DE102014223533A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung mit elektromotorischer Unterstützung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (2) mit einer abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung (6), die eine elektromotorische Unterstützung (64) aufweist, mit folgenden Schritten: – Vorgeben (S1) eines Soll-Ladedrucks in einem Ladedruckabschnitt (46) ausgangsseitig eines Verdichters (63) der Aufladeeinrichtung (6) abhängig von einer momentanen Lastanforderung; – Ermitteln (S2) eines Verdichtermassenstroms durch einen Verdichter (63) der Aufladeeinrichtung (6) abhängig von dem vorgegebenen Soll-Ladedruck; – Einstellen (S4) des Verdichtermassenstroms durch den Verdichter (63) durch Nutzung von Abgasenthalpie von Verbrennungsabgas des Verbrennungsmotors (2) und der elektromotorischen Unterstützung (64); – Ansteuern (S3) eines Umluftventils (71) zum Zulassen eines Umluftmassenstroms in einer eine Ausgangsseite und eine Eingangsseite des Verdichters (63) verbindenden Umluftleitung (7).

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft abgasgetriebene Aufladeeinrichtungen mit elektromotorischer Unterstützung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Maßnahmen zum Erhöhen der Dynamik eines Verbrennungsmotors mit Hilfe einer elektromotorisch unterstützten abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung.
  • Stand der Technik
  • Abgasgetriebene Aufladeeinrichtungen, so genannte Abgasturbolader, werden zum Bereitstellen eines erhöhten Ladedrucks in einem Luftzuführungssystem für einen Verbrennungsmotor verwendet. Diese wandeln eine durch die Verbrennungsabgase bereitgestellte Abgasenthalpie in mechanische Energie um. Die mechanische Energie wird als Rotationsenergie bereitgestellt und zum Antreiben eines Verdichters verwendet. Der Verdichter saugt Umgebungsluft an und stellt diese in einem Ladedruckabschnitt des Luftzuführungssystems unter einem gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhten Ladedruck bereit.
  • Wenn insbesondere bei geringen Drehzahlen bzw. Lasten des Verbrennungsmotors die Abgasenthalpie gering ist und daher nicht ausreicht, um einen nach einer Erhöhung der Lastanforderung benötigten Ladedruck bereitzustellen, sind Konzepte bekannt, die abgasgetriebene Aufladeeinrichtung mit einem Elektromotor zu koppeln. Der Elektromotor dient dann als Unterstützung für die Beschleunigung (Hochlauf) der Aufladeeinrichtung durch Bereitstellen eines zusätzlichen Drehmomentes.
  • Eine Form einer solchen Aufladeeinrichtung stellt eine Kopplung der Aufladeeinrichtung mit einem Medienspaltmotor dar, bei dem die Übertragung der Magnetfelder zwischen einem Stator und einem Rotor über die eingangsseitige Luftstrecke der durch den Verdichter angesaugten Umgebungsluft erfolgt.
  • Durch die Verwendung der abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung mit elektromotorischer Unterstützung kann eine höhere Spontaneität erreicht werden, so dass bei sprunghaftem Erhöhen der Lastanforderung ein schnelleres Bereitstellen des geforderten Ladedrucks ermöglicht wird.
  • Bei einer rein abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung erreicht der Verbrennungsmotor bei einer entsprechenden Lastanforderung ausgehend von einem unteren Drehzahlbereich ein Volllastdrehmoment üblicherweise erst zwischen 3 bis 5 Sekunden. Bei Aufladeeinrichtungen mit elektrischer Unterstützung kann diese Zeitspanne auf ca. 1,5 bis 2 Sekunden verkürzt werden, wobei jedoch das angeforderte Lastdrehmoment bereits nach spätestens einer Sekunde von einem Fahrer als angemessenes Dynamikverhalten erwartet wird.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einer abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung mit elektromotorischer Unterstützung gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung und ein Motorsystem gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.
  • Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einer abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung mit elektromotorischer Unterstützung vorgesehen, mit folgenden Schritten:
    • – Vorgeben eines Soll-Ladedrucks in einem Ladedruckabschnitt ausgangsseitig eines Verdichters der Aufladeeinrichtung abhängig von einer momentanen Lastanforderung;
    • – Ermitteln eines Verdichtermassenstroms durch einen Verdichter der Aufladeeinrichtung abhängig von dem vorgegebenen Soll-Ladedruck;
    • – Einstellen des Verdichtermassenstroms durch den Verdichter durch Nutzung von Abgasenthalpie von Verbrennungsabgas des Verbrennungsmotors und der elektromotorischen Unterstützung;
    • – Ansteuern eines Umluftventils zum Zulassen eines Umluftmassenstroms in einer eine Ausgangsseite und eine Eingangsseite des Verdichters fluidisch verbindende Umluftleitung.
  • Eine Idee des obigen Verfahrens besteht darin, eine Vorlaufstrategie für eine abgasgetriebene Aufladeeinrichtung mit elektromotorischer Unterstützung zur Verfügung zu stellen, die ein Umluftventil nutzt, das eine stromabwärtige Seite des Verdichters der Aufladeeinrichtung mit einer stromaufwärtigen Seite verbindet. Um einen schnellen Aufbau des Ladedrucks zu ermöglichen, ist vorgesehen, das Umluftventil so anzusteuern, dass ein Mindestluftmassendurchsatz durch den Verdichter in der Umluftleitung erreicht wird. Auf diese Weise wird durch den Verdichter geförderte Frischluft teilweise durch das Umluftventil zur Eingangsseite des Verdichters, d.h. auf die stromaufwärtige Seite der Aufladeeinrichtung zurückgeführt.
  • Die Einstellung des Umluftventils wird abhängig von einem geforderten Soll-Vorlaufladedruck vorgenommen. Daraus ergibt sich im Verdichterkennfeld ein Betriebspunkt mit einem Luftmassenstrom durch den Verdichter, der gerade so hoch gewählt ist, dass gewährleistet ist, dass kein Verdichterpumpen auftritt. So ergibt sich ein Luftmassenstrom durch das Umluftventil als die Differenz des Verdichtermassenstroms und des Luftmassenstroms, der von dem Verbrennungsmotor beim aktuellen Betriebspunkt benötigt wird. Der Öffnungsquerschnitt des Umluftventils kann dann über herkömmliche Ventilmodelle, beispielsweise unter Berücksichtigung eines Differenzdrucks, einer Ladelufttemperatur und dergleichen, bestimmt werden.
  • Die erforderliche Drehzahl des Verdichters wird abhängig von dem Verdichtermassenstrom aus einem vorgegebenen Verdichterkennfeld ermittelt und mit Hilfe der elektromotorischen Unterstützung elektrisch geregelt.
  • Bei einer spontanen Drehmomentenanforderung kann das Umluftventil vollständig geschlossen werden und die elektrische Ansteuerung erhöht werden, bis der neue Ladedruck-Sollwert erreicht ist. Sobald die notwendige Abgasenthalpie zum Betreiben der Aufladeeinrichtung zum Bereitstellen des nötigen Ladedrucks zur Verfügung steht, kann die elektrische Unterstützung entsprechend reduziert werden.
  • Durch Bereitstellen einer elektrischen Unterstützung der Aufladeeinrichtung und der Förderung eines erhöhten Luftmassenstroms bei einem Niedriglast- oder Teillastbetriebspunkt kann durch die Möglichkeit des Schließens des Umluftventils bei einer sprunghaften Lastanforderung ein schnellerer Aufbau des Ladedrucks durch Schließen des Umluftventils erreicht werden. Dadurch wird eine höhere Dynamik des Verbrennungsmotors ermöglicht, so dass einer sprunghaften Anforderung nach einem erhöhten Drehmoment schneller gefolgt werden kann, als dieses bei elektromotorisch unterstützen Aufladeeinrichtungen ohne Umluftventil möglich wäre.
  • Weiterhin kann der Soll-Ladedruck abhängig von einem bestimmten Betriebspunkt des Verbrennungsmotors ermittelt werden, wobei sich der Soll-Ladedruck aus einem statischen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors oder als ein Soll-Vorlaufladedruck ergeben kann, der in Erwartung einer anstehenden Lasterhöhung eingestellt wird.
  • Insbesondere kann der Verdichtermassenstrom durch den Verdichter der Aufladeeinrichtung abhängig von dem vorgegebenen Soll-Ladedruck als der Grenz-Verdichtermassenstrom, bei dem gerade kein Verdichterpumpen auftritt, oder als der Grenz-Verdichtermassenstrom abzüglich eines vorgegebenen Offsets ermittelt werden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass, wenn ein Verdichtermassenstrom ermittelt wird, der größer ist als der Luftmassenstrom, der von dem Verbrennungsmotor aufgenommen wird, das Umluftventil so angesteuert wird, dass der Umluftmassenstrom einer Differenz des Verdichtermassenstroms und eines Motorluftmassenstroms durch den Verbrennungsmotor entspricht.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann das Einstellen des Verdichtermassenstroms durch den Verdichter abhängig von einer von dem Verdichtermassenstrom abhängigen Drehzahl der Aufladeeinrichtung durchgeführt werden, wobei die Drehzahl der Aufladeeinrichtung mithilfe eines Ansteuerns der elektromotorischen Unterstützung eingestellt und/oder geregelt wird.
  • Weiterhin kann, wenn eine sprunghafte Lasterhöhung angefordert wird, ein Wirkungsgrad der Turbine der Aufladeeinrichtung erhöht werden.
  • Alternativ oder zusätzlich kann, wenn eine sprunghafte Lasterhöhung angefordert wird, das Umluftventil geschlossen wird bzw. ein Öffnungsquerschnitt des Umluftventils reduziert werden und insbesondere die elektromotorische Unterstützung aktiviert bzw. mit höherer Leistung angesteuert werden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass bei einer angeforderten Lastreduzierung das Umluftventil in der Umluftleitung weiter geöffnet wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung, insbesondere Steuergerät, zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einer abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung mit elektromotorischer Unterstützung vorgesehen, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um eines der obigen Verfahren auszuführen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Motorsystem vorgesehen, umfassend:
    • – einen Verbrennungsmotor;
    • – eine abgasgetriebene Aufladeeinrichtung mit elektromotorischer Unterstützung, die ausgebildet ist, um einen Verdichtermassenstrom durch einen Verdichter der Aufladeeinrichtung mithilfe einer bereitgestellten Abgasenthalpie von Verbrennungsabgas des Verbrennungsmotors und mithilfe eines Elektromotors einzustellen;
    • – eine Umluftleitung mit einem variabel ansteuerbaren Umluftventil, um Ladeluft von einer Ausgangsseite zu einer Eingangsseite des Verdichters zurückzuführen; und
    • – die obige Vorrichtung.
  • Weiterhin kann die Umluftleitung ausgebildet sein, um Ladeluft von einem Bereich der Ausgangsseite des Verdichters zurückzuführen, der sich stromabwärts eines Ladeluftkühlers befindet.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Darstellung eines Motorsystems mit einer elektromotorisch unterstützten abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung;
  • 2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben des Motorsystems der 1.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • In 1 ist schematisch ein Motorsystem 1 dargestellt. Das Motorsystem 1 umfasst einen Verbrennungsmotor 2 mit mehreren Zylindern 3. Der Verbrennungsmotor 2 kann beispielsweise als ein Ottomotor ausgebildet sein.
  • Dem Verbrennungsmotor 2 wird Luft über ein Luftzuführungssystem 4 zugeführt, und Verbrennungsabgase aus den Zylindern 3 des Verbrennungsmotors 2 werden über einen Abgasabführungstrakt 5 abgeführt. Im Luftzuführungssystem 4 und im Abgasabführungstrakt 5 ist eine Aufladeeinrichtung 6 vorgesehen. Die Aufladeeinrichtung 6 ist mit dem Abgasabführungstrakt 5 gekoppelt, um Abgasenthalpie von Verbrennungsabgas in mechanische Energie umzusetzen. Die mechanische Energie wird genutzt, um Umgebungsluft in dem Luftzuführungssystem 4 zu verdichten.
  • Die Aufladeeinrichtung weist dazu eine Turbine 61 auf, die in dem Abgasabführungstrakt 5 vorgesehen ist, um die im Verbrennungsabgas vorhandene Abgasenthalpie in eine Rotationsbewegung einer Welle 62 umzusetzen. Das Turbinenrad der Turbine 61 kann zu einer Dynamiksteigerung aus einem trägheitsreduzierenden Material, wie beispielsweise Titanaluminid, ausgeführt sein.
  • Die Welle 62 der Aufladeeinrichtung 6 ist mit einem Verdichter 63 gekoppelt, der abhängig von der Rotation der Welle 62 eine Verdichtungsleistung bereitstellt, um Umgebungsluft über einen eingangsseitigen Abschnitt 41 anzusaugen und unter einem Ladedruck in einem ausgangsseitigen Abschnitt 42 zur Verfügung zu stellen. Der eingangsseitige Abschnitt 41 des Luftzuführungssystems 4 ist weiterhin mit einem Luftfilter 43 versehen, der die angesaugte Frischluft filtert.
  • In dem ausgangsseitigen Abschnitt 42 des Luftzuführungssystems 4 ist eine Drosselklappe 44 vorgesehen, die zwischen einem Ladedruckabschnitt 46 und einem Saugrohrabschnitt 47, die Teile des ausgangsseitigen Abschnitts 42 darstellen, angeordnet ist. Die Drosselklappe 44 dient dazu, eine Luftzufuhr zu den Zylindern 3 des Verbrennungsmotors 2 aus dem Ladedruckabschnitt 46 zu steuern.
  • Die Welle 62 ist mit einem Elektromotor 64 (elektromotorische Unterstützung) gekoppelt, der ein zusätzliches Drehmoment auf die Welle 62 aufbringen kann, um eine Verdichtungsleistung elektromotorisch zu erhöhen. Die elektromotorisch unterstützte Aufladeeinrichtung 6 kann beispielsweise mit einem so genannten Medienspaltmotor implementiert werden, der an der Eingangsseite des Verdichters 63 angeordnet ist, wobei die Übertragung der Magnetfelder von Stator bzw. Rotor des Elektromotors 64 über die Luftstrecke der eingesaugten Frischluft erfolgt, d.h. die angesaugte Frischluft durchströmt einen Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor des Elektromotors.
  • Die Aufladeeinrichtung kann weiterhin mit einem Wastegateventil 65 in einer Bypassleitung 66 versehen sein. Die Bypassleitung 66 verbindet Eingangsseite und Ausgangsseite der Turbine 61, so dass abhängig von einer Ansteuerung des Wastegateventils 65 ein Wirkungsgrad der Turbine 61 eingestellt werden kann. Insbesondere wird angegeben, welcher Anteil der Abgasenthalpie in kinetische Energie, d.h. in Rotationsenergie der Welle 62 umgesetzt wird. Anstelle des Wastegateventils 65 in der Bypassleitung 66 kann auch ein VTG-Steller (VTG: Variable Turbinengeometrie) vorgesehen sein, um den Wirkungsgrad der Turbine 61 einzustellen bzw. den Anteil der in mechanische Energie umgesetzten Abgasenthalpie einzustellen.
  • Es ist eine Steuereinheit 10 vorgesehen, die den Verbrennungsmotor abhängig von Zustandsgrößen des Motorsystems 1 betreibt. Als Zustandsgrößen können beispielsweise eine Drehzahl des Verbrennungsmotors 2, ein Ladedruck der verdichteten Frischluft (Ladeluft) im Ladedruckabschnitt 46, eine Ladelufttemperatur der Ladeluft im Ladedruckabschnitt 46, eine Abgastemperatur der ausgestoßenen Verbrennungsabgase, ein angesaugter Luftmassenstrom eingangsseitig des Verdichters 63 und ähnliche Zustandsgrößen durch entsprechende Sensoren erfasst oder modelliert vorgegeben werden.
  • Die Steuereinheit 10 ist ausgebildet, um abhängig von den erfassten und bereitgestellten Zustandsgrößen Stellgeber, wie beispielsweise einen Drosselklappenstellgeber zum Stellen der Drosselklappe 44, Einspritzventile zum Zuführen von Kraftstoff (nicht gezeigt), das Wastegateventil 65, den Elektromotor 64 und dergleichen anzusteuern, um den Verbrennungsmotor 2 entsprechend einem vorgegebenen Solldrehmoment anzusteuern.
  • Es ist weiterhin eine Umluftleitung 7 vorgesehen, in der ein Umluftventil 71 angeordnet ist. Das Umluftventil 71 kann variabel bzw. stetig, d.h. mit variierbarem Öffnungsquerschnitt, angesteuert werden, so dass ein vorgebbarer Strömungsquerschnitt eingestellt werden kann. Das variabel einstellbare Umluftventil 71 kann insbesondere mit mindestens drei verschiedenen Öffnungsquerschnitten, wie z.B. vollständig geöffnet, vollständig geschlossen und teilweise geöffnet, eingestellt werden. Das variabel einstellbare Umluftventil 71 kann stufenlos oder in Stufen eingestellt werden.
  • Das Umluftventil 71 kann pneumatisch, vorzugsweise jedoch elektrisch gestellt bzw. betätigt werden. Durch die Möglichkeit der variablen bzw. stetigen Ansteuerung des Umluftventils 71 kann der geforderte Ladedruck im Ladedruckabschnitt 46 mit einem geringstmöglichen Luftmassenstrom durch den Verdichter 63 erreicht werden, ohne dass es zu einem Verdichterpumpen kommt. Dadurch wird die Leistungsaufnahme durch den Verdichter 63 auf ein Minimum reduziert.
  • Im Ladeluftabschnitt 46 kann ein Ladeluftkühler 45 vorgesehen sein, der die durch die Verdichtung in dem Verdichter 63 erhitzte Ladeluft kühlt. Dadurch kann die Dichte der in dem Ladeluftabschnitt 46 befindlichen Ladeluft erhöht werden, so dass eine höhere Luftfüllung in den Zylindern 3 des Verbrennungsmotors 2 erreicht werden kann.
  • Die Umluftleitung 7 kann in einen Bereich des Ladeluftabschnitts 46 stromabwärts des Ladeluftkühlers 45 und stromaufwärts der Drosselklappe 44 münden und dieses mit einem eingangsseitigen Abschnitt 41 verbinden. Somit kann von dem Verdichter 63 geförderte Frischluft, die in dem Ladeluftabschnitt 46 bereitgestellt wird, über die Umluftleitung 7 und ein zumindest teilweise geöffnetes Umluftventil 71 in den eingangsseitigen Abschnitt 41 des Luftzuführungssystems 4 zurückgeführt werden.
  • Durch die Anordnung der Umluftleitung 7, so dass die Ladeluft stromabwärts des Ladeluftkühlers entnommen und zur Eingangsseite des Verdichters 63 zurückgeführt wird, kann sowohl eine Überhitzung der im Kreis geförderten Luft bei einem geöffneten Umluftventil 71 als auch ein Pumpen des Verdichters 63 ausgeschlossen werden. Idealerweise ist der Ladeluftkühler 45 vom Typ Luft-Wasser, so dass dieser auch bei Fahrzeugstillstand unter Einbeziehung des Hauptkühlers bzw. Lüfters kühlfähig bleibt.
  • Die Ansteuerung des Umluftventils 71 kann durch das Steuergerät 10 entsprechend eines nachfolgend anhand des Flussdiagramms der 2 beschriebenen Verfahrens zum Betreiben eines Motorsystems mit einer elektromotorisch unterstützten abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung erfolgen.
  • Im Schritt S1 wird bei einem bestimmten Betriebspunkt des Verbrennungsmotors ein Soll-Ladedruck ermittelt. Der Soll-Ladedruck kann sich aus einem definierten Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 2, insbesondere einen statischen Betriebspunkt, ergeben. Alternativ kann als Soll-Ladedruck auch ein so genannter Soll-Vorlaufladedruck eingestellt werden, der in Erwartung einer anstehenden Lasterhöhung, d.h. einer sprunghaften Erhöhung des geforderten Solldrehmoments, eingestellt wird. Je nach Betriebsart kann der Soll-Vorlaufladedruck permanent bereitgestellt werden. Der Soll-Vorlaufladedruck kann auch nur dann voreingestellt werden, wenn erkannt wird, dass bzw. wenn eine sprunghafte Erhöhung des geforderten Solldrehmoments bevorsteht. Indizien für eine potenziell anstehende Lasterhöhung bzw. Anfahrvorgänge sind aus dem Stand der Technik bekannt und können beispielsweise aus Signalen der Kupplung, der Gangwahl, einer Radarsensorik, einer Verkehrssignaleinrichtung und dergleichen abgeleitet werden. Außerdem besteht die Möglichkeit, die Vorlaufdrehzahl des Verdichters 63 bzw. den einzustellenden Soll-Vorlaufladedruck und den daraus resultierenden Soll-Ladedruck adaptiv auf den Fahrertyp auszurichten.
  • Abhängig von dem gewünschten Soll-Ladedruck wird im Schritt S2 mit Hilfe eines vorgegebenen Verdichterkennfelds für den Verdichter 63 ein geringstmöglicher Verdichtermassenstrom ermittelt, bei dem gerade kein Verdichterpumpen auftritt. Der Betriebspunkt für den Verdichter 63, bei dem gerade kein Verdichterpumpen auftritt, wird durch eine Pumpgrenze bzw. einen Grenz-Verdichtermassenstrom angegeben, insbesondere bestimmt durch das vorgegebene Verdichterkennfeld. Der geringstmögliche Verdichtermassenstrom kann dem Grenz-Verdichtermassenstrom entsprechend oder davon abhängig unter Einbeziehung eines applizierbaren Sicherheitsabstandes (Sicherheitstoleranz), d.h. abzüglich eines vorgegebenen Offsets bestimmt sein.
  • Insbesondere bei geringen Drehzahlen des Verbrennungsmotors 2 kann sich ein notwendiger Verdichtermassenstrom ergeben, der größer ist als der Luftmassenstrom, der in die Zylinder 3 des Verbrennungsmotors 2 angesaugt wird.
  • Die Differenz des Verdichtermassenstroms und des Motor-Luftmassenstroms der in den Verbrennungsmotor 2 angesaugten Luft bestimmt den Umluftmassenstrom durch die Umluftleitung 7 und das Umluftventil 71. Der Motor-Luftmassenstrom bestimmt sich aus dem Hubvolumen der Zylinder und der Drehzahl des Verbrennungsmotors 2. Damit der Umluftmassenstrom durch das Umluftventil 71 strömen kann, wird in Schritt S3 ein entsprechender Öffnungsquerschnitt des Umluftventils 71 ermittelt und eingestellt. Die Ermittlung des Öffnungsquerschnitts des Umluftventils 71 kann über herkömmliche Verfahren, wie beispielsweise ein Ventilmodell unter Einbeziehung einer Druckdifferenz über das Umluftventil 71 und einer Ladelufttemperatur der durch das Umluftventil 71 strömenden Luft bestimmt werden.
  • Um in Schritt S4 den Verdichtermassenstrom zu stellen, wird die dafür benötigte Drehzahl der Aufladeeinrichtung 6 (bzw. des Verdichters 63) entsprechend ermittelt und diese mit Hilfe des Wastegateventils 65 und des Elektromotors 64 entsprechend eingestellt bzw. geregelt. Dies erfolgt mit Hilfe des Steuergeräts 10. Insbesondere wird die Aufladung durch den Elektromotor 64 unterstützt, wenn die Abgasenthalpie zum Bereitstellen der benötigten Verdichterleistung nicht ausreicht. Der Elektromotor 64 kann insbesondere dafür verwendet werden, Beschleunigungsvorgänge für die Welle 62 zu unterstützen, um die ermittelte Drehzahl der Aufladeeinrichtung 6 schnellstmöglich einzustellen.
  • Im Schritt S5 wird überprüft, ob eine sprunghafte Erhöhung eines Solldrehmoments vorgegeben wird. Ist dies der Fall (Alternative: Ja), so wird das Verfahren mit Schritt S6 fortgesetzt, anderenfalls (Alternative: nein) wird zu Schritt S1 zurückgesprungen.
  • Wird eine sprunghafte Erhöhung des angeforderten Solldrehmoments vorgegeben, so kann in Schritt S6 die Drosselklappe 44 geöffnet werden und das Wastegateventil 65 geschlossen werden. Durch das Schließen des Wastegateventils 65 wird die gesamte bereitstehende Abgasenthalpie in kinetische Energie zum Antreiben des Verdichters 63 umgesetzt. Durch das Öffnen der Drosselklappe 44 wird erreicht, dass der Luftmassenstrom in den Verbrennungsmotor 2 erhöht wird, so dass die Luftfüllung steigt und dadurch die Abgasenthalpie ebenfalls ansteigt.
  • Weiterhin wird in Schritt S7 der Elektromotor 64 maximal angesteuert, um eine für das Bereitstellen eines neuen Soll-Ladedrucks ermittelte bzw. benötigte Drehzahl des Verdichters 63 möglichst schnell zu erreichen.
  • Gleichzeitig wird in Schritt S7 das Umluftventil 71 geschlossen bzw. dessen Öffnungsquerschnitt verringert und der zuvor durch die Umluftleitung 7 strömende Umluftmassenstrom steht nun zumindest teilweise sofort zum Aufbau des erforderlichen Soll-Ladedrucks zur Verfügung. Entsprechend der Ladedruckregelung kann nun die Ansteuerung des Elektromotors 64 angepasst werden, um ein Überschwingen des erreichten Ladedrucks, insbesondere ein Überschwingen der Drehzahl der Aufladeeinrichtung 6 zu vermeiden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Ansteuerung des Elektromotors 64 reduziert wird (d.h. das unterstützende Drehmomente des Elektromotors 64 reduziert wird), bevor der Öffnungsquerschnitt des Wastegateventils 65 verringert wird, wodurch der Anteil der Abgasenthalpie, die in mechanische Energie zum Antreiben des Verdichters 63 umgesetzt wird, verringert wird.
  • Zum Abbau eines hohen Ladedrucks nach einer sprunghaften Abnahme des geforderten Solldrehmoments kann, wie aus dem Stand der Technik bekannt, das Umluftventil 71 in der Umluftleitung 7 geöffnet werden, so dass ein Verdichtermassenstrom durch den Verdichter 63 aufrechterhalten wird und so ein Verdichterpumpen vermieden werden kann.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (2) mit einer abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung (6), die eine elektromotorische Unterstützung (64) aufweist, mit folgenden Schritten: – Vorgeben (S1) eines Soll-Ladedrucks in einem Ladedruckabschnitt (46) ausgangsseitig eines Verdichters (63) der Aufladeeinrichtung (6) abhängig von einer momentanen Lastanforderung; – Ermitteln (S2) eines Verdichtermassenstroms durch einen Verdichter (63) der Aufladeeinrichtung (6) abhängig von dem vorgegebenen Soll-Ladedruck; – Einstellen (S4) des Verdichtermassenstroms durch den Verdichter (63) durch Nutzung von Abgasenthalpie von Verbrennungsabgas des Verbrennungsmotors (2) und der elektromotorischen Unterstützung (64); – Ansteuern (S3) eines Umluftventils (71) zum Zulassen eines Umluftmassenstroms in einer eine Ausgangsseite und eine Eingangsseite des Verdichters (63) verbindenden Umluftleitung (7).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Soll-Ladedruck abhängig von einem bestimmten Betriebspunkt des Verbrennungsmotors (2) ermittelt wird, wobei sich der Soll-Ladedruck als ein Soll-Vorlaufladedruck ergibt, der in Erwartung einer anstehenden Lasterhöhung eingestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Verdichtermassenstrom durch den Verdichter (63) der Aufladeeinrichtung (6) abhängig von dem vorgegebenen Soll-Ladedruck als der Grenz-Verdichtermassenstrom, bei dem gerade kein Verdichterpumpen auftritt, oder als der Grenz-Verdichtermassenstrom abzüglich eines vorgegebenen Offsets ermittelt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei, wenn ein Verdichtermassenstrom ermittelt wird, der größer ist als der Luftmassenstrom, der von dem Verbrennungsmotor (2) aufgenommen wird, das Umluftventil (71) so angesteuert wird, dass der Umluftmassenstrom einer Differenz des Verdichtermassenstroms und eines Motorluftmassenstroms durch den Verbrennungsmotor (2) entspricht.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Einstellen des Verdichtermassenstroms durch den Verdichter (63) abhängig von einer von dem Verdichtermassenstrom abhängigen Drehzahl der Aufladeeinrichtung (6) durchgeführt wird, wobei die Drehzahl der Aufladeeinrichtung (6) mithilfe eines Ansteuerns der elektromotorischen Unterstützung (64) eingestellt und/oder geregelt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei, wenn eine sprunghafte Lasterhöhung angefordert wird, ein Wirkungsgrad der Turbine (61) der Aufladeeinrichtung (6) erhöht wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei, wenn eine sprunghafte Lasterhöhung angefordert wird, das Umluftventil (71) geschlossen wird bzw. ein Öffnungsquerschnitt des Umluftventils (71) reduziert wird und insbesondere die elektromotorische Unterstützung (64) aktiviert bzw. mit höherer Leistung angesteuert wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei bei einer angeforderten Lastreduzierung das Umluftventil (71) in der Umluftleitung (7) weiter geöffnet wird.
  9. Vorrichtung (10), insbesondere Steuergerät, zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (2) mit einer abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung (6) mit elektromotorischer Unterstützung (64), wobei die Vorrichtung (10) ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.
  10. Motorsystem (1) umfassend: – einen Verbrennungsmotor (2); – eine abgasgetriebene Aufladeeinrichtung (6) mit elektromotorischer Unterstützung (64), die ausgebildet ist, um einen Verdichtermassenstrom durch einen Verdichter (63) der Aufladeeinrichtung (6) mithilfe einer bereitgestellten Abgasenthalpie von Verbrennungsabgas des Verbrennungsmotors (2) und mithilfe eines Elektromotors (64) einzustellen; – eine Umluftleitung (7) mit einem variabel ansteuerbaren Umluftventil (71), um Ladeluft von einer Ausgangsseite zu einer Eingangsseite des Verdichters (63) zurückzuführen; und – eine Vorrichtung nach Anspruch 9.
  11. Motorsystem (1) nach Anspruch 10, wobei die Umluftleitung (7) ausgebildet ist, um Ladeluft von einem Bereich der Ausgangsseite des Verdichters (63) zurückzuführen, der sich stromabwärts eines Ladeluftkühlers befindet.
  12. Computerprogramm, welches, wenn es in einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird, dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.
  13. Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 12 gespeichert ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102016210931A1 (de) * 2016-06-20 2017-12-21 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine
CN114623005A (zh) * 2020-12-09 2022-06-14 罗伯特·博世有限公司 用于运行通过增压器增压的外燃式的燃烧机的方法

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