DE102019203557A1

DE102019203557A1 - Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102019203557A1
Application number: DE102019203557.4A
Authority: DE
Inventors: Andreas Gutscher; Andreas Posselt; Marko Lorenz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-03-15
Filing date: 2019-03-15
Publication date: 2020-09-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit Turbolader. Hierin erfolgt in Abhängigkeit von einer relativen Luftfüllung (rl) in einem Saugrohr des Verbrennungsmotors eine Ablastung oder eine Auflastung eines Betriebspunktes des Verbrennungsmotors.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit Turbolader. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem das Computerprogramm gespeichert ist. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um einen Verbrennungsmotor mit Turbolader mittels des Verfahrens zu betreiben.
Stand der Technik
In einem Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs verdampfen in Abhängigkeit von den im Kraftstofftank herrschenden Druck- und Temperaturbedingungen sowie der Zusammensetzung des Kraftstoffs flüchtige Substanzen, bei denen es sich im Wesentlichen um Kohlenwasserstoffe handelt. Aus Gründen des Umweltschutzes und der Sicherheit müssen diese Substanzen aufgefangen und dem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs zur Verbrennung zugeführt werden. Hierfür werden die flüchtigen Substanzen in der Regel mittels eines Aktivkohlefilters absorbiert und zwischengespeichert. Zur Regenerierung des Aktivkohlefilters werden die Substanzen mittels eines Luftstroms abgesaugt und dem Saugrohr des Verbrennungsmotors zur Verbrennung zugeführt. Das Absaugen geschieht mittels Unterdruck, der sich im Saugrohr aufgrund einer Drosselung des Motors einstellt. Dabei muss die Motorsteuerung die Kraftstoffmenge, die dem Verbrennungsmotor aus dem Tankentlüftungssystem zugeführt wird, bei der Zumessung der Kraftstoffmenge über die Einspritzventile wieder abziehen.
Wenn das Kraftfahrzeug einen Turbolader aufweist, so erfolgt die Regeneration des Aktivkohlefilters im Turbobetrieb, indem die Substanzen in eine Luftzufuhr stromaufwärts des Turboladers eingeleitet werden. Hierzu ist es erforderlich, dass sich das Leitungssystem des Tankentlüftungssystems hinter einem Tankentlüftungsventil, welches zum Steuern des Tankentlüftungsmassestroms während des Tankentlüftungsbetriebs vorgesehen ist, verzweigt. Dies erfolgt mittels einer T-Verzweigung, in der zwei Rückschlagventile angeordnet sind. Diese Rückschlagventile verhindern einen Luftstrom zwischen der Luftzufuhr des Turboladers und dem Saugrohr.
Offenbarung der Erfindung
In dem Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit Turbolader erfolgt in Abhängigkeit von einer relativen Luftfüllung in einem Saugrohr des Verbrennungsmotors eine Ablastung oder eine Auflastung eines Betriebspunktes des Verbrennungsmotors. Dabei bezeichnet die relative Luftfüllung den Druck im Saugrohr im Vergleich zum Umgebungsdruck. Eine relative Luftfüllung von 100 % entspricht dabei dem Umgebungsdruck.
Die herkömmliche Tankentlüftung erfordert zur Erzielung ausreichender Spülraten ein Druckgefälle zwischen dem Aktivkohlefilter und dem Saugrohr. Durch im Vergleich zum klassischen Verbrennungsmotor weiterentwickelte und neue Systeme wird der Betriebsbereich mit Saugrohrunterdruck bzw. verbrennungsmotorischem Betrieb eingeschränkt. Dadurch wird es zunehmend schwierig den Aktivkohlefilter ausreichend zu regenerieren. Für Verbrennungsmotoren mit Turbolader wird bei nahe einer relativen Luftfüllung von 100 % weder über eine Einleitstelle im Saugrohr, noch über eine Einleitstelle in der Luftzufuhr stromaufwärts des Turboladers ein Regenerierstrom erzeugt, da kein Druckgefälle mehr von der Umgebung zum Saugrohr vorliegt und auch kein stabiler Zustand des Pfades von der Umgebung über den Aktivkohlefilter zur Einleitstelle stromaufwärts des Turboladers vorliegt. Bei längerer Konstant-Fahrt eines Kraftfahrzeugs bei dieser Last erfolgt somit keine Spülung über das Aktivkohle-Filtersystem. Das Verfahren sorgt dafür, dass dieser Betriebsbereich vermieden werden kann, ohne dass dies vom Fahrer wahrgenommen wird oder es andere Nachteile für den Verbrennungsmotor oder den Antriebstrang des Kraftfahrzeugs gibt.
Eine Ablastung erfolgt vorzugsweise, wenn die relative Luftfüllung maximal einem ersten Schwellenwert entspricht und eine Auflastung erfolgt vorzugsweise, wenn die relative Luftfüllung mindestens einem zweiten Schwellenwert entspricht. Dabei ist der zweite Schwellenwert größer als der erste Schwellenwert. Bei geringer Luftfüllung wird die Luftfüllung also weiter verringert und das Spülgefälle über die Einleitstelle im Saugrohr erweitert. Bei hoher Luftfüllung wird die Luftfüllung weiter erhöht und das Spülgefälle über die Einleitstelle stromaufwärts des Turboladers erweitert.
Bei einer relativen Luftfüllung, die zwischen den beiden Schwellenwerten liegt, wird bevorzugt in Abhängigkeit von einem Ladezustand (State of Charge; SoC) einer Batterie und/oder in Abhängigkeit von einer Beladung eines Aktivkohlefilters und/oder in Abhängigkeit von einem Abstand der relativen Luftfüllung zu den beiden Schwellenwerten entschieden, ob eine Ablastung oder eine Auflastung erfolgen soll. Der Ladezustand der Batterie und die Beladung des Aktivkohlefilters stellen Randbedingungen des Verfahrens dar, weil sich aus dem Ladezustand der Batterie die Möglichkeiten für Maßnahmen zur Ablastung und Auflastung ergeben und die Beladung des Aktivkohlefilters angibt, wie lange der abgelastete bzw. aufgelastete Betriebszustand des Verbrennungsmotors aufrechterhalten werden muss, um die gespeicherten Kraftstoffdämpfe vollständig der Verbrennung zuzuführen. Ist der Abstand der relativen Luftfüllung zu einem der beiden Schwellenwerte geringer als zum anderen Schwellenwert, so ist eine Ablastung (bei geringerem Abstand zum ersten Schwellenwert) bzw. eine Auflastung (bei geringerem Abstand zum zweiten Schwellenwert) leichter durchzuführen, als die jeweils andere Maßnahme.
Die Ablastung kann insbesondere durch Zuschalten einer elektrischen Unterstützung des Verbrennungsmotors und/oder durch Abschalten von elektrischen Verbrauchern erfolgen. Die Auflastung kann insbesondere durch Abschalten einer elektrischen Unterstützung und/oder durch Zuschalten von elektrischen Verbrauchern erfolgen. Bei der elektrischen Unterstützung des Verbrennungsmotors kann es sich insbesondere um eine Boost-Rekuperationsmaschine (BRM) handeln. Während die Zuschaltung der elektrischen Unterstützung die Last auf den Verbrennungsmotor verringert und ihre Abschaltung die Last wieder erhöht, führt jeder zugeschaltete Verbraucher zu einer Lasterhöhung. Durch Abschalten der Verbraucher kann die Last hingegen verringert werden.
Ein Grad der Ablastung oder Auflastung wird vorzugsweise in Abhängigkeit von einem Ladezustand einer Batterie und/oder in Abhängigkeit von einer Beladung eines Aktivkohlefilters gewählt. Wie voranstehend beschrieben stellen der Ladezustand der Batterie und die Beladung des Aktivkohlefilters Randbedingungen des Verfahrens dar.
Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere, wenn es auf einem Rechengerät oder einem elektronischen Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung unterschiedlicher Ausführungsformen des Verfahrens auf einem elektronischen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist es auf dem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert.
Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät wird das elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um einen Verbrennungsmotors mit Turbolader mittels des Verfahrens zu betreiben.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

1 zeigt schematisch ein Motorsystem und ein Tankentlüftungssystem, deren Verbrennungsmotor mittels eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung betrieben werden kann.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ausführungsbeispiele der Erfindung
In 1 sind ein Motorsystem 10 und ein Tankentlüftungssystem 20 eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Beide Systeme werden durch ein elektronisches Steuergerät 30 gesteuert. Das Motorsystem 10 weist einen Verbrennungsmotor 11 auf. Dieser wird über eine Luftzufuhr 12 mit Umgebungsluft versorgt. In der Luftzufuhr 12 sind ein Turbolader 13 und ein Ladeluftkühler 14 angeordnet. Stromabwärts des Ladeluftkühlers 14 wird die Luft dem Verbrennungsmotor 11 durch ein Saugrohr 15 zugeführt. In einem Turbobetrieb, in dem der Turbolader 13 durch einen Abgasstrom des Verbrennungsmotors 11 angetrieben wird, ist die Luft dabei komprimiert. In einem Saugbetrieb, in dem der Turbolader 13 inaktiv ist, wird die Luft durch den Verbrennungsmotor 11 angesaugt, wobei der Luftstrom mittels eine Drosselklappe im Saugrohr 15 reguliert werden kann. Der Verbrennungsmotor ist mit einer Boost-Rekuperationsmaschine als elektrischer Unterstützung 16 verbunden, die von einer Batterie 17 mit elektrischer Energie versorgt wird.
Das Tankentlüftungssystem 20 umfasst einen Kraftstofftank 21 des Verbrennungsmotors 11. Dieser ist über eine Leitung mit einem Aktivkohlefilter 22 verbunden, in dem aus dem Kraftstofftank 21 austretende Substanzen absorbiert werden. Eine Tankentlüftungsleitung führt vom Aktivkohlefilter 22 zu einer T-Verzweigung 23. Diese weist an einem ersten Ende ein erstes Rückschlagventil 24 auf. An einem zweiten Ende ist ein zweites Rückschlagventil 25 angeordnet. An einem dritten Ende ist ein Tankentlüftungsventil 26 angeordnet, welches sich in der Tankentlüftungsleitung zwischen dem Aktivkohlefilter 22 und der T-Verzweigung 23 befindet. Das erste Rückschlagventil 24 ermöglicht einen Massestrom von der T-Verzweigung 23 durch eine Leitung 27 in das Saugrohr 15. Diese Leitung 27 wird als Saugrohrleitung bezeichnet. Ein Massestrom in der Gegenrichtung wird unterbunden. Das zweite Rückschlagventil 25 erlaubt einen Massestrom von der T-Verzweigung 23 durch eine weitere Leitung 28, die in der Luftzufuhr 12 endet. Diese Leitung 28 wird als Turboleitung bezeichnet. Ein Massestrom in der Gegenrichtung wird durch das zweite Rückschlagventil 25 unterbunden.
Zwei elektrische Verbraucher 31, 32 in Form eines Klimakompressors und einer elektrischen Heckscheibenheizung sind mit der Batterie 17 verbunden.
Alle Komponenten werden durch ein elektronisches Steuergerät 40 gesteuert.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in 2 dargestellt. Nach seinem Start 50 erfolgt ein Vergleich 51 der relativen Luftfüllung rl im Saugrohr 27 mit zwei Schwellenwerten S₁, S₂. Vorliegend beträgt der erste Schwellenwert beispielsweise 80 % und der zweite Schwellenwert beträgt beispielsweise 120 %. Liegt die relative Luftfüllung rl unter dem ersten Schwellenwert S₁, so erfolgt ein Auswählen 52 von Maßnahmen zu Ablastung des Verbrennungsmotors 11. Liegt die relative Luftfüllung rl hingegen über dem zweiten Schwellenwert S₂, so erfolgt ein Auswählen 53 von Maßnahmen zu Auflastung des Verbrennungsmotors 11. Das jeweilige Auswählen 52, 53 erfolgt dabei in Abhängigkeit von einem Ladezustand einer Batterie 13 und/oder in Abhängigkeit von einer Beladung eines Aktivkohlefilters 22 und/oder in Abhängigkeit von einem Abstand der relativen Luftfüllung rl zu den beiden Schwellenwerten S₁, S₂ um so einen für die Regeneration des Aktivkohlefilters 22 vorteilhaften Grad der Ablastung bzw. Auflastung zu erreichen. Wenn die relative Luftfüllung rl zwischen den beiden Schwellenwerten S₁, S₂ liegt, dann erfolgt in Abhängigkeit vom Ladezustand der Batterie 17 und in Abhängigkeit von der Beladung des Aktivkohlefilters 22 eine Entscheidung 54, ob eine Ablastung oder eine Auflastung erfolgen soll.
Nachdem eine Auswahl 52, 53 von Maßnahmen erfolgt ist, werden diese umgesetzt. Hierzu erfolgt gemäß der Auswahl 52, 53 durch das elektronische Steuergerät 40 eine Ansteuerung 55 der elektrischen Unterstützung 16, eine Ansteuerung 56 des ersten Verbrauchers 31 und eine Ansteuerung 57 des zweiten Verbrauchers 32. Bei den Ansteuerungen 55, 56, 57 werden gemäß den ausgewählten Maßnahmen die jeweiligen Komponenten 12, 31, 32 zugeschaltet oder abgeschaltet.
Nachdem die Maßnahmen umgesetzt wurden erfolgt eine kontinuierliche Überwachung 58, ob sich der Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 11 ändert. Falls dies geschieht, so wird der Vergleich 51 der relativen Luftfüllung rl im Saugrohr 27 mit den Schwellenwerten S₁, S₂ wiederholt. Wenn es hingegen während der Überwachung zu einer vollständigen Entleerung des Aktivkohlefilters kommt, dann wird das Verfahren beendet 59.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (11) mit Turbolader (13), worin in Abhängigkeit von einer relativen Luftfüllung (rl) in einem Saugrohr (15) des Verbrennungsmotors (11) eine Ablastung oder eine Auflastung eines Betriebspunktes des Verbrennungsmotors (11) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ablastung erfolgt, wenn die relative Luftfüllung (rl) maximal einem ersten Schwellenwert (S₁) entspricht und eine Auflastung erfolgt, wenn die relative Luftfüllung (rl) mindestens einem zweiten Schwellenwert (S₂) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer relativen Luftfüllung (rl), die zwischen den beiden Schwellenwerten (S₁, S₂) liegt in Abhängigkeit von einem Ladezustand einer Batterie (17) und/oder in Abhängigkeit von einer Beladung eines Aktivkohlefilters (22) und/oder in Abhängigkeit von einem Abstand der relativen Luftfüllung (rl) zu den beiden Schwellenwerten (S₁, S₂) entschieden wird, ob eine Ablastung oder eine Auflastung erfolgen soll.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablastung durch Zuschalten einer elektrischen Unterstützung (16) des Verbrennungsmotors (11) und/oder durch Abschalten von elektrischen Verbrauchern (31, 32) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflastung durch Abschalten einer elektrischen Unterstützung (16) des Verbrennungsmotors (11) und/oder durch Zuschalten von elektrischen Verbrauchern (31, 32) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Grad der Ablastung oder Auflastung in Abhängigkeit von einem Ladezustand einer Batterie (17) und/oder in Abhängigkeit von einer Beladung eines Aktivkohlefilters (22) gewählt wird.
Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 7 gespeichert ist.
Elektronisches Steuergerät (40), welches eingerichtet ist, um einen Verbrennungsmotors (11) mit Turbolader (13) mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zu betreiben.