DE102014226843A1 - Method and device for bidirectionally controlling a gas flow in a combustion chamber bypass line bypassing a combustion chamber of a supercharged internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems (1) mit einem aufgeladenen Verbrennungsmotor (2), dem Frischluft über ein Luftzuführungssystem (4) zugeführt und von dem Verbrennungsabgas über ein Abgasabführungssystem (5) abgeführt wird, wobei eine das Luftzuführungssystem (4) und das Abgasabführungssystem (5) verbindende Brennraum-Bypass-Leitung (8) mit einem darin angeordneten variabel stellbaren Brennraum-Bypass-Ventil (82) vorgesehen ist, wobei das Brennraum-Bypass-Ventil (82) bei einem positiven Druckunterschied zwischen einem Saugrohrdruck im Luftzuführungssystem (4) und einem Abgasgegendruck im Abgasabführungssystem (5) abhängig von einem Betriebszustand des Motorsystems (1) verstellt wird.The invention relates to a method for operating an engine system (1) with a supercharged internal combustion engine (2), the fresh air via an air supply system (4) and discharged from the combustion exhaust gas via an exhaust discharge system (5), wherein the air supply system (4) and the combustion chamber bypass line (8) connecting the exhaust gas removal system (5) is provided with a variably adjustable combustion chamber bypass valve (82) arranged therein, wherein the combustion chamber bypass valve (82) at a positive pressure difference between a Saugrohrdruck in the air supply system (4) and an exhaust back pressure in the exhaust discharge system (5) is adjusted depending on an operating state of the engine system (1).
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft aufgeladene Verbrennungsmotoren, beispielsweise Verbrennungsmotoren mit einer Brennraum-Bypass-Leitung, durch welche Gase zwischen einem Ansaugtrakt und einem Abgastrakt an einem Brennraum vorbei geführt werden können. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung Maßnahmen zum Steuern einer solchen Gasströmung durch eine Brennraum-Bypass-Leitung für einen aufgeladenen Verbrennungsmotor.The invention relates to supercharged internal combustion engines, such as internal combustion engines with a combustion chamber bypass line through which gases between an intake and an exhaust tract can be passed to a combustion chamber over. Furthermore, the present invention relates to measures for controlling such gas flow through a combustion chamber bypass line for a supercharged internal combustion engine.
Stand der TechnikState of the art
Bei bisherigen Verbrennungsmotoren können Abgasrückführungsleitungen vorgesehen sein, die gesteuert einen Teil der Verbrennungsabgase in einen Ansaugtrakt des Luftzuführungssystems zurückführen, um beispielsweise die Emissionen von Stickoxiden im mittleren und unteren Lastbereich des Verbrennungsmotors zu reduzieren. In Betriebsbereichen, in denen eine Aufladeeinrichtung verdichtete Frischluft bereitstellt, besteht eine umgekehrte Druckdifferenz zwischen dem Ansaugtrakt und dem Abgasabführungstrakt, so dass kein Verbrennungsabgas in das Luftzuführungssystem gelangen kann. In diesem Fall kann die Abgasrückführungsleitung entweder passiv durch ein Rückschlagventil oder aktiv durch ein steuerbares Abgasrückführungsventil geschlossen werden.Exhaust gas recirculation conduits may be provided in prior internal combustion engines that are controlled to recirculate some of the combustion exhaust gases into an intake manifold of the air supply system, for example, to reduce the emissions of nitrogen oxides in the middle and lower load ranges of the internal combustion engine. In operating areas where a supercharger provides compressed fresh air, there is a reverse pressure differential between the intake and exhaust tracts such that no combustion exhaust gas can enter the air supply system. In this case, the exhaust gas recirculation line can be closed either passively by a check valve or actively by a controllable exhaust gas recirculation valve.
Die Druckschrift
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Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Betreiben eines Brennraum-Bypass-Ventils in einer einen aufgeladenen Verbrennungsmotor umgehenden Brennraum-Bypass-Leitung zwischen einem Luftzuführungssystem und einem Abgasabführungssystem gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung und ein Motorsystem gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.According to the invention there is provided a method of operating a combustion chamber by-pass valve in a supercharged combustion engine bypass combustion passage between an air supply system and an exhaust exhaust system according to claim 1 and an apparatus and an engine system according to the independent claims.
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further embodiments are specified in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems mit einem aufgeladenen Verbrennungsmotor vorgesehen, dem Frischluft über ein Luftzuführungssystem zugeführt und von dem Verbrennungsabgas über ein Abgasabführungssystem abgeführt wird, wobei eine das Luftzuführungssystem und das Abgasabführungssystem verbindende Brennraum-Bypass-Leitung mit einem darin angeordneten variabel stellbaren Brennraum-Bypass-Ventil vorgesehen ist. Das Brennraum-Bypass-Ventil wird nunmehr auch bei einem positiven Druckunterschied zwischen dem Luftzuführungssystem und dem Abgasabführungssystem, d.h. bei einem Überdruck im Luftzuführungssystem bezüglich des Abgasabführungssystems, abhängig von einem Betriebszustand des Motorsystems verstellt.According to a first aspect, there is provided a method of operating an engine system with a supercharged internal combustion engine supplied with fresh air via an air supply system and exhausted from the combustion exhaust gas via an exhaust exhaust system, wherein a combustion chamber bypass line connecting the air supply system and the exhaust exhaust system has one therein variable adjustable combustion chamber bypass valve is provided. The combustion chamber by-pass valve will now operate even with a positive pressure difference between the air supply system and the exhaust discharge system, i. at an overpressure in the air supply system with respect to the exhaust gas discharge system, adjusted depending on an operating state of the engine system.
Das obige Verfahren nutzt eine Brennraum-Bypass-Leitung, die einen Saugrohrabschnitt des Luftzuführungssystems mit einem Bypass-Bereich des Abgasabführungssystems verbindet. In der Brennraum-Bypass-Leitung ist ein Brennraum-Bypass-Ventil angeordnet. Eine Idee des obigen Verfahrens besteht darin, das Brennraum-Bypass-Ventil so zu betreiben, dass neben einer herkömmlichen Betriebsart einer Abgasrückführung auch bei Betriebsbereichen des Verbrennungsmotors, bei denen in Folge einer Aufladung durch eine Aufladeeinrichtung in dem Saugrohrabschnitt ein höherer Druck vorliegt als im Bypass-Bereich des Abgastrakts, eine Strömung von Frischluft aus dem Ansaugtrakt in diesen Bypass-Bereich in gesteuerter Weise ermöglicht wird. The above method utilizes a combustion chamber bypass conduit that connects a suction tube portion of the air supply system to a bypass region of the exhaust removal system. In the combustion chamber bypass line, a combustion chamber bypass valve is arranged. An idea of the above method is to operate the combustion chamber bypass valve so that in addition to a conventional mode of exhaust gas recirculation also in operating areas of the internal combustion engine in which there is a higher pressure than in the bypass as a result of charging by a supercharger in the Saugrohrabschnitt -Area of the exhaust tract, a flow of fresh air from the intake tract in this bypass area in a controlled manner is made possible.
Dies eröffnet mehrere neuartige Betriebsarten, die insbesondere durch eine Verbesserung des Wirkungsgrades und Funktionsfähigkeit des Verbrennungsmotors gekennzeichnet sind. Insbesondere bei dynamischen Laständerungen kann durch Öffnen und Schließen des Brennraum-Bypass-Ventils ein schneller Eingriff für einen Ladedruckabbau bzw. Ladedruckaufbau erreicht werden, so dass die Ansprechdynamik des Verbrennungsmotors verbessert wird.This opens up several new types of operation, in particular by improving the efficiency and functionality of the Internal combustion engine are marked. Especially with dynamic load changes can be achieved by opening and closing the combustion chamber bypass valve, a quick intervention for boost pressure reduction or supercharging pressure, so that the response dynamics of the engine is improved.
Durch die Betriebsarten, bei denen eine Strömung von Frischluft aus dem Ansaugtrakt in den Bypass-Bereich vorgesehen wird, kann bei aufgeladenen Verbrennungsmotoren eine kritische Lastdynamik verbessert werden. Das heißt, es kann das Motoransprechverhalten in spezifischen Betriebsbereichen verbessert werden.By the modes in which a flow of fresh air from the intake tract is provided in the bypass area, in supercharged internal combustion engines, a critical load dynamics can be improved. That is, the engine response in specific operating ranges can be improved.
Weiterhin kann das Verstellen des Brennraum-Bypass-Ventils, d.h. seines Öffnungsquerschnitts über einem vorgegebenen zeitlichen Verlauf elektronisch gesteuert durchgeführt werden.Furthermore, the adjustment of the combustion chamber by-pass valve, i. its opening cross-section over a predetermined time course are performed electronically controlled.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verstellen des Brennraum-Bypass-Ventils bei einem Ottomotor bei einem Betriebszustand durchgeführt werden, bei dem eine Reduzierung des Drehmoments aus einem oberen Lastbereich, insbesondere innerhalb eines Betriebsbereichs, bei dem der positive Druckunterschied zwischen dem Saugrohrdruck und dem Abgasgegendruck vorliegt, angefordert wird, wobei das Verstellen durch ein Ansteuern des Brennraum-Bypass-Ventils zum Öffnen bzw. zum weiteren Öffnen durchgeführt wird, insbesondere ohne zunächst eine Drosselklappe zum Schließen anzusteuern. Somit kann durch die Möglichkeit, eine Strömung von Frischluft aus dem Saugrohrabschnitt in den Bypass-Bereich des Abgasabführungssystems zuzulassen, u.U. auf ein Schubumluftsystem zum Abbau eines hohen Drucks ausgangsseitig eines Verdichters einer Aufladeeinrichtung bei einer Betriebsart einer schnellen Lastreduzierung verzichtet werden. According to one embodiment, the adjustment of the combustion chamber bypass valve may be carried out in an Otto engine in an operating state in which a reduction of the torque from an upper load range, in particular within an operating range in which there is the positive pressure difference between the intake manifold pressure and the exhaust back pressure is requested, wherein the adjustment is carried out by driving the combustion chamber by-pass valve for opening or further opening, in particular without first controlling a throttle to close. Thus, by being able to allow a flow of fresh air from the suction pipe section into the bypass region of the exhaust gas removal system, it may be possible. to be dispensed with a Schubumluftsystem to reduce high pressure on the output side of a compressor of a charging device in a mode of rapid load reduction.
Es kann vorgesehen sein, dass das Brennraum-Bypass-Ventil zum Bereitstellen einer permanenten Luftströmung durch die Brennraum-Bypass-Leitung in das Abgasabführungssystem in einem oberen Teillastbereich unter erhöhtem Ladedruck permanent geöffnet wird, wobei bei einem Betriebszustand, bei dem eine Erhöhung einer Last in einem Aufladungsbetriebsbereich, d.h. in einem Betriebsbereich, in dem eine Aufladung erfolgt, angefordert wird, das Brennraum-Bypass-Ventil zum weiteren bzw. vollständigen Schließen angesteuert wird. Dabei kann es erforderlich sein, einen stationären Bypass-Luftstrom zum Schutz gegen Katalysatorauskühlung stromab einzuleiten.It may be provided that the combustion chamber bypass valve is permanently opened for providing a permanent air flow through the combustion chamber bypass line into the exhaust gas discharge system in an upper part-load range under increased boost pressure, wherein in an operating state in which an increase of a load in a charging operation area, ie is requested in a service area in which a charge is made, the combustion chamber bypass valve is driven to further or complete closing. It may be necessary to initiate a stationary bypass air flow downstream to protect against catalyst cooling.
Insbesondere kann das Verstellen des Brennraum-Bypass-Ventils bei einem Betriebszustand durchgeführt werden, bei dem eine Reinigung der Brennraum-Bypass-Leitung und/oder des Brennraum-Bypass-Ventils vorgenommen werden soll. Das Verstellen kann beispielsweise durch ein aufeinanderfolgendes Öffnen und Schließen des Brennraum-Bypass-Ventils für eine vorbestimmte Zeitdauer durchgeführt werden. In particular, the adjustment of the combustion chamber bypass valve can be carried out in an operating state in which a cleaning of the combustion chamber bypass line and / or the combustion chamber bypass valve is to be made. The adjustment may be performed, for example, by sequentially opening and closing the combustion chamber by-pass valve for a predetermined period of time.
Beim Betrieb der Brennraum-Bypass-Leitung als Abgasrückführung kann diese verrußen, bzw. versotten, wodurch sich deren freier Querschnitt (Durchlassquerschnitt) verändern kann und die Funktionsfähigkeit des darin angeordneten Brennraum-Bypass-Ventils beeinträchtigt werden kann. Durch die Möglichkeit, eine Strömung von Frischluft aus dem Saugrohrabschnitt in den Bypass-Bereich zu bewirken, kann ein Reinigungseffekt der Brennraum-Bypass-Leitung durch Rückspülung mit Frischluft erreicht werden.When the combustion chamber bypass line is operated as exhaust gas recirculation, it can become carbonized or spoiled, as a result of which its free cross section (passage cross section) can change and the functionality of the combustion chamber bypass valve arranged therein can be impaired. The ability to cause a flow of fresh air from the Saugrohrabschnitt in the bypass area, a cleaning effect of the combustion chamber bypass line can be achieved by backwashing with fresh air.
Es kann vorgesehen sein, dass das Brennraum-Bypass-Ventil bei einem negativen Druckunterschied zwischen dem Saugrohrdruck im Luftzuführungssystem und dem Abgasgegendruck im Abgasabführungssystem gemäß einer vorgegebenen Abgasrückführungsregelung angesteuert wird.It can be provided that the combustion chamber bypass valve is actuated at a negative pressure difference between the intake manifold pressure in the air supply system and the exhaust gas back pressure in the exhaust system according to a predetermined exhaust gas recirculation control.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verstellen des Brennraum-Bypass-Ventils bei einem Betriebszustand durchgeführt werden, bei dem ein Katalysator des Motorsystems mit einem Ottomotor als Verbrennungsmotor auf eine Betriebstemperatur geheizt werden soll, wobei bei einem mittleren bis oberen Lastbereich das Brennraum-Bypass-Ventil zum Öffnen angesteuert wird, um Frischluft in das Abgasabführungssystem zu leiten, und die Verbrennung im Ottomotor mit einem Kraftstoffüberschuss durchgeführt wird. Es kommt dadurch zu einer Nachverbrennung, die den Katalysator auf eine gewünschte Betriebstemperatur bringt.According to one embodiment, the adjustment of the combustion chamber bypass valve can be carried out in an operating state in which a catalyst of the engine system is to be heated to an operating temperature with a gasoline engine as an internal combustion engine, wherein the combustion space bypass valve for the middle to upper load range Open is driven to direct fresh air into the exhaust system, and the combustion is performed in the gasoline engine with a fuel surplus. This leads to an afterburning, which brings the catalyst to a desired operating temperature.
Durch Einbringen von Frischluft in den Abgasabführungsabschnitt kann bei einem als Ottomotor ausgebildeten Verbrennungsmotor eine Sekundärluftzugabe in einem einem Aufladungsbetriebsbereich, d.h. einem Betriebsbereich, in dem eine Aufladung durch eine Aufladeeinrichtung erfolgt, erreicht werden, d.h. die Katalysatoraufheizung kann im Sinne geringerer Tailpipe-Emisssionen beschleunigt werden. Im unteren Lastbereich wird ergänzend auf Spätzündwinkelmaßnahmen zurückgegriffen. Damit lässt sich ein konventionelles Sekundärlufteinblasesystem ersetzen.By introducing fresh air into the exhaust gas discharge portion, in an internal combustion engine configured as a gasoline engine, secondary air addition in a charge operating region, i. an operating region in which charging by a charging device takes place, i. e. the catalyst heating can be accelerated in the sense of lower tailpipe emisions. In the lower load range is additionally used on Spätzündwinkelmaßnahmen. This can be used to replace a conventional secondary air injection system.
Es kann vorgesehen sein, dass das Verstellen des Brennraum-Bypass-Ventils bei einem Betriebszustand durchgeführt wird, bei dem in einem oberen Teillastbereich bei einem stöchiometrischen Betrieb des Verbrennungsmotors Bauteile im Abgastrakt, z.B. eine Lambdasonde oder ein Katalysator des Motorsystems mit einem Ottomotor als Verbrennungsmotor gekühlt werden sollen, wobei das Verstellen durch ein Ansteuern des Brennraum-Bypass-Ventils zum Öffnen bzw. zum weiteren Öffnen durchgeführt wird. Damit kann auf eine Innenkühlung durch Gemischanfettung verzichtet werden, was zu einer Kraftstoffeinsparung führt.It can be provided that the adjustment of the combustion chamber bypass valve is carried out in an operating state in which in an upper part load range in a stoichiometric operation of the internal combustion engine components in the exhaust system, eg a lambda probe or a catalyst of the engine system with a gasoline engine as Internal combustion engine to be cooled, wherein the adjustment is carried out by driving the combustion chamber bypass valve to open or for further opening. This can be dispensed with internal cooling by Gemischanfettung, resulting in fuel savings.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Betreiben eines Motorsystems mit einem aufgeladenen Verbrennungsmotor vorgesehen, dem Frischluft über ein Luftzuführungssystem zugeführt und von dem Verbrennungsabgas über ein Abgasabführungssystem abgeführt wird, wobei eine das Luftzuführungssystem und das Abgasabführungssystem verbindende Brennraum-Bypass-Leitung mit einem darin angeordneten variabel stellbaren Brennraum-Bypass-Ventil vorgesehen ist. Die Vorrichtung ist ausgebildet, um das Brennraum-Bypass-Ventil bei jeglichem Druckunterschied zwischen dem Luftzuführungssystem und dem Abgasabführungssystem abhängig von einem Betriebszustand des Motorsystems variabel, insbesondere stufenlos oder in mehr als zwei Stufen, zu verstellen. According to another aspect, there is provided an apparatus for operating an engine system with a supercharged internal combustion engine supplied with fresh air via an air supply system and exhausted from the combustion exhaust via an exhaust evacuation system, wherein a combustion chamber bypass conduit connecting the air supply system and the exhaust evacuation system is disposed therein variable adjustable combustion chamber bypass valve is provided. The device is designed to adjust the combustion chamber bypass valve at any pressure difference between the air supply system and the Abgasabführungssystem depending on an operating condition of the engine system variable, in particular continuously or in more than two stages.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Embodiments are explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:
Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments
Es ist eine Aufladeeinrichtung
Die Turbine
Die Turbine
Im Wesentlichen unmittelbar stromabwärts der Auslassventile (nicht gezeigt) der Zylinder
Es ist eine elektronische Steuereinheit
Während die herkömmliche Abgasrückführungsregelung vorsieht, das Brennraum-Bypass-Ventil
Im Folgenden werden verschiedene Betriebsarten beschrieben, bei denen ein Abströmen von Frischluft aus dem Saugrohrabschnitt
In
In Schritt S1 wird zunächst überprüft, ob ein positiver Druckunterschied zwischen einem Saugrohrdruck in dem Saugrohrabschnitt
In Schritt S2 wird überprüft, ob ein bestimmter Betriebszustand vorliegt. Ist dies der Fall (Alternative: Ja), so wird das Verfahren mit Schritt S3 fortgesetzt, andernfalls (Alternative: Nein) wird zu Schritt S1 zurückgesprungen. In step S2, it is checked whether a specific operating state exists. If this is the case (alternative: yes), the method is continued with step S3, otherwise (alternative: no) is returned to step S1.
In Schritt S3 wird abhängig von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors
Im Folgenden kann beispielsweise als der Betriebszustand des Schritts S2 ein Betriebszustand betrachtet werden, bei dem bei einem als Dieselmotor oder als Ottomotor ausgebildeten Verbrennungsmotor
Bei herkömmlichen Betriebsverfahren wird dazu vorgesehen, bei Anforderung der Reduzierung des Drehmoments den Ladedruck abzusenken und die Drosselklappe
Stattdessen kann bei Anforderung einer Reduzierung des Drehmoments ausgehend von dem oberen Lastbereich bei unverändert geöffneter Drosselklappe das Brennraum-Bypass-Ventil
Des Weiteren kann bei Ottomotoren das Abführen von komprimierter Frischluft aus dem Saugrohrabschnitt
Im Folgenden wird als der Betriebszustand des Schritts S2 ein Betriebszustand betrachtet, bei dem bei einem als Dieselmotor ausgebildeten Verbrennungsmotor
Im Folgenden wird als der Betriebszustand des Schritts S2 ein Betriebszustand betrachtet, bei dem eine Reinigung der Brennraum-Bypass-Leitung
Des Weiteren ist es notwendig, dass dieser Reinigungsvorgang momentenneutral, d.h. ohne spürbare Auswirkung auf das Fahrverhalten, durchgeführt werden kann. Dies ist bei Dieselmotoren eher unkritisch, da geringe Änderungen der Frischluftfüllung im Zylinder sich nur unwesentlich bemerkbar machen. Beim Ottomotor hingegen muss der Momentenneutralität durch eine Momentenreserve (vorgehaltene Mehrluftmenge bei späterem Zündwinkel) Rechnung getragen werden.Furthermore, it is necessary that this cleaning process be moment neutral, i. without a noticeable effect on driving behavior. This is rather uncritical in diesel engines, since small changes in the fresh air filling in the cylinder make only marginally noticeable. In the gasoline engine, on the other hand, the torque neutrality must be taken into account by means of a torque reserve (retained multiple air quantity at a later ignition angle).
Im Instationärfall kann der Reinigungsvorgang der Brennraum-Bypass-Leitung
Die herkömmliche Vorgehensweise bei aufgeladenen Dieselmotoren, den Ladedruck in einem Teillastbereich deutlich abzusenken, hat den Nachteil, dass sich ein angeforderter maximaler Ladedruck nur vergleichsweise langsam aufbaut und die Drehmoment bestimmenden Einspritzmengen nicht unmittelbar erhöht werden können, da sonst Überfettung und Rußemissionen die Folge wären. Insbesondere im mittleren Lastbereich und oberen Lastbereich kann daher eine höhere Basisaufladung durch die Aufladeeinrichtung
Die Kombination des herkömmlichen Verfahrens zum Betreiben eines Abgasrückführungssystems steht nicht im Konflikt mit dem neuartigen Brennraum-Bypass-System, durch das ein Abströmen von Frischluft aus dem Saugrohrabschnitt
Im Folgenden wird als der Betriebszustand des Schritts S2 ein Betriebszustand betrachtet, bei dem ein Katalysator eines Motorsystems
Im Folgenden wird als der Betriebszustand des Schritts S2 ein Betriebszustand betrachtet, bei dem ein Katalysator eines Motorsystems
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- DE 3225867 A1 [0005] DE 3225867 A1 [0005]
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