DE102013221326A1 - Method for controlling a boost pressure of an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Ladedrucks (12) eines Verbrennungsmotors (1), wobei der Verbrennungsmotor (1) ein Gemisch aus Luft und Brennstoff verbrennt und einen Abgasturbolader (2) umfasst, wobei der Abgasturbolader (2) eine Turbine (3) aufweist, die durch einen Abgasmassenstrom (4) des Verbrennungsmotors (1) angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Ladedrucks (12) in einem ersten Bereich (16), in dem die Drehzahl des Verbrennungsmotors (1) eine erste Drehzahl (13) überschreitet, aber unterhalb einer zweiten Drehzahl (14) verbleibt, durch eine Vergrößerung des Anteils der Luft in dem Gemisch und in einem zweiten Bereich (17), in dem die Drehzahl des Verbrennungsmotors die zweite Drehzahl (14) überschreitet, durch ein zusätzliches Öffnen eines Bypasses (5) der Turbine (3) des Abgasturboladers (2) erreicht wird.The present invention relates to a method for regulating a boost pressure (12) of an internal combustion engine (1), wherein the internal combustion engine (1) burns a mixture of air and fuel and comprises an exhaust gas turbocharger (2), wherein the exhaust gas turbocharger (2) comprises a turbine (3 ), which is driven by an exhaust gas mass flow (4) of the internal combustion engine (1), characterized in that the regulation of the boost pressure (12) in a first region (16), in which the rotational speed of the internal combustion engine (1) a first rotational speed ( 13), but remains below a second speed (14), by increasing the proportion of air in the mixture and in a second area (17) in which the speed of the internal combustion engine exceeds the second speed (14) by an additional one Opening a bypass (5) of the turbine (3) of the exhaust gas turbocharger (2) is achieved.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Ladedrucks eines Verbrennungsmotors. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Steuergerät, auf dem ein solches Verfahren ausführbar ist.The present invention relates to a method for controlling a boost pressure of an internal combustion engine. Furthermore, the invention relates to a control device on which such a method is executable.
Bei Verbrennungsmotoren mit Abgasturbolader, wie diese oftmals in Kraftfahrzeugen eingesetzt sind, wird eine Ladedruckregelung benötigt. Da der Abgasturbolader den Ladedruck in Abhängigkeit von dem Abgasmassenstrom erzeugt, steigt der Ladedruck mit steigendem Abgasmassenstrom an. Um zu verhindern, dass der Ladedruck eine zulässige Grenze überschreitet, wird dieser durch die Ladedruckregelung begrenzt.In internal combustion engines with turbocharger, as they are often used in motor vehicles, a boost pressure control is needed. Since the exhaust gas turbocharger generates the boost pressure as a function of the exhaust gas mass flow, the boost pressure increases with increasing exhaust gas mass flow. To prevent the boost pressure exceeding a permissible limit, this is limited by the boost pressure control.
Die Ladedruckregelung wird zumeist derart ausgeführt, dass ein Bypassventil des Turboladers geöffnet wird. So wird ein Teil des Abgasmassenstroms an dem Abgasturbolader vorbeigeleitet, so dass der Volumenstrom zum Antrieb des Abgasturboladers sinkt. Dieses Verfahren ist beispielsweise aus der
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Regelung eines Ladedrucks eines Verbrennungsmotors bereitzustellen, dass bei einfacher Ausführbarkeit einen sicheren und verbrauchsarmen Betrieb des Verbrennungsmotors ermöglicht.It is an object of the invention to provide a method for controlling a boost pressure of an internal combustion engine that enables safe and low-consumption operation of the internal combustion engine with ease of execution.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Regelung eines Ladedrucks eines Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Der Verbrennungsmotor verbrennt ein Gemisch aus Luft und Brennstoff und umfasst einen Abgasturbolader, der dem Verbrennungsmotor die Luft zuführt. Durch den Abgasturbolader ist die Luft des Gemischs vorteilhaft komprimierbar, so dass die Luft dem Motor unter einem durch den Abgasturbolader erzeugbaren Ladedruck zuführbar ist. Dazu umfasst der Abgasturbolader eine Turbine, die durch einen Abgasmassenstrom des Verbrennungsmotors angetrieben wird. Weiterhin umfasst der Abgasturbolader bevorzugt einen Verdichter, mit dem der Ladedruck erzeugbar ist. Erfindungsgemäß sind zumindest zwei Drehzahlbereiche vorhanden, in denen die erfindungsgemäße Regelung des Ladedrucks unterschiedlich erfolgt. So ist ein erster Bereich vorhanden, in dem die Drehzahl des Verbrennungsmotors eine erste Drehzahl überschreitet aber unterhalb einer zweiten Drehzahl verbleibt. In dem ersten Bereich wird der Ladedruck bevorzugt nicht begrenzt, wobei dennoch bevorzugt eine Belastung des Motors verringert wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Anteil an Luft in dem Gemisch vergrößert wird. Ebenso ist ein zweiter Bereich vorhanden, in dem die Drehzahl des Verbrennungsmotors die zweite Drehzahl überschreitet. In diesem Bereich findet erfindungsgemäß eine Ladedruckbegrenzung statt, wobei dies bevorzugt zusätzlich zu der Regelung aus dem ersten Bereich geschieht. Erfindungsgemäß wird dazu ein Bypass der Turbine des Abgasturboladers geöffnet.The object is achieved by a method for regulating a boost pressure of an internal combustion engine with the features of the independent claim. The internal combustion engine burns a mixture of air and fuel and includes an exhaust gas turbocharger, which supplies the air to the internal combustion engine. By the exhaust gas turbocharger, the air of the mixture is advantageously compressible, so that the air is supplied to the engine under a charge pressure generated by the exhaust gas turbocharger. For this purpose, the exhaust gas turbocharger comprises a turbine which is driven by an exhaust gas mass flow of the internal combustion engine. Furthermore, the exhaust gas turbocharger preferably comprises a compressor, with which the boost pressure can be generated. According to the invention, at least two speed ranges are present in which the regulation of the boost pressure according to the invention takes place differently. Thus, a first region is present in which the rotational speed of the internal combustion engine exceeds a first rotational speed but remains below a second rotational speed. In the first region, the boost pressure is preferably not limited, but still preferably a load on the engine is reduced. This is inventively achieved in that the proportion of air in the mixture is increased. Likewise, a second region is present in which the rotational speed of the internal combustion engine exceeds the second rotational speed. In this area, a charge pressure limitation takes place according to the invention, wherein this is preferably done in addition to the regulation from the first area. According to the invention, a bypass of the turbine of the exhaust gas turbocharger is opened for this purpose.
Der zweite Bereich ist bevorzugt durch eine dritte Drehzahl begrenzt. Somit ist ein dritter Bereich vorhanden, in dem die Drehzahl des Verbrennungsmotors die dritte Drehzahl überschreitet. In diesem Bereich findet bevorzugt eine Regelung des Ladedrucks derart statt, dass ausschließlich der Bypass geöffnet wird. Somit findet insbesondere die zusätzliche Regelung aus dem ersten Bereich, d. h. ein Erhöhen des Anteils der Luft des Gemischs, im Gegensatz zu dem zweiten Bereich, im dritten Bereich nicht statt.The second region is preferably limited by a third rotational speed. Thus, there is a third range in which the rotational speed of the internal combustion engine exceeds the third rotational speed. In this area preferably takes place a regulation of the boost pressure such that only the bypass is opened. Thus, especially the additional control from the first area, i. H. increasing the proportion of the air of the mixture, as opposed to the second area, does not take place in the third area.
Besonders bevorzugt wird im dritten Bereich der Anteil der Luft in dem Gemisch verringert. Auf diese Weise ist das Gemisch für die Drehzahl innerhalb des dritten Bereichs optimierbar, so dass das der Verbrennungsmotor sehr effizient betreibbar ist.Particularly preferably, the proportion of air in the mixture is reduced in the third range. In this way, the mixture for the speed within the third range can be optimized, so that the internal combustion engine is very efficient operable.
Ebenso ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Ladedruck in dem dritten Bereich gesenkt wird. Da in dem dritten Bereich Drehzahlen vorliegen, durch die Belastungsgrenzen des Verbrennungsmotors überschritten werden können, wird der Ladedruck in diesem Bereich bevorzugt gesenkt, um den Verbrennungsmotor nicht zu überlasten. Somit stellt die erfindungsgemäße Regelung gemäß dieser Ausführungsform einen sicheren und zuverlässigen Betrieb des Verbrennungsmotors sicher.Likewise, it is particularly preferred that the boost pressure in the third area is lowered. Since rotational speeds are present in the third range through which the load limits of the internal combustion engine can be exceeded, the charge pressure in this region is preferably lowered so as not to overload the internal combustion engine. Thus, the control according to the invention according to this embodiment ensures safe and reliable operation of the internal combustion engine.
Schließlich ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass im dritten Bereich ein Druck in einer den Abgasmassenstrom führenden Abgasleitung zwischen Verbrennungsmotor und Turbine einen vorbestimmten maximalen Wert nicht überschreitet. Da in dem dritten Bereich hohe Drehzahlen des Verbrennungsmotors vorherrschen, ist auch ein hoher Abgasmassenstrom vorhanden. Da ein zu hoher Abgasmassenstrom den Abgasturbolader aufgrund zu hoher Turboladerdrehzahl beschädigen kann, ist bevorzugt vorgesehen, dass der Druck in der Abgasleitung durch das erfindungsgemäße Verfahren in einer vorteilhaften Ausführungsform begrenzt wird. So ist ein sicherer und zuverlässiger Betrieb des Abgasturboladers möglich.Finally, it is particularly preferably provided that in the third region, a pressure in an exhaust gas pipe leading to the exhaust gas mass flow does not exceed a predetermined maximum value between the internal combustion engine and the turbine. Since high speeds of the internal combustion engine prevail in the third region, a high exhaust gas mass flow is also present. Since too high exhaust gas mass flow can damage the exhaust gas turbocharger due to excessive turbocharger speed, it is preferably provided that the pressure in the exhaust gas line is limited by the inventive method in an advantageous embodiment. So a safe and reliable operation of the exhaust gas turbocharger is possible.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Regelung derart ausgeführt, dass im zweiten Bereich ein vorbestimmter maximaler Anteil an Luft im Gemisch nicht überschritten wird. Somit ist insbesondere ein zuverlässiger Betrieb des Verbrennungsmotors gewährleistet. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass im zweiten Bereich eine vorbestimmte maximale Drehzahl der Turbine nicht überschritten wird. Auf diese Weise wird eine Überlastung der Turbine vorteilhafterweise verhindert. In an advantageous embodiment of the invention, the control is carried out such that in the second region, a predetermined maximum proportion of air in the mixture is not exceeded. Thus, in particular a reliable operation of the internal combustion engine is ensured. Alternatively or additionally, it is provided that in the second region, a predetermined maximum rotational speed of the turbine is not exceeded. In this way, an overload of the turbine is advantageously prevented.
Bevorzugt wird die Regelung derart durchgeführt, dass im ersten Bereich ein Erhöhen des Ladedrucks bis auf einen vorbestimmten maximalen Wert stattfindet. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass die Regelung im zweiten Bereich ein Halten des Ladedrucks auf dem maximalen Wert umfasst. Somit wird die Leistung des Verbrennungsmotors in dem ersten Bereich und/oder in dem zweiten Bereich nicht beschränkt, wobei dennoch sichergestellt ist, dass der Verbrennungsmotor innerhalb der Belastungsgrenzen betrieben wird.Preferably, the control is performed such that in the first region, an increase of the boost pressure takes place up to a predetermined maximum value. Alternatively or additionally, it is provided that the control in the second area comprises holding the boost pressure at the maximum value. Thus, the performance of the internal combustion engine in the first region and / or in the second region is not limited, yet it is ensured that the internal combustion engine is operated within the load limits.
Vorteilhafterweise wird die Regelung des Ladedrucks ausschließlich dann ausgeführt, wenn bei einer gegenwärtigen Drehzahl ein maximaler Ladedruck erreichbar ist. Der Ladedruck wird daher nicht unnötig begrenzt, so dass die Leistung des Verbrennungsmotors durch die erfindungsgemäße Regelung nicht unnötig vermindert wird.Advantageously, the control of the boost pressure is performed exclusively when at a current speed, a maximum boost pressure can be achieved. The boost pressure is therefore not unnecessarily limited, so that the performance of the internal combustion engine is not unnecessarily reduced by the control according to the invention.
Die Feststellung, dass ein maximaler Ladedruck erreichbar ist, wird besonders bevorzugt anhand eines Kennfelds oder anhand einer Kennlinie ausgeführt. Das Kennfeld oder die Kennlinie ist insbesondere für den Verbrennungsmotor individuell bestimmt.The determination that a maximum charge pressure is achievable is particularly preferably carried out on the basis of a characteristic map or on the basis of a characteristic curve. The map or the characteristic is determined individually, in particular for the internal combustion engine.
Insbesondere wird das erfindungsgemäße Verfahren in einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor ausgeführt. Hier wird bevorzugt die Regelung des Ladedrucks ausschließlich bei einer maximal möglichen Gaspedalöffnung ausgeführt. Bei maximaler Gaspedalöffnung wird dem Verbrennungsmotor eine größtmögliche Leistung abverlangt. Daher wird durch die erfindungsgemäße Regelung vorteilhafterweise sichergestellt, dass der Verbrennungsmotor einerseits nicht überlastet wird, andererseits größtmöglich energieeffizient betrieben wird.In particular, the method according to the invention is carried out in a vehicle with an internal combustion engine. Here, the control of the boost pressure is preferably carried out exclusively at a maximum possible accelerator opening. At maximum accelerator opening, the combustion engine is required to achieve the highest possible output. Therefore, it is advantageously ensured by the control according to the invention that the internal combustion engine on the one hand is not overloaded, on the other hand, is operated as energy efficient as possible.
Der Verbrennungsmotor ist bevorzugt ein Ottomotor. Für derartige Motoren stellt der Stand der Technik nur wenig effiziente Abgasturbolader zur Auswahl. Hierbei ist insbesondere problematisch, dass der Stand der Technik einen kleinen Abgasturbolader fordert, der bereits bei einem geringen Abgasmassenstrom einen hohen Ladedruck erzeugt. Auf diese Weise soll das Auftreten eines „Turbolochs”, d. h. ein Ansprechen des Abgasturboladers erst bei höheren Drehzahlen, vermieden werden. Jedoch wird durch derartige kleine Abgasturbolader bei hohen Motordrehzahlen und damit bei einem hohen Abgasmassenstrom eine Begrenzung der Drehzahl des Abgasturboladers durchgeführt, sodass eine ineffiziente Begrenzung des Ladedrucks entsteht. Somit stellt das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft eine Lösung für Ottomotoren dar, die somit effizient und zuverlässig betreibbar sind.The internal combustion engine is preferably a gasoline engine. For such engines, the prior art is only a few efficient exhaust gas turbocharger for selection. This is particularly problematic that the prior art requires a small exhaust gas turbocharger, which generates a high boost pressure even at a low exhaust gas mass flow. In this way, the occurrence of a "turbo lag", i. H. A response of the exhaust gas turbocharger only at higher speeds can be avoided. However, a restriction of the rotational speed of the exhaust-gas turbocharger is carried out by such small exhaust gas turbochargers at high engine speeds and thus at a high exhaust-gas mass flow, so that an inefficient limitation of the boost pressure arises. Thus, the inventive method advantageously represents a solution for gasoline engines, which are thus efficient and reliable operable.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Steuergerät, das insbesondere in einem Fahrzeug einsetzbar ist. Das Steuergerät ist bevorzugt derart eingerichtet, dass dieses das zuvor beschriebene Verfahren ausführt.Furthermore, the invention relates to a control device that can be used in particular in a vehicle. The control unit is preferably set up such that it carries out the method described above.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen istThe invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. In the drawings is
Weiterhin umfasst der Verbrennungsmotor
Somit zeigt
Bei der maximalen Öffnung des Gaspedals wird anhand der Drehzahl des Verbrennungsmotors
Bei der Ermittlung des Ladedrucks
Ausgehend von einer Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors
Ab einer ersten Drehzahl
Durch die Abmagerung verringert sich die Brenngeschwindigkeit des Gemischs innerhalb des Verbrennungsmotors
Ab der zweiten Drehzahl
Daher wird in dem zweiten Bereich
In einem dritten Bereich
Bevorzugt werden während einer Entwicklung des Verbrennungsmotors
Das erfindungsgemäße Verfahren ist unabhängig von einer Größe des Verbrennungsmotors
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Verbrennungsmotorinternal combustion engine
- 22
- Abgasturboladerturbocharger
- 33
- Turbineturbine
- 44
- AbgasmassenstromExhaust gas mass flow
- 55
- Bypassbypass
- 66
- Abgasanlageexhaust system
- 77
- Luftzuführungair supply
- 88th
- Verdichtercompressor
- 99
- LadeluftkühlerIntercooler
- 1010
- Abgasanlageexhaust system
- 1111
- Steuergerätcontrol unit
- 1212
- Ladedruck(-verlauf)Boost pressure (progress message)
- 1313
- erste Drehzahlfirst speed
- 1414
- zweite Drehzahlsecond speed
- 1515
- dritte Drehzahlthird speed
- 1616
- erster (Drehzahl-)Bereichfirst (speed) range
- 1717
- zweiter (Drehzahl-)Bereichsecond (speed) range
- 1818
- dritter (Drehzahl-)Bereichthird (speed) range
- 1919
- maximaler Wert des Ladedrucksmaximum value of the boost pressure
- 2020
- alternativer Ladedruckverlaufalternative boost pressure curve
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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