DE102009040005B4

DE102009040005B4 - Verfahren zum Betreiben eines Turboladers

Info

Publication number: DE102009040005B4
Application number: DE102009040005.2A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Held; Matthias Hofstetter; Marc Weiss
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2009-09-03
Filing date: 2009-09-03
Publication date: 2021-09-23
Anticipated expiration: 2029-09-04
Also published as: DE102009040005A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Turboladers einer Brennkraftmaschine, wobei der Turbolader einen Verdichter, eine Turbine mit variablem Strömungsquerschnitt und ein dem Verdichter zugeordnetes Umluftventil aufweist, wobei zur Einstellung des Strömungsquerschnitts der Turbine Leitschaufeln derselben verstellt werden, wobei bei relativ kleinen Drehzahlen und/oder bei relativ kleinen Momenten bzw. Lasten der Brennkraftmaschine zur Erhöhung eines Ansprechverhaltens des Turboladers und zur Reduzierung eines Abgasmündungsgeräuschs unter Erhöhung des vom Verdichter des Turboladers bereitgestellten Ladedrucks die Leitschaufeln der Turbine des Turboladers stärker geschlossen werden, und dass weiterhin zur Reduzierung von Strömungsgeräuschen das Umluftventil geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Umluftventil zwischen der vollständig geöffneten Stellung oder der vollständig geschlossen Stellung modulierend geöffnet bzw. geschlossen wird, wobei die entsprechende Stellung des Umluftventils abhängig von der angeforderten Drehzahl der Brennkraftmaschine und abhängig vom angeforderten Moment bzw. der angeforderten Last der Brennkraftmaschine bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Turboladers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 2.
Aus der DE 10 2005 054 525 A1 , auf deren Offenbarungsgehalt hier durch Verweis explizit Bezug genommen wird, ist ein Turbolader einer Brennkraftmaschine mit einem Verdichter, einer Turbine und einem dem Verdichter zugeordneten Umluftventil bekannt. Die Turbine des aus diesem Stand der Technik bekannten Turboladers ist als Turbine mit variablen Strömungsquerschnitt ausgebildet, wobei zur Einstellung des Strömungsquerschnitts der Turbine Leitschaufeln derselben dadurch verstellt werden können, dass mithilfe eines Schrittmotors ein Verstellring verdreht wird, mit dem die Leitschaufeln gekoppelt sind. Dann, wenn bei großen Drehzahlen und großen Lasten ein hoher Ladedruck des Turboladers benötigt wird, werden nach diesem Stand der Technik die Leitschaufeln der Turbine stärker geschlossen, wohingegen dann, wenn bei kleinen Drehzahlen und kleinen Lasten relativ wenig Ladedruck benötigt wird, die Leitschaufeln der Turbine stärker geöffnet werden. Das Umluftventil des aus diesem Stand der Technik bekannten Turboladers kann mithilfe eines Motorsteuergeräts angesteuert werden, um dasselbe zu öffnen oder zu schließen.
Die nachveröffentlichte DE 10 2008 060 026 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Turboladers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 2.
Hiervon ausgehend liegt der hier vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren zum Betreiben eines Turboladers zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 2 gelöst.
Es wird vorgeschlagen, auch bei relativ kleinen Drehzahlen und/oder bei relativ kleinen Momenten bzw. Lasten der Brennkraftmaschine die Leitschaufeln der Turbine des Turboladers stärker zu schließen, um so auch bei relativ kleinen Drehzahlen und/oder bei relativ kleinen Momenten zur Erhöhung des Ansprechverhaltens des Turboladers und zur Reduzierung des Abgasmündungsgeräusch den vom Turbolader bereitgestellten Ladedruck zu erhöhen, wobei zusätzlich das Umluftventil geöffnet wird, um unerwünschte Strömungsgeräusche des Turboladers, insbesondere solche Strömungsgeräusche, die auf der Ansaugseite des Verdichters des Turboladers entstehen können, zu reduzieren.
Nach Anspruch 1 wird das Umluftventil zwischen der vollständig geöffneten Stellung oder der vollständig geschlossen Stellung modulierend geöffnet bzw. geschlossen, wobei die entsprechende Stellung des Umluftventils abhängig von der angeforderten Drehzahl der Brennkraftmaschine und abhängig vom angeforderten Moment bzw. der angeforderten Last der Brennkraftmaschine bestimmt wird.
Nach Anspruch 2 wird das Umluftventil entweder vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen, wobei die entsprechende Stellung des Umluftventils abhängig von der angeforderten Drehzahl der Brennkraftmaschine und abhängig vom angeforderten Moment bzw. der angeforderten Last der Brennkraftmaschine bestimmt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt demnach eine Geräuschreduzierung bei hoher Turboladerdrehzahl ohne Performanceeinbußen.
Bevorzugte Weiterbildungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

1 ein Diagramm zur Verdeutlichung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Turboladers.

Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Turboladers einer Brennkraftmaschine. Der prinzipielle Aufbau und die prinzipielle Funktionsweise eines Turboladers einer Brennkraftmaschine sind dem hier angesprochenen Fachmann geläufig. Diesbezüglich sei auf die DE 10 2005 054 525 A1 verwiesen, auf deren Offenbarungsgehalt hier durch Verweis explizit Bezug genommen wird.
Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass ein Turbolader einer Brennkraftmaschine einen Verdichter und eine Turbine umfasst. Der Turbine des Turboladers ist heißes Abgas der Brennkraftmaschine zuführbar, wobei das Abgas im Bereich der Turbine entspannt wird, um einen Rotor der Turbine anzutreiben. Der Rotor der Turbine des Turboladers treibt einen Rotor des Verdichters des Turboladers an, um der Brennkraftmaschine zuzuführende Verbrennungsluft zu verdichten und so einen Ladedruck bereitzustellen. Zwischen den Verdichter des Turboladers und die Brennkraftmaschine ist dabei eine Drosselklappe geschaltet, wobei in Strömungsrichtung der verdichteten Verbrennungsluft gesehen stromabwärts des Verdichters und stromaufwärts der Drosselklappe von der zur Brennkraftmaschine führenden Verbrennungsluftleitung ein Bypass abzweigt, der ein Umluftventil umfasst, wobei bei geöffnetem Umluftventil ein Teil der verdichteten Verbrennungsluft nicht in Richtung auf die Drosselklappe und damit die Brennkraftmaschine gefördert wird, sondern vielmehr in Richtung auf die Saugseite bzw. Ansaugseite des Verdichters abgeleitet wird.
Nach der DE 10 2005 054 525 A1 ist die Turbine des Turboladers als Turbine mit einstellbarem bzw. variablem Strömungsquerschnitt ausgebildet. Leitschaufeln der Turbine sind hierzu mithilfe eines Schrittmotors verstellbar, nämlich über einen Verstellring, mit dem die Leitschaufeln gekoppelt sind. Über den Schrittmotor kann der Verstellring verdreht werden, um so die Leitschaufeln und damit letztendlich den Strömungsquerschnitt der Turbine zu verstellen. Ein solcher Turbolader mit variablem Strömungsquerschnitt der Turbine wird auch als VTG-Turbolader bezeichnet.
Bei relativ kleinen Drehzahlen der Brennkraftmaschine und/oder bei relativ kleinen Momenten bzw. Lasten der Brennkraftmaschine werden zur Erhöhung eines Ansprechverhaltens des Turboladers und zur Reduzierung eines Abgasmündungsgeräuschs unter Erhöhung des vom Verdichters des Turboladers bereitgestellten Ladedrucks die Leitschaufeln der Turbine des Turboladers stärker geschlossen, wobei weiterhin zur Reduzierung von Strömungsgeräuschen, insbesondere von Strömungsgeräuschen auf der Ansaugseite des Verdichters des Turboladers, das Umluftventil geöffnet wird. Hierdurch kann eine Geräuschreduzierung bei hohen Turboladerdrehzahlen ohne Performanceeinbußen realisiert werden.
Das Umluftventil wird abhängig von der angeforderten Drehzahl der Brennkraftmaschine und abhängig vom angeforderten Moment bzw. der angeforderten Last der Brennkraftmaschine kennfeldabhängig bzw. kennlinienabhängig geöffnet oder geschlossen. Bei relativ kleinen Drehzahlen und/oder bei relativ kleinen Momenten bzw. Lasten der Brennkraftmaschine wird das Umluftventil geöffnet, wohingegen bei relativ großen Zahlen und/oder bei relativ großen Momenten bzw. Lasten der Brennkraftmaschine das Umluftventil geschlossen wird.
1 zeigt stark schematisiert eine Ausführungsform für das kennfeldabhängige bzw. kennlinienabhängige Schließen und Öffnen des Umluftventils abhängig von der anforderten Drehzahl sowie abhängig vom angeforderten Moment der Brennkraftmaschine, wobei in 1 über der Drehzahl n [1/min] der Brennkraftmaschine das von derselben bereitzustellende Moment M [Nm] aufgetragen ist.
Eine Kennlinie 10 trennt zwei Kennfeldbereiche 11 und 12 voneinander, wobei dann, wenn die Brennkraftmaschine im Kennfeldbereich 11, also bei relativ kleinen Drehzahlen und/oder bei relativ kleinen Momenten, betrieben wird, das dem Verdichter des Turboladers zugeordnete Umluftventil vollständig geöffnet ist, wohingegen dann, wenn die Brennkraftmaschine im Kennfeldbereich 12, also bei relativ großen Drehzahlen und/oder bei relativ großen Momenten, betrieben wird, das dem Verdichter des Turboladers zugeordnete Umluftventil vollständig geschlossen wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Kennlinie 10 nur der Einfachheit halber als Gerade dargestellt ist. Die Kennlinie 10 kann beliebig konturiert sein.
Bei der unter Bezugnahme auf 1 beschriebene Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird demnach das Umluftventil entweder vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen. Im Unterschied hierzu ist auch eine Variante der Erfindung denkbar, bei welcher das Umluftventil zwischen der vollständig geöffneten Stellung und der vollständig geschlossenen Stellung modulierend geöffnet bzw. geschlossen wird, wobei dann die entsprechende Stellung des Umluftventils wiederum abhängig von der angeforderten Drehzahl der Brennkraftmaschine und abhängig vom angeforderten Moment bzw. der angeforderten Last der Brennkraftmaschine bestimmt wird.
In diesem Fall kann dann das Umluftventil zwischen der vollständig geöffneten Stellung und der vollständig geschlossenen Stellung beliebig viele Zwischenstellungen oder eine von mehreren fest vorgegebenen Zwischenstellungen einnehmen.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Turboladers einer Brennkraftmaschine, wobei der Turbolader einen Verdichter, eine Turbine mit variablem Strömungsquerschnitt und ein dem Verdichter zugeordnetes Umluftventil aufweist, wobei zur Einstellung des Strömungsquerschnitts der Turbine Leitschaufeln derselben verstellt werden, wobei bei relativ kleinen Drehzahlen und/oder bei relativ kleinen Momenten bzw. Lasten der Brennkraftmaschine zur Erhöhung eines Ansprechverhaltens des Turboladers und zur Reduzierung eines Abgasmündungsgeräuschs unter Erhöhung des vom Verdichter des Turboladers bereitgestellten Ladedrucks die Leitschaufeln der Turbine des Turboladers stärker geschlossen werden, und dass weiterhin zur Reduzierung von Strömungsgeräuschen das Umluftventil geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Umluftventil zwischen der vollständig geöffneten Stellung oder der vollständig geschlossen Stellung modulierend geöffnet bzw. geschlossen wird, wobei die entsprechende Stellung des Umluftventils abhängig von der angeforderten Drehzahl der Brennkraftmaschine und abhängig vom angeforderten Moment bzw. der angeforderten Last der Brennkraftmaschine bestimmt wird.
Verfahren zum Betreiben eines Turboladers einer Brennkraftmaschine, wobei der Turbolader einen Verdichter, eine Turbine mit variablem Strömungsquerschnitt und ein dem Verdichter zugeordnetes Umluftventil aufweist, wobei zur Einstellung des Strömungsquerschnitts der Turbine Leitschaufeln derselben verstellt werden, wobei bei relativ kleinen Drehzahlen und/oder bei relativ kleinen Momenten bzw. Lasten der Brennkraftmaschine zur Erhöhung eines Ansprechverhaltens des Turboladers und zur Reduzierung eines Abgasmündungsgeräuschs unter Erhöhung des vom Verdichter des Turboladers bereitgestellten Ladedrucks die Leitschaufeln der Turbine des Turboladers stärker geschlossen werden, und dass weiterhin zur Reduzierung von Strömungsgeräuschen das Umluftventil geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Umluftventil entweder vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen wird, wobei die entsprechende Stellung des Umluftventils abhängig von der angeforderten Drehzahl der Brennkraftmaschine und abhängig vom angeforderten Moment bzw. der angeforderten Last der Brennkraftmaschine bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Umluftventil abhängig von der angeforderten Drehzahl der Brennkraftmaschine und abhängig vom angeforderten Moment bzw. der angeforderten Last der Brennkraftmaschine kennfeldabhängig bzw. kennlinienabhängig geöffnet oder geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei relativ kleinen Drehzahlen und/oder bei relativ kleinen Momenten bzw. Lasten der Brennkraftmaschine das Umluftventil vollständig geöffnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei relativ großen Drehzahlen und/oder bei relativ großen Momenten bzw. Lasten der Brennkraftmaschine das Umluftventil vollständig geschlossen wird.