DE102015109868A1

DE102015109868A1 - Steuerungssystem für eine aufgeladene Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102015109868A1
Application number: DE102015109868.7A
Authority: DE
Inventors: Timo Poggemann; Nils Nagel; Florian Grüner; Alexander Dast
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2015-06-19
Filing date: 2015-06-19
Publication date: 2016-12-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuerungssystem für eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit mindestens einem Abgasturbolader (11, 12), dem über mindestens eine Abgassammelleitung (9, 10) Abgas von der Brennkraftmaschine zuführbar ist und mit mindestens einem über ein über eine Brennkraftmaschinen-Steuereinheit ansteuerbaren Stellglied (19, 20) in einer Bypass-Leitung (17, 18) zur Umgehung des Abgasturboladers (11, 12), wobei das Öffnen bzw. das Schließen des Stellglieds (19, 20) durch die Überwachung des Außenluftansaugdrucks in der Außenluftansaugleitung (3, 4) mittels einer vor der Drosselklappe (5, 6) angeordneten Druckmessvorrichtung (7, 8) überwachbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerungssystem für eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit mindestens einem Abgasturbolader, dem über mindestens eine Abgassammelleitung Abgas von der Brennkraftmaschine zuführbar ist und mit mindestens einem über ein über ein Brennkraftmaschinen-Steuergerät ansteuerbarem Stellglied in einer Bypass-Leitung zur Umgehung des Abgasturboladers.
Die Entwicklung weitgehend schadstofffrei betreibbarer Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge erfordert zunehmend höheren technischen Aufwand und eine zunehmend spezialisiertere und feinfühliger reagierende Überwachung bzw. Steuerung der Systeme. Besonders kritisch ist dabei nicht der Betrieb der Brennkraftmaschine unter gleichmäßiger bzw. hoher Belastung, sondern z.B. die Startphase oder der Stopp-and-Go-Betrieb. Zum Beispiel ist in der Startphase einer aufgeladenen Brennkraftmaschine zwingend dafür zu sorgen, dass die Abgasreinigungseinrichtungen (Katalysatoren) möglichst schnell auf Betriebstemperatur gebracht werden, um ihre volle Funktionsfähigkeit sicherzustellen. Das wird üblicherweise dadurch gelöst, dass der Abgasmassestrom von der Brennkraftmaschine ganz oder teilweise am Abgasturbolader vorbei über eine Bypass-Leitung, in der ein über das Motorsteuergerät ansteuerbares Stellglied angeordnet ist, direkt dem Katalysator zu dessen schneller Aufheizung zugeleitet wird. Es ist zweckmäßig, diesen Vorgang entsprechend zu überwachen. Zum Teil existieren auch schon Vorgaben, die eine solche Überwachung notwendig machen (z.B. von der CARB = California Air Resources Board).
Aus dem Stand der Technik ist eine solche Überwachung bekannt – siehe z.B. EP 1 883 745 B1 . Darin wird die direkte Zuleitung von Abgas der Brennkraftmaschine über einen Bypass am Abgasturbolader vorbei zum Katalysator zu dessen schneller Aufheizung in der Startphase gezeigt und beschrieben. Bei dieser Lösung soll über ein in der Bypass-Leitung angeordnetes Ventil der Abgasstrom zum Katalysator gesteuert werden. Die Steuerung und deren Kontrolle sollen in Abhängigkeit vom eingestellten Zündzeitpunkt über ein Motorsteuergerät erfolgen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein einfach aufgebautes, absolut zuverlässig funktionierendes Steuerungssystem für die Überwachung des Abgasstroms zum Katalysator zur Verfügung zu stellen.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Öffen- bzw. Schließstellung des Stellglieds in der Bypass-Leitung durch die Überwachung des Außenluft-Ansaugdrucks mittels einer vor der Drosselklappe angeordneten Druckmessvorrichtung überwachbar ist.
In besonders einfacher Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung kann als Druckmessvorrichtung ein Ladedrucksensor vor der Drosselklappe im Außenluftansaugstrom angeordnet sein.
Die von der Druckmessvorrichtung bzw. dem Ladedrucksensor erfassten Druckwerte können einem Steuergerät der Brennkraftmaschine zur Erfassung und Speicherung zugeleitet und ggf. dort verarbeitet werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel zum Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt. Anhand dieses Ausführungsbeispiels sollen Einzelheiten, Merkmale und Besonderheiten des Gegenstandes der Erfindung nachfolgend näher erläutert werden.
Es zeigt:
1 schematisch die Darstellung einer Brennkraftmaschine mit Aufladung, Katalysatoren und Luft- bzw. Abgasführung nach der Erfindung, und
2 Diagramme zum Druckverlauf bei einer aufgeladenen Brennkraftmaschine.
1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderbänken 1 und 2 mit jeweils vier Zylindern Z. Jeder Zylinderbank 1, 2 ist jeweils eine separate Außenluftansaugleitung 3 bzw. 4 zugeordnet, über die den Zylindern Z bzw. den in den Zylindern angeordneten Brennräumen die für den Betrieb der Brennkraftmaschine notwendige Verbrennungsluft zugeleitet wird. In den Außenluftansaugleitungen 3 bzw. 4 sind Drosselklappen 5 bzw. 6 zur Regelung der Luftzufuhr zu den Zylindern Z angeordnet. Vor der Drosselklappe 5 bzw. 6 ist in der Außenluftansaugleitung 3 bzw. 4 jeweils ein Ladedrucksensor 7 bzw. 8 angeordnet, über den der Druckverlauf der angesaugten Außenluft erfassbar ist. Die von den Ladedrucksensoren 7 bzw. 8 erfassten Messwerte können zweckmäßigerweise zur Speicherung einem Brennkraftmaschinen-Steuergerät zugeleitet und dort ggf. verarbeitet werden.
Den Zylinderbänken 1 bzw. 2 sind jeweils separate Abgassammelleitungen 9 bzw. 10 zugeordnet, die das aus den Zylindern Z ausgestoßene Abgas jeweils einem Abgasturbolader 11 bzw. 12 zuleiten. Über die Abgasleitungen 13 bzw. 14 wird das Abgas dann Abgasreinigungseinrichtungen (Katalysatoren) 15 bzw. 16 zur Reinigung zugeführt.
Unter Umgehung der Abgasturbolader 11 bzw. 12 sind die Abgassammelleitungen 9 bzw. 10 über Bypass-Leitungen 17, 18 direkt mit den Katalysatoren 15 bzw. 16 verbunden. In diesen Bypass-Leitungen 17 bzw. 18 sind zur Steuerung des Abgasstroms Klappen, Ventile, Stellglieder 19 bzw. 20 angeordnet. Mit diesen Stellgliedern 19 bzw. 20 können die Bypass-Leitungen 17 bzw. 18 geöffnet, teil-geöffnet oder geschlossen werden.
Bei geschlossenen Stellgliedern 19 bzw. 20 wird der gesamte Abgasstrom direkt den Abgasturboladern 11 bzw. 12 zugeleitet. Zur schnellen Aufheizung der Katalysatoren 15 bzw. 16 kann, gesteuert über die Stellglieder 19 bzw. 20 ein Teil des Abgasstroms oder auch der gesamte Abgasstrom zur schnellen Aufheizung der Katalysatoren 15 bzw. 16 an den Abgasturboladern 11 bzw. 12 vorbei direkt den Katalysatoren 15 bzw. 16 zugeleitet werden, so dass diese sehr schnell auf volle Betriebstemperatur und damit auf effiziente Funktionsweise gebracht werden können.
Beim Betrieb einer solchen Brennkraftmaschine ist sicherzustellen, dass die Stellglieder 19 bzw. 20 in der für die Funktion z.B. der Katalysatoren korrekten Position stehen bzw. über das Motorsteuergerät in die korrekte Position gebracht werden. Das kann entsprechend der Lösung nach der Erfindung in besonders einfacher Weise dadurch erfolgen, dass die Stellung der Stellglieder 19 bzw. 20 über die Messung des Druckverlaufs in der Außenluftansaugleitung 3 bzw. 4 überwacht wird. Zur Überwachung ist vor der Drosselklappe 5 bzw. 6 jeweils ein Ladedrucksensor 7 bzw. 8 angeordnet. Die von den Ladedrucksensoren 7 bzw. 8 erfassten Werte werden dem Brennkraftmaschinen-Steuergerät zugeleitet, dort gespeichert und ggf. verarbeitet.
In 2 ist beispielhaft der ggf. von den Ladedrucksensoren 7 bzw. 8 erfasste Druckverlauf in der Außenluftansaugleitung 3 bzw. 4 dargestellt. Das links dargestellte Diagramm A zeigt den Druckverlauf während der Startphase der Brennkraftmaschine bzw. der Aufheizphase des Katalysators 15 bzw. 16. Dabei ist das Stellglied 19 bzw. 20 in der Bypass-Leitung 17 bzw. 18 voll geöffnet. Aufgrund des praktisch ungehinderten Abströmens des Abgases ist kaum eine Veränderung des Druckverlaufes vor der Drosselklappe 5 bzw. 6 in der Außenluftansaugleitung 3 bzw. 4 bzw. über die Ladedrucksensoren 7 bzw. 8 erfassbar – siehe Verlauf der Drucklinie C in Diagramm A; mit der Linie D ist die Phase des Motorstarts abgebildet; Linie E zeigt beispielhaft die Zeitdauer der Katalysator-Aufheizphase mit geöffnetem Stellglied 19 bzw. 20. Und mit der Linie F ist beispielhaft das Messfenster für die Druckerfassung mittels der Ladedrucksensoren 7 bzw. 8 dargestellt. Die Darstellung nach Diagramm A in 2 repräsentiert insofern ein voll funktionierendes System.
Im Unterschied dazu zeigt das Diagramm B in 2 den Druckverlauf in der Außenluftansaugleitung 3 bzw. 4 bei vollkommen geschlossenem Stellglied 19 bzw. 20 in der Bypass-Leitung 17 bzw. 18. Nach dem Motorstart (siehe Linie D1 im rechten Diagramm B) wird über die Ladedrucksensoren 7 bzw. 8 vor der Drosselklappe 5 bzw. 6 in der Außenluftansaugleitung 3 bzw. 4 von den Ladedrucksensoren 7 bzw. 8 (Messfenster F2) ein sehr deutlicher Anstieg des Drucks aufgrund der geschlossenen Stellglieder 19 bzw. 20 erfasst – siehe Linienverlauf C1 in Diagramm B. Dies würde zu einer erheblichen Verzögerung der Katalysator-Aufheizphase führen. Der so erfasste Druckverlauf in der Außenluftansaugleitung 3 bzw. 4 vor der Drosselklappe 5 bzw. 6 kann in der Brennkraftmaschinen-Steuereinheit erfasst und dokumentiert und ggf. zu Steuerbefehlen herangezogen werden.
Der Gegenstand der Erfindung ist vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels bei einer Brennkraftmaschine mit 8 Zylindern, angeordnet in zwei Zylinderbänken beschrieben. Es versteht sich jedoch für den Fachmann von selbst, dass die erfinderische Lösung z.B. auch bei Ausführungen mit lediglich einem oder auch mit mehr als zwei Abgasturbolader bzw. Katalysatoren umsetzbar ist.
Bezugszeichenliste

1: Zylinderbank
2: Zylinderbank
3: Außenluftansaugleitung
4: Außenluftansaugleitung
5: Drosselklappe
6: Drosselklappe
7: Ladedrucksensoren
8: Ladedrucksensoren
9: Abgassammelleitung
10: Abgassammelleitung
11: Abgasturbolader
12: Abgasturbolader
13: Abgasleitung
14: Abgasleitung
15: Katalysator
16: Katalysator
17: Bypass-Leitung
18: Bypass-Leitung
19: Stellglied
20: Stellglied
A: Diagramm
B: Diagramm
C, C1: Linien in Diagrammen A bzw. B (2)
D, D1: Linien in Diagrammen A bzw. B (2)
E, E1: Linien in Diagrammen A bzw. B (2)
F, F1: Linien in Diagrammen A bzw. B (2)
Z: Zylinder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1883745 B1 [0003]

Claims

Steuerungssystem für eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit mindestens einem Abgasturbolader (11, 12), dem über mindestens eine Abgassammelleitung (9, 10) Abgas von der Brennkraftmaschine zuführbar ist und mit mindestens einem über ein über eine Brennkraftmaschinen-Steuereinheit ansteuerbaren Stellglied (19, 20) in einer Bypass-Leitung (17, 18) zur Umgehung des Abgasturboladers (11, 12), dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnen bzw. das Schließen des Stellglieds (19, 20) durch die Überwachung des Außenluftansaugdrucks in der Außenluftansaugleitung (3, 4) mittels einer vor der Drosselklappe (5, 6) angeordneten Druckmessvorrichtung (7, 8) überwachbar ist.
Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckmessvorrichtung ein Ladedrucksensor (7, 8) angeordnet ist.
Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Druckmessvorrichtung (7, 8) erfassten Druckwerte in der Brennkraftmaschinen-Steuerungsvorrichtung erfasst, gespeichert und ggf. verarbeitet werden.