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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Motor, einem Abgasstrang und einer im Abgasstrang angeordneten Abgasturbine, sowie ein Beschleunigungsverfahren zur Beschleunigung einer Drehmomenterhöhung eines Motors eines Kraftfahrzeugs mit einem eine Abgasturbine aufweisenden Turbolader.
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Bei Kraftfahrzeugen mit einem Abgasturbolader ist das Problem eines sogenannten Turbolochs bekannt, welches ein verzögertes Ansprechverhalten des Motors nach einer plötzlichen Drehmomentanforderung meint.
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Aus der
DE 43 16 761 A1 ist ein Verfahren zur Beschleunigung eines Abgasturboladers für eine Brennkraftmaschine bekannt. Der Abgasturbolader ist aus einer Abgasturbine und einem Verdichter gebildet. Ein Eingang der Abgasturbine ist mit einer Abgasleitung der Brennkraftmaschine verbunden. In einer Beschleunigungsphase der Brennkraftmaschine wird ein Ausgang der Abgasturbine kurzzeitig mit einem Unterdruckbehälter mittels einer durch eine Regeleinrichtung gesteuerten Abgasweiche verbunden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Ansprechverhalten des Kraftfahrzeugs zu verbessern.
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Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 sowie einem Beschleunigungsverfahren nach Anspruch 4. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst einen Motor, einen Abgasstrang und eine im Abgasstrang angeordnete Abgasturbine. Das Kraftfahrzeugs weist im Betrieb stromaufwärts der Abgasturbine einen Vorturbinendruck und stromabwärts der Abgasturbine einen Nachturbinendruck auf. Erfindungsgemäß weist das Kraftfahrzeug ein Druckbeeinflussungssystem mit einem dem Abgasstrang zuschaltbaren Druckspeicher auf, der ausgebildet ist, ein Volumen mit einem Speicherdruck aufzuweisen, der geringer als ein Druck einer Umgebung ist. Der Druckspeicher ist einlassseitig stromabwärts der Abgasturbine an einer Ansaugstelle mit dem Abgasstrang und auslassseitig stromabwärts der Ansaugstelle an einer Rückführstelle fluidleitend mit dem Abgasstrang verbunden. Das Druckbeeinflussungssystem ist ausgebildet, den Nachturbinendruck zu senken und ein sich aus dem Vorturbinendruck zum Nachturbinendruck ergebendes Istdruckverhältnis zu erhöhen.
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Damit ist es vorteilhaft ermöglicht, die Abgasturbine schneller zu beschleunigen. Das sogenannte Turboloch kann verkleinert beziehungsweise geschlossen werden. Der für eine vom Fahrer des Kraftfahrzeugs geforderte Beschleunigung notwendige Ladedruck steht schneller bereit. Das Fahren mit dem Kraftfahrzeug bereitet mehr Freude.
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Mit dem zuschaltbaren Druckspeicher ist das Druckbeeinflussungssystem schnell einsatzbereit, da der erforderte Druck oder Unterdruck im Moment der Anforderung des Fahrers schon vorhanden sein kann und lediglich an der Abgasturbine zur Wirkung gebracht werden muss.
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Mit dem Druckspeicher kann der Nachturbinendruck verringert und das Druckverhältnis erhöht werden, ohne dass weitere Einrichtungen, wie beispielsweise eine Abgasnachbehandlungseinrichtung, von einem Betrieb des Druckbeeinflussungssystems beeinträchtigt wären.
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In einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs weist das Druckbeeinflussungssystem ein schaltbares Ventil auf und der Druckspeicher ist mittels des schaltbaren Ventils zuschaltbar und abschaltbar.
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Damit kann der Druckspeicher schnell zur Wirkung gebracht werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist stromabwärts des Druckspeichers eine Pumpe angeordnet. Die Pumpe ist insbesondere eine elektrisch angetriebene Pneumatikpumpe.
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Damit kann der Speicherdruck in günstigen Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs generiert werden. Der elektrische Antrieb ermöglicht einen bedarfsgerechten Einsatz der Pumpe als Druckerzeuger.
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Bei dem erfindungsgemäßen Beschleunigungsverfahren zur Beschleunigung einer Drehmomenterhöhung eines Motors eines Kraftfahrzeugs mit einem eine Abgasturbine aufweisenden Turbolader wird ein aus einem Vorturbinendruck zu einem Nachturbinendruck gebildetes Istdruckverhältnis dadurch erhöht, dass der Nachturbinendruck durch Zuschalten eines Druckspeichers gesenkt wird, wenn in einem Druckverhältnisabgleich festgestellt wird, dass das Istdruckverhältnis kleiner als ein Solldruckverhältnis ist.
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Mit dieser Maßnahme wird die Abgasturbine bei entsprechender Anforderung des Fahrers schneller beschleunigt. Mit dem Zuschalten des Druckspeichers wird prompt auf das Druckverhältnis Einfluss genommen.
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Der Druckspeicher wird während eines Bremsvorgangs des Kraftfahrzeugs geladen.
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Damit wird verhindert, dass während des Ladens des Druckspeichers eine Situation eintritt, die eine Beeinflussung des Druckverhältnisses erfordert.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug in einer beispielhaften Ausgestaltung;
- 2 ein erfindungsgemäßes Beschleunigungsverfahren in einer beispielhaften Ausführung; und
- 3 eine beispielhafte Druckerzeugung.
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In der 1 ist das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 10 in einer beispielhaften Ausgestaltung in einem Schema dargestellt. Das Kraftfahrzeug 10 weist einen Motor 11 auf, der ein Verbrennungsmotor ist. Der Motor 11 kann insbesondere ein Ottomotor oder ein Dieselmotor sein. Der Motor 11 ist zum Antrieb des Kraftfahrzeugs 10 ausgebildet.
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Der Motor 11 benötigt für seinen Betrieb Zuluft. Das Kraftfahrzeug 10 verfügt dazu über einen Zuluftstrang 12, durch den Zuluft aus einer Umgebung 24 zum Motor 11 gelangen kann. Im Betrieb des Motors 11 entsteht Abgas. Das Kraftfahrzeug 10 umfasst zum Ableiten des Abgases, wie es üblich ist, einen Abgasstrang 13.
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In dem Abgasstrang ist eine Abgasturbine 14 angeordnet. Die Abgasturbine ist die Abgasturbine 14 eines Turboladers 27. Die Abgasturbine 14 ist vom strömenden Abgas antreibbar. Die Abgasturbine 14 ist mechanisch mit einem auf einer Einlassseite des Motors 11 angeordneten Verdichter 15 verbunden. Der Verdichter 15 ist im Zuluftstrang 12 angeordnet und in bekannter Manier ausgebildet, von der Abgasturbine 14 angetrieben, die Zuluft für den Motor 11 zu verdichten.
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Stromabwärts und stromaufwärts der Abgasturbine 14 herrschen im Betrieb des Motors 11 unterschiedliche Drücke. Dadurch wird die Abgasturbine 14 angetrieben. Stromaufwärts der Abgasturbine 14 weist das Kraftfahrzeug 10 einen Vorturbinendruck P1 auf. Stromabwärts der Abgasturbine 14 weist das Kraftfahrzeug 10 einen Nachturbinendruck P2 auf. Der Vorturbinendruck P1 ist durch die Eigenschaften des Abgasstroms, wie Massenstrom und Temperatur, sowie durch die Geometrie der Turbinenschaufeln bestimmt. Der Nachturbinendruck P2 ist bei geringer Motorlast im Wesentlichen von einem in der Umgebung 24 herrschenden Druck bestimmt. Die Leistung der Abgasturbine 14 ist durch das Verhältnis von Vorturbinendruck P1 zu Nachturbinendruck P2 bestimmt. Dieses Verhältnis ist in dieser Schrift als Istdruckverhältnis Vi bezeichnet.
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Das Kraftfahrzeug 10 umfasst erfindungsgemäß ein Druckbeeinflussungssystem 16, welches ausgebildet ist, das Istdruckverhältnis Vi zu erhöhen und damit die Leistung der Abgasturbine 14 zu steigern und damit wiederum die Leistung des Verdichters 15 auf der Einlassseite des Motors 11 zu erhöhen. Das Druckbeeinflussungssystem 16 ist ausgebildet, den Nachturbinendruck P2 zu senken.
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Das Druckbeeinflussungssystem 16 umfasst erfindungsgemäß einen Druckspeicher 22. Der Druckspeicher 22 ist ausgebildet, ein bestimmtes Volumen mit einem bestimmten Druck zu speichern. Dieser Druck ist in dieser Schrift als Speicherdruck P3 bezeichnet. Der Speicherdruck P3 ist dabei ein Unterdruck. Der Druckspeicher 22 ist ausgebildet, einen Speicherdruck P3 zu halten, der niedriger als ein Druck ist, den die Umgebung 24 aufweist.
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Der Druckspeicher 22 weist einen Einlass 19 und einen Auslass 20 auf. Der Druckspeicher 22 ist einlassseitig stromabwärts der Abgasturbine 14, an einer Ansaugstelle 28 mit dem Abgasstrang 13 fluidleitend verbunden. Auslassseitig ist der Druckspeicher 22 stromabwärts der Ansaugstelle 28 an einer Rückführstelle 29 fluidleitend mit dem Abgasstrang 13 verbunden.
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Das Druckbeeinflussungssystem 16 weist einlassseitig des Druckspeichers 22 bevorzugt ein Ventil 21 auf. Das Ventil 21 ist bevorzugt schaltbar. Mit dem Ventil 21 kann der Druckspeicher 22 dem Abgasstrang 13 zugeschaltet oder auch abgeschaltet werden. Bei einem Zuschalten wirkt der zum Zuschaltzeitpunkt im Druckspeicher 22 herrschende Speicherdruck P3 auf den Abgasstrang 13. Bei einem Abschalten ist der Einlass 19 des Druckspeichers 22 fluidisch vom Abgasstrang 13 entkoppelt.
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Zur Erzeugung des Speicherdrucks P3 kann das Druckbeeinflussungssystem 16 einen Druckerzeuger aufweisen. Der Druckerzeuger ist insbesondere eine pneumatische Pumpe 23. Der Druckerzeuger ist ausgebildet, Gas aus dem Druckspeicher 22 herauszupumpen und im Druckspeicher ein Unterdruck zu erzeugen.
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Das Druckbeeinflussungssystem 16 kann zudem zumindest ein Rückschlagventil 25 aufweisen. So ist in der dargestellten Ausgestaltung am Auslass 20 des Druckspeichers 22 ein Rückschlagventil 25 angeordnet. Ein weiteres Rückschlagventil 25 kann im Abgasstrang 13 stromabwärts der Ansaugstelle 28 angeordnet sein.
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Zur Steuerung des Druckbeeinflussungssystems 16 kann das Kraftfahrzeug 10 eine Auswerteeinheit 17 und mit der Auswerteeinheit 17 verbundene Drucksensoren 18 aufweisen. Insbesondere sind die Drucksensoren 18 ausgebildet, um den Vorturbinendruck P1, den Nachturbinendruck P2 und den Speicherdruck P3 zu erfassen. Auch kann das Kraftfahrzeug 10 einen mit der Auswerteeinheit 17 verbundenen Fahrpedalsensor 26 aufweisen, der eine rasche Drehmomentanforderung erkennen kann. Die Auswerteinheit 17 ist insbesondere ausgebildet, das Ventil 21 und die Pumpe 23 zu steuern.
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Das Kraftfahrzeug 10 ist ausgebildet, das erfindungsgemäße Beschleunigungsverfahren 40 auszuführen.
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Das erfindungsgemäße Beschleunigungsverfahren 40 ist in einer beispielhaften Ausführung in der 2 in einem Diagramm dargestellt. Das Beschleunigungsverfahren 40 dient einer Beschleunigung eines durch den Verdichter erzeugten Druckaufbaus. Der Ladedruck liegt dadurch schneller an.
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In der dargestellten Ausführung wird nach einem Start 41 des Beschleunigungsverfahrens 40 eine Druckerzeugung 50 durchgeführt. Die Druckerzeugung 50 ist in einer beispielhaften Ausführung in der 3 in einem Diagramm dargestellt. Die Druckerzeugung 50 ist eine Unterdruckerzeugung gegenüber dem herrschenden Druck in der Umgebung 24.
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Bei der Druckerzeugung 50 wird ein vordefinierter Solldruck Ps in dem Druckspeicher 22 erzeugt. Der Druckspeicher 22 wird aufgeladen. Dazu kann nach einem Start 51 der Druckerzeugung 50 zunächst in einer Behälterdruckermittlung 52 der Speicherdruck P3 ermittelt werden.
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Um zu prüfen, ob der gewünschte Speicherdruck P3 anliegt kann anschließend in einem Speicherdruckabgleich 53 beispielsweise geprüft werden, ob der aktuelle Speicherdruck P3 unterhalb eines vordefinierten Solldrucks Ps liegt. Liegt der Speicherdruck P3 unterhalb des Solldrucks Ps kann die Druckerzeugung 50 in einem Ende 57 beendet werden.
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Der Solldruck Ps ist hier kleiner als der Nachturbinendruck P2 und da der Nachturbinendruck P2 im Geringlastbereich des Motors 11 im Wesentlichen vom Umgebungsdruck bestimmt wird, ist der Solldruck Ps hier kleiner als der Umgebungsdruck.
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Wurde im Speicherdruckabgleich 53 ermittelt, dass der gegenwärtige Speicherdruck P3 nicht geringer als der Solldruck Ps ist, kann die Pumpe 23 in einem Pumpintervall 56 eine vorbestimmte Zeitspanne lang betrieben werden, um den Druck im Druckspeicher 22 zu senken. Anschließend kann die Speicherdruckermittlung 52 wiederholt werden.
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Bevor die Pumpe 23 aktiviert wird, kann in einer Betriebsbestimmung 54 der gegenwärtige Betriebszustand des Kraftfahrzeugs 10 beziehungsweise des Motors 11 abgefragt und in einem Betriebsabgleich 55 darauf überprüft werden, ob der ermittelte Betriebszustand für ein Betreiben der Pumpe 23 geeignet ist. So stellt insbesondere ein Bremsvorgang oder ein Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs 10 einen geeigneten Betriebszustand dar, während dessen eine Aufladung des Druckspeichers 22 erfolgen kann.
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Weist der Druckspeicher 22 den Solldruck Ps auf kann das Beschleunigungsverfahren 40 weitergeführt werden. In einer Anforderungsermittlung 42 kann beispielsweise anhand des Fahrpedalsensors 26 eine Forderung des Fahrers des Kraftfahrzeugs 10 nach einer raschen Drehmomenterhöhung erkannt werden.
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In einer Vorturbinendruckermittlung 43 kann der Vorturbinendruck P1 und in einer Nachturbinendruckermittlung 44 kann der Nachturbinendruck P2 ermittelt werden. In einer Druckverhältnisbildung 45 kann das gegenwärtige Istdruckverhältnis Vi bestimmt werden.
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Die vom Fahrer gewünschte Drehmomenterhöhung bedingt ein mindestens herrschendes Druckverhältnis, hier als Solldruckverhältnis Vs bezeichnet. Um zu prüfen, ob das gegenwärtige Istdruckverhältnis Vi ausreichend ist, wird erfindungsgemäß in einem Druckverhältnisabgleich 46 überprüft, ob das Istdruckverhältnis Vi kleiner als das Solldruckverhältnis Vs ist.
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Ist das Istdruckverhältnis Vi dabei nicht kleiner als das Solldruckverhältnis Vs, hat es also einen bestimmten Sollwert wenigstens erreicht, kann das Beschleunigungsverfahren 40 in einem Ende 48 beendet werden.
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Ist das gegenwärtig vorhandene Istdruckverhältnis Vi aus Vorturbinendruck P1 und Nachturbinendruck P2 kleiner als das Solldruckverhältnis Vs, also nicht ausreichend groß, um die gewünschte Drehmomenterhöhung zu realisieren, wird der Nachturbinendruck P2 erfindungsgemäß gesenkt und dadurch das Istdruckverhältnis Vi erhöht, indem in einem Ventilöffnungsintervall 47 das Ventil 21 für einen vorbestimmten Zeitraum geöffnet wird.
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Durch die Öffnung des Ventils 21 wird das Abgas in den Druckspeicher 22 gesogen und die Abgasturbine 14 beschleunigt. Die Beschleunigung der Abgasturbine 14 hat eine Beschleunigung des Verdichters 15 und damit eine rasche Erhöhung des Ladedrucks zur Folge.
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Bei der Durchführung der Druckerzeugung 50 wird das in den Druckspeicher 22 gesogene Abgas aus dem Druckspeicher 22 gepumpt und dem Abgasstrang 13 zugeführt. Das Ventil 21 ist beim Pumpen geschlossen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 11
- Motor
- 12
- Zuluftstrang
- 13
- Abgasstrang
- 14
- Abgasturbine
- 15
- Verdichter
- 16
- Druckbeeinflussungssystem
- 17
- Auswerteeinheit
- 18
- Drucksensor
- 19
- Einlass
- 20
- Auslass
- 21
- Ventil
- 22
- Druckspeicher
- 23
- Pumpe
- 24
- Umgebung
- 25
- Rückschlagventil
- 26
- Fahrpedalsensor
- 27
- Turbolader
- 28
- Ansaugstelle
- 29
- Rückführstelle
- 40
- Beschleunigungsverfahren
- 41
- Start des Beschleunigungsverfahrens
- 42
- Anforderungsermittlung
- 43
- Vorturbinendruckermittlung
- 44
- Nachturbinendruckermittlung
- 45
- Druckverhältnisbildung
- 46
- Druckverhältnisabgleich
- 47
- Ventilöffnungsintervall
- 48
- Ende des Beschleunigungsverfahrens
- 50
- Druckerzeugung
- 51
- Start der Druckerzeugung
- 52
- Speicherdruckermittlung
- 53
- Speicherdruckabgleich
- 54
- Betriebsbestimmung
- 55
- Betriebsabgleich
- 56
- Pumpintervall
- 57
- Ende der Druckerzeugung
- P1
- Vorturbinendruck
- P2
- Nachturbinendruck
- P3
- Speicherdruck
- Ps
- Solldruck
- Vi
- Istdruckverhältnis
- Vs
- Solldruckverhältnis
