1) eines Kraftfahrzeugs, wobei - durch das Einstellen (S5; S8) einer Kombiventilstellung (r_CV) mindestens zwei Teilmassenströme (17, 19) stromaufwärts oder -abwärts des Kombiventils eingestellt werden, die einen Gesamtmassenstrom (20) stromabwärts bzw. -aufwärts des Kombiventils ergeben, - Teilmassenstrom-Sollwerte für die mindestens zwei einzustellenden Teilmassenströme (17, 19) bereitgestellt werden (S1) und - die einzustellende Kombiventilstellung (r_CV) abhängig von den bereitgestellten Teilmassenstrom-Sollwerten mittels eines implizit berechneten Gesamtmassenstrom-Solldrucks ermittelt wird (S3-S4; S3-S7).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ermittelte einzustellende Kombiventilstellung (rcv) als Soll-Kombiventilstellung zum Regeln des Kombiventils verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Einstellen der mindestens zwei Teilmassenströme (17, 19) beim Einstellen einer Kombiventilstellung (r_CV) aneinander gekoppelt ist, insbesondere durch eine mechanische Kopplung zugehöriger effektiver Teilmassenstrom-Öffnungsquerschnitte (ar_egr, ar_t□r) im Kombiventil durch ein Kombiventil-Stellelement.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei einer der mindestens zwei Teilmassenströme (17, 19) ein Abgasrückführungsstrom (17) in einer Brennkraftmaschine (1) ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Kombiventil an einer Einlassstelle (14a, 15a) einer Abgasrückführungsleitung (8, 10) in eine Frischluftleitung (4) angeordnet ist und ein anderer der mindestens zwei Teilmassenströme (17, 19) ein Frischluftmassenstrom (19) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die einzustellende Kombiventilstellung (r_CV) ferner abhängig von bereitgestellten Ist-Temperaturen und/oder Ist-Drücken der mindestens zwei Teilmassenströme (17, 19) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ermittlung der einzustellenden Kombiventilstellung (r_CV), insbesondere die implizite Berechnung des Gesamtmassenstrom-Solldrucks, mittels einer Drosselgleichung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei bei der impliziten Berechnung des Gesamtmassenstrom-Solldrucks - für jeden der mindestens zwei Teilmassenströme (17, 19) mittels einer Drosselgleichung ein Solldruck (p_Ds,t□rDes, p_Ds,egrDes) auf der jeweils anderen Ventilseite als Funktion der Kombiventilstellung (r_CV) ermittelt wird und - die einzustellende Kombiventilstellung (r_CV) analytisch oder iterativ als Schnittpunkt der so ermittelten Funktionen ermittelt wird.
Vorrichtung, insbesondere eine Steuerungseinheit, zum Betreiben eines Kombiventils, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche insbesondere vollautomatisch auszuführen.
Computerprogramm, welches, wenn es in einer Steuerungseinheit oder einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird, dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 10 gespeichert ist.