DE102004051486A1 - Verfahren zum Betreiben einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine und Mehrzylinder-Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine und Mehrzylinder-Brennkraftmaschine Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit zwei jeweils aus einer Turbine (13, 15) und einem Verdichter (12, 14) bestehenden Abgasturboladern (10, 11), wobei wenigstens zeitweise der zweite Abgasturbolader (11) während des Betriebs zusätzlich zu dem ersten Abgasturbolader (10) betrieben wird. Der zweite Abgasturbolader (11) wird abgeschaltet, wenn der Beitrag seines Verdichters (14) zum Ladedruck unter eine vorgegebene Grenze fällt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine und eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und dem Oberbegriff des Patentanspruchs 12.
  • In der EP 0 414 781 B1 ist eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine beschrieben, die mit zwei Abgasturboladern betrieben wird. Der zweite Abgasturbolader wird abhängig von nur einer Kenngröße, nämlich dem Luftmassenstrom, zugeschaltet.
    •
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Mehrzylinder-Brennkraftmaschine sowie ein gattungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine zu verbessern. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und des Patentanspruchs 12 gelöst.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit zwei jeweils aus einer Turbine und einem Verdichter bestehenden Abgasturboladern sieht neben den gattungsbildenden Merkmalen vor, dass der zweite Abgasturbolader dahingehend überwacht wird, wann der Beitrag seines Verdichters zum Ladedruck unter eine vorgegebene Grenze fällt und abgeschaltet wird, wenn die Grenze erreicht oder unterschritten ist. Zwischen zweistufigem und einstufigem Aufladebetrieb wird vorteilhafterweise dann umgeschaltet, wenn der zweite Abgasturbolader praktisch keinen Beitrag mehr zur Aufladung des Systems leistet. Eine Umschaltung vom zweistufigen in den einstufigen Betrieb kann daher auch sehr harmonisch erfolgen und beeinträchtigt den Betrieb der Mehrzylinder-Brennkraftmaschine nicht.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
  • In einer günstigen ersten Weiterbildung der Erfindung wird der zweite Abgasturbolader abhängig von einer Druckdifferenz zwischen einem Eingang und ei nem Ausgang des Verdichters abgeschaltet. Dabei kann die Druckdifferenz aus einem gemessenen Druck und/oder aus einem modellierten Druck abgeleitet werden.
  • In einer weiteren günstigen Weiterbildung kann der zweite Abgasturbolader abhängig von einem Druckverhältnis zwischen einem Eingang und einem Ausgang des Verdichters abgeschaltet werden, wobei das Druckverhältnis aus einem gemessenen Druck und/oder aus einem modellierten Druck abgeleitet werden kann. Insbesondere bei der Bestimmung des Druckverhältnisses kann ein Signal eines üblicherweise vorhandenen Ladedrucksensors stromab eines Ladeluftkühlers zur Modellierung des Drucks herangezogen werden.
  • Die Steuerung der Rückschaltung von einstufigem nach zweistufigem Betrieb kann bevorzugt durch Überwachung eines Reglerausgangs eines Ladedruckreglers im einstufigen Betrieb erfolgen. Dabei wird der zweite Abgasturbolader abhängig von einem Ladedruckreglersignal des ersten Abgasturboladers zugeschaltet.
  • In günstiger Weiterbildung erfolgt die Zuschaltung des zweiten Abgasturboladers, wenn das Signal für einen vorgegebenen Zeitraum maximal ist und/oder das Signal für einen vorgegebenen Zeitraum einen Schwellwert überschreitet, womit eine zu frühzeitige Umschaltung vermieden werden kann.
  • Eine Überwachung der Druckdifferenz und/oder des Druckverhältnisses am zweiten Abgasturbolader zur Umschaltung in den einstufigen Betrieb setzt vorteilhafterweise erst nach einer vorgegebenen Zeitspanne ein, womit sichergestellt werden kann, dass ein unerwünschtes schnelles Hin- und Herschalten zwischen einstufigem und zweistufigem Betrieb verhindert wird.
  • Bei einer erfindungsgemäßen Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit zwei jeweils aus einer Turbine und einem Verdichter bestehenden Abgasturboladern, wobei der zweite Abgasturbolader während des Betriebs zum ersten Abgasturbolader zuschaltbar oder abschaltbar ist, sind Überwachungsmittel vorgesehen, um einen Beitrag des Verdichters des zweiten Abgasturboladers zum Ladedruck zu überwachen.
  • Weitere Ausbildungsformen und Aspekte der Erfindung werden unabhängig von einer Zusammenfassung in den Patentansprüchen ohne Beschränkung der All gemeinheit im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine bevorzugte Anordnung einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit zwei Abgasturboladern.
    •
  • Die Figur verdeutlicht in einer schematischen Darstellung eine bevorzugte Anordnung einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit zwei jeweils aus einer Turbine 13, 15 und einem Verdichter 12, 14 bestehenden Abgasturboladern 10, 11, wobei der zweite Abgasturbolader 11 während des Betriebs zum ersten Abgasturbolader 10 zuschaltbar oder abschaltbar ist.
  • Über eine Leitung 20 wird dem ersten Verdichter 12 Luft zugeführt und über einen in einer Leitung 23 stromab des Verdichters 12 geschalteten Ladeluftkühler 18 zwei parallel geschalteten Zylinderbänken 16, 17 über Leitungen 24, 25 zugeführt. Eine Ladedruckbestimmung findet mittels eines Ladedrucksensors 38 stromauf der Zylinderbänke 16, 17 statt. Der Ladedrucksensor 38 ist zwischen dem Ladeluftkühler 18 und den Zylinderbänken 16, 17 angeordnet.
  • Abgasseitig wird in einer Sammelleitung 26 Abgas aus den beiden Zylinderbänken 16, 17 der Turbine 13 des ersten Abgasturboladers 10 über eine Leitung 27 und 30 zugeführt und über eine Leitung 31 abgeführt. Die Turbine 13 kann mittels einem in einer Bypass-Leitung 32 angeordneten Bypass-Ventil 33 umgangen werden. Das Abgas verlässt die Anordnung über eine Abgasleitung 34. Der erste Abgasturbolader 10 ist vorzugsweise ein Niederdruck-Abgasturbolader.
  • Zuluftseitig stromab und abgasseitig stromauf des ersten Abgasturboladers 10 ist der zweiter Abgasturbolader 11 geschaltet. Eine Drosselklappe 19 gibt den Leitungsquerschnitt von der Leitung 20 in den Ladeluftkühler 18 je nach Betriebszustand für die Luftströmung frei. Die Drosselklappe 19 ist zwischen eine Leitung 21, die zu einem Eingang 14a des Verdichters 14 des zweiten Abgasturboladers 11 führt und eine Leitung 22, die zu einem Ausgang 14b des Verdichters 14 führt, geschaltet.
  • Der zweite Abgasturbolader 11 ist vorzugsweise ein Hochdruck-Abgasturbolader. Abgas aus der Sammelleitung 26 kann über die Leitung 29 zur Turbine 15 gelangen, bevor das Abgas über die Leitung 30 die Turbine 13 des ersten Abgasturboladers 10 erreicht und antreibt. Die Turbine 15 kann mittels eines Bypass-Ventils 28 in einer Bypass-Leitung 27 umgangen werden.
  • Zur Bestimmung eines Abschaltzeitpunkts des zweiten Abgasturboladers 11 sind Überwachungsmittel in Form von Drucksensoren 35, 36, 37 vorgesehen. Ein Druckverhältnis kann mittels der beiden Drucksensoren 35 und 36 bestimmt werden, wobei der Drucksensor 35 stromauf des Verdichters 14 und der Drucksensor 36 stromab des Verdichters 14 angeordnet ist. Eine Druckdifferenz kann mit diesen beiden Drucksensoren 35 und 36 erfolgen und/oder mit einem Drucksensor 37 zur Bestimmung des Differenzdrucks, der zwischen Eingang 14a und Ausgang 14b des Verdichters 14 geschaltet ist.
  • Mit den Drucksensoren 35, 36, 37 kann Beitrag des Verdichters 14 des zweiten Abgasturboladers 11 zum Ladedruck überwacht werden. Ist z. B. das Druckverhältnis nahe 1 und/oder ist der Differenzdruck nahe Null, liegt praktisch kein Beitrag des zweiten Abgasturboladers 11 zur Aufladung des Systems vor. Der zweite Abgasturbolader 11 kann dann ohne weiteres abgeschaltet werden, da der Beitrag seines Verdichters 14 zum Ladedruck unter eine vorgegebene Grenze gefallen ist. Der Übergang vom zweistufigen Betrieb in den einstufigen Betrieb kann ohne Beeinträchtigung des Motorbetriebs erfolgen.
  • Die Druckdifferenz und/oder das Druckverhältnis kann auch aus einem modellierten Druck abgeleitet werden. Insbesondere bei der Umschaltung über das Druckverhältnis ist die Nutzung des Ladedrucksensors 38 im Saugrohr 23 stromab des Ladeluftkühlers 18 möglich. Sein Sensorsignal kann, bei bekanntem Verhalten der Ladeluftstrecke, zur Modellierung des Drucks nach dem zweiten Verdichter 14 herangezogen werden. Derartige Daten und Schaltgrenzen, insbesondere Druckverhältnis und/oder Druckdifferenz, sind zweckmäßigerweise in einem nicht dargestellten Motorsteuergerät abgelegt und im Betrieb der Mehrzylinder-Brennkraftmaschine abrufbar.
  • Umgekehrt kann der zweite Abgasturbolader 11 abhängig von einem Ladedruckreglersignal des ersten Abgasturboladers 10 zugeschaltet werden. Die Zuschaltung des zweiten Abgasturboladers 11 erfolgt dann, wenn das Signal für einen vorgegebenen Zeitraum maximal ist und/oder das Signal für einen vorgegebenen Zeitraum einen Schwellwert überschreitet. Sinnvollerweise setzt eine Überwachung der Druckdifferenz und/oder des Druckverhältnisses am zweiten Abgasturbolader 11 erst wieder nach einer vorgegebenen Zeitspanne ein, bzw. erst nach der vorgegebenen Zeitspanne wird das Zuschalten des zweiten Abgasturboladers 11 wieder aktiviert, um ein unerwünschtes schnelles Hin- und Herschalten zwischen der einstufigen und zweistufigen Betriebsweise zu unter binden. Die Zeitspanne ist sinnvollerweise ebenfalls im Motorsteuergerät abrufbar.
    • 10
    Abgasturbolader
    11
    Abgasturbolader
    12
    Verdichter
    13
    Turbine
    14
    Verdichter
    14a
    Eingang
    14b
    Ausgang
    15
    Turbine
    16
    Zylinderbank
    17
    Zylinderbank
    18
    Ladeluftkühler
    19
    Klappe
    20
    Leitung
    21
    Leitung
    22
    Leitung
    23
    Saugrohr
    24
    Leitung
    25
    Leitung
    26
    Sammelleitung
    27
    Bypass-Leitung
    28
    Bypass-Ventil
    29
    Leitung
    30
    Leitung
    31
    Leitung
    32
    Bypass-Leitung
    33
    Bypass-Ventil
    34
    Leitung
    35
    Drucksensor
    36
    Drucksensor
    37
    Drucksensor
    38
    Ladedrucksensor

Claims (12)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit zwei jeweils aus einer Turbine (13, 15) und einem Verdichter (12, 14) bestehenden Abgasturboladern (10, 11), wobei wenigstens zeitweise der zweite Abgasturbolader (11) während des Betriebs zusätzlich zu dem ersten Abgasturbolader (10) betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abgasturbolader (11) dahingehend überwacht wird, wann der Beitrag seines Verdichters (14) zum Ladedruck unter eine vorgegebene Grenze fällt und abgeschaltet wird, wenn die Grenze erreicht oder unterschritten ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abgasturbolader (11) abhängig von einer Druckdifferenz zwischen einem Eingang und einem Ausgang des Verdichters abgeschaltet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenz aus einem gemessenen Druck abgeleitet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenz aus einem modellierten Druck abgeleitet wird.
  5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abgasturbolader (11) abhängig von einem Druckverhältnis zwischen einem Eingang (14a) und einem Ausgang (14b) des Verdichters (14) abgeschaltet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckverhältnis aus einem gemessenen Druck abgeleitet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckverhältnis aus einem modellierten Druck abgeleitet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signal eines Ladedrucksensors (38) stromab eines Ladeluftkühlers (18) zur Modellierung des Drucks herangezogen wird.
  9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abgasturbolader (11) abhängig von einem Ladedruckreglersignal des ersten Abgasturboladers (10) zugeschaltet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuschaltung des zweiten Abgasturboladers (11) erfolgt, wenn das Signal für einen vorgegebenen Zeitraum maximal ist und/oder das Signal für einen vorgegebenen Zeitraum einen Schwellwert überschreitet.
  11. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überwachung der Druckdifferenz und/oder des Druckverhältnisses am zweiten Abgasturbolader (11) erst nach einer vorgegebenen Zeitspanne einsetzt.
  12. Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit zwei jeweils aus einer Turbine (13, 15) und einem Verdichter (12, 14) bestehenden Abgasturboladern (10, 11), wobei der zweite Abgasturbolader (11) während des Betriebs zum ersten Abgasturbolader (10) zuschaltbar oder abschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass Überwachungsmittel (35, 36, 37) vorgesehen sind, um einen Beitrag des Verdichters (14) des zweiten Abgasturboladers (11) zum Ladedruck zu überwachen.
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