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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Ladeeinrichtung, insbesondere mit einem Abgasturbolader, und zur Optimierung eines Betriebes der Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft außerdem eine Brennkraftmaschine mit einer Ladeeinrichtung und einem Motorsteuergerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
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Ladeeinrichtungen, wie beispielsweise Abgasturbolader, elektrische Booster oder elektrisch unterstützte Abgasturbolader, weisen aufgrund von herstellungsbedingten Fertigungstoleranzen oftmals unterschiedliche, thermodynamisch relevante Spaltmaße auf, welche zum einen die Leistung und zum anderen die Regelbarkeit des Ladedrucks über ein Wastegateventil oder eine variable Turbinengeometrie negativ beeinflussen. Dabei ist bekannt, dass selbst baugleiche Ladeeinrichtungen von gleichen Herstellern oftmals erhebliche fertigungsbedingte Toleranzen aufweisen und dadurch auch eine ladeeinrichtungsindividuelle Leistung besitzen.
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Insbesondere Fahrzeughersteller stellt dies oftmals vor das Problem, dass sie nicht wissen, ob sie beim Einbau einer Ladeeinrichtung in ein Kraftfahrzeug ein leistungsstarkes oder leistungsschwaches Exemplar vorliegen haben, so dass zur Gewährleistung jede Ladeeinrichtung als leistungsschwach angesehen wird, was sich jedoch negativ auf Emissionen und Kraftstoffverbrauch auswirken kann. Aufgrund einer nicht bekannten Leistung der Ladeeinrichtung wird dem Fahrzeughersteller darüber hinaus üblicherweise lediglich ein gemitteltes Vorsteuerkennfeld für die Ladedruckregelung übermittelt, so dass bei großen Regelabweichungen ein Zielladedruck unter Umständen temporär nicht erreicht wird, was zum Nachteil hinsichtlich der Fahrbarkeit, der Dauerhaltbarkeit der Ladeeinrichtung (Schwingreibverschleiß) sowie ebenfalls hinsichtlich der Emissionen und dem Kraftstoffverbrauch führen kann.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, ein Verfahren zur Herstellung einer Brennkraftmaschine und zugleich zur Optimierung eines Betriebsablaufs der Brennkraftmaschine anzugeben, welches die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, jede gefertigte Ladeeinrichtung zunächst einem Testlauf zu unterziehen und dabei ladeeinrichtungsspezifische Funktionsparameter zu erfassen, diese zu dokumentieren und dann beim Einbau dieser Ladeeinrichtung in ein Kraftfahrzeug einem zugehörigen Motorsteuergerät zur Verfügung zu stellen, so dass jedem Motorsteuergerät genau diejenigen Funktionsparameter der in diesem Kraftfahrzeug tatsächlich verbauten Ladeeinrichtung zur Verfügung stehen. Das vorliegende Verfahren zur Herstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Ladeeinrichtung, beispielsweise einem Abgasturbolader, sowie zur Optimierung eines Betriebs der Brennkraftmaschine beruht dabei auf den Verfahrensschritten, dass zunächst die Ladeeinrichtung gefertigt und getestet und dabei zumindest ein zugehöriger Funktionsparameter der Ladeeinrichtung erfasst und dokumentiert wird. Anschließend wird diese Ladeeinrichtung an der Brennkraftmaschine angeordnet und mit dieser gekoppelt und mit einem Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine verbunden, wobei der zumindest eine erfasste Funktionsparameter dem Motorsteuergerät zur Verfügung gestellt wird. Das Motorsteuergerät führt nun eine Motorsteuerung der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit des zumindest einen ladeeinrichtungsspezifischen Funktionsparameter durch, was den großen Vorteil bietet, dass dem Motorsteuergerät exakt diejenigen Funktionsparameter der tatsächlich eingebauten Ladeeinrichtung zur Verfügung stehen, wodurch eine besonders exakte Regelung aufgrund der Kenntnis der Funktionsparameter möglich ist, wodurch sich nicht nur die Emissionen und der Kraftstoffverbrauch reduzieren lassen, sondern auch eine Ladedruckregelgüte erhöht werden kann. Durch die Verwendung von spezifischen Exemplardaten, wie z.B. die Wirkungsgrade des Abgasturboladers, lassen sich im Steuergerät verwendete Temperatur-Druckmodelle wesentlich exakter beschrieben. Hierdurch werden Temperaturen und Drücke im gesamten Luft- und Abgaspfad des Motors präziser berechnet, wodurch weitere Sensoren eingespart werden könnten, was zu einer Systemkostenreduzierung führt. Darüber hinaus ermöglicht die individuelle Verwendung von Ladeeinrichtungen für verschiedene Fahrzeugmodelle mit unterschiedlichen Anforderungsprofilen eine bessere Akustikauslegung.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung wird der zumindest eine Funktionsparameter der Ladeeinrichtung auf einem separaten Datenblatt, auf der Ladeeinrichtung selbst oder auf einem Datenträger, beispielsweise auf einem RFID-Chip, dokumentiert. Im einfachsten Fall ist es somit möglich, die jeweils ermittelten Funktionsparameter bzw. den zumindest einen erfassten Funktionsparameter der Ladeeinrichtung auf dieser selbst bzw. auf einem an dieser Ladeeinrichtung angehefteten Zettel zu schreiben, wodurch der Dokumentationsaufwand vergleichsweise gering gehalten werden kann. Beim Einbau dieser Ladeeinrichtung in ein Kraftfahrzeug müssen die erfassten und auf dem Datenblatt dokumentierten Funktionsparameter manuell in das Motorsteuergerät eingegeben werden. Alternativ hierzu ist selbstverständlich auch denkbar, dass der zumindest eine Funktionsparameter der Ladeeinrichtung auf einem Datenträger, beispielsweise einem RFID-Chip, gespeichert wird, was insbesondere den großen Vorteil bietet, dass ein entsprechend ausgebildetes Motorsteuergerät unter Umständen ein selbsttätiges Auslesen der auf dem Datenträger gespeicherten Funktionsparameter durchführen kann. Dies würde insbesondere eine deutliche Reduzierung des Montageaufwands ermöglichen und Übertragungsfehler vermeiden.
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Die Funktionsparameter können auch auf einem Datenträger in dem elektrischen Steller eines Abgasturboladers gespeichert werden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung wird als Ladeeinrichtung ein Abgasturbolader oder eine elektrische Ladeeinrichtung oder ein elektrisch unterstützter Abgasturbolader verwendet. Bereits diese nicht abschließende Aufzählung lässt erahnen, welche mannigfaltige Anwendungen für das erfindungsgemäße Verfahren gegeben sind.
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Zweckmäßig wird als Funktionsparameter zumindest einer der nachfolgenden ausgewählt: Gewicht, Größe, geometrische Abmessungen, wie insbesondere Breite, Höhe, Durchmesser oder Länge, transientes Verhalten, wie Beschleunigungsverhalten oder Ladedruckaufbau, mechanischer, thermodynamischer oder elektrischer Wirkungsgrad und/oder Kennfeldgrößen. Bereits diese nicht abschließende Aufzählung lässt erahnen, welche mannigfaltige Auswahl zur Erfassung von Funktionsparametern zur Verfügung steht, wobei stets gilt, dass je mehr ladeeinrichtungsspezifische Funktionsparameter erfasst und dokumentiert werden, umso genauer kann eine spätere Ansteuerung durch das Motorsteuergerät erfolgen.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Brennkraftmaschine mit einer Ladeeinrichtung und einem Motorsteuergerät anzugeben, wobei dieses Motorsteuergerät derart ausgebildet ist, dass es das zuvor beschriebene Verfahren, das heißt eine Motorsteuerung in Abhängigkeit von zumindest einem zu der jeweils zugehörigen Ladeeinrichtung gehörenden Funktionsparameter durchführen kann. Hierzu ist das Motorsteuergerät kommunizierend mit der Ladeeinrichtung verbunden und verfügt über die genau dieser Ladeeinrichtung zugehörigen Funktionsparameter. Hierdurch ist eine besonders exakte Steuerung des gesamten Betriebsablaufs der Brennkraftmaschine möglich, was – wie eingangs erwähnt – insbesondere zu einer Reduzierung der Emissionen und des Kraftstoffverbrauchs sowie zu einer deutlich verbesserten Ladedruck-Regelgüte führt. Die Ladeeinrichtung kann dabei beispielsweise als elektrisch unterstützter Abgasturbolader, als herkömmlicher Abgasturbolader oder als elektrische Ladeeinrichtung ausgebildet sein.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
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1 einzelne Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Brennkraftmaschine und zur Optimierung eines Betriebes derselben,
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2 eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.
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Entsprechend der 1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Brennkraftmaschine 1 (vergleiche 2) mit einer Ladeeinrichtung 2, insbesondere einem Abgasturbolader 3 und zur Optimierung eines Betriebs der Brennkraftmaschine 1 dargestellt. Gemäß einem Verfahrensschritt aus A wird dabei zunächst die Ladeeinrichtung 2, beispielsweise der Abgasturbolader 3, gefertigt. Anschließend wird die Ladeeinrichtung 2 getestet und dabei zumindest ein zugehöriger, das heißt ladeeinrichtungsspezifischer, Funktionsparameter der Ladeeinrichtung 2 erfasst und dokumentiert, was im Verfahrensschritt B erfolgt. Im Verfahrensschritt C wird die Ladeeinrichtung 2, beispielsweise der Abgasturbolader 3, an der Brennkraftmaschine 1 angeordnet und mit einem Motorsteuergerät 4 (vergleiche 2) verbunden. Dabei wird im Verfahrensschritt D der zumindest eine zuvor der zugehörigen Ladeeinrichtung 2 erfasste Funktionsparameter dem Motorsteuergerät 4 zur Verfügung gestellt. Im Verfahrensschritt E führt nun das Motorsteuergerät 4 eine Steuerung der Brennkraftmaschine 1 und/oder eine Steuerung der Ladeeinrichtung 2, das heißt generell eine Motorsteuerung in Abhängigkeit des zumindest einen ladeeinrichtungsspezifischen Funktionsparameter durch. Im Unterschied zu aus dem Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren erfolgt nun eine Motorsteuerung durch das Motorsteuergerät 4 mit exakt denjenigen Funktionsparametern, die die zugehörige Ladeeinrichtung 2 aufweist, während im Stand der Technik lediglich gemittelte Funktionsparameter zur Verfügung gestellt wurden, wodurch eine vergleichsweise große Regelabweichung bei schlecht leistenden bzw. sehr gut leistenden Ladeeinrichtungen hingenommen werden musste. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es somit erstmals möglich, spezifische Kenn- und Funktionswerte jedes einzelnen Abgasturboladers 3 bzw. jeder einzelnen Ladeeinrichtung 2 zu erfassen und an beispielsweise einen Fahrzeughersteller zu übermitteln, so dass dieser jede Brennkraftmaschine 1 mit individuellen und der jeweiligen eingebauten Ladeeinrichtung 2 zugehörigen Kenn- und Funktionswerten steuern kann. Hierdurch kann insbesondere eine Optimierung der Ladedruckregelung, beispielsweise durch eine Steuerung einer variablen Turbinengeometrie oder einer Wastegateklappe, mittels Verwendung spezifischer Exemplardaten erfolgen.
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Der zumindest eine Funktionsparameter der Ladeeinrichtung 2 kann dabei beispielsweise auf einem separaten Datenblatt 5 (vergleiche 2), auf der Ladeeinrichtung 2 selbst oder auf einem Datenträger 6, insbesondere einem RFID-Chip, dokumentiert werden, wobei die Dokumentation auf dem Datenblatt selbstverständlich eine äußerst einfache und technisch wenig aufwändige Lösung darstellt, jedoch ein nachträgliches manuelles Eingeben der einzelnen Funktionsparameter in das Motorsteuergerät 4 erfordert. Ist der zumindest eine Funktionsparameter hingegen auf dem Datenträger 6 gespeichert, so kann dieser beispielsweise beim Verbinden mit dem Motorsteuergerät 4 automatisch ausgelesen werden, wodurch die Montage deutlich vereinfacht und insbesondere auch Übertragungsfehler vermieden werden können.
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Als Funktionsparameter kann beispielsweise einer der nachfolgenden ausgewählt werden: Gewicht, Größe, geometrische Abmessungen, transientes Verhalten, wie Beschleunigungsverhalten oder Ladedruckaufbau, mechanischer, thermodynamischer oder elektrischer Wirkungsgrad und/oder Kennfeldgrößen. Bereits diese nicht abschließende Aufzählung lässt erahnen, dass zur Übermittlung der ladeeinrichtungsspezifischen Funktionsparameter eine nahezu unbegrenzte Auswahl zur Verfügung steht.
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Heutige Ladedruckregelungen verwenden physikalisch modellbasierte Ansätze. Hierfür ist beispielsweise ein rudimentäres Durchschnitts/Nominal-Verdichterkennfeld hinterlegt. Denkbar ist dabei, dass ein Durchschnitts/Nominal-Verdichterkennfeld im Motorsteuergerät 4 hinterlegt und mittels vorhandener gemessener einzelner Betriebspunkte des Verdichterkennfeldes der zugehörigen Ladeeinrichtung 1 das Durchschnitts-/Nominal-Verdichterkennfeld angepasst wird. Hierdurch wird eine wesentlich bessere Modellgüte erzielt, welche sich positiv auf die Ladedruckregelung und damit Verbrauch- und Emissionen auswirkt. Spezielle geometrische ATL-Abmessungen (Lagerdurchmesser, Konturspalte usw.) sowie Funktionsparameter eines EOL können in am Abgasturbolader 3 verbauten elektronischen Komponenten gespeichert werden, um bei Verbindung mit dem Motorsteuergerät 4 (ECU) automatisch ausgelesen zu werden (z.B. E-Steller, Drehzahlsensor).
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und darüber hinaus mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1 lässt sich insbesondere eine Verbesserung der Ladeeinrichtungsmodellgüte im Motorsteuergerät 4 (Abgastemperaturen und -drücke, Drehzahl, usw.) durch Verwendung von spezifischen Exemplardaten, erreichen, wobei darüber hinaus angedacht werden kann, bislang zur Erfassung von derartigen Funktionsparametern erforderlichen Sensoren einzusparen und damit eine Systemkostenreduzierung zu erreichen. Darüber hinaus können auch Katalysatormodelle optimiert werden, beispielsweise durch eine Einsparung an einer Edelmetallbeladung. Von besonderem Vorteil ist jedoch, dass mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und mittels der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine eine deutlich verbesserte Ladedruckregelgüte erreicht werden kann, wodurch die Fahrbarkeit, die Dauerhaltbarkeit der Ladeeinrichtung 2 (Schwingreibverschleiß) sowie eine deutliche Reduzierung der Emission und des Kraftstoffverbrauchs erreicht werden können. Die Ladeeinrichtung 2 kann dabei selbstverständlich auch als elektrisch unterstützter Abgasturbolader oder generell als elektrische Ladeeinrichtung ausgebildet sein. Die Brennkraftmaschine 1 kann dabei in einem Kraftfahrzeug 7 angeordnet und eingesetzt werden.
