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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einem Abgasturbolader, welches einen Motorbetrieb zum Schutz des Abgasstrangs bei hoher Leistung des Verbrennungsmotors vorsieht. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechend arbeitendes Motorsteuergerät.
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Zum technischen Hintergrund wird auf folgende Druckschrift verwiesen: SCHUTTING, E. (u. a.): „Miller- und Atkinson-Zyklus am aufgeladenen Dieselmotor“ in „MTZ Motortechnische Zeitschrift“, 2007, Heft 06, S. 480-485. Hieraus geht ein Verfahren zur Abgastemperaturreduzierung mittels „frühem Einlassschließen“ (Miller-Zyklus) bei Dieselmotoren hervor.
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Zum Schutz der sich im Abgasstrang befindlichen Bauteile werden Otto-Verbrennungsmotoren bei hoher Leistung des Verbrennungsmotors unterstöchiometrisch betrieben, d. h. mit einem Verbrennungsluftverhältnis λ < 1. Synonyme für den unterstöchiometrischen Motorbetrieb sind Betrieb mit Luftmangel oder mit fettem Gemisch. Die Verringerung des Verbrennungsluftverhältnisses auf Werte kleiner 1 wird auch als Anfettung bezeichnet. Der unterstöchiometrische Motorbetrieb führt aufgrund der Verdampfungsenthalpie des Kraftstoffes zu einer Absenkung der Abgastemperatur und damit zur Einhaltung der Grenztemperaturen im Abgasstrang, insbesondere der Turbine des Abgasturboladers und des Abgaskatalysators. Aufgrund der typischerweise motornahen Platzierung des Katalysators und dessen im Vergleich zur Turbine im Allgemeinen niedrigerer Grenztemperatur kann die Grenztemperatur des Katalysator leichter als die Turbinengrenztemperatur überschritten werden. Darüber hinaus kann die Turbinengrenztemperatur durch eine geeignete Materialauswahl weiter erhöht werden, während die Grenztemperatur des Katalysators wegen Alterungsproblemen kaum angehoben werden kann.
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Der unterstöchiometrische Betrieb zum Schutz des Abgasstrangs verursacht höhere Kohlwasserstoff- und CO-Emissionen. Darüber hinaus steigt der Kraftstoffverbrauch des Motors bei unterstöchiometrischem Betrieb merklich an.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors und ein entsprechendes Motorsteuergerät anzugeben, welche die vorstehend beschriebenen Nachteile des unterstöchiometrischen Betriebs zum Schutz des Abgasstrangs bei hoher Leistung ausräumen oder reduzieren.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einem Abgasturbolader. Der Motor umfasst ferner eine Drosseleinrichtung zum Androsseln des Verbrennungsmotors, beispielsweise eine Drosselklappe mit der die Lufteinlassmenge gedrosselt werden kann. Alternativ kann als Drosseleinrichtung eine Einrichtung zum Einstellen eines variablen Einlassventilhubs verwendet werden, wobei zur Androsselung dann der Hub der Einlassventile reduziert wird. Vorzugsweise handelt es sich um einen Motor mit Abgasturbolader, vollvariablem Einlassventilhub und Direkteinspritzung.
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Bei dem Verfahren ist ein Hochleistungsbetriebsbereich des Verbrennungsmotors über der Drehzahl und dem Drehmoment des Verbrennungsmotors definiert, beispielsweise in einem Kennfeld zur Kennfeldsteuerung.
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Beim konventionellen Vorgehen wechselt bei Zunahme der Motorleistung und Erreichen des Hochleistungsbetriebsbereichs der Verbrennungsmotor in einen unterstöchiometrischen Motorbetrieb (λ < 1) zum Schutz des Abgasstrangs.
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Erfindungsgemäß wechselt bei Zunahme der Motorleistung im Fall des Erreichens des Hochleistungsbetriebsbereichs der Verbrennungsmotor in einen Motorbetrieb zum Schutz des Abgasstrangs, wobei hierbei (gegenüber dem Zustand vor Erreichen des Hochleistungsbetriebsbereichs) der Verbrennungsmotor (trotz Erhöhung der Leistung) mittels der Drosseleinrichtung angedrosselt (falls der Verbrennungsmotor vorher nicht angedrosselt war) oder stärker angedrosselt wird (falls dieser vorher schon angedrosselt war). Außerdem werden im Wesentlichen gleichzeitig der Abgasmassenstrom über die Turbine des Abgasturboladers und/oder der Ladedruck erhöht. Beispielsweise werden bei einer Ladedruckregelung durch ein Wastegate der Abgasmassenstrom und dadurch der Ladedruck erhöht, alternativ wird beispielsweise bei einer Ladedruckregelung mittels verstellbarer Turbinen-Geometrie (VTG) durch Verstellung der Leitschaufeln der Ladedruck erhöht. Die Erhöhung des Abgasmassenstroms bzw. des Ladedrucks ist dabei typischerweise größer als zur Erhöhung der Motorleistung notwendig wäre, da die Leistungseinbuße durch die Androsselung ausgeglichen werden muss. Vorzugsweise wird vor Erreichen des Hochleistungsbetriebsbereiches der Verbrennungsmotor im Wesentlichen über die Drosseleinrichtung nicht angedrosselt und dann im Fall des Erreichens des Hochleistungsbereichs angedrosselt.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei Androsselung (oder stärkerer Androsselung) der Abgasmassenstrom über die Turbine des Abgasturboladers und/oder der Ladedruck erhöht werden muss, um die gleiche Leistung zu erzielen wie ohne Androsselung (bzw. geringerer Androsselung). Bei Erhöhung der Leistung muss bei Androsselung der Abgasmassenstrom über die Turbine des Abgasturboladers und/oder der Ladedruck deutlich mehr erhöht werden als ohne Androsselung zur Einstellung der erhöhten Leistung notwendig wäre. Durch diese zusätzliche Erhöhung wird dem Abgas in der Turbine entsprechend mehr Energie als ohne die erfindungsgemäße Maßnahme entzogen. Hierdurch kann die Gastemperatur nach der Turbine des Abgasturboladers und am Eintritt des Katalysators im Vergleich zu der Situation ohne die erfindungsgemäße Maßnahme reduziert werden.
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Dieser Temperaturvorteil hinsichtlich des Abgases am Eintritt des Katalysators kann dazu genutzt werden, in einem Hochleistungsbetriebsbereich des Motors auf einen die Temperatur senkenden unterstöchiometrisch Betrieb zu verzichten oder dann zumindest mit reduzierter Anfettung des Motors zu arbeiten als ohne die erfindungsgemäße Maßnahme (d. h. das Verbrennungsluftverhältnis A wird weniger stark gegenüber 1 abgesenkt). In diesem Fall bleibt die Temperatur in etwa auf gleichem Niveau wie ohne die erfindungsgemäße Maßnahme, jedoch liegt das Verbrennungsluftverhältnis A auf höherem Niveau als ohne die erfindungsgemäße Maßnahme. Hierdurch können die vorstehend genannten Nachteile des unterstöchiometrischen Betriebs zum Schutz des Abgasstrangs bei hoher Leistung so ausgeräumt oder zumindest reduziert werden.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass bei Erreichen des Hochleistungsbetriebsbereich sowohl die vorstehend beschriebene Androsselung des Motors in Verbindung mit der entsprechend erhöhten Aufladung des Motors als auch eine Verringerung des Verbrennungsluftverhältnisses A auf einen Wert kleiner 1 erfolgen. Hierbei kann die Verringerung des Verbrennungsluftverhältnisses λ aber weniger stark als ohne die vorstehend beschriebene Androsselung des Motors in Verbindung mit der entsprechend erhöhten Aufladung des Motors ausfallen.
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Bei dem Abgasturbolader kann es sich beispielsweise um einen Abgasturbolader handeln, bei dem der Ladedruck durch den Öffnungsgrad eines parallel zur Turbine geschalteten Wastegate geregelt wird. Bei Schließen des Wastegates nimmt der Abgasmassenstrom über der Turbine zu, wodurch sich der Ladedruck erhöht. Alternativ kann beispielsweise ein Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie (VTG) verwendet werden, wobei der Ladedruck durch Verstellung der Turbinengeometrie erhöht werden kann.
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Vorzugsweise wird unmittelbar vor Erreichen des Hochleistungsbetriebsbereiches der Verbrennungsmotor im Wesentlichen nicht mehr angedrosselt. Falls der Hochleistungsbetriebsbereich dann erreicht wird, wird der Verbrennungsmotor je nach eingestellter Leistung dann angedrosselt.
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Aufgrund der Masse eines Katalysators und der damit einhergehenden Wärmekapazität wird typischerweise die Bauteilschutztemperatur im Sinne einer Grenztemperatur des Katalysators erst einige Sekunden nach Erreichen des Hochleistungsbetriebsbereichs erreicht oder überschritten. In diesem Zeitfenster kann der Motor unter Beachtung der Bauteilschutztemperatur des Turboladers wie vor Erreichen des Hochleistungsbetriebsbereichs mit stöchiometrischem Verbrennungsluftverhältnis (λ = 1) oder überstöchiometrischem Verbrennungsluftverhältnis (λ > 1) betrieben werden. Erst wenn beispielsweise die Bauteilschutztemperatur des Katalysators nach einer bestimmten Zeit erreicht oder überschritten wird (oder kurz davor), wird in einen entsprechenden Motorbetrieb zum Schutz des Abgasstrangs mit entsprechenden Maßnahmen zur Einhaltung der Bauteilschutztemperatur gewechselt.
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Gemäß einer Ausführungsform kann daher vorgesehen sein, dass bei Erreichen des Hochleistungsbetriebsbereichs der Verbrennungsmotor zunächst nicht sofort in den erfindungsgemäßen Motorbetrieb zum Schutz des Abgasstrangs wechselt, bei dem der Motor angedrosselt wird und der Motor entsprechend stärker aufgeladen wird. Stattdessen wechselt der Verbrennungsmotor erst nach Erfüllen einer Umschaltbedingung in diesen Motorbetrieb.
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Als Umschaltbedingung kann beispielsweise das Erreichen oder alternativ das Überschreiten einer bestimmten auf den Abgasstrang bezogenen Grenztemperatur vorgesehen werden, beispielsweise das Erreichen oder Überschreiten der Grenztemperatur des Katalysators. Alternativ kann die Umschaltbedingung beispielsweise in dem Verstreichen einer vorgegebenen Zeitspanne bestehen.
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Das Erreichen oder Überschreiten einer Grenztemperatur kann beispielsweise durch eine im Steuergerät hinterlegte Funktion erkannt werden, die die Temperatur modelliert. Alternativ kann ein Temperatursensor im oder am Katalysator (insbesondere an dessen Eingang) vorgesehen werden, dessen gemessene Temperatur mit der Grenztemperatur verglichen wird.
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Innerhalb des Hochleistungsbetriebsbereichs nimmt typischerweise mit Zunahme der Drehzahl oder mit Zunahme des Drehmoments die Androsselung des Motors über die Drosseleinrichtung im Wesentlichen zu, d. h. im Wesentlichen je höher die Leistung des Motors im Hochleistungsbetriebsbereich ist, desto größer ist die Androsselung des Motors.
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Durch die erfindungsgemäß vorgesehene entsprechend hohe Anhebung des Ladedruckniveaus zur Reduzierung der Temperatur des Abgases vor dem Katalysator steigt bei gleichem Ladeluftkühler die im Fahrzeug zu realisierende Saugrohrtemperatur (obwohl aufgrund des höheren Temperaturunterschieds zwischen Umgebung und Ladeluft mehr Wärme abgeführt werden kann). Die erhöhte Lufttemperatur am Saugrohr verschiebt die Verbrennung aufgrund größerer Klopfneigung zu wirkungsgradungünstigen Verbrennungslagen. Dieser Effekt wird noch durch die reduzierte Anfettung verstärkt, d. h. die Klopfneigung wird durch die reduzierte Anfettung erhöht. Beide Aspekte, d. h. die Erhöhung der Saugrohrtemperatur und die reduzierte Anfettung, führen nämlich zu einem Anstieg der Verdichtungsendtemperatur (d. h. die am Ende des Verdichtungstaktes herrschende Temperatur im Brennraum), wodurch die Klopfneigung des Motors erhöht wird.
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Der Erhöhung der Verdichtungsendtemperatur kann durch eine Absenkung des effektiven Verdichtungsverhältnisses entgegen gewirkt werden. Zur Verringerung des effektiven Verdichtungsverhältnisses kann der Zeitpunkt, an dem die Einlassventile schließen, zeitlich auf einen gegenüber dem unteren Totpunkt früheren Zeitpunkt verschoben werden. Dies wird auch als „frühes Einlass schließt“ bezeichnet. Wenn nämlich die Einlassventile eines Zylinders im unteren Totpunkt (oder kurz danach mit entsprechenden Nachladeeffekten) geschlossen werden, wird die maximal mögliche Luftmenge angesaugt und das Verdichtungsverhältnis ist maximal. Wenn aber die Einlassventile zu einem früheren Zeitpunkt (d. h. vor dem unteren Totpunkt) geschlossen werden, wird das Verdichtungsverhältnis verringert.
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Dieses auch als Miller-Cycle bezeichnete Verfahren, bei dem der Zeitpunkt des Schließens des Einlasses nach früh verschoben wird, führt zu einer Absenkung der Verdichtungsendtemperatur und kann somit den negativen Effekt durch die höhere Aufladung ausgleichen und teilweise sogar überkompensieren. Es können somit ähnliche, teilweise sogar bessere Verbrennungslagen als bei einem konventionellen Brennverfahren erreicht werden.
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Erfindungsgemäß wird vorzugsweise im Fall des Erreichens des Hochleistungsbetriebsbereichs (entweder unmittelbar bei Erreichen dieses Bereichs oder nach Erfüllen der vorstehend beschriebenen Umschaltbedingung) der Zeitpunkt des Einlass-Schließens auf einen früheren Zeitpunkt verschoben, der vor dem unteren Totpunkt liegt.
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Ein frühes Einlass schließt kann durch eine Nockenwellenverstellung des Typs Vanos (variable Nockenwellen-Steuerung) der Anmelderin erreicht werden. Diese ermöglicht eine Frühverstellung des gesamten Ventilhubverlaufes und somit auch des Zeitpunktes des Einlass-Schließens.
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Das frühe Einlass schließt kann zu einer höheren Ventilüberschneidung im oberen Totpunkt des Ladungswechsels und damit zu Füllungsgradnachteilen und/oder hohen Restgasanteilen führen, sofern auch der Einlass früher öffnet (was bei einer Frühverstellung des gesamten Ventilhubverlaufes der Fall ist). Diesem Effekt kann beispielsweise bei einem Verbrennungsmotor mit variablem Auslassventilhub entgegen gewirkt werden. Bei variablem Auslassventilhub kann die Auslass-Öffnungsdauer und damit die Ventilüberschneidung reduziert werden.
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Erfindungsgemäß werden daher vorzugsweise bei Verschieben des Zeitpunkts des Einlass-Schließens auf einen frühen Zeitpunkt vor dem unteren Totpunkt zusätzlich mittels eines Auslassventiltriebs mit variablem Ventilhub der Auslassventilhub und damit die Öffnungsdauer der Auslassventile verringert, so dass die Ventilüberschneidung gegenüber der Situation ohne Verringerung des Auslassventilhubs verringert wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Zuhilfenahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand zweier Ausführungsbeispiele beschrieben. In diesen zeigen:
- 1 einen beispielhaften Turbo-Ottomotor mit Abgasstrang; und
- 2 ein Kennfeld zur Steuerung des Verbrennungsmotors über der Motordrehzahl und dem Motordrehmoment.
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Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass bei Androsselung des Motors die Aufladung des Motors erhöht werden muss, um die gleiche oder eine erhöhte Leistung zu erhalten. Durch die starke Aufladung wird dem Abgas in der Turbine mehr Energie entzogen, was eine abgesenkte Gastemperatur nach der Turbine und am Eintritt des Katalysators zu Folge hat. Da meist die Grenztemperatur des Katalysators ohnehin vor jener der Turbine erreicht wird, kann somit durch der Anfettungsbedarf des Motors reduziert werden.
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Erfindungsgemäß werden daher im Fall des Erreichens eines definierten Hochleistungsbereichs der Verbrennungsmotor mittels einer Drosseleinrichtung angedrosselt oder stärker angedrosselt und im Wesentlichen gleichzeitig der Abgasmassenstrom über die Turbine des Abgasturboladers und/oder der Ladedruck erhöht.
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Die Androsselung kann wahlweise über die Drosselklappe oder eine Reduzierung des Einlassventilhubes im Fall eines hubvariablen Ventiltriebes erfolgen.
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Bei aufgeladenen Motoren werden beispielsweise der Abgasmassenstrom über die Turbine und dadurch der Ladedruck durch ein Wastegate geregelt, welches das Verhältnis von dem über die Turbine geleiteten Massenstrom, zu jenem Massenstrom, der an der Turbine vorbei geleitetet wird, einstellt.
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In 1 ist ein entsprechender Ottomotor mit Abgasturbolader schematisch dargestellt. Der Motor umfasst einen Verdichter 1, einen Ladeluftkühler LLK, mehrere Brennkammern 2 mit jeweils einem oder mehreren Einlassventilen 3 und einem oder mehreren Auslassventilen 4. Ferner ist eine Turbine 5, eine parallel dazu angeordnete Bypass-Leistung 6 mit Ventil 7 (Wastegate) sowie ein Abgaskatalysator Kat vorgesehen.
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Die Verringerung des Durchflussstromes durch das Ventil 7 der Bypass-Leitung 6 zur Erhöhung der Aufladung führt zu folgenden Effekten:
- - Anstieg des Abgasmassenstromes, der über die Turbine 5 geleitet wird, sowie Anstieg des Abgasgegendruckes vor der Turbine 6 und damit Anstieg der Temperatur TVT vor der Turbine 5;
- - Anstieg der dem Abgas in der Turbine 5 entzogenen Enthalpie mit der Folge einer reduzierten Temperatur nach der Turbine 5 und der Katalysator- Eintrittstemperatur TVK; und
- - Anstieg des Ladedrucks PSR im Saugrohr, Anstieg der Temperatur TNV nach dem Verdichter 1 und somit auch Anstieg der Temperatur TSR im Saugrohr.
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Bei der Auslegung des Motors (Motorapplikation) kann die Aufladung nun soweit erhöht werden, bis die Temperatur TVT vor der Turbine 5 eine maximal zulässige Grenztemperatur erreicht. Gleichzeitig sinkt aber die Temperatur TVK vor dem Katalysator Kat. Somit kann die bisher zur Kühlung notwendige Anfettung soweit zurückgenommen werden (wodurch die Temperatur TVT und TVK wieder steigen), bis maximal eine oder beide Grenztemperaturen (nämlich für die Turbine 5 und für den Katalysator Kat) erreicht werden. Diese Auslegung kann zum Schutz des Abgasstrangs im Hochleistungsbetriebsbereich verwendet werden.
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2 zeigt ein Kennfeld zur Steuerung des Verbrennungsmotors über der Motordrehzahl und dem Motordrehmoment. In dem Kennfeld sind Motorbetriebsparameter abgelegt, die die Aufladung (d. h. den Ladedruck) und die Androsselung über die Drosseleinrichtung (Drosselklappe und/oder Ventiltrieb mit variablem Einlassventilhub) betreffen.
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Das Kennfeld weist einen ersten Kennfeldbereich A auf (unterhalb der Linie 20), in dem der Verbrennungsmotor im Wesentlichen saugmotorisch betrieben wird (d. h. bei maximal geöffnetem Bypass-Ventil 7). Die Last wird hier rein über den Grad der Drosselung eingestellt. Bei maximalem Öffnungsgrad der Drosseleinrichtung (d. h. ohne Androsseln) kann das Drehmoment ausgehend von Linie 20 dadurch weiter erhöht werden, dass das Bypass-Ventil 7 je nach Lastanforderung mehr oder weniger geschlossen wird, so dass entsprechend der Stellung des Bypass-Ventils 7 der Ladedruck PSR zunimmt. Dieser aufgeladene Betrieb ohne Androsseln findet im Kennfeldbereich B statt, der oberhalb der Linie 20 liegt.
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Ferner ist ein Hochleistungsbetriebsbereich C (oberhalb der Linie 30) über der Drehzahl und dem Drehmoment definiert, bei dem Maßnahmen zum Schutz des Abgasstrangs aufgrund der hohen Leistung vorgesehen sind. Dieser Hochleistungsbetriebsbereich C grenzt in 2 im Wesentlichen an den Kennfeldbereich B an, in dem nicht angedrosselt wird. Lediglich bei sehr hohen Drehzahlen grenzt in 2 der Hochleistungsbereich C an den saugmotorischen Kennfeldbereich A an.
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Bei einem konventionellen Verbrennungsmotor wird bei einer Leistungszunahme und Erreichen des Hochleistungsbetriebsbereichs C angefettet, d. h. das Verbrennungsluftverhältnis von einem Verbrennungsluftverhältnis λ gleich 1 oder größer 1 auf ein Verbrennungsluftverhältnis kleiner 1 reduziert, woraus eine Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs und erhöhte Abgasemissionen resultieren. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme kann bei Erreichen des Hochleistungsbetriebsbereichs C die Anfettung reduziert oder gar vollständig unterbleiben. Hierzu wird bei Erreichen des Hochleistungsbetriebsbereichs C im Rahmen einer Zunahme der Motorleistung der Verbrennungsmotor trotz der Leistungszunahme mittels der Drosseleinrichtung angedrosselt. Um die erhöhte Leistung zu erzielen, muss dann die Aufladung (d. h. der Ladedruck) deutlich stärker erhöht werden als ohne Androsselung. Dies führt tendenziell zu einem Temperaturvorteil hinsichtlich der Temperatur TVK am Einlass des Katalysators Kat, wodurch im Hochleistungsbetriebsbereich C die Anfettung geringer als bei konventionellen Verbrennungsmotoren ausfallen kann oder gar auf die Anfettung verzichtet werden kann.
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Bei einer ersten Ausführungsform erfolgt die Umschaltung in einen angedrosselten Motorbetrieb mit entsprechend erhöhtem Ladedruck PSR zeitlich direkt bei Überschreiten der Grenzlinie 30.
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In einer alternativen zweiten Ausführungsform für die Motorsteuerung kann vorgesehen sein, dass der Verbrennungsmotor zeitlich später, nämlich nach Erfüllen einer Umschaltbedingung, in diesen Motorbetrieb wechselt. Die Motivation hierfür ist, dass aufgrund der Masse des Katalysators Kat und der damit einhergehenden Wärmekapazität die Bauteilschutztemperatur des Katalysators Kat typischerweise erst einige Sekunden nach Erreichen des Hochleistungsbetriebsbereichs erreicht oder überschritten wird. In diesem Zeitfenster kann der Motor unter Beachtung der Bauteilschutztemperatur des Turboladers mit dem gleichen stöchiometrischem (λ = 1) oder überstöchiometrischem (λ > 1) Verbrennungsluftverhältnis wie vor Erreichen des Hochleistungsbetriebsbereichs C betrieben werden. Erst wenn beispielsweise die Bauteilschutztemperatur des Katalysators Kat innerhalb einer bestimmten Zeit ab Erreichen des Hochleistungsbetriebsbereichs C erreicht wird (oder kurz vor Erreichen der Bauteilschutztemperatur), wird in einen entsprechenden Motorbetrieb zum Schutz des Abgasstrangs mit entsprechenden Maßnahmen zur Einhaltung der Bauteilschutztemperatur gewechselt.
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Beispielsweise kann die Motorsteuerung gemäß der zweiten Ausführungsform in folgender Weise ablaufen:
- Zunächst erfolgt im Kennfeldbereich A oder B durch eine entsprechende Betätigung des Fahrpedals eine erhöhte Lastanforderung durch den Fahrer.
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Das gewünschte erhöhte Drehmoment wird durch folgende Maßnahmen aufgebaut: Falls die Erhöhung des Drehmoments im Kennfeldbereich A beginnt, wird die Androsselung durch Öffnen der Drosselklappe oder Erhöhen des Eingangsventilhub zurückgenommen. Außerdem wird die Luftmasse über das Wastegate-Ventil 7 geregelt. Es wird ein für das Wunschdrehmoment erforderlicher Ladedruck eingestellt. Die Einstellungen des Motors (Drosselklappe, Ventilhub, Steuerzeiten an Ein- und Auslassseite) werden vorzugsweise so gewählt, dass ein schnellstmöglicher Ladedruckaufbau und damit Drehmomentaufbau erreicht wird. Beim Drehmomentaufbau wird die Linie 30 überschritten und der Kennfeldbereich C erreicht. Trotz Überschreiten der Linie 30 wird zunächst noch nicht in einen entsprechenden Motorbetrieb zum Schutz des Abgasstrangs gewechselt. Stattdessen wird der Betrieb mit dem gleichen stöchiometrischem (λ = 1) oder überstöchiometrischem (λ > 1) Verbrennungsluftverhältnis wie vor Erreichen des Hochleistungsbetriebsbereichs C für eine kurze Dauer beibehalten. Es wird erst in den Motorbetrieb zum Schutz des Abgasstrangs gewechselt, wenn eine gemessene oder anderweitig bestimmte Temperatur größer (oder alternativ größer gleich) als eine Grenztemperatur des Katalysators Kat wird. Zur Bestimmung der Temperatur kann ein Temperatursensor im Abgasstrang verwendet werden, beispielsweise im Abgasstrang kurz vor dem Katalysator Kat oder im Katalysator Kat. Alternativ kann die Temperatur auch im Motorsteuergerät bestimmt werden, beispielsweise durch Berechnung über eine im Motorsteuergerät hinterlegte Funktion. Ferner wäre es auch denkbar, nach einer vorgegebenen Zeitspanne in den Motorbetrieb zum Schutz des Abgasstrangs zu wechseln, ohne einen Temperaturvergleich durchzuführen.
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Falls die Temperatur die vorstehend genannte Bedingung erfüllt, wird in den Motorbetrieb zum Schutz des Abgasstrangs gewechselt. Durch entsprechende Ansteuerung des Wastegate-Ventils 7 wird der Öffnungsgrad des Wastegate-Ventil 7 verringert, so dass im Vergleich zu dem Motorbetrieb vor Erfüllen der Bedingung mehr Abgasmassenstrom über die Turbine 5 geleitet wird. Dies führt zu folgenden Effekten:
- Ein erhöhter Anteil des Abgases wird in der Turbine 5 im Druck entspannt und gibt somit mehr Energie an die Turbine 5 ab. Dabei sinkt die Temperatur des gesamten Abgases nach der Turbine 5 und die Katalysator-Eintrittstemperatur TVK ist niedriger. Zum Halten der Bauteilschutztemperatur des Katalysators Kat muss im Vergleich zu der Situation ohne Erhöhung des Abgasmassenstroms weniger oder überhaupt nicht angefettet werden.
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Ferner steigt der Ladedruck PSR im Saugrohr an. Außerdem nimmt die Temperatur TNV nach dem Verdichter 1 und die Temperatur am Eingang des Ladeluftkühlers LLK zu. Aufgrund des angestiegenen Ladedrucks PSR im Saugrohr würde die in den Brennraum eingebrachte Luftmasse ansteigen. Daher ist es nötig, im Wesentlichen gleichzeitig mit der Erhöhung der Aufladung den Motor über den Eingangsventilhub oder die Drosselklappe anzudrosseln, um ein dem Wunschdrehmoment entsprechendes Drehmoment beizubehalten.
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Die Motorsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform kann beispielsweise in folgender Weise ablaufen:
- Zunächst erfolgt im Kennfeldbereich A oder B durch eine entsprechende Betätigung des Fahrpedals eine erhöhte Lastanforderung durch den Fahrer. Das gewünschte erhöhte Drehmoment wird durch folgende Maßnahmen aufgebaut: Falls die Erhöhung des Drehmoments im Kennfeldbereich A beginnt, wird die Androsselung durch Öffnen der Drosselklappe oder Erhöhen des Eingangsventilhub zurückgenommen. Außerdem wird der Abgasmassenstrom über das Wastegate-Ventil 7 geregelt. Es wird ein für das Wunschdrehmoment erforderlicher Ladedruck eingestellt. Beim Drehmomentaufbau wird die Linie 30 überschritten und der Kennfeldbereich C erreicht. Bei Überschreiten der Linie 30 wird direkt in den Motorbetrieb zum Schutz des Abgasstrangs gewechselt. Hierbei wird der Motor über den Eingangsventilhub oder die Drosselklappe angedrosselt und durch entsprechende Ansteuerung des Wastegate-Ventils 7 wird der Öffnungsgrad des Wastegate-Ventil 7 verringert.
