DE19924274B4 - System und Verfahren zum Steuern eines Turboladers zur Maximierung der Leistung eines Verbrennungsmotors - Google Patents

System und Verfahren zum Steuern eines Turboladers zur Maximierung der Leistung eines Verbrennungsmotors Download PDF

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Abstract

System (100) zum Steuern eines Turboladers, der einem Verbrennungsmotor Luft zuführt, wobei das System (100) umfasst:
– eine Verbrennungssteuereinrichtung (110), um basierend auf einem aktuell vorliegenden Betriebspunkt des Motors eine gewünschte Luftmassenrate (116) zu bestimmen,
– eine Luftsystemsteuereinrichtung (120), um einen Luftmassenratenfehler (124) als Differenz zwischen der gewünschten Luftmassenrate (116) und einer tatsächlichen Luftmassenrate (122) des Motors zu bestimmen, und
– eine Turboladersteuereinrichtung (130), um einen Betriebszustand des Turboladers so zu steuern, dass der Luftmassenratenfehler (124) minimiert wird, wobei
– die Turboladersteuereinrichtung (130) in Abhängigkeit des Luftmassenratenfehlers (124) einen Betriebszustand für den Turbolader ermittelt, der eine Minimierung des Luftmassenratenfehlers (124) ermöglicht, sodann überprüft, ob der ermittelte Betriebszustand zu einem Betriebszustand des Turboladers führen kann, bei dem wenigstens ein Betriebsparameter des Turboladers einen für diesen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, und den Turbolader nur dann in den ermittelten Betriebszustand steuert, wenn die Überprüfung keine Grenzwertüberschreitung ergibt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Motorsteuersysteme und insbesondere ein System und ein Verfahren zum Steuern eines Turboladers, um die Leistung eines Verbrennungsmotors zu maximieren.
  • Es ist bekannt, Turbolader zu verwenden, um die Leistung und das Drehmoment eines Verbrennungsmotors zu erhöhen. Durch die zusätzliche Verwendung eines abgasgetriebenen Turboladers kann ein relativ kleiner benzinsparender Motor in einem Fahrzeug verwendet werden, um bei normalem Fahren einen sparsamen Betrieb zu ermöglichen, während beim Beschleunigen und/oder im Vollgasbetrieb zusätzliche Leistung und ein zusätzliches Drehmoment bereitgestellt werden.
  • Ein Turbolader umfasst einen Verdichter und eine Turbine. Die Turbine treibt den Verdichter mit Abgasenergie an, die von dem Verbrennungsmotor erzeugt wird. Die Motorabgase treiben ein Turbinenrad in der Turbine des Turboladers an und werden über eine Abgasanlage abgelassen. Das Turbinenrad treibt eine Welle an, die mit einem Verdichterrad in dem Verdichter verbunden ist, der zuvor unter atmosphärischem Druck stehende Ansaugluft verdichtet und diese typischerweise durch einen Zwischenkühler (Intercooler) und über eine Drosselklappe in einen Ansaugkrümmer des Motors drängt. Die Steuerung der Ausgangsleistung (des abgegebenen Druckes) des Turboladers, um einen gewünschten Motorbetrieb zu erreichen, ist ein seit langer Zeit bestehendes Problem. Eine zu hohe Ausgangsleistung (zu hoher Ladedruck) kann zu einer unregelmäßigen Motorfunktion führen und Motorkomponenten bleibend schädigen. Eine zu geringe Ausgangsleistung verursacht ein Stottern des Motors, Leistungsverluste und einen ineffektiven Betrieb. Zusätzlich beeinflussen Änderungen des atmosphärischen Drucks, der Umgebungstemperatur und der Motordrehzahl die Gesamteffizienz des Turboladers, wodurch die Funktion, die Leistungsabgabe und die Sparsamkeit des Motors unmittelbar beeinflusst werden.
  • Bei den meisten, wenn nicht sogar bei allen abgasgetriebenen Turboladerinstallationen wird ein als Wastegate bezeichnetes Ablassventil verwendet, um den von dem Turbolader entwickelten maximalen Ladedruck zu begrenzen. Die Regulierung der Turboladerdrehzahl wird erreicht, indem ein Teil der Abgase durch ein Wastegate abgeleitet wird, anstatt die gesamten Abgase durch die Turbine zu leiten. Typischer weise umfasst das Wastegate ein Ventil, das in dem Abgasstrom angeordnet ist, und einen Aktuator (Steller) zum Bewegen des Ventils. In Abhängigkeit vom Ladedruck bewegt der Aktuator das Ventil zwischen offenen und geschlossenen Stellungen. In der offenen Stellung wird der Strom der Abgase um das Turbinengehäuse herum umgeleitet, während in der geschlossenen Stellung die gesamten Abgase durch das Turbinengehäuse geleitet werden.
  • Bekannte Turboladersysteme sind für bestimmte Störungen anfällig. Eine der Hauptursachen für Störungen ist ein Überdrehen der Turbinenrotoranordnung, d. h., wenn die Turbine sich mit Drehzahlen dreht, die höher sind, als diejenigen, für die der Turbolader ausgelegt ist. Darüber hinaus ist der Turbolader für Überhitzen anfällig, wenn seine Temperatur nicht auf irgendeine Weise reguliert wird, da der Turbolader typischerweise in der Nähe des Abgaskrümmers des Motors angebracht ist, um die Abgase zum Drehen der Turbine in effizienter Weise zu erhalten. Liegt einer diese Zustände über einen zu langen Zeitraum vor, wird sich der Turbolader schließlich selbst zerstören.
  • Aus der DE 196 25 887 A1 ist es bekannt, bei einer turboaufgeladenen Brennkraftmaschine mit einer Fehlererkennungseinrichtung und wenigstens zwei in getrennten Abgassträngen angeordneten Abgasturboladern den Betrieb der Turbolader mittels der Fehlererkennungseinrichtung zu überwachen. Wird bei dem Betrieb wenigstens eines Turboladers festgestellt, dass wenigstens ein Betriebsparameter einen Grenzwert für diesen überschritten hat, wird zumindest eine Schutzmaßnahme eingeleitet. Insbesondere soll auf diese Weise verhindert werden, dass die Abgasturbolader mit zu hohen Drehzahlen arbeiten. Zur Überwachung der Turbolader werden die Ladestromwerte stromab der einzelnen Turbolader separat oder stromab einer Zusammenführung der durch die Turbolader der Brennkraftmaschine zugeführten Luft gemeinsam erfasst. Ist eine Überschreitung eines Grenzwerts festgestellt worden, wird für den oder die betroffenen Turbolader eine Schutzmaßnahme eingeleitet, bei der es vorgesehen ist, im Abgasstrang der Brennkraftmaschine vorgesehene Bypassventile zu öffnen, damit der dem oder den betroffenen Turboladern zugeführte Abgasstrom reduziert, minimiert oder vollständig unterbrochen wird. Reichen diese Maßnahmen nicht aus, ist es vorgesehen, einzelne oder mehrere Zylinder der Brennkraftmaschine nicht mehr zu befeuern, d. h. vorzugsweise nicht mit Kraftstoff zu versorgen.
  • Bei dem aus der DE 195 05 915 A1 bekannten Luftmassenregler für eine turboaufgeladene Brennkraftmaschine wird die Regelcharakteristik eines PID-Reglers zum Abgleich zwischen gemessener Luftmasse und einem Sollwert für diese in Abhängigkeit von der Luftdichte der Umgebungsluft variiert.
  • Gemäß der DE 40 29 086 A1 wird zur Regelung des Ladedrucks eines Laders einer Brennkraftmaschine, anstelle einer Erfassung des Ladedrucks selbst, der Luftmassenstrom oder der durch Abgleich mit der Lufttemperatur und dem vorhandenen Atmosphärendruck kompensierte Luftmengenstrom bestimmt.
  • Der DE 44 39 573 A1 liegt das Problem zugrunde, bei Lastaufschaltung aus dem Leerlauf heraus das Lastannahmeverhalten einer Brennkraftmaschine zu verbessern. Hierfür wird nach Ende der eigentlichen Verbrennungsphase zusätzlicher Kraftstoff eingespritzt. Dies führt zu keiner Drehzahlerhöhung der Brennkraftmaschine aufgrund der späten Einspritzung, wobei aber der Energieinhalt des Abgasstromes erhöht wird, was zu einer Drehzahlerhöhung des Abgasturboladers führt. Die Drehzahlerhöhung des Abgasturboladers wird erst bei Bedarf, d. h. bei einer Lastaufschaltung aus dem Leerlauf heraus, verwendet, um die dabei erforderlichen Mehrmenge an Ladeluft schnell bereit zu stellen. Dadurch wird ein gutes Lastannahmeverhalten erreicht. Maßnahmen zur Temperaturbegrenzung werden nicht beschrieben, vielmehr soll eine hohe Abgastemperatur durch eine Aufheizung der abgasführenden Bauteile erreicht werden, um das Lastannahmeverhalten zusätzlich zu verbessern.
  • Aus der DE 38 72 503 T2 ist es bekannt, beim Vorliegen eines Fehlers einer oder mehrerer Sensoren zur Erfassung von in einem Motorraum angeordneten Komponenten, wie z. B. einem Turbolader, den Turbolader so zu betreiben, dass ein Überhitzen desselben verhindert wird. Insbesondere wird in Antwort auf ein Fail-Safe-Signal, das einen Sensorfehler angibt, der Ladedruck für den Turbolader reduziert.
  • Die DE 35 15 046 A1 offenbart ein Aufladungsdruckregelsystem für eine Brennkraftmaschine mit Turbolader, bei dem ein Regelwert für eine Aufladungsdruckregeleinrichtung erzeugt wird, um die Differenz zwischen einem Aufladungsdruck-Sollwert und einem gemessenen Aufladungsdruck-Istwert zu minimieren. Hierbei ist es vorgesehen, den Regelwert durch Auswahl eines speziellen Regelwerts aus einer Steuertabelle zu bestimmen, die aus einer Mehrzahl von Steuertabellen ausgewählt wurde. Zur Bestimmung von Betriebsbedingungen für einen durch dieses System zu steuernden Turbolader werden die Drehzahl der Brennkraftmaschine und die Luftströmungsrate verwendet. In Abhängigkeit von diesen Größen wird ein geeigneter Regelwert ausgewählt und der Turbolader entsprechend gesteuert.
  • Aus der DE 39 39 754 A1 ist es zur Bestimmung von Betriebszuständen eines Turboladers bekannt, eine die aktuelle Brennkraftmaschinenlast angebende Größe zu verwenden, beispielsweise eine Auslenkung einer Regelstange einer Einspritzpumpe, woraus die der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge bestimmt werden kann. Aktuell erfasste Betriebsbedingungen für den Turbolader werden mit in Form von Kennfeldern gespeicherten Sollwerten verglichen, um den Turbolader zu steuern.
    •
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein System und ein Verfahren zum Steuern eines Turboladers bereitzustellen, um die zuvor genannten Probleme zu lösen. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem der Turbolader dem Motor den zum Maximieren der Motorleistung geeigneten Luftmassenstrom zuführt, wobei gleichzeitig der Turbolader vor übermäßiger Wellendrehzahl und übermäßiger Turbineneinlasstemperatur geschützt wird.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System gemäß Anspruch 1 und Verfahren gemäß den Ansprüchen 12 und 22 zum Steuern des Betriebs eines Turboladers, das dafür verantwortlich ist, einen gewünschten, dem Motor zuzuführenden Luftmassestrom zu erzeugen, und den Turbolader vor übermäßiger Wellendrehzahl und übermäßiger Turbineneinlasstemperatur zu schützen.
  • Hierbei nehmen die Schutzbetriebsarten einen höheren Stellenwert als die Leistungssteuerung ein. Zuerst wird die Drehzahl der Turboladerwelle mit einem programmierbaren Grenzwert verglichen und der Turbolader eingestellt, um die Drehzahl unter Kontrolle zu bringen, wenn seine Drehzahl diesen Grenzwert überschreitet. Wenn die Drehzahl nicht über dem Grenzwert liegt, wird die Turbineneinlasstemperatur mit einem zweiten programmierbaren Grenzwert verglichen. Wenn die Turboladereinlasstemperatur über dem vorbestimmten Grenzwert liegt, wird der Turbolader eingestellt, um die Einlasstemperatur unter Kontrolle zu bringen. Wenn die vorbestimmten Grenzwerte immer noch von dem Turbolader überschritten werden, nachdem diese beiden Einstellungen durchgeführt wurden, veranlasst das System eine Reduktion der Kraftstoffzufuhr an den Motor, um den Turbolader zu schützen. Wurde keiner dieser Grenzwerte überschritten, betreibt das System den Turbolader so, dass der gewünschte Luftmassenstrom dem Motor zugeführt wird, um die Motorleistung zu maximieren.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst ein System zum Steuern eines Turboladers, der einem Verbrennungsmotor Luft zuführt, eine Verbrennungssteuereinrichtung, um basierend auf einem aktuell vorliegenden Betriebspunkt des Motors eine gewünschte Luftmassenrate zu bestimmen, eine Luftsystemsteuereinrichtung, um einen Luftmassenratenfehler als Differenz zwischen der gewünschten Luftmassenrate und einer tatsächlichen Luftmassenrate des Motors zu bestimmen, und eine Turboladersteuereinrichtung, um einen Betriebszustand des Turboladers zu steuern, um so den Luftmassenratenfehler zu minimieren. Die Turboladersteuereinrichtung steuert den Betriebszustand des Turboladers zur Minimierung des Luftmassenratenfehlers erst dann, wenn die Turboladersteuerung feststellt, dass der zur Luftmassenratenfehlerminimierung gewünschte Betriebszustand nicht dazu führt, dass der Turbolader einen Betriebszustand einnimmt, bei dem wenigstens ein Grenzwert für Betriebsparameter des Turboladers überschritten wird. Insbesondere wird so verhindert, dass im Turbolader eine Turboladerwellendrehzahl, die einen ersten vorbestimmten Grenzwert übersteigt, und eine Turboladertemperatur, die einen zweiten vorbestimmten Grenzwert übersteigt, aufrechterhalten wird.
  • Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Steuern eines Turboladers, der einem Verbrennungsmotors Luft zuführt, die Schritte: Bestimmen eines aktuell vorliegenden Betriebspunkts des Motors, Bestimmen einer gewünschten Luftmassenrate des Motors basierend auf dem aktuell vorliegenden Betriebspunkt, Bestimmen einer tatsächlichen Luftmassenrate des Motors Bestimmen eines Luftmassenratenfehlers als Differenz zwischen der gewünschten Luftmassenrate und der tatsächlichen Luftmassenrate, Bestimmen eines Betriebszustandes für den Turbolader, der für eine Minimierung des Luftmassenratenfehlers sorgt, überprüfen, ob der für den Turbolader bestimmte Betriebszustand verursachen kann, dass wenigstens ein Betriebsparameter des Turboladers in dem bestimmten Betriebszustand einen Grenzwert überschreiten würde, und Steuern des Turboladers, so dass der Turbolader den bestimmten Betriebszustand einnimmt, wenn die vorherige Überprüfung ergeben hat, dass kein Grenzwert überschritten wird. Insbesondere wird so verhindert, dass im Turbolader eine Turboladerwellendrehzahl, die einen ersten vorbestimmten Grenzwert übersteigt, und eine Turboladertemperatur, die einen zweiten vorbestimmten Grenzwert übersteigt, aufrechterhalten wird.
  • Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Steuern eines Turboladers, der einem Verbrennungsmotor Luft zuführt, die Schritte: a) empirisches Bestimmen eines gewünschten Betriebszustands des Turboladers für jede gewählte Motordrehzahl und vorgegebene Kraftstoffzufuhrrate, b) Speichern der empirisch bestimmten Betriebszustände als Funktion der Motordrehzahl und der vorgegebenen Kraftstoffzufuhrrate in einer Nachschlagetabelle, c) Erfassen einer aktuell vorliegenden Motordrehzahl und einer aktuell vorliegenden vorgegebenen Kraftstoffzufuhrrate des Motors, b) Auslesen eines gewünschten Betriebszustands des Turboladers aus der Nachschlagetabelle basierend auf der aktuell vorliegenden Motordrehzahl und der aktuell vorliegenden vorgegebenen Kraftstoffzufuhrrate, und e) Einstellen des Turboladers auf den gewünschten, in Schritt d) bestimmten Betriebszustand.
    •
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigt:
  • 1 ein schematisches Blockdiagramm des Systems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das eine Verbrennungssteuereinrichtung, eine Luftsystemsteuereinrichtung und eine Turboladersteuereinrichtung aufweist,
  • 2 ein schematisches Flussdiagramm der Verbrennungssteuereinrichtung aus 1,
  • 3 ein schematisches Flussdiagramm der Luftsystemsteuereinrichtung aus 1, und
  • 4 ein schematisches Flussdiagramm der Turboladersteuereinrichtung aus 1.
  • In 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Form eines schematischen Blockdiagramms dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist das System 100 als Teil des Motorsteuermoduls (ECM = Engine Control Modul) eines turbogeladenen Motors ausgeführt. Ein ECM ist bekannter- und typischerweise ein mikroprozessorgestütztes System, das Eingangsinformationen betreffend den aktuell vorliegenden Betriebszustand des Motors und/oder des Fahrzeugs von verschiedenen Sensoren erhält, diese Eingangsinformationen dazu verwendet, gewünschte Änderungen des Betriebszustands des Motors zu berechnen und verschiedene Steuerausgangsinformationen zu erzeugen, die dazu verwendet werden können, den Betriebszustand des Motors zu ändern. Das Steuersystem 100 der vorliegenden Erfindung ist zum Steuern des Betriebs eines Motorturboladers ausgelegt, wobei dem Betrieb des Turboladers dahingehend besondere Bedeutung zukommt, Turboladerbetriebszustände zu verhindern, die den Turbolader und/oder den Motor möglicherweise schädigen.
  • Das System 100 umfasst eine Verbrennungssteuereinrichtung 110, eine Luftsystemsteuereinrichtung 120 und eine Turboladersteuereinrichtung 130. Gemeinsam steuern diese drei Teilsysteme des Systems 100 den Motorturbolader so, dass der geeignete Luftmassenstrom dem Motor zugeführt wird, um die Motorleistung zu maximieren, und gleichzeitig den Turbolader vor übermäßigen Wellendrehzahlen und übermäßigen Turbineneinlasstemperaturen zu schützen. Um dies zu erreichen, sollten drei Steuerparameter bekannt sein, nämlich der tatsächlich vorliegende Luftmassenstrom durch den Motor, die Turboladerwellendrehzahl und die Turbineneinlasstemperatur. Sensoren, die diese drei Parameter unmittelbar erfassen, sind jedoch relativ teuer. Daher werden bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung andere (typischerweise vorhandene) Sensoreingangsinformationen des Motors verwendet, um diese drei Werte zu berechnen.
  • Die Verbrennungssteuereinrichtung 110 bestimmt die erforderliche Luftmassenrate (Masse an Eingangsluft pro Motorhub), die basierend auf den vorliegenden Umgebungsbetriebsbedingungen die Motorleistung optimiert. Diese Umgebungsbedingungen werden aus anderen Sensoreingangsinformationen bestimmt, beispielsweise der Motordrehzahl, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Kraftstoffzufuhrrate und dem Umgebungsdruck. Aus diesen Eingangsinformationen wird ein gewünschtes Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F = air-to-fuel ratio) bestimmt.
  • Vorzugsweise verwendet die Verbrennungssteuereinrichtung 110 eine zusätzliche Eingangsinformation Alpha 112, die eine von einem anderen Teil des ECM-Steuerprogramms erzeugte Variable ist und angibt, ob das Fahrzeug momentan in einer städtischen oder in einer ländlichen Umgebung betrieben wird. Dies kann beim Bestimmen des Zeitablaufs der Kraftstoffeinspritzung in den Motor wichtig sein und wird von dem ECM auf einfache Weise bestimmt, indem unterschiedliche Parameter analysiert werden, beispielsweise die Motordrehzahl, die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Kraftstoffzufuhrrate, um zu bestimmen, ob das Fahrzeug häufig in einem Stop-and-Go-Betrieb (städtische Umgebung) oder in einem konstanten Zustand (ländliche Umgebung oder Autobahn) betrieben wird. Die Verwendung der Alpha-Eingangsinformation 112 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 detaillierter beschrieben. Die Verbrennungssteuereinrichtung 110 erhält ferner eine Eingangsinformation 114, die die Kraftstoffmassenrate des Motors (Masse an Kraftstoff pro Motorhub) umfasst. In bekannter Weise wird die Kraftstoffmassenrate auf einfache Weise bestimmt, indem der Prozentsatz der maximalen Kraftstoffzufuhr untersucht wird, der bei einer gegebenen Motordrehzahl dem Motor zugeführt wird. Danach wird aus dem Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis von der Verbrennungssteuereinrichtung 110 eine gewünschte Luftmassenrate errechnet, indem dieses Verhältnis mit der aktuell vorliegenden Kraftstoffmassenrate multipliziert wird. Die gewünschte Luftmassenrate 116 wird danach als Eingangsinformation zu der Luftsystemsteuereinrichtung 120 des Systems 100 weitergeleitet.
  • Wie hier im folgenden unter Bezugnahme auf 3 detaillierter beschrieben ist, dient die Luftsystemsteuereinrichtung 120 zum Berechnen des Luftmassenratenfehlers aus der gewünschten Luftmassenrate 116 und der tatsächlichen Luftmassenrate 122. Die tatsächliche Luftmassenrate 122 kann erfasst werden, indem eine Luftmassenstrommesseinrichtung verwendet wird, wie dies bei den meisten benzingetriebenen Fahrzeugmotoren heutzutage der Fall ist. Bei der vorliegenden Erfindung wird die tatsächliche Luftmassenrate 122 jedoch vorzugsweise aus Informationen bestimmt, die von anderen Motorsensoren erzeugt werden. Die tatsächliche Luftmassenrate 122 kann aus der Motordrehzahl, dem Motorhubraum, dem Einlasskrümmerdruck, der Einlasskrümmertemperatur und dem Hubraumwirkungsgrad des Motors berechnet werden. Eine Tabelle, die empirische Daten des Hubraumwirkungsgrades des Motors gegenüber der Motordrehzahl und der Kraftstoffrate angibt, ist in dem ECM-Speicher gespeichert. Der Luftmassenratenfehler 124 wird dann durch Subtraktion der tatsächlichen Luftmassenrate 122 von der gewünschten Luftmassenrate 116 berechnet und als Eingangsinformation an den Turboladersteuereinrichtung 130 weitergeleitet.
  • Wie hier im folgenden unter Bezugnahme auf 4 detaillierter beschrieben ist, steuert die Turboladersteuereinrichtung 130 den Motorturbolader, um den Luftmassenratenfehler zu minimieren und den Turbolader vor übermäßiger Wellendrehzahl und übermäßiger Turbineneinlasstemperatur zu schützen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung steuert die Turboladersteuereinrichtung 130 einen Vier-Stufen-Wastegate-Turbolader. Um andere Turboladerkonstruktionen, beispielsweise Turbolader mit variabler Geometrie, zu steuern, kann es notwendig sein, dieses Steuerschema geringfügig zu verändern, was für Durchschnittsfachleute auf diesem Gebiet nach Studium dieser Beschreibung ersichtlich wird.
  • Die Schutzbetriebszustände der Turboladersteuereinrichtung 130 haben in dem System 100 einen höheren Stellenwert, als die Motorleistungssteuerfunktion der Turboladersteuereinrichtung 130. Zuerst wird die Turboladerwellendrehzahl mit einem programmierbaren Grenzwert verglichen. Wenn dieser Grenzwert überschritten wird, wird der Betrieb des Turboladers so eingestellt, dass die Drehzahl unter Kontrolle gebracht wird. Danach wird die Turbineneinlasstemperatur mit einem zwei ten programmierbaren Grenzwert verglichen. Wenn die Turbineneinlasstemperatur den programmierbaren Grenzwert überschreitet, wird der Turboladerbetrieb so eingestellt, dass die Einlasstemperatur unter Kontrolle gebracht wird. Wenn diese programmierbaren Grenzwerte immer noch überschritten werden, nachdem der Turbolader zum Schutz gegen übermäßige Wellendrehzahlen oder Turbineneinlasstemperaturen eingestellt wurde, wird die Kraftstoffzufuhr an den Motor so lange verringert, bis die Situation korrigiert ist. Wenn andererseits die Grenzwerte zum Schutz des Turboladers nicht überschritten werden, wird der Turbolader so eingestellt, dass der Luftmassenratenfehler minimiert wird.
  • In 2 ist ein schematisches Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Verbrennungssteuereinrichtung 110 dargestellt. Eingangsinformationen für das System 110 umfassen die Alpha-Eingangsinformation 112 und die Kraftstoffmassenrate 114 sowie ein Bremsenzustandssignal 202, das angibt, ob sich das Fahrzeug zur Zeit in einem Bremszustand befindet oder nicht. Ein Entscheidungsblock 204 analysiert das Bremsenzustandssignal 202, um zu bestimmen, ob ein Bremsbetrieb aktuell vorliegt (d. h., dass dem Motor kein Kraftstoff zugeführt wird).
  • Wenn der Entscheidungsblock 204 angibt, dass ein Bremsbetrieb aktuell vorliegt, dann fährt der Prozess mit Schritt 206 fort, der die gewünschte Luftmassenrate aus einer Tabelle auswählt, die in einem dem ECM zugeordneten Computerspeicher gespeichert ist. Die gewünschten, in dieser Tabelle enthaltenen Luftmassenratenwerte werden für unterschiedliche Motorbetriebszustände empirisch bestimmt und sind so ausgelegt, dass soviel Luft wie möglich dem Motor zugeführt wird (wodurch die größtmögliche Motorbremskraft erzeugt wird), ohne dabei bestimmte physikalische Beschränkungen des Motors zu überschreiten. Die gewünschte Luftmassenrate wird dann als Eingangsinformation 116 an die Luftsystemsteuereinrichtung 120 (siehe 3) weitergeleitet.
  • Wenn der Entscheidungsblock 204 feststellt, dass kein Bremsbetrieb vorliegt, berechnet die Verbrennungssteuereinrichtung 110 in Schritt 210 basierend auf den aktuell vorliegenden Kraftstoffzufuhrzuständen des Motors die gewünschte Luftmassenrate. Der Block 210 bestimmt basierend auf den aktuell vorliegenden Motorkraftstoffzufuhr- und Motordrehzahleingangsdaten 211 das Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das erwünscht wäre, wenn die Alpha-Eingangsinformation 112 Null wäre (d. h., dass das Fahrzeug in einer städtischen Umgebung betrieben wird). Dieser Wert des gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses wird aus einer Tabelle von Werten abgeleitet, die so ausgewählt sind, dass die von dem Motor erzeugten Emissionen für jede gegebene Kombination von Motorkraftstoffzufuhr und Motordrehzahl reduziert werden. Der Prozess fährt dann mit Block 212 fort, um das gewünschte Luft/Kraftstoff-Verhältnis für eine Alpha-Eingangsinformation 112 mit dem Wert 1 zu bestimmen, was einem Fahrzeugbetrieb in einer ländlichen Umgebung oder auf einer Autobahn entspricht. Das im Block 212 ausgewählte Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird aus einer Tabelle von gespeicherten Werten erhalten, die so ausgelegt sind, dass für jeden gegebenen Motorkraftstoffzufuhrzustand und jede gegebene Motordrehzahl ein maximaler Kraftstoffwirkungsgrad erhalten wird.
  • In der Praxis kann der Wert der Alpha-Eingangsinformation 112 eine beliebige gebrochene Zahl zwischen 0 und 1 sein. Die Blöcke 210 und 212 bestimmen das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wenn Alpha gleich 0 bzw. 1 ist, wobei Block 216 dann zwischen diesen Werten interpoliert, um einen Wert zu finden, der der tatsächlichen Alpha-Eingangsinformation 112 entspricht. Dies ergibt das Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis 214 für die aktuell vorliegenden Fahrzeug-Betriebszustände, das zu dem Block 218 weitergeleitet wird, um bei der Berechnung der gewünschten Luftmassenrate verwendet zu werden. Die Kraftstoffmassenrateneingangsinformation 114 wird ebenfalls dem Block 218 zugeführt und die gewünschte Luftmassenrate berechnet, indem die Kraftstoffmassenrate 114 mit dem gewünschten, bei Block 216 bestimmten Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis 214 multipliziert wird. Diese gewünschte Luftmassenrate wird danach als Eingangsinformation 116 zu der Luftsystemsteuereinrichtung 120 weitergeleitet.
  • In 3 ist ein schematisches Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Luftsystemsteuereinrichtung 120 dargestellt. Die Luftsystemsteuereinrichtung 120 empfängt als Eingangsinformationen die gewünschte Luftmassenrate 116 von der Verbrennungssteuereinrichtung 110 und die tatsächliche Luftmassenrate 122. Der Block 220 berechnet dann den Luftmassenratenfehler 124, indem die tatsächliche Luftmassenrate 122 von der gewünschten Luftmassenrate 116 abgezogen wird. Dieser Luftmassenratenfehler 124 wird als Eingangsinformation an die Turboladersteuereinrichtung 130 weitergeleitet.
  • In 4 ist ein schematisches Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Turboladersteuereinrichtung 130 dargestellt. Die Funktion der Turboladersteuereinrichtung 130 besteht darin, den Betrieb des Turboladers zu verändern, um den Luftmassenratenfehler auf 0 zu reduzieren und gleichzeitig den Turbolader vor übermäßigen Wellendrehzahlen und übermäßigen Turbineneinlasstemperaturen zu schützen. Die in 4 dargestellte Turboladersteuereinrichtung 130 ist zum Steuern eines Wastegate-Turboladers mit einem Vier-Stufen-Wastegate ausgelegt. Die Eingangsinformationen für die Turboladersteuereinrichtung 130 umfassen den Luftmassenratenfehler 124 und eine Angabe darüber, welche der vier Wastegate-Stufen zur Zeit vorliegt sowie über die aktuell vorliegende Turboladerwellendrehzahl und die aktuell vorliegende Turboladerturbineneinlasstemperatur. Die Turboladerwellendrehzahl kann unmittelbar durch einen Sensor erfasst werden, bei der vorliegenden Erfindung jedoch wird die Turboladerwellendrehzahl aus anderen, in dem ECM gespeicherten Motorsensorinformationen und Turboladerkomponenteninformationen berechnet. Der ECM-Speicher enthält ein Verzeichnis der Turboladerverdichterleistung, die die Verdichterdrehzahl gegenüber dem Verdichterdruckverhältnis sowie der Verdichterluftstromrate wiedergibt (die Drehzahl und Luftstromrate werden tatsächlich als korrigierte Werte wiedergegeben, die gemäß der Verdichtereinlasstemperatur und dem Verdichtereinlassdruck in bekannter Weise angepasst werden, wodurch die Verwendung nur eines Verzeichnisses für jeden beliebigen Verdichterbetriebszustand möglich ist). Das Verdichterdruckverhältnis kann aus dem Motoreinlasskrümmerdruck, dem Umgebungsdruck und den Einlass- und Nachkühlergrenzwerten (die aus im ECM gespeicherten Motorluftstromkonstanten und empirischen Konstanten berechnet werden) berechnet werden. Der korrigierte Luftmassenstrom für den Verdichter kann aus dem Motorluftstrom, dem Umgebungsdruck und der Umgebungstemperatur berechnet werden. Sobald das Druckverhältnis und der korrigierte Luftstrom berechnet worden sind, wird eine Nachschlagetabelle im ECM-Speicher mit dem Verdichterverzeichnis verwendet, um die Verdichterdrehzahl (und damit die Turboladerdrehzahl) zu berechnen.
  • Die Turbineneinlasstemperatur des Turboladers kann unmittelbar mit einem Sensor erfasst werden, aber auf dem Markt befindliche Systeme, die auf diese Weise verfahren, sind nicht weit verbreitet. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird die Turbineneinlasstemperatur mit einer im ECM-Speicher gespeicherten Gleichung berechnet, die auf empirischen Daten für den speziellen, verwendeten Turbolader basiert. Die Gleichung für die Turbineneinlasstemperatur ist eine Funktion der Motordrehzahl, des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, der Einlasskrümmertemperatur und des Kraftstoffeinspritzzeitablaufs. Die funktionale Abhängigkeit der Einlasstemperatur von diesen Größen kann im ECM-Speicher für jede beliebige Motor/Turbolader-Konfigurationen modifiziert werden.
  • Die Funktion der Turboladersteuereinrichtung 130 mit der höchsten Priorität ist, den Turbolader vor übermäßigen Wellendrehzahlen zu schützen. Folglich wird der erste Schritt in der Turboladersteuereinrichtung 130 von dem Entscheidungsblock 302 gebildet, der die aktuell vorliegende Turboladerwellendrehzahl mit einem programmierbaren Grenzwert vergleicht. Wenn die aktuell vorliegende Turboladerwellendrehzahl diesen programmierbaren Grenzwert überschreitet, bestimmt ein Block 304, welche Wastegate-Stufe von dem Turbolader vorgegeben werden sollte, um den Turboladerzustand mit zu hoher Drehzahl zu reduzieren. Dies wird erreicht, indem der Wastegate-Bypass vergrößert wird, der die Menge der Abgase, die der Turboladerturbine zugeführt werden, reduziert, wodurch der Turbolader seine Wellendrehzahl verlangsamen kann.
  • Danach bestimmt die Turboladersteuereinrichtung 130 in einem Entscheidungsblock 306, ob der Turbolader bereits eine maximale Einstellung des Wastegate-Bypasses aufweist. Wenn dies der Fall ist, so ist es nicht mehr möglich, eine weitere Vergrößerung des Wastegate-Bypasses dem Turbolader vorzugeben, und alternative Maßnahmen müssen ergriffen werden, um die Turboladerwellendrehzahl zu reduzieren. Dies wird am Block 308 vorgenommen, der eine Verringerung der Kraftstoffzufuhr vorgibt, die von dem Motorkraftstoffeinspritzsystem vorgegeben ist. Der für den Kraftstoffzufuhrsteuerbefehl verwendete Wert der Kraftstoffreduktion wird aus einer zuvor bestimmten Höhen-Reduktion-Tabelle ausgewählt, wodurch der scheinbare Umgebungsdruck künstlich auf einen Pegel unterhalb des tatsächlich vorliegenden Umgebungsdrucks verringert wird, weshalb der Teil des ECM's, der den Kraftstoffzufuhrsteuerbefehl an den Motor bestimmt, einen niedrigeren Wert als sonst auswählt. Dieser verringerte scheinbare Umgebungsdruckwert wird zurückgesetzt, wenn das Fahrzeug abgeschaltet wird. Andere Verfahren zum Reduzieren der Motorkraftstoffzufuhr sind für Durchschnittsfachleute auf diesem Gebiet offensichtlich. Die Turboladersteuereinrichtung 130 wird dann verlassen, damit das ECM seine anderen Funktionalitäten ausführen kann. Wenn der Entscheidungsblock 306 feststellt, dass der Turbolader derzeit keine maximale Wastegate-Bypass-Einstellung aufweist, wird der Turbolader 110 von Block 310 angewiesen, die in Block 304 bestimmte Wastegate-Bypass-Stufe einzustellen. Danach wird die Turboladersteuereinrichtung 130 verlassen.
  • Wenn der Entscheidungsblock 302 feststellt, dass sich der Turbolader nicht in einem Zustand mit zu hoher Drehzahl befindet, bestimmt die Turboladersteuereinrichtung 130, ob sich der Turbolader überhitzt. Ein Entscheidungsblock 312 vergleicht die aktuell vorliegende Turbineneinlasstemperatur mit einem vorbestimmten Grenzwert. Wenn die aktuell vorliegende Turbineneinlasstemperatur diesen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, wird ein Überhitzungsschutzschritt in Block 314 ausgeführt, indem der Wert der Wastegate-Bypass-Einstellung reduziert wird. Basierend auf der aktuell vorliegenden Wastegate-Einstellung bestimmt der Block 314, welche der vier Wastegate-Einstellungen verwendet werden sollte, um diesen Überhitzungsschutz zu erreichen. Dies vergrößert die Menge der über die Turboladerturbine strömenden Abgase, wodurch ihre Drehzahl vergrößert und dem Motor bei gleicher Kraftstoffmenge mehr Luft zugeführt wird. Dies führt zu einer Reduktion der Motortemperatur.
  • Nachdem der Block 314 die gewünschte Wastegate-Bypass-Stufe bestimmt hat, bestimmt ein Block 316, ob diese gewünschte Einstellung möglicherweise einen Turboladerzustand mit zu hoher Drehzahl erzeugt. Diese Bestimmung wird durchgeführt, indem unter Verwendung einer Aufzeichnung überprüft wird, was passierte als der Turbolader das letzte Mal in diese Einstellung geschaltet wurde. Die Einbeziehung des Blocks 316 verhindert, dass die Turboladersteuereinrichtung 130 zwischen Einstellungen oszilliert, die alternierend Zustände mit zu hoher Drehzahl und mit zu hoher Temperatur erzeugen. In Verbindung mit dem Block 316 wird eine vorbestimmte Zeitgrenze verwendet, so dass der Block 316 nur frühere Einstellungen berücksichtigt, die in einem vorbestimmten früheren Zeitrahmen verwendet wurden, wobei dieser Zeitrahmen ein programmierbarer Grenzwert der Turboladersteuereinrichtung 130 ist. Der Prozeß fährt dann mit Block 310 fort, der die gewünschte Wastegate-Bypass-Stufe einstellt (falls der Block 310 nicht von Block 316 überlagert wird), wobei die Turboladersteuereinrichtung 130 dann verlassen wird.
  • Wenn der Entscheidungsblock 312 feststellt, dass der Turbolader nicht überhitzt, dann passt die Turboladersteuereinrichtung 130 in Schritt 318 die Turbolader-Wastegate-Einstellung so an, dass der Wert des Luftmassenratenfehlers 124 reduziert wird. Die gewünschte Wastegate-Einstellung wird aus einer Nachschlagetabelle bestimmt, die die gewünschte Turbolader-Wastegate-Stufen-Einstellung für einen bestimmten Luftmassenratenfehler, eine bestimmte Motordrehzahl und eine bestimmte Motorkraftstoffzufuhr enthält. Beispielsweise kann die Nachschlagetabelle vorgeben, dass die Turbolader-Wastegate-Einstellung nicht verändert werden soll, wenn der Luftmassenratenfehler 124 in einem ersten Wertebereich liegt, dass eine Erhöhung der Wastegate-Einstellung um eine Stufe vorgegeben werden sollte, wenn der Luftmassenratenfehler 124 in einem zweiten Wertebereich liegt, dass eine Verringerung der Wastegate-Bypass-Einstellung um eine Stufe vorgegeben werden sollte, wenn der Luftmassenratenfehler 124 innerhalb eines dritten Wertebereichs liegt, etc. Vorzugsweise wird diese Nachschlagetabelle für die spezielle Motor-Turbolader-Konfiguration empirisch bestimmt, die durch die Turboladersteuereinrichtung 130 gesteuert wird.
  • Der oben beschriebene Schritt 318 zur Reduktion des Luftmassenratenfehlers entspricht einer geschlossener Regelkreissteuerung zum Reduzieren des Luftmassenratenfehlers. Alternativ kann eine offene Regelkreissteuerung angewendet werden, wobei die gewünschte Wastegate-Stufe unmittelbar aus einer dem ECM zugeordneten Nachschlagetabelle ausgewählt wird, die auf einer bestimmten Motordrehzahl und einer vorgegebenen Kraftstoffzufuhrrate basiert. Dadurch ist es nicht notwendig, den Luftmassenratenfehler zu erfassen oder zu berechnen. Die Wastegate-Zustandstabelle im ECM wird aus empirischen Motordaten erzeugt und permanent im ECM-Speicher gespeichert. Somit kann das ECM für jede spezielle Motor/Turbolader-Kombination programmiert werden, wobei das ECM ferner so programmiert werden kann, dass es entweder die Zustandstabelle oder das oben beschriebene Luftmassenratenfehlerschema verwendet.
  • Der Prozess fährt dann mit Schritt 320 fort, in dem eine Überprüfung durchgeführt wird, um sicherzustellen, dass die gewünschte Wastegate-Bypass-Einstellung keinen Zustand mit zu hoher Temperatur erzeugt. Der Block 320 führt diese Aufgabe in einer Weise aus, die analog zu dem Betrieb des oben beschriebenen Blocks 316 ist. Nachdem in Block 320 überprüft wurde, ob möglicherweise ein Zustand mit zu hoher Temperatur auftreten kann, überprüft die Turboladersteuereinrichtung 130 in Block 316, ob bei der gewünschten Wastegate-Einstellung möglicherweise ein Zustand mit zu hoher Drehzahl auftreten kann. Der Block 310 führt dann die gewünschte Wastegate-Einstellung aus, sofern keine gegenteiligen Anweisungen von den Blöcken 316 und 320 erfolgen. Danach wird die Turboladersteuereinrichtung 130 verlassen.
  • Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, stellt die vorliegende Erfindung ein System und ein Verfahren zum Erfassen von Fehlern in der vom Turbolader dem Motor zugeführten Luftmassenrate und zum Ändern des Turboladerbetriebs bereit, um diesen Luftmassenfehler zu minimieren. Des weiteren verhindert die Turboladersteuereinrichtung 130 der vorliegenden Erfindung Turboladerwellenüberdrehzustände und Überschreitungen der Turboladerturbineneinlasstemperatur, um Beschädigungen des Turboladers zu verhindern. Diese Schutzfunktionen der Turboladersteuereinrichtung 130 haben eine höhere Priorität, als die Funktion zum Reduzieren des Luftmassenratenfehlers, wodurch verhindert wird, dass der Turbolader in einer Weise betrieben wird, bei der der Luftmassenratenfehler reduziert, aber der Turbolader möglicherweise Gefahr läuft beschädigt zu werden.

Claims (22)

  1. System (100) zum Steuern eines Turboladers, der einem Verbrennungsmotor Luft zuführt, wobei das System (100) umfasst: – eine Verbrennungssteuereinrichtung (110), um basierend auf einem aktuell vorliegenden Betriebspunkt des Motors eine gewünschte Luftmassenrate (116) zu bestimmen, – eine Luftsystemsteuereinrichtung (120), um einen Luftmassenratenfehler (124) als Differenz zwischen der gewünschten Luftmassenrate (116) und einer tatsächlichen Luftmassenrate (122) des Motors zu bestimmen, und – eine Turboladersteuereinrichtung (130), um einen Betriebszustand des Turboladers so zu steuern, dass der Luftmassenratenfehler (124) minimiert wird, wobei – die Turboladersteuereinrichtung (130) in Abhängigkeit des Luftmassenratenfehlers (124) einen Betriebszustand für den Turbolader ermittelt, der eine Minimierung des Luftmassenratenfehlers (124) ermöglicht, sodann überprüft, ob der ermittelte Betriebszustand zu einem Betriebszustand des Turboladers führen kann, bei dem wenigstens ein Betriebsparameter des Turboladers einen für diesen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, und den Turbolader nur dann in den ermittelten Betriebszustand steuert, wenn die Überprüfung keine Grenzwertüberschreitung ergibt.
  2. System (100) nach Anspruch 1, bei dem – die Turboladersteuereinrichtung (130) den Turbolader in den ermittelten Betriebszustand steuert, wenn die Überprüfung ergibt, dass der ermittelte Betriebszustand nicht zur Überschreitung eines ersten vorbestimmten Grenzwertes für eine Wellendrehzahl des Turboladers führt.
  3. System (100) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem – die Turboladersteuereinrichtung (130) den Turbolader in den ermittelten Betriebszustand steuert, wenn die Überprüfung ergibt, dass der ermittelte Betriebszustand nicht zu einer Überschreitung eines zweiten vorbestimmten Grenzwertes für eine Turboladertemperatur führt.
  4. System (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – die Verbrennungssteuereinrichtung (110), die Luftsystemsteuereinrichtung (120) und die Turboladersteuereinrichtung (130) einen Teil eines elektronischen Motorsteuermoduls umfassen.
  5. System (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, beim dem – die Verbrennungssteuereinrichtung (110) basierend auf dem aktuell vorliegenden Betriebspunkt des Motors, z. B. einer Kraftstoffmassenrate (114) des Motors, ein Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (214) bestimmt und dann die gewünschte Luftmassenrate (116) bestimmt, indem die Kraftstoffmassenrate (114) mit dem Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (214) multipliziert wird.
  6. System (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – die Turboladersteuereinrichtung (130) verhindert, dass eine Wellendrehzahl des Turboladers, die einen ersten vorbestimmten Grenzwert übersteigt, aufrechterhalten wird.
  7. System (100) nach Anspruch 2 oder 6, bei dem – die Turboladersteuereinrichtung (130) einen Wastegate-Bypass-Wert des Turboladers erhöht, wenn die Turboladerwellendrehzahl den ersten vorbestimmten Grenzwert übersteigt.
  8. System (100) nach Anspruch 7, bei dem – die Turboladersteuereinrichtung (130) einen Kraftstoffzufuhrsteuerbefehl für den Motor herabsetzt, wenn der Wastegate-Bypass-Wert bei einem Maximalwert liegt und die Turboladerwellendrehzahl den ersten vorbestimmten Grenzwert übersteigt.
  9. System (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – die Turboladersteuereinrichtung (130) verhindert, dass im Turbolader eine Turboladertemperatur, die einen zweiten vorbestimmten Grenzwert übersteigt, aufrechterhalten wird.
  10. System (100) nach Anspruch 9, bei dem – die Turboladersteuereinrichtung (130) einen Wastegate-Bypass-Wert des Turboladers reduziert, wenn die Turboladertemperatur den zweiten vorbestimmten Grenzwert übersteigt.
  11. System (100) nach Anspruch 10, bei dem – die Turboladersteuereinrichtung (130) den Wastegate-Bypass-Wert nicht reduziert, wenn die Reduktion des Wastegate-Bypass-Wertes eine Turboladerwellendrehzahl oberhalb eines ersten vorbestimmten Grenzwerts erzeugen würde.
  12. Verfahren zum Steuern eines Turboladers, der einem Verbrennungsmotor Luft zuführt, mit den Schritten: – Bestimmen eines aktuell vorliegenden Betriebspunkts des Motors, – Bestimmen einer gewünschten Luftmassenrate (116) basierend auf dem aktuell vorliegenden Betriebspunkt, – Bestimmen einer tatsächlichen Luftmassenrate (122) des Motors, – Bestimmen eines Luftmassenratenfehlers (124) als Differenz zwischen der gewünschten Luftmassenrate (116) und der tatsächlichen Luftmassenrate (122), – Bestimmen eines Betriebszustandes für den Turbolader, der eine Minimierung des Luftmassenratenfehlers (124) ermöglicht, – Überprüfen, ob der bestimmte Betriebszustand einen Betrieb des Turboladers verursachen kann, bei dem wenigstens ein Betriebsparameter des Turboladers einen für diesen vorgegebenen Grenzwert überschreiten würde, und – Steuern des Turboladers in den bestimmten Betriebszustand zur Minimierung des Luftmassenratenfehlers (124), wenn die Überprüfung keine Grenzwertüberschreitung angibt.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Turbolader in den bestimmten Betriebszustand gesteuert wird, wenn die Überprüfung ergibt, dass eine Wellendrehzahl des Turboladers bei dem bestimmten Betriebszustand einen ersten vorgegebenen Grenzwert nicht überschreitet.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem der Turbolader in den bestimmten Betriebszustand gesteuert wird, wenn die Überprüfung ergibt, dass eine Turboladertemperatur bei dem bestimmten Betriebszustand einen zweiten vorgegebenen Grenzwert nicht überschreitet.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem der Schritt zum Bestimmen einer gewünschten Luftmassenrate (116) basierend auf dem aktuell vorliegenden Betriebspunkt umfasst: – Bestimmen eines Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (214) basierend auf dem aktuell vorliegenden Betriebspunkt, – Bestimmen einer Kraftstoffmassenrate (114) des Motors, und – Bestimmen der gewünschten Luftmassenrate (116) aus einer Multiplikation der Kraftstoffmassenrate (114) mit dem Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (214).
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, mit dem Schritt: – Steuern des Betriebszustands des Turboladers, um zu verhindern, dass im Turbola der eine Turboladerwellendrehzahl, die einen ersten vorbestimmten Grenzwert übersteigt, aufrechterhalten wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 13 oder 16, bei dem der Schritt zum Steuern des Betriebszustands des Turboladers ferner umfasst: – Erhöhen eines Wastegate-Bypass-Werts des Turboladers, wenn die Turboladerwellendrehzahl den ersten vorbestimmten Grenzwert übersteigt.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, mit dem Schritt: – Herabsetzen eines Kraftstoffzufuhrsteuerbefehls an den Motor, wenn der Wastegate-Bypass-Wert einen Maximalwert hat und die Turboladerwellendrehzahl den ersten vorbestimmten Grenzwert übersteigt.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, mit dem Schritt: – Steuern des Betriebszustandes des Turboladers, so dass verhindert wird, dass im Turbolader eine Turboladertemperatur, die einen zweiten vorbestimmten Grenzwert übersteigt, aufrechterhalten wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der Schritt zum Steuern des Betriebszustandes des Turboladers umfasst: – Reduzieren eines Wastegate-Bypass-Werts des Turboladers, wenn die Turboladertemperatur den zweiten vorbestimmten Grenzwert übersteigt.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, mit dem Schritt: – Verhindern einer Reduktion des Wastegate-Bypass-Werts, wenn die Reduktion des Wastegate-Bypass-Wertes eine Turboladerwellendrehzahl oberhalb eines ersten vorbestimmten Grenzwerts verursachen würde.
  22. Verfahren zum Steuern eines Turboladers, der einem Verbrennungsmotor Luft zuführt, mit folgenden Schritten: – empirisches Bestimmen eines gewünschten Betriebszustandes des Turboladers für jede gewählte Motordrehzahl und eine vorgegebene Kraftstoffzufuhrrate, – Speichern der empirisch bestimmten Betriebszustände als Funktion der Motordrehzahl und der vorgegebenen Kraftstoffzufuhrrate in einer Nachschlagetabelle, – Erfassen einer aktuell vorliegenden Motordrehzahl und einer aktuell vorgegebenen Kraftstoffzufuhrrate des Motors, – Auslesen eines gewünschten Betriebszustandes des Turboladers aus der Nachschlagetabelle basierend auf der aktuell vorliegenden Motordrehzahl und der aktuell vorgegebenen Kraftstoffzufuhrrate, – Überprüfen, ob der gewünschte Betriebszustand zu einem Betriebszustand des Turboladers führen würde, bei dem wenigstens ein Betriebsparameter des Turboladers einen entsprechenden Grenzwert überschreitet, und – Einstellen des Turboladers, auf den gewünschten Betriebszustand, wenn das Überprüfen keine Grenzwertüberschreitung angibt.
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