DE102011005674A1

DE102011005674A1 - Turboaufgeladener Motor mit selbstansaugendem Betriebsmodus

Info

Publication number: DE102011005674A1
Application number: DE102011005674A
Authority: DE
Inventors: Stephen George Russ
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2011-09-29
Also published as: CN102200061B; US20110155108A1; US9567950B2; CN102200061A

Abstract

Ein System und Verfahren zur Steuerung eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors mit einem Abgasturbolader, der einen mit einer Turbine verbundenen Verdichter aufweist, enthält Umleiten im Wesentlichen sämtlichen Einlassluftstroms um den Verdichter herum und im Wesentlichen sämtlichen Auslassstroms um die Turbine herum, wenn ein Motorbetriebsparameter einen zugeordneten Schwellwert überschreitet. Bei einer Ausführungsform wird Turboladeraufladung unter einem zugeordneten Motordrehzahlschwellwert bereitgestellt, wobei die Turboladerverdichter und die Turbine bei höheren Motordrehzahlen umgangen werden, so dass der Motor als ein selbstansaugender Motor betrieben wird.

Description

HINTERGRUND
1. Technisches Gebiet
Verbrennungsmotoren mit einem Abgasturbolader.
2. Allgemeiner Stand der Technik
Abgasturbolader enthalten eine Abgasturbine, die einen Verdichter antreibt, um Einlassdruck über Atmosphärendruck aufzuladen und so Leistungsabgabe von dem Motor zu erhöhen. Herkömmliche turboaufgeladene Motoren verwenden den Turbolader zur Aufladung im gesamten Drehzahlbetriebsbereich des Motors. Dies kann zu Kompromissen bei der Wahl des Turboladers und/oder Motorleistung führen, da ein kleiner Turbolader mit sehr gutem Ansprechverhalten für geringe Motordrehzahlverstärkung und schnelles Ansprechverhalten gewünscht wird, wobei ein größerer, weniger restriktiver Turbolader für erhöhte Leistung bei höheren Motordrehzahlen gewünscht wird. Die Bemessung des Turboladers und anderer Motorkomponenten für Betrieb im gesamten Motorbetriebsbereich, insbesondere für Betrieb mit hoher Drehzahl/Last, kann zu erhöhten Kosten führen, die mit zusätzlicher Motorstruktur, erhöhtem Gewicht und teureren Materialien, die zugeordnetem höherem Spitzendruck und Betrieb bei höheren Temperaturen Rechnung tragen können, verbunden sind. Darüber hinaus können erhöhte Motorreibverluste und erhöhtes Motorgewicht mit einer robusteren Motorstruktur verbunden sein.
KURZDARSTELLUNG
Ein System oder Verfahren zur Steuerung eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors mit einem Abgasturbolader, der einen mit einer Turbine verbundenen Verdichter aufweist, enthält im Wesentlichen gleichzeitiges Umleiten mindestens eines Teils des Einlassluftstroms um den Verdichter und mindestens einen Teil des Abgasstroms um die Turbine herum als Reaktion darauf, dass mindestens ein Betriebsparameter einen entsprechenden Schwellwert überschreitet. Bei einer Ausführungsform werden Einlass- und Auslassbypassventile im Wesentlichen gleichzeitig betätigt, um als Reaktion darauf, dass die Motordrehzahl einen zugeordneten Schwellwert überschreitet, im Wesentlichen sämtlichen Einlassluftstrom um den Verdichter und im Wesentlichen sämtlichen Auslassstrom um die Turbine herum umzuleiten, um bei höheren Motordrehzahlen effektiv als ein selbstansaugender Motor zu arbeiten.
Für einen Durchschnittsfachmann sind mehrere mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verbundene Vorteile offensichtlich. Zum Beispiel führt die Bereitstellung von Aufladung nur bei geringen Motordrehzahlen bei selbstansaugendem Motorbetrieb bei höheren Motordrehzahlen zu einem effizienteren Aufladungssystem sowie einem leichteren, effizienteren und kostengünstigeren Basismotor. Die Bereitstellung von Aufladung bei geringeren Motordrehzahlen verbessert das Leistungsgefühl und kann zu einer verbesserten Kraftstoffökonomie durch effektivere Antriebsstrang-Abstimmung und Motorverkleinerung für eine bestimmte Anwendung führen. Darüber hinaus müssen bei nur für geringere Motordrehzahlen angewandter Aufladung die Motorstruktur und -materialien nicht verbessert werden, was zu einem Kosten- und Gewichtsvorteil führt, während die Herstellungskomplexität reduziert wird.
Die obigen Vorteile und andere Vorteile und Merkmale gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leicht hervor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das den Betrieb eines Motor-/Fahrzeugausführungsbeispiels mit Turboladerbypass gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
2 ist ein Ablaufschema, das den Betrieb eines Systems oder eines Verfahrens zur Steuerung eines Motors mit einem Abgasturbolader gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt; und
3 ist ein Diagramm, das Drehmoment als Funktion von Motordrehzahl für ein Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Für den Durchschnittsfachmann ist offensichtlich, dass verschiedene Merkmale der unter Bezugnahme auf irgendeine der Figuren dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt werden, um alternative Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich dargestellt oder beschrieben werden. Die Kombinationen von dargestellten Merkmalen liefern Ausführungsbeispiele für typische Anwendungen. Es können jedoch verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die den Lehren der vorliegenden Offenbarung entsprechen, für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen erwünscht sein. Die in den Darstellungen verwendeten Ausführungsbeispiele betreffen allgemein einen verkleinerten, turboaufgeladenen Viertakt-Mehrzylinder-Verbrennungsmotor, der in einem selbstansaugenden Modus betrieben werden kann. Der Durchschnittsfachmann erkennt ähnliche Anwendungen oder Implementierungen mit anderen Motor-/Fahrzeug-Technologien, darunter Motoren mit Direkteinspritzung und/oder Einlasskanaleinspritzung, mit verschiedenen Ventiltrieben und Ventilaktivierungsstrategien, die mechanische, elektromechanische und/oder hydraulische Systeme umfassen können.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel enthält System 10 ein (nicht speziell dargestelltes) Fahrzeug, das von einem Verbrennungsmotor mit mehreren durch Zylinder 12 repräsentierten Zylindern, mit entsprechenden Brennkammern 14, angetrieben wird. Wie für einen Durchschnittsfachmann offensichtlich ist, enthält das System 10 verschiedene Sensoren und Aktuatoren, um die Steuerung des Motors/Fahrzeugs zu bewirken. Einer oder mehrere Sensoren oder Aktuatoren können für jeden Zylinder 12 vorgesehen oder ein einziger Sensor oder Aktuator kann für den Motor vorgesehen werden. Zum Beispiel kann jeder Zylinder 12 vier Gasaustauschventile enthalten, einschließlich zwei Einlassventilen 16 und zwei Auslassventilen 18, wobei nur eines von jedem in der Figur gezeigt ist. Der Motor enthält jedoch möglicherweise nur einen einzigen Motorkühlmittel-Temperatursensor 20. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform weist der Motor elektromagnetisch oder elektronisch betätigte Einlassventile 16 und Auslassventile 18 in Verbindung mit einer Steuerung 30 auf Mikroprozessorbasis auf, um die Ventilöffnungs- und Ventilschließzeiten zu steuern. Andere Ausführungsformen enthalten alternative Ventilkonfigurationen und Ventilsteuerungen, die mechanische, elektromechanische, hydraulische und/oder kombinierte Ventilbetätigungen umfassen. Bei einer Ausführungsform werden beispielsweise die Einlassventile 16 elektronisch betätigt und die Auslassventile 18 werden herkömmlicherweise durch eine zugehörige Nockenwelle (nicht gezeigt) betätigt. Alternativ können die Einlassventile 16 und Auslassventile 18 herkömmlicherweise unter Verwendung einer Nockenwelle-im-Block-Konfiguration mit beispielsweise Stößelstangen und Kipphebeln betätigt werden. Bei einer Ausführungsform ist der Motor ein verkleinerter LIVC-Motor (LIVC – late intake valve closing), der unter Verwendung eines modifizierten Atkinson- oder Miller-Verbrennungskreisprozesses für einen höheren Wirkungsgrad betrieben wird.
Die Steuerung 30 kann einen Mikroprozessor 24 oder eine Zentraleinheit (CPU) in Verbindung mit einer Speicherverwaltungseinheit (MMU) 26 enthalten. Die MMU 26 steuert Bewegung von Daten zwischen verschiedenen rechnerlesbaren Speichermedien 28 und leitet Daten zu und von der CPU 24. Zu rechnerlesbaren Speichermedien 28 können flüchtige und nichtflüchtige Speicherung in zum Beispiel Nurlesespeichern (ROM) 32, Direktzugriffsspeichern (RAM) 34 und Keep-Alive-Speichern (KAM) 36 gehören. Der KAM 36 ist ein persistenter oder nichtflüchtiger Speicher, der zum Speichern von verschiedenen Betriebsvariablen, während die CPU 24 abgeschaltet ist, verwendet werden kann. Die rechnerlesbaren Speichermedien 28 können unter Verwendung einer beliebigen einer Anzahl von bekannten Speichenvorrichtungen implementiert werden, wie zum Beispiel PROMs (programmierbare Nurlesespeicher), EPROMs (elektrische PROMs), EEPROMs (elektrisch löschbare PROMs), Flash-Speicher oder irgendwelche anderen elektrischen, magnetischen, optischen oder Kombinationsspeichervorrichtungen, die in der Lage sind, Daten zu speichern, von denen einige ausführbare Befehle darstellen, die von der CPU 24 beim Steuern des Motors oder Fahrzeugs, in dem der Motor angebracht ist, verwendet werden. Die rechnerlesbaren Speichermedien 28 können auch Disketten, CD-ROMs, Festplatten und dergleichen umfassen.
Die CPU 24 kommuniziert mit verschiedenen Motor/Fahrzeug-Sensoren und -Aktuatoren über eine Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle (I/O-Schnittstelle) 38. Die Schnittstelle 38 kann als einzelne integrierte Schnittstelle implementiert werden, die eine verschiedenartige Rohdaten- oder Signalaufbereitung, -verarbeitung und/oder -umsetzung, einen Kurzschlussschutz und dergleichen bereitstellt. Alternativ können ein oder mehrere zweckgebundene Hardware- oder Firmwarechips verwendet werden, um spezielle Signale aufzubereiten und zu verarbeiten, bevor sie zur CPU 24 geliefert werden. Beispiele von Parametern, Systemen und/oder Komponenten, die direkt oder indirekt unter der Steuerung der CPU 24 durch die I/O-Schnittstelle 38 betätigt werden können, sind die Kraftstoffeinspritzzeitsteuerung, die Kraftstoffeinspritzrate und die Kraftstoffeinspritzdauer, die Drosselventilstellung, die Zündkerzen-Zündzeitpunktsteuerung (für Motoren mit Fremdzündung), die Einlass/Auslass-Ventilsteuerung und -zeitdauer, Vorbau-Nebenaggregatantriebskomponenten (FEAD-Komponenten) wie zum Beispiel ein Drehstromgenerator, ein Klimaanlagenkompressor und dergleichen. Sensoren, die eine Eingabe durch die I/O-Schnittstelle 38 übertragen, können verwendet werden, um beispielsweise Turboladeraufladedruck, Kurbelwellenstellung (PIP), Motordrehzahl (RPM), Raddrehzahl (WS1, WS2), Fahrzeuggeschwindigkeit (VSS), Kühlmitteltemperatur (ECT), Einlasskrümmerdruck (MAP), Fahrpedalstellung (PPS), die Zündschalterstellung (IGN), die Drosselventilstellung (TP), die Lufttemperatur (TMP), den Abgassauerstoffgehalt (EGO) oder eine andere Abgaskomponentenkonzentration oder -anwesenheit, den Einlassluftstrom (MAF), den Getriebegang oder das Übersetzungsverhältnis (PRN), die Getriebeöltemperatur (TOT), die Getriebeturbinenraddrehzahl (TS), den Drehmomentwandler-Kupplungszustand (TCC), den Abbrems- oder Schaltmodus (MDE) anzugeben.
Einige Steuerungsarchitekturen enthalten keine MMU 26. Wenn keine MMU 26 eingesetzt wird, verwaltet die CPU 24 Daten und steht in direkter Verbindung mit dem ROM 32, RAM 34 und KAM 36. Natürlich können mehr als eine CPU 24 verwendet werden, um die Motorsteuerung zu gewährleisten, und die Steuerung 30 kann in Abhängigkeit von der bestimmten Anwendung mehrere ROMs 32, RAMs 34 und KAMs 36 enthalten, die mit der MMU 26 oder CPU 30 verbunden sind.
Das System 10 enthält einen Abgasturbolader 100 mit einem Verdichter 102, der über eine gemeinsame Welle 106 mechanisch mit einer Turbine 104 verbunden ist. Ein Verdichtereinlassbypassdurchgang 110 leitet Einlassluftstrom auf Grundlage der Stellung eines Verdichterbypassventils 112, das durch die Steuerung 30 als Reaktion auf mindestens einen Motor- und/oder Umgebungsbetriebsparameter gesteuert wird, gezielt um den Verdichter 102 herum um. Ebenso leitet ein Abgasbypassdurchgang 114 auf Grundlage der Stellung des Turbinenbypassventils 116, das durch die Steuerung 30 als Reaktion auf mindestens einen Motor- und/oder Umgebungsbetriebsparameter gesteuert wird, Abgasstrom von den Zylindern 12 gezielt um die Turboladerturbine 104 herum um. Bei einer Ausführungsform sind der Verdichtereinlassbypasskanal 110 und das Verdichterbypassventil 112 so bemessen, dass sie im Wesentlichen sämtlichen Einlassluftstrom um den Verdichter 102 herum leiten, wenn das Bypassventil 112 weit geöffnet ist. In Abhängigkeit von der bestimmten Anwendung kann dies dazu führen, dass der Bypasskanal 110 eine größere Querschnittsfläche hat als der stromaufwärtige Einlasskanal. Ebenso sind der Turbinenbypasskanal 114 und das Turbinenbypassventil 116 so bemessen, dass sie im Wesentlichen sämtlichen Abgasstrom um die Turbine 104 herum leiten, wenn das Bypassventil 116 weit geöffnet ist. Dies kann dazu führen, dass der Bypasskanal 114 eine größere Querschnittsfläche hat als der mit der Turbine 104 verbundene Auslass. Wie hier ausführlicher beschrieben wird, koordinieren verschiedene Ausführungsformen die Steuerung der Bypassventile 112, 116 zum gezielten Umgehen des Turboladers 100, so dass der Motor bei höheren Motordrehzahlen effektiv als ein selbstansaugender Motor arbeitet.
Das System 10 kann einen Luftmassensensor 54 oder einen anderen Luftstromsensor enthalten, der ein entsprechendes Signal (MAF) der Steuerung 30 zuführt, das den Einlass oder das Ansaugen von Luftstrom anzeigt. Im Betrieb wird Ansaugluft in Abhängigkeit von der Stellung des Verdichterbypassventils 112 durch den Verdichter 102 des Turboladers 100 und/oder den Bypasskanal 110 geleitet. Den Verdichter 102 durchströmende Einlassluft wird mit dem durch Abgasstrom durch die Turbine 104 über die Welle 106 angetriebenen Verdichter 102 auf einen Druck über Atmosphärendruck aufgeladen. Aufgeladener Einlassluftstrom wird durch Durchströmen eines Zwischenkühlers (I/C) 120 gekühlt. Einlassluft vom Zwischenkühler 120 und/oder Bypasskanal 110 wird über einen Einlasskrümmer, der durch die Bezugszahl 50 allgemein gezeigt wird, nach Modulation durch ein Drosselventil 56 oder eine andere Luftstromsteuervorrichtung, die zum Modulieren des Luftstroms und zur Steuerung von Krümmerdruck im Einlasskrümmer 52 verwendet wird, an die mehreren Zylinder 12 verteilt, um Motordrehmoment auf ein Sollausgangsdrehmoment in Kooperation mit Zündzeitpunktsteuerung und Steuerung der Kraftstoffzuteilung, insbesondere bei Motoren mit Fremdzündung, zu steuern. Als Alternative oder in Kombination kann Steuerung oder Positionierung der Einlassventile 16 verwendet werden, um Einlassventildrosselung zur Verringerung von Pumpverlusten bereitzustellen. Bei so eingerichteten Anwendungen kann das Drosselventil 56 durch einen geeigneten Aktuator 58 auf Grundlage eines entsprechenden Drosselstellungssignals (TP-Signals), das durch die Steuerung 30 erzeugt wird, mechanisch oder elektronisch gesteuert werden. Das TP-Signal kann dazu erzeugt werden, die Drosselklappe als Reaktion auf eine entsprechende Motorleistung oder ein entsprechendes Motordrehmoment, das von einem Bediener über das Fahrpedal 46 angefordert wird, zu positionieren. Ein Drosselklappensensor 60 liefert ein Rückkopplungssignal an die Steuerung 30, das die Iststellung des Drosselventils 56 anzeigt, um Regelung des Drosselventils 56 zu implementieren. Obgleich die in 1 dargestellte Ausführungsform ein Motor mit Fremdzündung und Einlasskanaleinspritzung ist, sind das System und das Verfahren zur Steuerung eines Motors gemäß der vorliegenden Offenbarung im Allgemeinen von der Motortechnologie unabhängig und gelten auch für Motoren oder Betriebsmodi mit Direkteinspritzung und/oder Kompressionszündung.
Ein Einlasskrümmerabsolutdrucksensor 70 wird verwendet, um der Steuerung 30 ein Signal (MAP), das den Krümmerdruck anzeigt, zuzuführen. Luft, die den Einlasskrümmer 52 durchströmt, tritt durch geeignete Steuerung von einem oder mehreren Einlassventilen 16 in die Brennkammer 14 ein. Die Zeitsteuerung, Aktivierung und Deaktivierung der Einlassventile 16 und Auslassventile 18 kann unter Verwendung von elektromagnetischen Aktuatoren 72, 74, unter Verwendung einer herkömmlichen Nockenwellenanordnung, unter Verwendung einer Anordnung mit variabler Nockenwellensteuerung oder unter Verwendung einer Kombination davon in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung und Implementierung gesteuert werden. Bei einer Ausführungsform sind die Einlassventile 72 Ventile mit konstantem Hub, die durch die Steuerung 30 elektromagnetisch betätigt werden, um die Einlassventilbetätigung, einschließlich Öffnen, Schließen und der Dauer, zu steuern, wobei die Auslassventile 18 durch eine Nockenwelle oder eine Vorrichtung mit variabler Nockensteuerung betrieben werden.
Drehstellungsinformationen zum Steuern des Motors können durch einen Kurbelwinkelsensor 80 bereitgestellt werden, der ein Zahnrad 82 und einen zugehörigen Sensor 84 enthält. Der Kurbelwinkelsensor 80 kann verwendet werden, um ein Signal (PIP) zu erzeugen, das von der Steuerung 30 für die Kraftstoffeinspritz- und Zündzeitpunktsteuerung verwendet wird. Bei einer Ausführungsform wird ein zweckgebundener integrierter Schaltungschip innerhalb der Steuerung 30 verwendet, um das rohe Drehstellungssignal, das vom Winkelsensor 80 erzeugt wird, aufzubereiten/zu verarbeiten, und gibt ein Signal (PIP) einmal pro Zylinder pro Verbrennungszyklus aus, das heißt bei einem Acht-Zylinder-Motor werden acht PIP-Signale pro Verbrennungszyklus für die Verwendung durch die Steuerlogik erzeugt. Der Kurbelwinkelsensor 80 kann auch dazu verwendet werden, Motordrehzahl zu ermitteln und Zylinderverbrennung auf Grundlage von absoluter, relativer oder Differenzial-Motordrehzahl zu identifizieren.
In Abhängigkeit von der bestimmten Anwendung kann ein Abgassauerstoffsensor 90 verwendet werden, um ein Signal (EGO) zur Steuerung 30 zu liefern, das angibt, ob die Abgase über- oder unterstöchiometrisch sind. Ebenso kann der Sensor 90 in Abhängigkeit von der bestimmten Anwendung ein Signal mit zwei Zuständen entsprechend einem unter- oder überstöchiometrischen Zustand oder als Alternative dazu ein Signal, das zur Stöchiometrie der Abgase proportional ist, liefern. Wenn es geliefert wird, kann dieses Signal dazu verwendet werden, beispielsweise das Luft/Kraftstoff-Verhältnis einzustellen oder den Betriebsmodus von einem oder mehreren Zylindern zu steuern. Das Abgas wird durch den Auslasskrümmer und einen oder mehrere Katalysatoren 92 geleitet, bevor es an die Atmosphäre ausgelassen wird.
Ein Kraftstoffeinspritzventil spritzt eine geeignete Kraftstoffmenge in einem oder mehreren Einspritzereignissen für den aktuellen Betriebsmodus auf Grundlage eines Signals (FPW), das durch die Steuerung 30 erzeugt und von einem Treiber verarbeitet wird, ein. Für Anwendungen mit Fremdzündung erzeugt die Steuerung 30 ein Zündfunkensignal (SA), das durch ein Zündsystem verarbeitet wird, um die eine oder die mehreren jedem Zylinder zugehörigen Zündkerzen zu steuern und die Verbrennung innerhalb der Kammer 14 einzuleiten.
Die Steuerung 30 enthält eine Software und/oder Hardware, die die Steuerlogik zum gezielten Betrieb in einem selbstansaugenden Betriebsmodus durch koordinierte Steuerung des Verdichterbypassventils 112 und Turbinenbypassventils 116 zum Umgehen des Turboladers 100 als Reaktion auf mindestens einen Betriebsparameter implementiert. Wie unter Bezugnahme auf die 2–3 ausführlicher beschrieben, kann die Steuerung 30 aktuelle Betriebsbedingungen durch Überwachung mindestens eines Motor-/Umgebungsparameters, wie zum Beispiel Motordrehzahl, Aufladedruck und/oder Last, bestimmen und den Turbolader 100 als Reaktion darauf gezielt umgehen. Bei einer Ausführungsform werden das Verdichterbypassventil 112 und das Turbinenbypassventil 116 als Reaktion darauf, dass die Motordrehzahl einen entsprechenden Schwellwert überschreitet, im Wesentlichen gleichzeitig betrieben, um im Wesentlichen sämtlichen Einlassluftstrom. um den Verdichter 102 herum umzuleiten und im Wesentlichen sämtlichen Abgasstrom um die Turbine 104 herum umzuleiten, so dass der Motor selbstansaugend ist.
2 ist ein Ablaufschema, das den Betrieb einer Ausführungsform eines Systems oder Verfahrens zur Steuerung eines turboaufgeladenen Motors gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt. Das Diagramm von 2 stellt repräsentative Steuerstrategien für einen Verbrennungsmotor zum gezielten Umleiten mindestens eines Teils des Einlass-/Auslassstroms um einen Turbolader herum als Reaktion darauf, dass ein oder mehrere Motor- und/oder Umgebungsbetriebsparameter einen entsprechenden Schwellwert überschreiten, bereit. Die Steuerstrategien und/oder -logik, die in 2 dargestellt werden, stellen beliebige einer Anzahl von bekannten Verarbeitungsstrategien, wie zum Beispiel ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, dar. Somit können verschiedene dargestellte Schritte oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge oder parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Obgleich nicht explizit dargestellt, erkennt ein Durchschnittsfachmann, dass eine(r) oder mehrere der dargestellten Schritte oder Funktionen in Abhängigkeit von der bestimmten verwendeten Verarbeitungsstrategie wiederholt durchgeführt werden kann. Ebenso ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsweise erforderlich, um die hier beschriebenen Merkmale und Vorteile zu erreichen, sondern ist zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung angegeben. Die Steuerlogik kann in erster Linie in einer Software implementiert werden, die durch eine Steuerung eines Fahrzeugs, Motors und/oder Antriebsstrangs auf Mikroprozessorbasis, wie zum Beispiel die Steuerung 30 (1) durchgeführt wird. Natürlich kann die Steuerlogik in der Software, Hardware oder einer Kombination von Software und Hardware in einer oder mehreren Steuerungen in Abhängigkeit von der bestimmten Anwendung implementiert werden. Wenn sie in der Software implementiert wird, kann die Steuerlogik vorzugsweise in einem oder mehreren rechnerlesbaren Speichermedien 28 (1) mit gespeicherten Daten vorgesehen werden, die einen Code oder Befehle darstellen, die von einem Rechner ausgeführt werden, um den Motor zu steuern. Die rechnerlesbaren Speichermedien können eine oder mehrere einer Anzahl von bekannten physischen Vorrichtungen enthalten, die einen elektrischen, magnetischen und/oder optischen Speicher verwenden, um ausführbare Befehle und zugehörige Kalibrierungsinformationen, Betriebsvariablen und dergleichen aufzubewahren.
Block 200 von 2 stellt Bestimmen der aktuellen Betriebsbedingungen dar, die den oder die aktuellen Betriebsmodi (Leerlauf, Cruisen, Start, Abschaltung, reduziertes Hubvolumen usw.) zusätzlich zu Motor-, Fahrzeug- und/oder Umgebungsbedingungen oder -parametern (Temperatur(en), Druck (Drücken), Geschwindigkeit(en), Nebenaggregatbetriebszustand, Fahrpedalstellung, Gang usw.) enthalten können. Die aktuellen Motor- und/oder Umgebungsbetriebsbedingungen oder -modi können bei der Steuerung von Bypassluftstrom um den Verdichter 102 herum über das Bypassventil 112 und den Bypassabgasstrom um die Turbine 104 herum über das Bypassventil 116 verwendet werden, um zum Beispiel (eine) gewünschte Fahrzeugleistung, Kraftstoffökonomie und/oder Emissionen bereitzustellen. Bei einer Ausführungsform werden die Bypassventile 112, 116 unter Verwendung einer in einer oder mehreren Nachschlagetabellen gespeicherten Drehzahl-Last-Tabelle gesteuert.
Mindestens ein Betriebsparameter wird mit einem entsprechenden Schwellwert verglichen, wie in Block 210 dargestellt. Bei der dargestellten Ausführungsform ermittelt der Block 210, ob die Motordrehzahl einen entsprechenden ersten Schwellwert überschreitet. Wenn die Motordrehzahl einen ersten Schwellwert überschreitet, werden das Verdichterbypassventil 112 und das Turbinenbypassventil 116 betätigt, um mindestens einen Teil des Einlassstroms bzw. Auslassstroms um den Turbolader herum umzuleiten, wie durch Block 220 dargestellt. In Abhängigkeit von der bestimmten Anwendung können die Bypassventile dahingehend gesteuert werden, Strom auf Grundlage von Motordrehzahl und/oder anderen Betriebsparametern zwischen einem ersten Schwellwert und einem zweiten Schwellwert zu modulieren, wie durch Block 230 allgemein gezeigt. Bei einer Ausführungsform werden das Verdichterbypassventil 112 und das Turbinenbypassventil 116 im Wesentlichen gleichzeitig betätigt, wie durch Block 222 gezeigt. Wenn ein oder mehrere Betriebsparameter einen zweiten Schwellwert überschreiten, wie durch Block 230 dargestellt, werden das Verdichterbypassventil 112 und das Turbinenbypassventil 116 in eine weit geöffnete Stellung bewegt, um im Wesentlichen sämtlichen Strom um den Turbolader herum umzuleiten, wie durch Block 240 dargestellt. Das Verdichterbypassventil 112 und das Turbinenbypassventil 116 können im Wesentlichen gleichzeitig betätigt werden, wie durch Block 242 dargestellt.
In Abhängigkeit von der bestimmten Anwendung und Implementierung ist die durch die Blöcke 210, 220 und 222 dargestellte Teilbypass- oder modulierte Luftstromsteuerung optional und kann weggelassen werden. Der Durchschnittsfachmann erkennt, dass die Steuerung der Bypassventile 112, 116 verschiedene gebräuchliche Steuerstrategien verwenden kann, um sanfte Übergänge zwischen aufgeladenem und selbstansaugendem Modus bereitzustellen und zyklisches Durchlaufen bei Betrieb in der Nähe eines zugeordneten Schwellwerts zu verhindern.
3 ist ein Diagramm, das den Betrieb eines turboaufgeladenen Motors, der in einem selbstansaugenden Modus betrieben werden kann, für ein Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt. Die Linie 310 stellt Drehmoment als Funktion von Motordrehzahl für geringe Motordrehzahlen dar, wobei die Turboladeraufladung mit durch den Turboladerverdichter, der durch den Abgasstrom durch die Turboladerturbine angetrieben wird, verstärktem Einlassluftstrom angewandt wird. Wenn die Motordrehzahl einen entsprechenden Schwellwert, wie durch Linie 314 dargestellt, überschreitet, wird der Turbolader umgangen, um selbstansaugenden Betrieb mit einer entsprechenden Drehmomentkurve 320 bereitzustellen.
Somit stellen Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung ein System und ein Verfahren zur Bereitstellung von Aufladung nur bei geringen Motordrehzahlen bei selbstansaugendem Motorbetrieb bei höheren Motordrehzahlen bereit, um ein effizienteres Aufladungssystem sowie einen leichteren, effizienteren und kostengünstigeren Basismotor bereitzustellen. Die Bereitstellung von Aufladung bei geringeren Motordrehzahlen verbessert das Leistungsgefühl und kann zu einer verbesserten Kraftstoffökonomie durch effektivere Antriebsstrang-Abstimmung und Motorverkleinerung für eine bestimmte Anwendung führen. Darüber hinaus müssen bei nur für geringere Motordrehzahlen angewandter Aufladung die Motorstruktur und -materialien nicht verbessert werden, was zu einem Kosten- und Gewichtsvorteil führt, während die Herstellungskomplexität reduziert wird.
Obgleich eine oder mehrere Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Ausführungsformen innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche darstellen und beschreiben. Stattdessen dienen die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke der Beschreibung und nicht der Einschränkung, und es können verschiedene Änderungen durchgeführt werden, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Verschiedene Ausführungsformen wurden zwar als Vorteile bietend oder bevorzugt gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen des Stands der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer Eigenschaften beschrieben, jedoch können zwischen einem oder mehreren Merkmalen oder Eigenschaften Kompromisse geschlossen werden, um die gewünschten Gesamtsystemmerkmale zu erreichen, was von der besonderen Anwendung und Implementierung abhängig ist. Zu diesen Merkmalen gehören unter anderem: Kosten, Festigkeit, Langlebigkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Packaging, Größe, Wartungsfreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Leichtigkeit der Montage usw. Die hier beschriebenen Ausführungsformen, die bezüglich einer oder mehrerer Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder als Implementierungen des Stands der Technik beschrieben werden, liegen nicht außerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Ein erfindungsgemäßer Motor mit einem Turbolader, der einen mit einer Turbine verbundenen Verdichter aufweist, wobei der Motor insbesondere Folgendes umfasst:
ein Verdichterbypassventil, das gezielt dahingehend betätigbar ist, im Wesentlichen sämtlichen Einlassluftstrom um den Verdichter herum umzuleiten; ein Turbinenbypassventil, das gezielt dahingehend betätigbar ist, im. Wesentlichen sämtlichen Auslassstrom um die Turbine herum umzuleiten; und
eine Steuerung, die die Bypassventile dahingehend betätigt, den Turbolader als Reaktion darauf, dass ein Betriebsparameter einen ersten Schwellwert überscheitet, zu umgehen und wobei die Steuerung die Bypassventile im Wesentlichen gleichzeitig betätigt, um einen Teil des Einlassluftstroms und Auslassstroms um den Turbolader herum umzuleiten, wenn die Motordrehzahl einen zweiten Schwellwert, der niedriger ist als der erste Schwellwert, überschreitet.
Bevorzugt ist dabei ein Motor bei dem die Steuerung die Bypassventile im Wesentlichen gleichzeitig betätigt wird, um im Wesentlichen sämtlichen Einlassluftstrom und im Wesentlichen sämtlichen Auslassstrom als Reaktion darauf, dass die Motordrehzahl den ersten Schwellwert überschreitet, um den Turboladerverdichter bzw. die Turbine herum umzuleiten.
Weiter bevorzugt ist dabei ein Motor bei dem sich der umgeleitete Einlassluftstrom- und Auslassstromteil im Wesentlichen gleichförmig ändert, wenn sich die Motordrehzahl zwischen dem ersten Schwellwert und dem zweiten Schwellwert ändert.
Zu der Erfindung gehört auch ein rechnerlesbares Speichermedium mit gespeicherten Daten, die Befehle zur Steuerung eines Verbrennungsmotors mit einem Abgasturbolader, der einen mit einer Turbine verbundenen Verdichter aufweist, darstellen, wobei das rechnerlesbare Speichermedium Folgendes umfasst:
Befehle zum Umleiten mindestens eines Teils des Einlassluftstroms um den Verdichter herum und mindestens eines Teils des Auslassstroms um die Turbine herum als Reaktion darauf, dass mindestens ein Betriebsparameter einen entsprechenden Schwellwert überschreitet.
Bevorzugt umfasst das rechnerlesbare Speichermedium weiterhin Befehle zum Umleiten mindestens eines Teils des Einlassluftstroms um den Verdichter herum und mindestens eines Teils des Auslassstroms um die Turbine herum als Reaktion darauf, dass die Motordrehzahl einen Motordrehzahlschwellwert überschreitet.
Weiter bevorzugt umfasst ein erfindungsgemäßes rechnerlesbares weiterhin Befehle zum im Wesentlichen gleichzeitigen Steuern eines Verdichterbypassventils und eines Turbinenbypassventils zum im Wesentlichen Umgehen des Turboladers als Reaktion darauf, dass die Motordrehzahl einen entsprechenden Schwellwert überschreitet.
Bezugszeichenliste
Fig. 2

200: AKTUELLE BETRIEBSBEDINGUNGEN BESTIMMEN
210: MOTORDREHZAHL > SCHWELLWERT?
NO: NEIN
YES: JA
220: BYPASSVENTILE ZUM UMLEITEN VON STROM AUF GRUNDLAGE DER MOTORDREHZAHL BETÄTIGEN
222: VERDICHTER, TURBINENBYPASSVENTILE GLEICHZEITIG BETÄTIGEN
230: MOTORDREHZAHL > SCHWELLWERT?
240: TURBOLADER UMGEHEN
242: VERDICHTER, TURBINENBYPASSVENTILE GLEICHZEITIG BETÄTIGEN

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors mit einem Abgasturbolader, der einen mit einer Turbine verbundenen Verdichter aufweist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Umleiten mindestens eines Teils des Einlassluftstroms um den Verdichter und mindestens einen Teil des Abgasstroms um die Turbine herum (222, 242) als Reaktion darauf, dass mindestens ein Betriebsparameter einen entsprechenden Schwellwert (210; 230) überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Betriebsparameter Motordrehzahl umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Einlassluftstrom und Auslassluftstrom im Wesentlichen gleichzeitig (242) umgeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Wesentlichen sämtlicher Einlassluftstrom und im Wesentlichen sämtlicher Auslassstrom als Reaktion darauf, dass die Motordrehzahl einen entsprechenden. Schwellwert (230) überschreitet, um den Turboladerverdichter bzw. die Turbine herum umgeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Teil, des Einlassluftstroms und Auslassstroms als Reaktion darauf, dass die Motordrehzahl einen ersten Schwellwert (210) überschreitet, umgeleitet wird, und wobei im Wesentlichen sämtlicher Einlassluftstrom und Auslassstrom als Reaktion darauf, dass die Motordrehzahl einen zweiten Schwellwert (230) überschreitet, umgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei sich der umgeleitete Einlassluftstrom- und Auslassstromteil im Wesentlichen gleichförmig ändert, wenn sich die Motordrehzahl zwischen dem ersten Schwellwert und dem zweiten Schwellwert ändert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Betriebsparameter Motordrehzahl und Last umfasst.
Motor (10) mit einem Turbolader (100), der einen mit einer Turbine (102) verbundenen Verdichter (104) aufweist, wobei der Motor Folgendes umfasst: ein Verdichterbypassventil (112), das gezielt dahingehend betätigbar ist, im Wesentlichen sämtlichen Einlassluftstrom um den Verdichter herum umzuleiten; ein Turbinenbypassventil (116), das gezielt dahingehend betätigbar ist, im Wesentlichen sämtlichen Auslassstrom um die Turbine herum umzuleiten; und eine Steuerung (30), die die Bypassventile dahingehend betätigt, den Turbolader als Reaktion darauf, dass ein Betriebsparameter einen ersten Schwellwert überscheitet, zu umgehen.
Motor nach Anspruch 8, wobei die Steuerung die Bypassventile im Wesentlichen gleichzeitig betätigt, um den Turbolader als Reaktion darauf, dass die Motordrehzahl den ersten Schwellwert überschreitet, zu umgehen.
Motor nach Anspruch 8, wobei die Steuerung die Bypassventile im Wesentlichen gleichzeitig betätigt, um einen Teil des Einlassluftstroms und Auslassstroms um den Turbolader herum umzuleiten, wenn die Motordrehzahl einen zweiten Schwellwert, der niedriger ist als der erste Schwellwert, überschreitet.