DE102008051818B4 - Method for operating an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
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 duct for a turbine of the exhaust gas turbocharger, an exhaust gas flow of the internal combustion engine is at least selectively 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.
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 invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in particular a motor vehicle, with an exhaust gas turbocharger, via a bypass duct for a turbine of the exhaust gas turbocharger, an exhaust gas stream of the internal combustion engine is passed at least selectively past the turbine, wherein in the bypass channel a wastegate valve for selectively opening or Closing the bypass passage is arranged, 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 in that the bypass channel is closed in a flow-tight and pressure-tight manner against the exhaust gas pressure of the internal combustion engine during the load request, according to the preamble of patent 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 charge pressure control in engines with turbocharging by an exhaust gas turbocharger (ATL) takes place in wastegate turbochargers according to the prior art by means of pneumatically operated pressure actuators. Turbocharged turbochargers with rigid geometry and wastegate control are predominantly used in turbocharged gasoline engines, since here the widespread use of the VTG technology (adjustable turbine geometry) for diesel applications is due above all to the high costs associated with the significantly higher exhaust gas temperatures compared to the Diesel are, stand in the way. For price-sensitive applications, the turbocharged gasoline engine will therefore continue to have rigid geometry ATL and wastegate control in the future.
Die Entwicklung bei diesen Motoren wird auch hier zunehmend von einem hohen Drehmoment bei relativ niedrigen Drehzahlen (LowEnd-Torque) und einem verzögerungsfreien Ansprechverhalten geprägt. Diesem 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 dem 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 characterized by high torque at relatively low speeds (LowEnd-Torque) and a delay-free response. This situation is taken into account with an ATL design, which is optimized especially for the lower speed range. Such ATL's are very small in terms of their throughput capacity, based on the stroke volume of the engine, so they can realize high pressure conditions on the loader even at small exhaust gas mass flows. At high engine speeds and large exhaust gas mass flows correspondingly large amounts of exhaust gas must be passed over the wastegate on the turbine.
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 demand on the wastegate actuator is derived from the fact that in 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 must be present so The rated power can also be regulated reliably at altitude, or a reduction can be made to protect against overspeed at the ATL. In addition, the exhaust gas back pressure in part-load operation should be as low as possible in order to be able to set a low-consumption minimum charge exchange work. This conflict of objectives can only be resolved inadequately by the previous, with overpressure controlled pneumatic actuators on the gasoline engine.
Eine Lösung stellen beispielsweise aus der
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 das Wastegateventil gegen den Wastegateventil-Sitz drückt.In the case of performance or sports concepts, the response time of the motor to load jumps can be shortened even further with the aid of an electric WG controller if the WG is not closed at the moment of the instantaneous request but is already closed. In this case, consciously dispensed with the consumption potential, which can be tapped with an electric WG actuator in the partial load (TL). Since high-performance engines can be operated for a very long time in the TL, there is a risk for the actuator that it overheats and eventually burns if it permanently presses the wastegate valve against the wastegate valve seat with maximum force.
Die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der o.g. Art hinsichtlich Bauteilschutz und Funktionssicherheit zu verbessern. The invention has for its object to improve a method of the type mentioned above in terms of component protection and reliability.
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.This object is achieved by a method of o.g. Art solved with the features characterized in claim 1. Advantageous embodiments of the invention are described in the further claims.
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 it is in a procedure of o.g. Art according to the invention provided that in a partial load operation of the internal combustion engine, the wastegate valve 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 the partial load operation of the internal combustion engine overheating hazard of 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 the wastegate valve is opened after reaching the desired torque after a load request or pressed with the predetermined second force 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.Overheating protection is achieved by pressing the wastegate valve against the wastegate valve seat for a maximum of a predetermined absolute closing time threshold with the predetermined first force.
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, the bypass channel is closed during the load request at least until reaching a desired torque and the wastegate valve with the predetermined first force flow-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 invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. This shows in the single FIGURE a schematic flow diagram of an exemplary embodiment of the method according to the invention.
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, an exemplary embodiment of a method according to the invention for actuating a wastegate valve in a bypass duct of a turbine of an exhaust gas turbocharger by means of an electric wastegate actuator or electric wastegate actuator is shown. In the schematic flow diagram, ovals identify a detection of measured variables, rectangles denote functions for at least one manipulated variable, and diamonds denote decision elements. With "WG" is the wastegate valve, with "LDR" is a boost pressure control, with "rl" is a relative air mass, with "rl_soll" is a calculated demand for relative air mass (setpoint, arithmetic variable from the torque structure of an engine control unit), with "rl_ist "Is a calculated relative air mass currently available to the engine (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 with permanently closed wastegate valve in the partial load (TL). For this purpose, the electric Wastegate actuator does not press the wastegate valve in the partial load permanently with full force against the wastegate valve seat, but only slightly, i. with reduced power. In the case of a load step demanded by, for example, a driver of a motor vehicle equipped with the internal combustion engine, the force with which the wastegate actuator presses the wastegate valve against the wastegate valve seat is increased by a corresponding increase in current, thereby increasing the closure of the bypass channel even under the torque build-up Differential pressure before and after the wastegate valve remains closed flow-tight. Due to the rapidity of the increase of the electric current at the wastegate actuator any delay in the boost pressure and thus torque build-up of the internal combustion engine is prevented. A mechanical movement of the wastegate valve itself is not required, since it was held at the wastegate valve seat before the load jump even with small force that can be permanently applied by the actuator of Wastegatestellers without heating up critical thermal. By means of the method according to the invention, the maximum dynamic advantages which result when using an electric wastegate actuator can be utilized without risking overheating damage to the servomotor of the wastegate actuator.
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