DE102008015855A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einem Arbeitszylinder und mindestens einem Abgasturbolader, der einen Verdichter in einem Frischlufttrakt der Brennkraftmaschine und eine Turbine in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine aufweist, wobei in dem Abgastrakt ein von einem Wastegateventil beherrschter Wastegate-Kanal derart vorgesehen ist, dass der Wastegate-Kanal die Turbine des Abgasturboladers überbrückt, wobei ein Stellorgan zur Betätigung des Wastegateventils vorgesehen ist, wobei bei einem Übergang von einem Hochlastbetrieb in den Teillast- oder Schubbetrieb das Wastegate derart geöffnet wird, dass sich eine Pumpleistung des dieser Turbine zugeordneten Verdichters reduziert, wobei in Abhängigkeit von einer Lastanforderung an die Brennkraftmaschine eine Drosselklappe in dem Frischlufttrakt stromab des Verdichters derart verstellt wird, dass mit zunehmender Lastanforderung die Drosselklappe zunehmend geöffnet wird. Hierbei sind folgende Schritte vorgesehen, (a) bei einem Übergang von dem Hochlastbetrieb in den Teillast- oder Schubbetrieb in einem Drehzahlbereich von ca. 800 U/min bis ca. 2.000 U/min wird das Wastegateventil vollständig oder nahezu vollständig geöffnet, (b) bei einem Übergang von dem Hochlastbetrieb in den Teillast- oder Schubbetrieb in einem Drehzahlbereich von ca. 2.000 U/min bis ca. 2.500 U/min wird das Wastegateventil vollständig oder nahezu vollständig ...
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Arbeitszylinder und mindestens einem Abgasturbolader, der einen Verdichter in einem Frischlufttrakt der Brennkraftmaschine und eine Turbine in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine aufweist, wobei in dem Abgastrakt ein Wastegate-Kanal mit Wastegateventil derart vorgesehen ist, dass der Wastegate-Kanal die Turbine des Abgasturboladers überbrückt, wobei ein Stellorgan zur Betätigung des Wastegateventils vorgesehen ist, wobei bei einem Übergang von einem Hochlastbetrieb in den Teillast- oder Schubbetrieb das Wastegate derart geöffnet wird, dass sich eine Pumpleistung des dieser Turbine zugeordneten Verdichters reduziert, wobei in Abhängigkeit von einer Lastanforderung an die Brennkraftmaschine eine Drosselklappe in dem Frischlufttrakt stromab des Verdichters derart verstellt wird, dass mit zunehmender Lastanforderung die Drosselklappe zunehmend geöffnet wird, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Beim Betrieb einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader, der eine Turbine und einen Verdichter aufweist, ergibt sich bei einem plötzlichen Übergang aus dem Hochlastbetrieb in den Teillast- oder Schubbetrieb das Problem, dass sich im Frischlufttrakt vor einer Drosselklappe die von dem Verdichter des Abgasturboladers geförderte Luft staut und die Pumpgrenze des Verdichters erreicht bzw. Überschritten wird. Dies führt zu einer unerwünschten Oszillation des Druckes vor der Drosselklappe, was sich als ”flattern” bemerkbar macht. Hierzu ist es beispielsweise aus der
DE 102 51 981 A1 bekannt, ein Schubumluftventil im Frischlufttrakt der Brennkraftmaschine vorzusehen, welches in derartigen Betriebsphasen geöffnet wird, so dass Luft von dem Verdichter im Kreis gefördert wird, ohne dass sich ein Druck vor der Drosselklappe aufbaut, welcher die Pumpgrenze des Verdichters überschreitet. - Aus der
DE 10 2005 023 260 A1 ist ein Verfahren zur Regelung eines Abgasturboladers bekannt, wobei ein elektrisch betätigbares Wastegateventil für die Turbine des Abgasturboladers vorgesehen ist. Die elektrische Betätigung erzielt im Gegensatz zu einer Druckdose die Möglichkeit einer schnellen Änderung der Stellung des Wastegateventils. Als Führungsgröße zur Regelung des elektrisch betätigbaren Wastegateventils des Abgasturboladers wird ein Betriebspunkt des Verdichters herangezogen. Hierdurch kann ein schneller Druckabbau und Drehzahlabbau an der Turbine des Abgasturboladers herbeigeführt werden, wodurch beim Übergang vom Hochlast- in den Teillast- oder Schubbetrieb die Pumpgefahr des Abgasturboladers wirksam verhindert wird. Es ist somit kein anfälliges, Bauraum beanspruchendes und zusätzliche Kosten verursachendes Schubumluftsystem für den Verdichter des Abgasturboladers notwendig. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass diese Maßnahme bei plötzlichen Übergängen vom Hochlast- in den Teillast- oder Schubbetrieb lediglich bei niedrigen Drehzahlen von ca. 800 U/min bis ca. 1.000 U/min wirksam die Pumpgefahr des Abgasturboladers verhindert. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der o. g. Art bei Betriebszustandsänderungen der Brennkraftmaschine von einem Hochlastbetrieb in einen Teillast- oder Schubbetrieb zu verbessern.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
- Dazu sind bei einem Verfahren der o. g. Art erfindungsgemäß folgende Schritte vorgesehen,
- (a) bei einem Übergang von dem Hochlastbetrieb in den Teillast- oder Schubbetrieb in einem Drehzahlbereich von ca. 800 U/min bis ca. 2.000 U/min wird das Wastegateventil vollständig oder nahezu vollständig geöffnet,
- (b) bei einem Übergang von dem Hochlastbetrieb in den Teillast- oder Schubbetrieb in einem Drehzahlbereich von ca. U/min 2.000 bis ca. 2.500 U/min wird das Wastegateventil vollständig oder nahezu vollständig geöffnet und zusätzlich bleibt die Drosselklappe wenigstens teilweise geöffnet, und
- (c) bei einem Übergang von dem Hochlastbetrieb in den Teillast- oder Schubbetrieb in einem Drehzahlbereich von ca. 2.500 U/min bis ca. 4.000 U/min wird das Wastegateventil vollständig oder nahezu vollständig geöffnet, bleibt die Drosselklappe wenigstens teilweise geöffnet und wird zusätzlich ein Zündwinkel nach spät verstellt und/oder wenigstens ein Arbeitszylinder abgeschaltet.
- Ein Hochlastbetrieb im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Volllast- oder ein volllastnaher Betrieb.
- Dies hat den Vorteil, dass ohne ein teures und aufwändiges Schubumluftsystem am Verdichter des Abgasturboladers in jeder Betriebsphase der Brennkraftmaschine eine Reduktion des Motordrehmomentes bei entsprechender Anforderung schnell und sicher erzielt wird, wobei gleichzeitig ein Betrieb des Verdichters an oder über der Pumpgrenze wirksam vermieden ist.
- Bei einem Übergang von dem Hochlastbetrieb in den Teillast- oder Schubbetrieb in einem Drehzahlbereich über ca. 4.000 U/min wird das Wastegateventil vollständig oder nahezu vollständig geöffnet und die Drosselklappe bleibt wenigstens teilweise geöffnet.
- Zweckmäßigerweise wird in denjenigen Schritten, in denen die Drosselklappe wenigstens teilweise geöffnet wird, die Drosselklappe mit abnehmendem Druck im Frischlufttrakt zwischen Verdichter und Drosselklappe zunehmend geschlossen.
- In denjenigen Schritten, in denen die Drosselklappe wenigstens teilweise geöffnet wird, wird der Öffnungswinkel der Drosselklappe bevorzugt in Abhängigkeit von der Drehzahl bestimmt.
- Beispielsweise beträgt in denjenigen Schritten, in denen die Drosselklappe wenigstens teilweise geöffnet wird, der Öffnungswinkel der Drosselklappe ca. 8° bis ca. 20°.
- In denjenigen Schritten, in denen ein Arbeitszylinder abgeschaltet wird, erfolgt dieser bevorzugt durch Abschalten der Kraftstoffzufuhr.
- Die Erfindung wird im Folgenden näher erläutert.
- Turboaufgeladene Motoren mit einem Abgasturboladermit Turbine und Verdichter haben zur Vermeidung des Erreichens der Pumpgrenze an dem Verdichter des Abgasturboladers (ATL) im Schub bzw. bei Lastrücknahme üblicherweise ein Schubumluftventil. Dieses öffnet einen Bypass um den Verdichter des ATL. Der Bypass verhindert das Aufstauen des Drucks vor der schnell geschlossenen Drosselklappe.
- Durch einen sehr schnellen Steller (z. B. elektrisch) an einem Wastegateventil eines Wastegate-Kanals für die Turbine des Abgasturboladers kann die Leistung der Turbinenseite schnell verringert werden: Erfindungsgemäß schließt die Motorsteuergerätefunktion je nach negativem Momentenwunsch eines Fahrers eines mit der Brennkraftmaschine ausgerüsteten Kraftfahrzeugs, die Drosselklappe nicht sofort vollständig, sondern die Drosselklappe wird zunächst offen gehalten und dann langsam in Abhängigkeit von einem Staudruck vor der Drosselklappe geschlossen. Die geforderte Momentenrücknahme wird durch Zylinderausblendung und/oder Zündwinkelverstellung realisiert. Hierdurch kann ein Schubumluftsystem für den Verdichter des ATL entfallen.
- Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Pumpgrenze auch bei großen Abgasmassendurchsätzen, wie Sie bei Hochlast bzw. Volllast und hohen Motordrehzahlen auftreten, vermieden werden. Durch die aktive Einstellung der Drosselklappe wird die Pumpgeräuschentwicklung am Verdichter des ATL in ausreichender Weise gemindert. Die ursprünglich durch das Schließen der Drosselklappe erzielte Reduktion des Motordrehmomentes wird erfindungsgemäß auf andere Weise realisiert, nämlich Öffnen des Wastegates ggf. in Kombination mit Abschaltung von einem oder mehreren Zylindern und/oder Zündwinkelverstellung.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10251981 A1 [0002]
- - DE 102005023260 A1 [0003]
Claims (6)
- Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einem Arbeitszylinder und mindestens einem Abgasturbolader, der einen Verdichter in einem Frischlufttrakt der Brennkraftmaschine und eine Turbine in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine aufweist, wobei in dem Abgastrakt ein von einem Wastgateventil beherrschter Wastegate-Kanal derart vorgesehen ist, dass der Wastegate-Kanal die Turbine des Abgasturboladers überbrückt, wobei ein Stellorgan zur Betätigung des Wastegateventils vorgesehen ist, wobei bei einem Übergang von einem Hochlastbetrieb in den Teillast- oder Schubbetrieb das Wastegate derart geöffnet wird, dass sich eine Pumpleistung des dieser Turbine zugeordneten Verdichters reduziert, wobei in Abhängigkeit von einer Lastanforderung an die Brennkraftmaschine eine Drosselklappe in dem Frischlufttrakt stromab des Verdichters derart verstellt wird, dass mit zunehmender Lastanforderung die Drosselklappe zunehmend geöffnet wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte, (a) bei einem Übergang von dem Hochlastbetrieb in den Teillast- oder Schubbetrieb in einem Drehzahlbereich von ca. 800 U/min bis ca. 2.000 U/min wird das Wastegateventil vollständig oder nahezu vollständig geöffnet, (b) bei einem Übergang von dem Hochlastbetrieb in den Teillast- oder Schubbetrieb in einem Drehzahlbereich von ca. 2.000 U/min bis ca. 2.500 U/min wird das Wastegateventil vollständig oder nahezu vollständig geöffnet und zusätzlich bleibt die Drosselklappe wenigstens teilweise geöffnet, und (c) bei einem Übergang von dem Hochlastbetrieb in den Teillast- oder Schubbetrieb in einem Drehzahlbereich von ca. 2.500 U/min bis ca. 4.000 U/min wird das Wastegateventil vollständig geöffnet, bleibt die Drosselklappe wenigstens teilweise geöffnet und wird zusätzlich ein Zündwinkel nach spät verstellt und/oder wenigstens ein Arbeitszylinder abgeschaltet.
- Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt, (d) bei einem Übergang von dem Hochlastbetrieb in den Teillast- oder Schubbetrieb in einem Drehzahlbereich über ca. 4.000 U/min wird das Wastegateventil vollständig oder nahezu vollständig geöffnet und die Drosselklappe bleibt wenigstens teilweise geöffnet.
- Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in denjenigen Schritten, in denen die Drosselklappe wenigstens teilweise geöffnet wird, die Drosselklappe mit abnehmendem Druck im Frischlufttrakt zwischen Verdichter und Drosselklappe zunehmend geschlossen wird.
- Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in denjenigen Schritten, in denen die Drosselklappe wenigstens teilweise geöffnet wird, der Öffnungswinkel der Drosselklappe in Abhängigkeit von der Drehzahl bestimmt wird.
- Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in denjenigen Schritten, in denen die Drosselklappe wenigstens teilweise geöffnet wird, der Öffnungswinkel der Drosselklappe ca. 8° bis ca. 20° beträgt.
- Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) die Abschaltung des mindestens einen Arbeitszylinder durch Abschalten der Kraftstoffzufuhr erfolgt.
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