DE102012207266A1 - Adjustment arrangement for adjusting boost pressure in combustion engine for vehicle, has cooling device that is connected in series with control valve for cooling the exhaust gas flowing through valve - Google Patents
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Abstract
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft allgemein einen Regelkreis und ein Verfahren zum Regeln von Ladedrücken in Verbrennungsmotoren, insbesondere von Ladedrücken in Verbrennungsmotoren mit einer Aufladeeinrichtung. The invention generally relates to a control circuit and a method for regulating boost pressures in internal combustion engines, in particular of boost pressures in internal combustion engines with a charging device.
Stand der TechnikState of the art
Ladedrücke in Verbrennungsmotoren werden durch Aufladeinrichtungen, sogenannte Turbolader, insbesondere abgasgetriebene Turbolader, erzeugt und dienen der Leistungssteigerung von Kolbenmotoren durch Erhöhung des Gemischdurchsatzes pro Arbeitstakt. Dazu weist der Verbrennungsmotor in seinem Ansaugtrakt einen Verdichter auf, die durch eine Abgasturbine in seiner Abgasanlage angetrieben wird. Der Turbolader nutzt so die Energie der Abgase des Verbrennungsmotors. Boost pressures in internal combustion engines are generated by superchargers, so-called turbochargers, in particular exhaust gas-driven turbochargers, and serve to increase the performance of piston engines by increasing the mixture throughput per power stroke. For this purpose, the internal combustion engine in its intake tract to a compressor which is driven by an exhaust gas turbine in its exhaust system. The turbocharger thus uses the energy of the exhaust gases of the internal combustion engine.
Ein derartiger Verbrennungsmotor mit einem Turbolader ist aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß ist eine Anordnung zum Einstellen eines Ladedruckes in einem Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, sowie eine Abgasanlage ein Verbrennungsmotor, ein Verfahren zum Einstellen eines Ladedrucks und eine Steuervorrichtung gemäß den abhängigen Ansprüchen vorgesehen. According to the invention an arrangement for adjusting a boost pressure in an internal combustion engine according to claim 1, and an exhaust system, an internal combustion engine, a method for adjusting a boost pressure and a control device according to the dependent claims is provided.
Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Anordnung zum Einstellen eines Ladedruckes in einem Verbrennungsmotor mit einem Turbolader vorgesehen, umfassend:
- – ein als Stellglied ausgebildetes Ventil zum Überbrücken einer Abgasturbine des Turboladers; und
- – eine Kühlvorrichtung in Reihe zum Ventil zum Kühlen eines das Ventil durchströmenden Abgases.
- - Designed as an actuator valve for bypassing an exhaust gas turbine of the turbocharger; and
- - A cooling device in series with the valve for cooling an exhaust gas flowing through the valve.
Die obige Anordnung kann besonders bevorzugt ein Regelkreis sein, der den Ladedruck in dem Verbrennungsmotor mit dem Turbolader durch Regeln des Ladedruckes einstellt.The above arrangement may particularly preferably be a control loop which adjusts the boost pressure in the internal combustion engine with the turbocharger by regulating the boost pressure.
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass der Wastegatekanal in der bekannten Ladedruckregelung das heiße Abgas aus einem Verbrennungsmotor direkt an der Abgasturbine vorbei beispielsweise in einen Katalysator leitet. Der Katalysator dient der vollständigen Verbrennung von unverbrannten Kraftstoffanteilen im Abgas.The invention is based on the consideration that the wastegate duct in the known boost pressure control directs the hot exhaust gas from an internal combustion engine directly past the exhaust gas turbine into, for example, a catalyst. The catalyst serves for the complete combustion of unburned fuel components in the exhaust gas.
Der Erfindung liegt ferner die Überlegung zugrunde, dass die Materialien des Katalysators sehr teuer sind, wenn diese beständig gegen die hohe Temperaturen des heißen Abgases sein müssen. Daher ist bei der Verwendung der bekannten Ladedruckregelung mit dem die Abgasturbine überbrückenden Wastegatekanal ein kostenintensiver Katalysator notwendig, vor allem beim Betrieb mit Gas- und Dieselverbrennungsmotoren, in denen die Temperaturen des Abgases vergleichsweise hoch sind.The invention is further based on the consideration that the materials of the catalyst are very expensive if they must be resistant to the high temperatures of the hot exhaust gas. Therefore, when using the known boost pressure control with the exhaust gas turbine bridging wastegate channel a costly catalyst is necessary, especially when operating with gas and diesel internal combustion engines, in which the temperatures of the exhaust gas are relatively high.
Um die Temperatur des an der Abgasturbine vorbeigeleiteten Abgases zu senken, schlägt die Erfindung daher vor, im Wastegatekanal eine Kühlvorrichtung vorzusehen, die das an der Abgasturbine vorbeigeleitete Abgas kühlt und so den Katalysator weniger hohen Temperaturen aussetzt. Auf diese Weise kann der Katalysator aus weniger temperaturresistenten und damit in der Regel kostengünstigeren Materialien aufgebaut werden, was die Produktionskosten eines den Katalysator und den Turbolader mit dem Wastegatekanal umfassenden Verbrennungsmotors reduziert.In order to lower the temperature of the exhaust gas conducted past the exhaust gas turbine, the invention therefore proposes to provide a cooling device in the wastegate duct, which cools the exhaust gas conducted past the exhaust gas turbine and thus exposes the catalyst to less high temperatures. In this way, the catalyst of less temperature-resistant and thus generally cheaper materials can be constructed, which reduces the cost of production of a catalytic converter and the turbocharger with the wastegate channel comprehensive internal combustion engine.
Durch die angegebene Anordnung lässt sich in einem Verbrennungsmotor die Abgastemperatur in einem Katalysator des Verbrennungsmotors senken, so dass dieser weniger hohen Temperaturen ausgesetzt ist und so aus weniger temperaturfesten und damit kostenintensiven Materialien aufgebaut werden kann. Durch die angegebene Anordnung lassen sich damit die Produktionskosten eines Verbrennungsmotors ohne Qualitätseinbußen senken.By the specified arrangement, the exhaust gas temperature can be reduced in a combustion engine in an internal combustion engine in a catalytic converter of the internal combustion engine, so that it is exposed to less high temperatures and can be constructed from less temperature-resistant and thus costly materials. The specified arrangement can thus reduce the production costs of an internal combustion engine without sacrificing quality.
In einer Weiterbildung umfasst die angegebene Anordnung ein parallel zum Ventil und zur Kühlvorrichtung geschaltetes weiteres Ventil. Das weitere, parallel geschaltete Ventil stellt damit einen weiteren Wastegatekanal bereit, der ohne Kühlvorrichtung ausgestattet sein kann. In diesem weiteren Wastegatekanal lässt sich der die Abgasturbine überbrückende Weg minimieren, so dass im Falle eines zu hohen Ladedruckes die angegebene Anordnung sofort reagieren kann, insbesondere dann, wenn die angegebene Anordnung als Regelkreis ausgebildet ist. Der Wastegatekanal mit der Kühlvorrichtung, der aufgrund seiner längeren Strecke vergleichsweise langsam reagiert, kann dann zu dem weiteren Wastegatekanal dazu geschaltet werden, wodurch der angegebenen als Regelkreis ausgebildeten Anordnung eine maximale Dynamik verliehen werden kann.In a further development, the specified arrangement comprises a further valve connected in parallel to the valve and to the cooling device. The further, parallel-connected valve thus provides a further wastegate channel, which can be equipped without a cooling device. In this further wastegate channel, the path bridging the exhaust gas turbine can be minimized, so that in the event of an excessively high boost pressure, the specified arrangement can react immediately, in particular if the specified arrangement is designed as a control loop. The wastegate channel with the cooling device, which reacts relatively slowly due to its longer distance, can then be switched to the other Wastegatekanal, whereby the specified arrangement designed as a control loop maximum dynamics can be imparted.
Die Anordnung kann aus den beiden Ventilen in beliebiger Weise aufgebaut sein. Ist die Anordnung als Regelkreis aufgebaut, so können beide Ventile als Stellglieder in einer kaskadierten Regelung aufgebaut sein, wobei ein Unterregelkreis mit dem einem Ventil einem weiteren Unterregelkreis mit dem anderen Ventil unterlagert ist. Alternativ können in dem Regelkreis, die beiden Unterregelkreise mit den Ventilen zueinander parallel geschaltet sein. Auch können beide Ventile entweder die gleiche Regelgröße, wie den Druck oder die Temperatur des Abgases im Abgaskanal regeln oder unterschiedliche Regelgrößen.The arrangement can be constructed from the two valves in any way. If the arrangement is constructed as a control loop, then both valves can act as actuators in a cascaded control be constructed, with a lower control loop is superimposed with a valve another sub-control circuit with the other valve. Alternatively, in the control loop, the two subregions may be connected in parallel with the valves. Also, both valves can control either the same controlled variable, such as the pressure or the temperature of the exhaust gas in the exhaust duct or different control variables.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Abgasanlage für einen Verbrennungsmotor mit einem Turbolader vorgesehen, die eine Abgasturbine des Turboladers und eine angegebene Anordnung umfasst, wobei das Ventil die Abgasturbine des Turboladers überbrückt.According to a further aspect, an exhaust system for an internal combustion engine with a turbocharger is provided, which comprises an exhaust gas turbine of the turbocharger and a specified arrangement, wherein the valve bridges the exhaust gas turbine of the turbocharger.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verbrennungsmotor vorgesehen umfassend einen Ansaugtrakt zum Ansaugen eines brennbaren Kraftstoffgemischs und der obigen Abgasanlage.In another aspect, an internal combustion engine is provided including an intake tract for aspirating a combustible fuel mixture and the above exhaust system.
In einer Weiterbildung umfasst der angegebene Verbrennungsmotor eine Abgasrückführung zum Rückführen wenigstens eines Teils des Abgases aus der Abgasanlage in den Ansaugtrakt. Durch die Abgasrückführung kann die Emission von Stickoxiden gemindert werden, welche bei der Verbrennung von Kraftstoff in bekannten Verbrennungsmotoren wie Ottomotoren und Dieselmotoren auftreten können. Für eine möglichst große Maximalleistung sollte der Anteil des in den Ansaugtrakt zurückgeführten Abgases möglichst gering und der Anteil an Frischluft möglichst groß sein. In a further development, the specified internal combustion engine comprises an exhaust gas recirculation system for returning at least part of the exhaust gas from the exhaust gas system into the intake system. The exhaust gas recirculation can be used to reduce the emission of nitrogen oxides, which can occur during the combustion of fuel in known internal combustion engines, such as gasoline engines and diesel engines. For the highest possible maximum power, the proportion of exhaust gas recirculated into the intake tract should be as low as possible and the proportion of fresh air should be as large as possible.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann wenigstens ein Teil eines Kanals mit dem Ventil und der Kühlvorrichtung der angegebenen Anordnung durch wenigstens einen Teil der Abgasrückführung geleitet sein. Auf diese Weise kann ein durch die Abgasrückführung in den Ansaugtrakt geleiteter Abgasstrom weiter verringert werden, da nun ein Teil des durch die Abgasrückführung strömenden Abgases als an der Abgasturbine vorbeizuleitendes Abgas verwendet wird. Auf diese Weise wird die Maximalleistung der Abgasrückführung in der oben genannten Weise gesteigert.According to a further embodiment, at least a part of a channel with the valve and the cooling device of the specified arrangement can be passed through at least part of the exhaust gas recirculation. In this way, an exhaust gas flow conducted into the intake tract by the exhaust gas recirculation can be further reduced, since now part of the exhaust gas flowing through the exhaust gas recirculation is used as exhaust gas to be led past the exhaust gas turbine. In this way, the maximum power of the exhaust gas recirculation is increased in the above manner.
In einer besonderen Weiterbildung kann die Kühlvorrichtung des Wastegatekanals des angegebenen Regelkreises Teil der Abgasrückführung sein. Der Weiterbildung liegt die Überlegung zugrunde, dass die Kühlvorrichtung beispielsweise aus einem Verdampfer aufgebaut sein könnte, der zusätzlichen Kraftstoff verdampft und mit der Verdunstungskälte das an der Abgasturbine vorbeigeleitete Abgas kühlt. Durch die Nutzung der Kühlvorrichtung im Abgasrückführkanal zur Kühlung des an der Abgasturbine vorbeigeleiteten Abgases braucht zur technischen Umsetzung der angegebenen Anordnung in einem Verbrennungsmotor keine zusätzliche Kühlvorrichtung vorgesehen zu werden, um die angegebene Anordnung aufzubauen, was die Kosten zur Herstellung des Verbrennungsmotors weiter reduziert. In a particular embodiment, the cooling device of the wastegate channel of the specified control loop can be part of the exhaust gas recirculation. The further development is based on the consideration that the cooling device could be constructed, for example, from an evaporator, which evaporates additional fuel and cools the exhaust gas conducted past the exhaust gas turbine with the evaporative cooling. By using the cooling device in the exhaust gas recirculation channel for cooling the exhaust gas passed past the exhaust gas, no additional cooling device needs to be provided for the technical implementation of the specified arrangement in an internal combustion engine to build the specified arrangement, which further reduces the cost of manufacturing the internal combustion engine.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann ein Fahrzeug vorgesehen sein, das den obigen Verbrennungsmotor zu seinem Antrieb umfasst.In another aspect, a vehicle may be provided that includes the above internal combustion engine for propulsion thereof.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Einstellen eines Ladedruckes in einem Verbrennungsmotors mit einem Turbolader vorgesehen, das die Schritte Überbrücken einer Abgasturbine des Turboladers mit einem Ventil und Kühlen eines durch das Ventil strömenden Abgases umfasst.In another aspect, there is provided a method of adjusting boost in an internal combustion engine having a turbocharger comprising the steps of bypassing an exhaust turbine of the turbocharger with a valve and cooling exhaust gas flowing through the valve.
Gemäß einer Weiterbildung kann das angegebene Verfahren den Schritt Abgreifen des gekühlten Abgases aus einer Abgasrückführung umfassen, die die Abgasanlage mit einem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors verbindet, was die Maximalleistung der Abgasrückführung wie bereits erwähnt steigert.According to a development, the specified method may include the step of exhausting the cooled exhaust gas from an exhaust gas recirculation, which connects the exhaust system with an intake tract of the internal combustion engine, which increases the maximum exhaust gas recirculation performance, as already mentioned.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, die eingerichtet ist, das obige Verfahren durchzuführen.According to another aspect, there is provided a control device configured to perform the above method.
In einer Weiterbildung weist die Steuervorrichtung einen Speicher und einen Prozessor auf. Dabei ist das angegebene Verfahren in Form eines Computerprogramms in dem Speicher hinterlegt und der Prozessor zur Ausführung des Verfahrens vorgesehen, wenn das Computerprogramm aus dem Speicher in den Prozessor geladen ist.In a development, the control device has a memory and a processor. The specified method is stored in the form of a computer program in the memory and the processor is provided for carrying out the method when the computer program is loaded from the memory into the processor.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:
Beschreibung von Ausführungsformen Description of embodiments
In den Figuren werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.In the figures, like elements are given the same reference numerals and described only once.
Es wird Bezug auf
In der Brennkammer
Die Abgasanlage
Aus Sicht der Abgasanlage
Ein zweites Wastegateventil
Verglichen mit dem durch das zweite Wastegateventil
Eine Steuervorrichtung
Durch die Wastgateventile
In
Der Regelkreis
Als Stellglied besitzt der Temperaturregelkreis
Der Temperaturregelkreis
Zur Einstellung der Solltemperatur
Analog zum Temperaturregelkreis
Der Ladedruckregelkreis
Der Ladedruckregelkreis
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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