DE102008051818A1 - Method for operating e.g. diesel engine of motor vehicle, involves locking waste gate valve in partial load operation of engine, and compressing valve with predetermined force against waste gate valve-seat - Google Patents

Method for operating e.g. diesel engine of motor vehicle, involves locking waste gate valve in partial load operation of engine, and compressing valve with predetermined force against waste gate valve-seat Download PDF

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Abstract

The method involves closing a waste gate valve during load requirement to an internal-combustion engine. The valve is compressed with a predetermined force against a waste gate valve-seat. The predetermined force is selected such that a bypass channel is flow-sealed and locked in a pressure-sealed manner against exhaust pressure of the engine during load requirement. The valve is locked in a partial load operation of the engine and compressed with another predetermined force against the seat, where the latter predetermined force is lesser than the former predetermined force.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Abgasturbolader, wobei über einen Bypasskanal für eine Turbine des Abgasturboladers ein Abgasstrom der Brennkraftmaschine wenigstens wahlweise an der Turbine vorbei geleitet wird, wobei in dem Bypasskanal ein Wastegateventil zum wahlweise Öffnen oder Schließen des Bypasskanals angeordnet ist, welches in einem geschlossenen Zustand gegen einen Wastegateventil-Sitz gedrückt wird, wobei bei Lastanforderung an die Brennkraftmaschine das Wastegateventil geschlossen und mit einer vorbestimmten ersten Kraft gegen den Wastegateventil-Sitz gedrückt wird, wobei diese vorbestimmte erste Kraft derart gewählt wird, dass gegen den Abgasdruck der Brennkraftmaschine während der Lastanforderung der Bypasskanal strömungsdicht und druckdicht verschlossen ist, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, with an exhaust gas turbocharger, wherein about a bypass duct for a turbine of the exhaust gas turbocharger an exhaust stream of the internal combustion engine at least optionally at the Turbine is passed over, wherein in the bypass passage, a wastegate valve for selectively opening or closing the bypass channel is arranged, which in a closed state against a Wastegateventil seat is pressed, taking load request closed to the engine, the wastegate valve and with a predetermined first force against the wastegate valve seat is pressed, this predetermined first force such is chosen that against the exhaust pressure of the internal combustion engine during the load requirement of the bypass channel flow-tight and pressure-tight, according to the preamble of claim 1

Die Ladedruckregelung bei Motoren mit Abgasturboaufladung durch einen Abgasturbolader (ATL) erfolgt bei Wastegate-Turboladern nach dem Stand der Technik mittels pneumatisch arbeitender Druckaktuatoren. Bei aufgeladenen Ottomotoren kommen zum überwiegenden Teil Turbolader mit Starrgeometrie und Wastegate-Regelung zur Anwendung, da hier dem breiten Einsatz der beim Diesel zur Anwendung kommenden VTG-Technologie (verstellbare Turbinengeometrie) vor allem die hohen Kosten, die eine Folge der deutlich höheren Abgastemperaturen gegenüber dem Diesel sind, im Wege stehen. Für preissensitive Anwendungen wird der turboaufgeladene Ottomotor daher auch in Zukunft über Starrgeometrie-ATL und Wastegate-Regelung verfügen.The Boost pressure control for engines with turbocharging by a Exhaust turbocharger (ATL) takes place on wastegate turbochargers after the state the technology by means of pneumatically operated pressure actuators. at supercharged gasoline engines come for the most part Turbocharger with rigid geometry and wastegate control for use, because here the wide use of the diesel used VTG technology (adjustable turbine geometry) especially the high Cost, which is a result of significantly higher exhaust gas temperatures are opposite the diesel, stand in the way. For price-sensitive Applications, the turbocharged gasoline engine therefore in the future on Rigid geometry ATL and wastegate control feature.

Die Entwicklung bei diesen Motoren wird auch hier zunehmend von einem hohen Drehmoment bei relativ niedrigen Drehzahlen (LowEnd-Torque) und einem verzögerungsfreien Ansprechverhalten geprägt. Diesen Sachverhalten wird mit einer ATL-Auslegung Rechnung getragen, die speziell für den unteren Drehzahlbereich optimiert ist. Solche ATL's sind bezüglich ihres Durchsatzvermögens, bezogen auf das Hubvolumen des Motors, sehr klein, womit sie schon bei kleinen Abgasmassenströmen hohe Druckverhältnisse über den Lader realisieren können. Bei hohen Motordrehzahlen und großen Abgasmassenströmen müssen entsprechend große Abgasmengen über das Wastegate an der Turbine vorbei geführt werden.The Development of these engines is also increasingly of one here high torque at relatively low speeds (LowEnd-Torque) and characterized by a delay-free response. This situation is taken into account with an ATL design, specially optimized for the lower speed range is. Such ATLs are in terms of their throughput capacity, based on the engine displacement, very small, which they already at low exhaust gas mass flow high pressure conditions over can realize the loader. At high engine speeds and large exhaust gas mass flows must accordingly large quantities of exhaust gas pass the wastegate past the turbine be guided.

Die Anforderung an den Wastegate-Aktuator leitet sich daraus entsprechend ab, dass im LowEnd-Torque Betrieb und im transienten Betrieb das Wastegate (WG) bzw. der Bypasskanal mit hoher Kraft geschlossen werden muss und im Bereich der Nennleistung ausreichend Regelreserve vorhanden sein muss, damit auch in der Höhe die Nennleistung sicher eingeregelt werden bzw. eine Abregelung zum Schutz vor Überdrehzahl am ATL erfolgen kann. Darüber hinaus soll der Abgasgegenddruck im Teillastbetrieb so gering wie möglich sein, um eine verbrauchsgünstige minimale Ladungswechselarbeit einstellen zu können. Dieser Zielkonflikt kann von den bisherigen, mit Überdruck geregelten Pneumatikaktuatoren am Ottomotor nur unzureichend aufgelöst werden.The Requirement for the wastegate actuator is derived accordingly from that in the low-end torque mode and in transient operation the wastegate (WG) or the bypass channel must be closed with high force and in the range of rated power sufficient control reserve be present must, so also in the height of the rated power regulated safely or a reduction to protect against overspeeding at the ATL. In addition, the exhaust gas back pressure should be as low as possible in partial load operation to a adjust low-consumption minimum charge cycle work to be able to. This conflict of objectives can be with overpressure controlled pneumatic actuators on gasoline engine only inadequately resolved.

Eine Lösung stellen beispielsweise aus der DE 10 2007 009 267 A1 bekannte, elektrisch betriebene Wastegatesteller dar, die unabhängig von den am Motor anliegenden Drücken geregelt werden können. In Abhängigkeit von der Stromstärke, mit der der elektrisch betriebene Wastegatesteller angesteuert wird, wirkt eine mehr oder weniger starke Betätigungskraft auf ein mechanisches Betätigungsglied des Wastegateventils. Die hohen Zuhaltekräfte kommen dann zum Einsatz, wenn im Sinne einer guten Dynamik das Wastegate während eines Lastsprunges aus tiefen Motorlasten heraus der ATL so schnell wie möglich ein hohes Druckverhältnis aufbauen muss. Diese Betriebszustände sind zwangsläufig auf wenige Sekunden begrenzt, da die maximale Zuhaltekraft des elektrischen Wastegate-Aktuators (WG-Aktuator) nur benötigt wird, bis das Nennmoment des Motors erreicht wird. Eine Überhitzungsgefahr für den Stellmotor des el. WG-Aktuators besteht also nicht.A solution, for example, from the DE 10 2007 009 267 A1 known, electrically operated Wastegatesteller is that can be controlled independently of the voltage applied to the engine pressures. Depending on the current intensity with which the electrically operated wastegate actuator is actuated, a more or less strong actuation force acts on a mechanical actuator of the wastegate valve. The high clamping forces are used when the wastegate has to build up a high pressure ratio as quickly as possible during a load jump from deep engine loads in order to ensure good dynamics. These operating conditions are necessarily limited to a few seconds, since the maximum locking force of the electric wastegate actuator (WG actuator) is only required until the rated torque of the motor is reached. An overheating hazard for the servomotor of the el. WG actuator does not exist.

Bei Performance- oder auch Sportkonzepten kann mit Hilfe eines elektrischen WG-Stellers die Antwortzeit des Motors auf Lastsprünge noch weiter verkürzt werden, wenn das WG nicht erst im Moment der Momentanforderung geschlossen wird, sondern schon vorher geschlossen ist. In diesem Fall wird bewusst auf das Verbrauchspotential verzichtet, das mit einem elektrischen WG-Aktuator in der Teillast (TL) erschlossen werden kann. Da speziell leistungsstarke Motoren sehr lange in der TL betrieben werden können, besteht für den Stellmotor die Gefahr, dass er überhitzt und letztendlich durchbrennt, wenn er permanent mit maximaler Kraft des Wastegateventil gegen den Wastegateventil-Sitz drückt.at Performance or sports concepts can with the help of an electric WG-Steller the response time of the motor on load jumps be shortened even further, if the shared flat not only in the Moment the moment request is closed, but before closed is. In this case, be aware of the consumption potential waived that with an electric WG actuator in the partial load (TL) can be opened. Because especially powerful engines can be operated for a very long time in the TL, exists for the servomotor the danger that it overheats and ultimately blows when it is permanently against the maximum force of the wastegate valve Press the wastegate valve seat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der o. g. Art hinsichtlich Bauteilschutz und Funktionssicherheit zu verbessern.Of the Invention is based on the object, a method of o. G. kind regarding component protection and functional safety.

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.These The object is achieved by a method the o. g. Art solved with the features characterized in claim 1. Advantageous embodiments of the invention are in the other Claims described.

Dazu ist es bei einem Verfahren der o. g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass in einem Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine das Wastegateventil geschlossen und mit einer vorbestimmten zweiten Kraft gegen den Wastegateventil-Sitz gedrückt wird, wobei die vorbestimmte zweite Kraft kleiner ist als die vorbestimmte erste Kraft.For this purpose, it is provided according to the invention in a method of the aforementioned type that in a partial load operation of the internal combustion engine Wastega teventil is closed and pressed with a predetermined second force against the wastegate valve seat, wherein the predetermined second force is smaller than the predetermined first force.

Dies hat den Vorteil, dass auch bei sehr langen Betriebszeiten mit geschlossenem Wastegate im Teillastbetrieb der Brennkraftmasche eine Überhitzungsgefahr des Stellmotors vermieden ist.This has the advantage that even with very long operating times with closed Wastegate in partial load operation of Brennkraftmasche an overheating hazard the servomotor is avoided.

Zeckmäßigerweise wird nach Erreichen des gewünschten Drehmomentes nach einer Lastanforderung das Wastegateventil geöffnet oder mit der vorbestimmten zweiten Kraft gegen den Wastegateventil-Sitz gedrückt.Zeckmäßigerweise becomes after reaching the desired torque after a Load request the wastegate valve open or with the predetermined second force pressed against the wastegate valve seat.

Ein Überhitzungsschutz wird dadurch erzielt, dass das Wastegateventil längstens bis zum Überschreiten einer vorbestimmten absoluten Schließzeitschwelle mit der vorbestimmten ersten Kraft gegen den Wastegateventil-Sitz gedrückt wird.An overheating protection is achieved by the fact that the wastegate valve at the longest until a predetermined absolute closing time threshold is exceeded with the predetermined first force against the wastegate valve seat is pressed.

Zweckmäßigerweise wird während der Lastanforderung wenigstens bis zum Erreichen eines gewünschten Drehmomentes der Bypasskanal verschlossen und das Wastegateventil mit der vorbestimmten ersten Kraft strömungsdicht gegen den Wastegateventil-Sitz gedrückt.Conveniently, will be at least until reaching the load request a desired torque of the bypass channel closed and the wastegate valve having the predetermined first force fluid-tight pressed against the wastegate valve seat.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Fig. ein schematisches Flussdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.The The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing explained. This shows in the only Fig. A schematic Flowchart of an exemplary embodiment of the inventive method.

In der einzigen Fig. ist eine beispielhafte Ausführungsform für ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betätigen eines Wastegateventils in einem Bypasskanal einer Turbine eines Abgasturboladers mittels eines elektrischen Wastegatestellers bzw. elektrischen Wastegate-Aktuators dargestellt. In dem schematischen Flussdiagramm kennzeichnen Ovale eine Erfassung von Messgrößen, Rechtecke kennzeichnen Funktionen für mindestens eine Stellgröße und Rauten kennzeichnen Entscheidungsglieder. Mit ”WG” ist das Wastegateventil, mit ”LDR” ist eine Ladedruckregelung, mit ”rl” ist eine relative Luftmasse, mit ”rl_soll” ist ein berechneter Bedarf an relativer Luftmasse (Sollwert; Rechengröße aus der Momentenstruktur eines Motorsteuergerätes), mit ”rl_ist” ist eine berechnete relative Luftmasse, die aktuell für den Motor verfügbar ist (Istwert), mit ”dyn. Schließzeitschwelle” ist eine dynamische Schließzeitschwelle, mit ”abs. Schließzeitschwelle” ist eine absolute Schließzeitschwelle und mit ”el. WG-Aktuator” ist ein elektrischer Aktuator für das Wastegateventil bzw. ein elektrischer Wastegatesteller bezeichnet.In the single FIGURE is an exemplary embodiment for a method according to the invention for Actuation of a wastegate valve in a bypass duct of a Turbine of an exhaust gas turbocharger by means of an electric Wastegatestellers or electric wastegate actuator shown. In the schematic Flowchart, ovals indicate detection of measured quantities, Rectangles identify functions for at least one manipulated variable and Diamonds mark decision-makers. With "WG" is the wastegate valve, with "LDR" is a boost pressure control, with "rl" is a relative air mass, with "rl_soll" a calculated requirement for relative air mass (setpoint; from the torque structure of an engine control unit), with "rl_ist" is a calculated relative air mass, currently for the engine is available (actual value), with "dyn. Closing time threshold "is a dynamic closing time threshold, with "abs. Closing time threshold "is an absolute closing time threshold and with "el. WG actuator "is an electrical Actuator for the wastegate valve or an electrical Wastegatesteller called.

Die einzige Fig. zeigt ein Regelschema für eine Strombegrenzung des elektrischen Wastegatestellers bei dauerhaft geschlossenem Wastegateventil in der Teillast (TL). Hierzu drückt der elektrische Wastegatesteller das Wastegateventil in der Teillast nicht permanent mit voller Kraft gegen den Wastegateventil-Sitz, sondern nur leicht, d. h. mit verminderter Kraft. Im Falle eines beispielsweise von einem Fahrer eines mit der Brennkraftmaschine ausgerüsteten Kraftfahrzeugs angeforderten Lastsprunges wird die Kraft, mit der der Wastegatesteller das Wastegateventil gegen den Wastegateventil-Sitz drückt, über eine entsprechende Stromerhöhung erhöht, damit der Verschluss des Bypasskanal auch unter dem sich beim Momentenaufbau erhöhenden Differenzdruck vor und nach dem Wastegateventil strömungsdicht verschlossen bleibt. Durch die Schnelligkeit der Erhöhung des elektrischen Stromes am Wastegatesteller wird jegliche Verzögerung im Ladedruck- und damit Momentenaufbau der Brennkraftmaschine verhindert. Eine mechanische Bewegung des Wastegateventils selbst ist nicht erforderlich, da es vor dem Lastsprung schon mit kleiner Kraft, die von dem Stellmotor des Wastegatestellers dauerhaft aufgebracht werden kann, ohne sich thermisch kritisch aufzuheizen, am Wastegateventil-Sitz gehalten wurde. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können die maximalen dynamischen Vorteile, die sich bei Einsatz eines elektrischen Wastegate-Aktuators ergeben, genutzt werden, ohne dass Überhitzungsschäden am Stellmotor des Wastegatestellers riskiert werden.The only Fig. shows a control scheme for a current limit of the electric wastegate plate with permanently closed wastegate valve in the partial load (TL). For this pushes the electrical Wastegate the wastegate valve in the partial load not permanently with full force against the wastegate valve seat, but only slightly, d. H. with reduced power. In the case of, for example, a driver of one with the internal combustion engine equipped vehicle requested load jump The force with which the wastegate actuator is the wastegate valve press against the wastegate valve seat, over one corresponding increase in electricity increased, so that the Closure of the bypass channel also under the itself during the torque build-up increasing differential pressure before and after the wastegate valve remains closed flow-tight. By the speed the increase of the electric current at the Wastegate counter any delay in the boost pressure and thus torque build-up prevents the internal combustion engine. A mechanical movement of the Wastegateventils itself is not required as it is before the load jump even with little force, by the servomotor of Wastegate can be permanently applied without being thermally critical to heat up, was held at the wastegate valve seat. By the invention Procedures can be the maximum dynamic benefits that arise when using an electrical wastegate actuator, be used without overheating damage be risked on the actuator of Wastegate.

Bei 10 wird jeweils geprüft, ob eine Lastanforderung vorliegt. Bei 12 wird der Aktuatorstrom reduziert, so dass sich eine verminderte Andruckkraft des Wastegateventils am Wastegateventil-Sitz ergibt. Diese verminderte Kraft entspricht der zweiten Kraft. Zusätzlich wird in 14 geprüft, ob eine vorbestimmte maximale Zeitdauer erreicht ist und in diesem Fall der dem Wastegatesteller zugeführte Strom reduziert wird. Dies hat die Funktion eines thermischen Überhitzungsschutzes. Dementsprechend hängt die vorbestimmte maximale Zeitdauer von der Bauart des Wastegatestellers ab. Durch das Aufbringen des maximalen Haltestromes bei 16 wird das Wastegateventils mit der vorbestimmten ersten Kraft gegen den Wastegateventil-Sitz gedrückt.at 10 is checked in each case whether a load request is present. at 12 the actuator current is reduced, resulting in a reduced pressure force of the wastegate valve at the wastegate valve seat. This reduced force corresponds to the second force. Additionally, in 14 tested whether a predetermined maximum time has been reached and in this case the power supplied to the Wastegatesteller is reduced. This has the function of a thermal overheating protection. Accordingly, the predetermined maximum period of time depends on the type of wastegate actuator. By applying the maximum holding current at 16 the wastegate valve is pressed with the predetermined first force against the wastegate valve seat.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 102007009267 A1 [0005] - DE 102007009267 A1 [0005]

Claims (4)

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Abgasturbolader, wobei über einen Bypasskanal für eine Turbine des Abgasturboladers ein Abgasstrom der Brennkraftmaschine wenigstens wahlweise an der Turbine vorbei geleitet wird, wobei in dem Bypasskanal ein Wastegateventil zum wahlweise Öffnen oder Schließen des Bypasskanals angeordnet ist, welches in einem geschlossenen Zustand gegen einen Wastegateventil-Sitz gedrückt wird, wobei bei Lastanforderung an die Brennkraftmaschine das Wastegateventil geschlossen und mit einer vorbestimmten ersten Kraft gegen den Wastegateventil-Sitz gedrückt wird, wobei diese vorbestimmte erste Kraft derart gewählt wird, dass gegen den Abgasdruck der Brennkraftmaschine während der Lastanforderung der Bypasskanal strömungsdicht und druckdicht verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine das Wastegateventil geschlossen und mit einer vorbestimmten zweiten Kraft gegen den Wastegateventil-Sitz gedrückt wird, wobei die vorbestimmte zweite Kraft kleiner ist als die vorbestimmte erste Kraft.Method for operating an internal combustion engine, in particular a motor vehicle, with an exhaust gas turbocharger, via a bypass channel for a turbine of the exhaust gas turbocharger, an exhaust gas flow of the internal combustion engine is at least optionally passed to the turbine, wherein arranged in the bypass passage, a wastegate valve for selectively opening or closing the bypass channel which is pressed in a closed state against a wastegate valve seat, wherein when load request to the internal combustion engine, the wastegate valve is closed and pressed with a predetermined first force against the wastegate valve seat, said predetermined first force is selected such that against the Exhaust pressure of the internal combustion engine during the load request of the bypass channel is flow-tight and pressure sealed, characterized in that closed in a partial load operation of the internal combustion engine, the wastegate valve and with a predetermined second Force is pressed against the wastegate valve seat, wherein the predetermined second force is smaller than the predetermined first force. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erreichen des gewünschten Drehmomentes nach einer Lastanforderung das Wastegateventil geöffnet oder mit der vorbestimmten zweiten Kraft gegen den Wastegateventil-Sitz gedrückt wird.Method according to claim 1, characterized in that that after reaching the desired torque after a Load request the wastegate valve open or with the predetermined second force pressed against the wastegate valve seat becomes. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wastegateventil längstens bis zum Überschreiten einer vorbestimmten absoluten Schließzeitschwelle mit der vorbestimmten ersten Kraft gegen den Wastegateventil-Sitz gedrückt wird.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the wastegate valve at most until exceeding a predetermined absolute closing time threshold with the predetermined first Force is pressed against the wastegate valve seat. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Lastanforderung wenigstens bis zum Erreichen eines gewünschten Drehmomentes der Bypasskanal verschlossen und das Wastegateventil mit der vorbestimmten ersten Kraft strömungsdicht gegen den Wastegateventil-Sitz gedrückt wird.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that during the load request at least until reaching a desired Torque of the bypass channel closed and the wastegate valve against the predetermined first force against the flow the wastegate valve seat is pressed.
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