DE102020215579A1 - Process for reducing the amount of water required to protect components in Otto engines with water injection systems - Google Patents

Process for reducing the amount of water required to protect components in Otto engines with water injection systems Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer durch einen Lader (31) aufgeladenen, fremdgezündeten Brennkraftmaschine (10) mit einem Brennraum (22), in dem eine Verbrennung abläuft, einer Antriebswelle (28) und einem Abgassystem (13), wobei in einem Schritt- die Brennkraftmaschine (10) in einem Betriebspunkt (P0) bei einer Drehzahl (n28; n28P) der Antriebswelle (28) betrieben wird, zu dem ein Luftverhältnis (Lambda) in einem Brennraum (22) eingestellt wird, wobei in diesem Betriebspunkt (P0) ein Drehmoment (M28,0) eingestellt wird, das gerade noch mit einem stöchiometrischen Luftverhältnis (Lambda) erzielt wird und gleichzeitig eine maximal zulässige Temperatur (Tzul,max) des Abgassystems (13) gerade noch eingehalten wird, ohne dass dem Brennraum (22) Wasser zugeführt wird,- wobei der Lader (31) in diesem Betriebspunkt (P0) mit seiner geringstmöglichen Leistung betrieben wird,- wobei Maßnahmen ergriffen werden, um eine Temperatur (T13) im Abgassystem (13) zu verringern.Method for operating a supercharged, spark-ignited internal combustion engine (10) having a combustion chamber (22) in which combustion takes place, a drive shaft (28) and an exhaust system (13), in one step the internal combustion engine ( 10) is operated at an operating point (P0) at a speed (n28; n28P) of the drive shaft (28) at which an air ratio (lambda) is set in a combustion chamber (22), with a torque ( M28.0) that is just achieved with a stoichiometric air ratio (lambda) and at the same time a maximum permissible temperature (Tzul,max) of the exhaust system (13) is just maintained without water being fed to the combustion chamber (22). - wherein the charger (31) is operated at its lowest possible power in this operating point (P0), - wherein measures are taken to reduce a temperature (T13) in the exhaust system (13).

Description

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass eine Gemischanreicherung stattfindet, sobald eine bestimmte Motorleistung wegen zu hohen Abgastemperaturen nicht mehr erreicht werden kann. Aus dem Stand der Technik sind auch Brennkraftmaschinen bekannt, deren Verbrennungsabläufe in den Brennräumen durch den Einsatz einer Wassereinspritzung anstelle der Gemischanreicherung beeinflusst werden. Ein Vorteil dieser Wassereinspritzung besteht darin, dass eine Temperatur des Abgases gegenüber einer Temperatur des Abgases aus einer Verbrennung ohne die Einbringung von Wasser durch eine Wassereinspritzung verringert ist. Dadurch können Bauteile in einem Abgasstrang, beispielsweise die Turbine, ein Katalysator oder ein Partikelfilter, vor zu hohen Temperaturen und damit Zerstörung geschützt werden. Zudem können durch die dadurch reduzierten Temperaturen Emissionen vermindert werden und die Leistung einer Brennkraftmaschine gesteigert werden.It is known from the prior art that mixture enrichment takes place as soon as a certain engine performance can no longer be achieved because the exhaust gas temperatures are too high. Internal combustion engines are also known from the prior art whose combustion processes in the combustion chambers are influenced by the use of water injection instead of mixture enrichment. An advantage of this water injection is that a temperature of the exhaust gas is reduced over a temperature of the exhaust gas from combustion without the introduction of water through water injection. As a result, components in an exhaust line, for example the turbine, a catalytic converter or a particle filter, can be protected from excessive temperatures and the resulting damage. In addition, as a result of the reduced temperatures, emissions can be reduced and the performance of an internal combustion engine can be increased.

Die Einspritzung von Wasser kommt zu Einsatz, um die bisher verwendetet Gemischanfettung zum Zweck des Bauteilschutzes zu ersetzen und somit einen stöchiometrischen Betrieb zu erreichen. Die Gemischanreicherung hat den Nachteil, dass es Betriebspunkte gibt, in denen ein Gemisch als sogenannt „fett“ gilt und dem entsprechend einen Lambdawert von kleiner 1 aufweist. Durch die Gemischanreicherung wird die Abgastemperatur gesenkt. Durch einen unterstöchiometrischen Betrieb ist die Funktion des 3-Wege-Katalysators nicht mehr gewährleistet, es treten stark erhöhte Kohlenwasserstoff- und Kohlenstoffmonooxidemissionen und ein stark erhöhter Kraftstoffverbrauch aufThe injection of water is used to replace the previously used mixture enrichment for the purpose of component protection and thus to achieve stoichiometric operation. Mixture enrichment has the disadvantage that there are operating points at which a mixture is considered “rich” and accordingly has a lambda value of less than 1. The exhaust gas temperature is reduced by the mixture enrichment. Sub-stoichiometric operation means that the function of the 3-way catalytic converter is no longer guaranteed, and there are greatly increased hydrocarbon and carbon monoxide emissions and greatly increased fuel consumption

Die Wirkungsweise der Wassereinspritzung beruht vorrangig auf dem Effekt der Abkühlung der Zylinderladung, in dem die hohe Verdampfungsenthalpie von Wasser ausgenutzt wird. Zum einen wird so das Temperaturniveau des Prozesses reduziert und die Neigung zu Klopfen verringert. Beides wirkt sich in einer Reduktion der Abgastemperatur aus.
Von besonderer Bedeutung ist bei diesem Verfahren, dass die dabei benötigte Wassermenge verringert werden soll. Einerseits handelt es sich beim einzuspritzenden Wasser um ein weiteres Medium, welches im Fahrzeug sowohl mitgeführt also wieder aufgefüllt werden muss. Zudem beeinflusst ein entsprechender Tank die Raumnutzung innerhalb der Karosserie („Packaging“). Es ist daher anzustreben eine sinnvoll kleine Tankgröße für das Wasser vorzusehen. Ein reduzierter Wasserverbrauch führt somit zu einer Verlängerung eines Intervalls zum Nachtanken und andererseits zu einer erhöhten Reichweite im Wasserbetrieb mit einer Wassertankfüllung. Weitere Gründe für eine Reduktion der Wasserrate sind zudem die Verringerung einer sogenannten Blowby-Menge und damit des Eintrags von Wasser in das Motorenöl. Es ist daher vorgesehen den Kennfeldbereich, der stöchiometrisch betrieben werden kann, zu vergrößern und den Kennfeldbereich, welcher bei noch höheren Leistungen liegt und in dem Wasser eingespritzt werden muss, zu verkleinern und zum anderen die Wassermenge in dem Kennfeldbereich mit Wassereinspritzung zu reduzieren.
The mode of operation of the water injection is primarily based on the effect of cooling the cylinder charge, in which the high enthalpy of vaporization of water is used. On the one hand, the temperature level of the process is reduced and the tendency to knock is reduced. Both have the effect of reducing the exhaust gas temperature.
Of particular importance in this process is that the amount of water required should be reduced. On the one hand, the water to be injected is another medium that has to be carried in the vehicle and therefore has to be refilled. In addition, a corresponding tank influences the use of space within the body (“packaging”). It is therefore desirable to provide a sensibly small tank size for the water. A reduced water consumption thus leads to an extension of the interval for refueling and, on the other hand, to an increased range in water operation with one water tank filling. Other reasons for reducing the water rate are also the reduction of a so-called blow-by quantity and thus the entry of water into the engine oil. It is therefore intended to increase the map range that can be operated stoichiometrically and to reduce the map range that is at even higher power levels and in which water must be injected, and on the other hand to reduce the amount of water in the map range with water injection.

Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben einer durch einen Lader aufgeladenen, fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit einem Brennraum vorgesehen. Die Brennkraftmaschine wird in einem Betriebspunkt bei einer Drehzahl der Antriebswelle betrieben, zu dem ein Luftverhältnis in einem Brennraum eingestellt wird, wobei in diesem Betriebspunkt ein Drehmoment eingestellt wird, das gerade noch mit einem stöchiometrischen Luftverhältnis erzielt wird und gleichzeitig eine maximal zulässige Temperatur des Abgassystems gerade noch eingehalten wird, ohne dass dem Brennraum Wasser zugeführt wird, wobei der Lader in diesem Betriebspunkt mit seiner geringstmöglichen Leistung betrieben wird, und Maßnahmen ergriffen werden, um eine Temperatur im Abgassystem zu verringern. Dies hat den Vorteil, dass die bereits erwähnten Elemente des Abgasstrangs, wie die Turbine, der Katalysator oder ein Partikelfilter, vor zu hohen Temperaturen und damit der Zerstörung geschützt werden.According to a first aspect of the invention, a method of operating a supercharged, spark-ignited internal combustion engine having a combustion chamber is provided. The internal combustion engine is operated at an operating point at a speed of the drive shaft at which an air ratio is set in a combustion chamber, with a torque being set at this operating point that is just achieved with a stoichiometric air ratio and at the same time a maximum permissible temperature of the exhaust system is just is still maintained without water being supplied to the combustion chamber, with the charger being operated at its lowest possible power at this operating point, and measures being taken to reduce a temperature in the exhaust system. This has the advantage that the elements of the exhaust system already mentioned, such as the turbine, the catalytic converter or a particle filter, are protected from excessive temperatures and thus destruction.

Gemäß einer ersten Variante eines entsprechenden Verfahrens ist ein sogenanntes künstliches Androsseln vorgesehen. Dazu wird in einem ersten Schritt die Leistung eines Laders erhöht und dadurch ein Druck in einem Saugrohr zwischen dem Lader und einer Drosselklappe erhöht. Dies geht mit einer Erhöhung der Turbinenleistung einher. Hierdurch wird die Enthalpie im Abgas nach der Turbine reduziert und die Abgastemperatur verringert. Dies hat den Vorteil, dass dann, wenn der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine zuvor bereits so liegt, dass eine Temperatur des Abgases nach der Turbine einen maximal zulässigen Temperaturwert einnimmt, von der Temperatur her wieder Abstand zum maximal zulässigen Temperaturwert gewonnen wird. D. h., dass bereits durch diesen Ansatz - trotz des Ansatzes einer Veränderung des Betriebspunktes zu höheren Leistungen - potenziell eine Kühlung der Verbrennung durch Wasser vermieden werden kann. Der Ansatz ist nur möglich sofern die maximal zulässige Turbineneintrittstemperatur noch nicht erreicht ist.According to a first variant of a corresponding method, so-called artificial throttling is provided. For this purpose, in a first step, the power of a charger is increased, thereby increasing the pressure in an intake manifold between the charger and a throttle valve. This is accompanied by an increase in turbine power. This reduces the enthalpy in the exhaust gas after the turbine and lowers the exhaust gas temperature. This has the advantage that when the operating point of the internal combustion engine is already such that a temperature of the exhaust gas after the turbine assumes a maximum permissible temperature value, the distance from the maximum permissible temperature value is regained in terms of temperature. This means that even with this approach - despite the approach of changing the operating point to higher outputs - cooling of the combustion by water can potentially be avoided. The approach is only possible if the maximum permissible turbine inlet temperature has not yet been reached.

Für den Fall, dass ein Betriebspunkt jedoch nicht zu tendenziell höheren Leistungen verschoben werden soll, ist vorgesehen, dass eine einhergehende Erhöhung des Drucks in dem Saugrohr zwischen dem Lader und der Drosselklappe für den darauffolgenden Teil des Saugrohres zwischen der Drosselklappe und einem Einlass in einen Brennraum durch die Drosselklappe wieder verringert wird. Dadurch wird erreicht, dass eine Luftfüllung in dem Brennraum im Idealfall nicht zunimmt, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda gleich 1 wieder eingestellt wird und dadurch auch eine Kraftstoffmasse im Brennraum gleich groß wie vor dieser Maßnahme ist. Ein Drehmoment nimmt dann an der Antriebswelle nicht zu.However, in the event that an operating point is not to be shifted towards higher power levels, provision is made for an associated immediate increase in the pressure in the intake manifold between the charger and the throttle valve is reduced again for the subsequent part of the intake manifold between the throttle valve and an inlet into a combustion chamber through the throttle valve. As a result, an air charge in the combustion chamber does not increase in the ideal case, an air-fuel ratio lambda equal to 1 is set again, and as a result a fuel mass in the combustion chamber is also the same as before this measure. A torque then does not increase at the drive shaft.

Falls nach einer ersten Iteration (Erhöhung der Luftmasse durch den Lader, Erhöhung des Drucks durch den Lader, Absenkung des Drucks durch die Drosselklappe) immer noch ein Abstand zwischen der Abgastemperatur an der kritischen Stelle und der zulässigen Maximaltemperatur an der kritischen Stelle vorliegt, kann das Verfahren wie eben beschrieben wiederholt werden. So ist es möglich die Motorleistung bis zum Erreichen des Abgastemperaturlimits zu steigern. Im finalen Zustand ist die Turbinenleistung, Verdichterleistung und die max. bei Lambda = 1 abgegebene Motorleistung gegenüber dem Ausgangszustand erhöht, die Drosselklappe jedoch weiter geschlossen als zuvor.If after a first iteration (increasing the air mass through the charger, increasing the pressure through the charger, reducing the pressure through the throttle valve), there is still a difference between the exhaust gas temperature at the critical point and the maximum permissible temperature at the critical point, this can Procedures as just described are repeated. This makes it possible to increase engine performance until the exhaust gas temperature limit is reached. In the final state, the turbine power, compressor power and the maximum engine power output at lambda = 1 is increased compared to the initial state, but the throttle valve is closed further than before.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist dann, wenn in dem Abgassystem eine maximal zulässige Temperatur ohne die Zufuhr von Wasser nicht mehr eingehalten werden kann, vorgesehen, dass in einem weiteren Schritt Wasser in den Brennraum eingespritzt wird. Dies ermöglicht wieder das Herstellen eines Abstands zwischen der Abgastemperatur an der kritischen Stelle und der zulässigen Maximaltemperatur an der kritischen Stelle. Ein derartiges Ergebnis nach Wassereinspritzung kann dazu genutzt werden, wieder eine Erhöhung des Drucks durch den Lader und danach eine Absenkung des Drucks durch die Drosselklappe vorzusehen.According to a further aspect of the invention, when a maximum permissible temperature can no longer be maintained in the exhaust system without the supply of water, provision is made for water to be injected into the combustion chamber in a further step. This enables a margin to be restored between the exhaust gas temperature at the critical point and the maximum allowable temperature at the critical point. Such a result after water injection can be used to again provide an increase in pressure through the supercharger and then a decrease in pressure through the throttle valve.

Gemäß einem alternativen Verfahren kann vorgesehen sein, in einem Schritt einen Schwerpunkt der Verbrennung im Brennraum zu verschieben und so eine Abgastemperatur an einer kritischen Stelle des Abgasstrangs zu verringern. Dabei ist vorgesehen, den Schwerpunkt der Verbrennung nach früh zu verschieben und zwar über den wirkungsgradoptimalen Verbrennungsschwerpunkt hinaus. Falls durch eine Verschiebung des Schwerpunkts der Verbrennung nach früh keine Senkung der Abgastemperatur an der kritischen Stelle mehr bewirkt bzw. alternativ die Gefahr des Klopfens während der Verbrennung zu groß wird, kann das Einspritzen von Wasser in den Brennraum eine Kühlung der Verbrennung und damit sowohl eine Senkung der Abgastemperatur als auch eine Verringerung der Gefahr des Klopfens bewirken, was wiederrum eine Frühverschiebung des Zündwinkels ermöglicht. Zudem können die beiden oben genannten Verfahren miteinander kombiniert werden, um eine Senkung der Abgastemperatur an einer kritischen Stelle weiter zu verringern.According to an alternative method, provision can be made to shift a focus of combustion in the combustion chamber in one step and thus reduce an exhaust gas temperature at a critical point in the exhaust system. It is intended to shift the center of combustion to an earlier point beyond the center of combustion that is optimal in terms of efficiency. If shifting the focus of combustion forward no longer lowers the exhaust gas temperature at the critical point or alternatively the risk of knocking during combustion becomes too great, injecting water into the combustion chamber can cool the combustion and thus both Lowering the exhaust gas temperature as well as reducing the risk of knocking, which in turn enables the ignition angle to be advanced. In addition, the two methods mentioned above can be combined with one another in order to further reduce the drop in exhaust gas temperature at a critical point.

Des Weiteren ist ein Computerprogramm vorgesehen, das alle Schritte eines der Verfahren ausführt. Zudem ist optional ein maschinenlesbares Speichermedium vorgesehen, auf dem das. Computerprogramm gespeichert ist. Des Weiteren soll ein Steuergerät so ausgebildet sein, dass dieses alle Schritte eines der Verfahren ausführen kann.Furthermore, a computer program is provided that executes all the steps of one of the methods. In addition, a machine-readable storage medium is optionally provided, on which the computer program is stored. Furthermore, a control device should be designed in such a way that it can carry out all the steps of one of the methods.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgend beschriebenen Figuren näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine Darstellung eines typischen Systems aus Brennkraftmaschine, Abgassystem und Luftzufuhrsystem,
  • 2 eine Darstellung eines beispielhaften prinzipiellen Verlaufs eines maximalen Drehmoments,
  • 3 eine Darstellung einer benötigten Wasserrate in Abhängigkeit von einer Last der Brennkraftmaschine,
  • 4 einen Verfahrensablauf eines ersten Ausführungsbeispiels,
  • 5 einen Verdichter mit elektrischer Maschine,
  • 6 ein zweites prinzipiell dargestelltes Verfahren zum Beeinflussen einer Abgastemperatur.
The invention is explained in more detail with reference to the figures described below. Show it:
  • 1 a representation of a typical system of internal combustion engine, exhaust system and air supply system,
  • 2 a representation of an exemplary basic course of a maximum torque,
  • 3 a representation of a required water rate depending on a load of the internal combustion engine,
  • 4 a process flow of a first embodiment,
  • 5 a compressor with an electric machine,
  • 6 a second method shown in principle for influencing an exhaust gas temperature.

In der 1 ist ein typisches System mit einer Brennkraftmaschine 10, einem an die Brennkraftmaschine 10 angeschlossenen Abgassystem 13 und einem Luftzufuhrsystem 16 dargestellt. Dieses System befindet sich in diesem Beispiel in einem Kraftfahrzeug. Die Brennkraftmaschine 10 weist typischerweise mehrere Zylinder 19 auf. In einem jeden Zylinder 19 befindet sich ein Brennraum 22, in dem eine Verbrennung von Kraftstoff mit Luft stattfindet. In einem jeden Zylinder 19 befindet sich zudem ein Kolben 25, der über ein nicht dargestelltes, aber gut bekanntes Triebwerk aus einem Pleuel und einer Kurbel eine Antriebswelle antreibt. Ein auf den Kolben 25 wirkender Druck, der durch die Verbrennung von Kraftstoff mit Luft entsteht, bewirkt unter anderem eine Druckkraft auf das Pleuel, so dass eine Drehbewegung der Antriebswelle 28 entsteht. Die Antriebswelle 28 treibt in der Folge mit einem Antriebsdrehmoment M28 an. Dabei wird typischerweise über eine nicht dargestellte Kupplung, ein Schaltgetriebe und ein Differenzialgetriebe ein Antriebsrad oder mehrere Antriebsräder angetrieben, so dass mittels der Brennkraftmaschine 10 ein Kraftfahrzeug angetrieben werden kann. Mittels mindestens einer Nockenwelle 30 werden im Einzelnen nicht dargestellte Ventile (Einlassventile und/oder Auslassventile) angesteuert, um beispielsweise Frischluft durch einen Einlass in einen Brennraum 22 hinein zu lassen (Einlassventile) und um Abgas in das Abgassystem 13 auszulassen (Auslassventile).In the 1 A typical system including an internal combustion engine 10, an exhaust system 13 connected to the engine 10, and an air supply system 16 is shown. In this example, this system is located in a motor vehicle. The internal combustion engine 10 typically has a plurality of cylinders 19 . In each cylinder 19 there is a combustion chamber 22 in which combustion of fuel with air takes place. In each cylinder 19 there is also a piston 25 which drives a drive shaft via a drive mechanism, not shown but well known, consisting of a connecting rod and a crank. A pressure acting on the piston 25, which is caused by the combustion of fuel with air, causes, among other things, a compressive force on the connecting rod, so that the drive shaft 28 rotates. The drive shaft 28 subsequently drives with a drive torque M28. In this case, a drive wheel or a plurality of drive wheels is typically driven via a clutch (not shown), a manual transmission and a differential gear, so that a motor vehicle can be driven by means of the internal combustion engine 10 . By means of at least one camshaft 30 are in detail non-illustrated valves (intake valves and/or exhaust valves) are actuated in order, for example, to let fresh air through an inlet into a combustion chamber 22 (intake valves) and to let out exhaust gas into the exhaust system 13 (exhaust valves).

Das Abgassystem 13 dient dazu, aus einem Brennraum 22 ausgelassenes Abgas in die Umgebung abzuführen. Es weist hierzu ein Rohrsystem auf, welches - typischerweise beginnend mit einem Abgaskrümmer - das Abgas einem Lader 31 zuführt. Dabei wird das Abgas einer Abgasseite 34 des Laders 31 zugeführt. Innerhalb dieser Abgasseite 34 treibt das Abgas ein Turbinenrad 37 an, welches über eine Welle 38 mit einem Verdichterrad 40 in Drehmoment übertragender Weise verbunden ist. Nach dem Durchlauf des Abgases durch die Abgasseite 34 tritt das Abgas in einen Rohrbereich 43, der das Abgas einem Abgasreaktor 47 (beispielsweise einem Dreiwegekatalysator) zuführt. In diesem Abgasreaktor 47 wird das Abgas in seiner chemischen Zusammensetzung bestimmungsgemäß verändert. Diesem Abgasreaktor 47 kann beispielsweise noch ein weiterer hier nicht dargestellter Abgasreaktor folgen. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Partikelfilter handeln.The exhaust system 13 serves to discharge exhaust gas discharged from a combustion chamber 22 into the environment. For this purpose, it has a pipe system which—typically beginning with an exhaust manifold—feeds the exhaust gas to a charger 31 . The exhaust gas is fed to an exhaust gas side 34 of the charger 31 . Within this exhaust side 34, the exhaust gas drives a turbine wheel 37, which is connected via a shaft 38 to a compressor wheel 40 in a torque-transmitting manner. After the exhaust gas has passed through the exhaust gas side 34, the exhaust gas enters a pipe area 43 which feeds the exhaust gas to an exhaust gas reactor 47 (e.g. a three-way catalytic converter). In this exhaust gas reactor 47, the chemical composition of the exhaust gas is changed as intended. This exhaust gas reactor 47 can, for example, be followed by another exhaust gas reactor, not shown here. This can be a particle filter, for example.

Dem Lader 31 bzw. dessen Abgasseite 34 ist in einem Nebenstrompfad 49 ein Nebenstromventil 50 parallelgeschaltet. Dieses Nebenstromventil 50 (auch Bypassventil oder Wastegate genannt) dient dazu den Druck des Abgases vor dem Turbinenrad 37 zu verändern und somit den Druck des Verdichters, den Ladedruck, zu verändern. Ist das Nebenstromventil 50 beispielsweise geschlossen, und dadurch der Nebenstrompfad 49 geschlossen, so wird die gesamte Menge des Abgases über das Turbinenrad 37 geleitet. Ist das Nebenstromventil 50 teilweise oder gar ganz geöffnet, so wird ein Teil des Abgases an der Abgasseite 34 des Laders 31 vorbei geleitet, um eine in diesem Fall unerwünschte Erhöhung des Drucks vor der Turbine und damit schlussendlich des Ladedrucks zu vermeiden.A bypass valve 50 is connected in parallel with the charger 31 or its exhaust gas side 34 in a bypass flow path 49 . This bypass valve 50 (also called bypass valve or wastegate) serves to change the pressure of the exhaust gas in front of the turbine wheel 37 and thus to change the pressure of the compressor, the charge pressure. If the bypass valve 50 is closed, for example, and the bypass path 49 is closed as a result, the entire quantity of the exhaust gas is routed via the turbine wheel 37 . If the bypass valve 50 is partially or even fully open, part of the exhaust gas is routed past the exhaust side 34 of the charger 31 in order to avoid an undesirable increase in the pressure in front of the turbine and thus ultimately the boost pressure.

Das Luftzufuhrsystem 16 beginnt stromaufwärts mit einem Einlass 60, durch den die Luft aus der Umgebung angesaugt wird. Diese Luft wird in eine Verdichterseite 63 des Laders 31 eingesaugt und von dort durch das Verdichterrad 40 weitertransportiert. Zunächst wird diese komprimierte Luft in einen Ladeluftkühler 66 gedrückt und dort gekühlt. Von dort wird diese Luft in ein Saugrohr 69 gedrückt. Durch eine Drosselklappe 72 wird eine Luftmenge, welche in die Brennräume 22 gelangen soll, genau dosiert. Beispielsweise wird durch teilweises Schließen der Drosselklappe 72 die Luftmenge und ein Luftdruck zwischen der Drosselklappe 72 und einem Einlassventil verringert.The air delivery system 16 begins upstream with an inlet 60 through which air is drawn from the environment. This air is sucked into a compressor side 63 of the charger 31 and from there transported further through the compressor wheel 40 . First, this compressed air is pressed into an intercooler 66 and cooled there. From there this air is pressed into an intake manifold 69 . A quantity of air which is to reach the combustion chambers 22 is precisely metered by a throttle flap 72 . For example, partially closing the throttle valve 72 reduces the amount of air and an air pressure between the throttle valve 72 and an intake valve.

In 2 ist eine beispielhafte prinzipielle Darstellung eines Verlaufs eines maximalen Drehmoments M28max(n28) einer Brennkraftmaschine 10 in Abhängigkeit von einer Drehzahl n28 der Antriebswelle 28 dargestellt. Des Weiteren ist ebenso beispielhaft und prinzipiell eine Linie Lllim dargestellt. Diese Linie Lllim stellt eine bestimmte Grenze für ein Luftverhältnis Lambda dar. Links und Entlang dieses Verlaufs dieser Linie Lllim ist es beim Betrieb der Brennkraftmaschine 10 gerade noch möglich ein Abgas zu erzeugen, das aus einer Luft-Kraftstoffmischung mit einem Luftverhältnis Lambda gleich 1 entsteht und dessen Temperatur T maximal einer maximal zulässigen Temperatur Tzul,max entspricht und weiterhin keine Kühlmaßnahmen ergriffen werden müssen, um diese maximal zulässige Temperatur Tzul,max nicht zu überschreiten. Diese maximal zulässige Temperatur Tzul,max ist dabei in dieser allgemeinen Beschreibung zunächst nur eine maximal zulässige Temperatur, die beispielsweise für irgendein Bauteil des Abgassystems 13 bestimmt ist. Diese maximal zulässige Temperatur Tzul,max kann beispielsweise eine maximal zulässige Temperatur an einem Eingang 52 der Abgasseite 34 des Laders 31 sein oder beispielsweise an einem Ausgang 53 der Abgasseite 34 des Laders 31 oder auch beispielsweise an einem Eingang 54 eines Abgasreaktors 47 oder im Abgasreaktor 47.In 2 an exemplary basic illustration of a curve of a maximum torque M28max(n28) of an internal combustion engine 10 as a function of a speed n28 of the drive shaft 28 is shown. Furthermore, a line Lllim is also shown as an example and in principle. This line Lllim represents a specific limit for an air ratio lambda. On the left and along this course of this line Lllim, it is just possible to generate an exhaust gas during operation of internal combustion engine 10, which is formed from an air-fuel mixture with an air ratio lambda equal to 1 and whose temperature T maximum corresponds to a maximum permissible temperature Tzul,max and furthermore no cooling measures have to be taken in order not to exceed this maximum permissible temperature Tzul,max. In this general description, this maximum permissible temperature Tzul,max is initially only a maximum permissible temperature, which is determined, for example, for any component of the exhaust system 13 . This maximum permissible temperature Tzul,max can be, for example, a maximum permissible temperature at an inlet 52 on the exhaust gas side 34 of the charger 31 or, for example, at an outlet 53 on the exhaust gas side 34 of the charger 31 or also, for example, at an inlet 54 of an exhaust gas reactor 47 or in the exhaust gas reactor 47 .

Ein erstes beispielhaftes Verfahren V1 wird nachfolgend anhand der 1, 2, 3 und 4 näher erläutert. In 3 ist eine Darstellung eines Zusammenhangs zwischen benötigter Wasserrate und einer Last der Brennkraftmaschine dargestellt. 4 zeigt dabei einzelne Verfahrensschritte. Im Rahmen dieses ersten Ausführungsbeispiels ist ein hier sogenanntes künstliches Androsseln, insbesondere Androsseln im Luftzufuhrsystem 16, vorgesehen. Dieses Androsseln zielt darauf ab, die Temperatur des Abgases zu senken. Dieses Senken der Temperatur des Abgases durch das Androsseln hat den Vorteil, dass eine Linie Lllim in diesem Beispiel verschoben ist und nunmehr beispielhaft die Position der Linie L1lim' einnimmt. Während ohne diese besonderen Verfahrensschritte bei einem Betriebspunkt jenseits der Linie L1lim, d. h. in der innerhalb der durch die Punkte A, B, C und D beschriebenen Fläche, Kühlungsmaßnahmen erforderlich sind, um die Temperatur des Abgases allerhöchstens auf der maximal zulässigen Temperatur Tzul,max zu halten, so ist durch die besonderen Verfahrensschritte ermöglicht, dass es erst mit dem Überschreiten der neuen Linie L1lim' erforderlich wäre, besondere Kühlungsmaßnahmen wie beispielsweise Anfettung des Gemischs und/oder Hinzufügen von Wasser in den Brennraum 22 zu ergreifen.A first exemplary method V1 is based on the 1 , 2 , 3 and 4 explained in more detail. In 3 a representation of a relationship between the required water rate and a load of the internal combustion engine is shown. 4 shows the individual process steps. As part of this first exemplary embodiment, what is referred to here as artificial throttling, in particular throttling in the air supply system 16, is provided. This throttling aims to lower the temperature of the exhaust gas. This lowering of the temperature of the exhaust gas by throttling has the advantage that a line Lllim is shifted in this example and now occupies the position of the line L1lim' by way of example. While without these special process steps at an operating point beyond line L1lim, ie within the area described by points A, B, C and D, cooling measures are required in order to keep the temperature of the exhaust gas at the maximum permissible temperature Tzul,max hold, it is made possible by the special method steps that it would only be necessary to take special cooling measures such as enriching the mixture and/or adding water to the combustion chamber 22 when the new line L1lim' is exceeded.

Für dieses erste beispielhafte Verfahren wird ein System vorausgesetzt, wie es in der 1 dargestellt ist. Der dort dargestellte Lader 31 weist das bereits erwähnte Nebenstromventil 50 auf. Die dort dargestellte Brennkraftmaschine 10 hat eine konventionelle Nockenwelle 30. Unter einer konventionellen Nockenwelle 30 wird eine Nockenwelle 30 verstanden, die unter anderem die Merkmale aufweist, dass die durch sie erzielbare Ventilöffnungsdauer bezogen auf 0,5 mm Ventilhub im Bereich zwischen ~190 und ~220°KW liegt. Insbesondere handelt es sich um eine Nockenwelle 30, die keine Millernockenwelle und auch keine Atkinsonnockenwelle ist.This first exemplary method assumes a system as described in 1 represent is posed. The charger 31 shown there has the bypass valve 50 already mentioned. The internal combustion engine 10 shown there has a conventional camshaft 30. A conventional camshaft 30 is understood to mean a camshaft 30 which, among other things, has the features that the valve opening duration that can be achieved by it, based on a valve lift of 0.5 mm, is in the range between ~190 and ~220 °KW lies. In particular, it is a camshaft 30 that is neither a Miller camshaft nor an Atkinson camshaft.

Es wird zunächst von einem Betriebspunkt P0, dem die Drehzahl n28P und das Drehmoment M28,0 zugeordnet sind, ausgegangen. Bei diesem Betriebspunkt P0 ist es entsprechend dem zuvor Erwähnten gerade noch möglich die maximal zulässige Temperatur Tzul,max einzuhalten. Zudem ist bei diesem Betriebspunkt P0 das Luftverhältnis Lambda gleich 1, weshalb dieser Betriebspunkt P0 auf der Linie Lllim liegt bzw. sich aus dieser Eigenschaft dieser Punkt der Linie Lllim ergibt. Das Nebenstromventil 50 hat in diesem Betriebspunkt P0 eine bestimmte Schließstellung p50,0. Zudem ist es in diesem Betriebspunkt P0 auch gerade noch nicht erforderlich besondere Kühlmaßnahmen zu ergreifen, d. h. das gerade noch ohne die Einspritzung von Wasser in den Brennraum 22 ausgekommen werden kann. Oberhalb dieses Betriebspunkts P0 müsste Wasser eingespritzt werden oder das Gemisch angereichert werden, um die maximal zulässige Temperatur Tzul,max weiterhin einhalten zu können. Ein Ladedruck des Laders 31 entspricht nun dem Ladedruck p31,0.An operating point P0, to which the speed n28P and the torque M28,0 are assigned, is initially assumed. At this operating point P0, it is just about possible to maintain the maximum permissible temperature Tzul,max in accordance with what was mentioned above. In addition, at this operating point P0 the air/fuel ratio lambda is equal to 1, which is why this operating point P0 lies on the line Lllim or this point on the line Lllim results from this property. At this operating point P0, the bypass valve 50 has a specific closed position p50,0. In addition, at this operating point P0 it is not yet necessary to take special cooling measures, i. H. which can just about get by without the injection of water into the combustion chamber 22 . Above this operating point P0, water would have to be injected or the mixture enriched in order to continue to be able to maintain the maximum permissible temperature Tzul,max. A charging pressure of the charger 31 now corresponds to the charging pressure p31.0.

Ausgehend von dieser Situation wird im Rahmen des Verfahrens das Nebenstromventil 50 in eine neue Schließstellung p50,1 gebracht, d. h. allgemein eine Leistung P31 des Laders 31 wird erhöht, Schritt S1, d. h. durch diese neue Schließstellung p50,1 ist das Nebenstromventil 50 weiter geschlossen als in der Schließstellung p50,0. Dieses weitere Schließen des Nebenstromventils 50 hat eine Erhöhung einer Leistung des Laders 31 zur Folge. Wie beim Vergleich mit der Darstellung nach 1 ersichtlich ist, führt dieses weitere Schließen des Nebenstromventils 50 dazu, dass der Anteil des Abgases, welches durch den Lader 31 geleitet wird, erhöht wird. Der Anteil des Abgases, welches durch den Nebenstrompfad 49 strömt, wird verringert. Dies führt zu einer Erhöhung des Ladedrucks auf den Ladedruck p31,1, Schritt S2. Dieser erhöhte Ladedruck p31,1 liegt über dem für die einzustellende Last benötigten Druck p. Damit in dieser Situation die Temperatur des Abgases unter der Bedingung Lambda gleich 1 nicht steigt, ist mit dem Erhöhen des Ladedrucks p31,1 im Saugrohr 69 ein Zustrom an Luft zu einem oder mehreren Brennräumen 22 und damit auch der Druck im Saugrohr zwischen der Drosselklappe 72 und einem Einlass durch die Drosselklappe 72 zu drosseln, d. h. ein Strömungsquerschnitt durch die Drosselklappe 72 zu verringern, Schritt S3. Dadurch kann eine Last konstant gehalten werden. Bei entsprechender Abstimmung kann somit der Betriebspunkt P0 gehalten werden. Durch das oben beschriebene weitere Schließen des Nebenstromventils 50 und die dadurch gesteigerte Leistung des Laders 31 wird dem Abgas Energie entzogen (Enthalpieabfall über das Turbinenrad 37). Diese verringerte Energie des Abgases führt zu einer Verringerung der Temperatur des Abgases nach dem Turbinenrad 37 und somit einer verringerten Temperatur T53 am Ausgang 53 der Abgasseite 34 des Laders 31. Des Weiteren führt diese verringerte Temperatur T53 zu einer verringerten Temperatur T47 im Abgasreaktor 47. Falls beispielsweise die Temperatur T47 als kritische Temperatur des Abgassystems 13 bestimmt ist, so bedeutet dies durch die oben beschriebenen Maßnahmen, dass die praktisch gesenkte Temperatur T47 nunmehr einen größeren Abstand zu einem Grenzwert der kritischen Temperatur im Abgasreaktor 47, der Temperatur der Temperaturgrenze T47,lim, aufweist. D. h., mit Bezug zu 2, dass beispielsweise die bei der Drehzahl n28P abgegebene Leistung durch Erhöhen des Drehmoments ausgehend von dem Drehmoment M28,0 im Betriebspunkt P0 beispielhaft auf ein Drehmoment M28,1 in einem Betriebspunkt P1 erhöht werden kann, ohne dabei die Temperaturgrenze T47,lim zu erreichen und gerade noch keine zusätzliche innermotorischen Maßnahmen ergreifen zu müssen, wie beispielsweise das Einspritzen von Wasser in den Brennraum 22.Based on this situation, the bypass valve 50 is brought into a new closed position p50,1 as part of the method, ie in general a power P31 of the charger 31 is increased, step S1, ie the bypass valve 50 is further closed as a result of this new closed position p50,1 in the closed position p50.0. This further closing of the bypass valve 50 results in an increase in the output of the charger 31 . As in the comparison with the representation after 1 As can be seen, this further closing of the bypass valve 50 results in the proportion of the exhaust gas which is routed through the supercharger 31 being increased. The proportion of the exhaust gas flowing through the sub-flow path 49 is reduced. This leads to an increase in the charge pressure to the charge pressure p31,1, step S2. This increased boost pressure p31,1 is above the pressure p required for the load to be set. To ensure that the temperature of the exhaust gas does not rise in this situation under the condition that lambda equals 1, the increase in boost pressure p31,1 in the intake manifold 69 results in an inflow of air to one or more combustion chambers 22 and thus also the pressure in the intake manifold between the throttle valve 72 and to throttle an intake through the throttle valve 72, ie to reduce a flow cross-section through the throttle valve 72, step S3. This allows a load to be kept constant. With appropriate tuning, the operating point P0 can be maintained. Due to the above-described further closing of the bypass valve 50 and the resulting increase in the output of the charger 31, energy is extracted from the exhaust gas (enthalpy drop across the turbine wheel 37). This reduced energy of the exhaust gas leads to a reduction in the temperature of the exhaust gas after the turbine wheel 37 and thus a reduced temperature T53 at the outlet 53 of the exhaust gas side 34 of the charger 31. Furthermore, this reduced temperature T53 leads to a reduced temperature T47 in the exhaust gas reactor 47. If For example, if the temperature T47 is determined as the critical temperature of the exhaust gas system 13, this means that the measures described above mean that the practically reduced temperature T47 is now at a greater distance from a limit value of the critical temperature in the exhaust gas reactor 47, the temperature of the temperature limit T47,lim, having. That is, related to 2 that, for example, the power output at the speed n28P can be increased by increasing the torque, starting from the torque M28,0 at the operating point P0, to a torque M28,1 at an operating point P1, for example, without reaching the temperature limit T47,lim and straight not having to take any additional internal engine measures, such as injecting water into the combustion chamber 22.

In diesem Beispiel nach 2 sei mit einem weiteren Schließen des Nebenstromventils 50 und die dadurch weiter gesteigerte Leistung des Laders 31 der Betriebspunkt P2 eingenommen und wieder die Temperaturgrenze T47,lim erreicht. In diesem Betriebspunkt P2 ist die Stellung der Drosselklappe 72, d. h. ein Strömungsquerschnitt durch die Drosselklappe 72, ggü. der Stellung im Betriebspunkt P1, weiter verringert und somit ein Strömungswiderstand durch die Drosselklappe 72 erhöht. In diesem Betriebspunkt P2 kann gerade noch ein Wert von 1,0 für die Luftzahl Lambda eingestellt werden, ohne dabei die Temperaturgrenze T47,lim zu erreichen, wobei zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden, nämlich das Einspritzen von Wasser in den Brennraum 22.In this example after 2 with a further closing of the bypass valve 50 and the resulting further increase in the output of the supercharger 31, the operating point P2 is assumed and the temperature limit T47,lim is reached again. In this operating point P2, the position of the throttle valve 72, ie a flow cross-section through the throttle valve 72, vs. the position in the operating point P1, further reduced and thus a flow resistance through the throttle valve 72 increased. At this operating point P2, a value of 1.0 for the lambda air ratio can just about be set without reaching the temperature limit T47,lim, with additional measures being taken, namely the injection of water into the combustion chamber 22.

Selbstverständlich ist es nicht erforderlich, dass im Rahmen des Verfahrens eine Drehzahl n28P der Antriebswelle 28 auf einen konstanten Wert gehalten werden muss, wie dies in 2 dargestellt ist. Vielmehr kann die Drehzahl n28P erhöht oder auch erniedrigt werden. Für die dabei einzunehmenden Betriebspunkte - sofern sich diese innerhalb des Feldes A-C-D bzw. innerhalb des Feldes A-C-E-A befinden - gilt sinngemäß das oben erwähnte.Of course, it is not necessary for a speed n28P of the drive shaft 28 to be kept at a constant value as part of the method, as is shown in 2 is shown. Rather, the speed n28P can be increased or decreased. For the operating points to be assumed - provided they are within the ACD field or within the ACEA field - the above applies analogously.

In der 3 ist die bereits erwähnte Wasserrate mH20 über der aktuellen Last der Brennkraftmaschine 10 dargestellt. Als Last wird hier das Drehmoment M28 verwendet. Eine Kurve K1 steht beispielhaft für eine benötigte Wasserrate bei Lambda = 1 und ungedrosseltem Abgasstrom. Eine Kurve K2 steht für eine benötigte Wasserrate bei Lambda = 1, wobei der Abgasstrom entsprechend dem Verfahren V1 unter Einhaltung der maximal zulässigen Temperatur maximal möglich gedrosselt ist. Die Kurve K3 steht für eine Wasserrate unter Anwendung eines Verfahrens, welches die Verfahren V1 und V2 kombiniert, d. h. zu dem Verfahren V1 wird zusätzlich die Verschiebung der Verbrennungsschwerpunktlage nach früh gemäß Verfahren V2 kombiniert, dessen Beschreibung weiter unten folgt.In the 3 the already mentioned water rate mH20 is shown over the current load of the internal combustion engine 10 . Torque M28 is used here as the load. A curve K1 is an example of a required water rate at lambda=1 and an unthrottled exhaust gas flow. A curve K2 stands for a required water rate at lambda=1, the exhaust gas flow being throttled as much as possible in accordance with method V1 while maintaining the maximum permissible temperature. The curve K3 stands for a water rate using a method which combines the methods V1 and V2, ie in addition to the method V1 the displacement of the combustion center of gravity position is combined further according to the method V2, the description of which follows below.

Es gilt somit zusammenfassend, dass unterhalb der bzw. bis einschließlich der Verbindungslinie zwischen den Punkten A-D, Lllim die Temperaturgrenze T47,lim eingehalten werden kann, ohne zusätzliche kühlende innermotorische Maßnahmen zu ergreifen zu müssen. Für dieses beispielhafte Verfahren gilt, dass oberhalb der Verbindungslinie zwischen den Punkten A-D, Lllim und bis einschließlich der Verbindungslinie zwischen den Punkten A-E, L1lim' die Temperaturgrenze T47,lim eingehalten werden kann, wobei weiterhin keine zusätzlichen kühlenden innermotorischen Maßnahmen ergriffen werden müssen (kein Einspritzen von Wasser). Durch dieses beispielhafte Verfahren wird somit erreicht, dass erst mit dem Überschreiten der Verbindungslinie zwischen den Punkten A - E, L1lim' zusätzliche kühlende innermotorische Maßnahmen ergriffen werden müssen, d. h. das Einspritzen von Wasser erfolgen muss, um die Temperaturgrenze T47,lim einzuhalten. Mit dem Erreichen der Verbindungslinie zwischen den Punkten A-C, L1lim", d. h. mit einem beispielhaften Schließen des Nebenstromventils 50 und angepasstem Schließen des Querschnitts der Drosselklappe 72, sowie kühlenden innermotorischen Maßnahmen durch Einspritzen von Wasser, kann gerade noch die Temperaturgrenze T47,lim eingehalten werden. Oberhalb dieser Linie zwischen den Punkten A-C, L1lim" kann mit den hier beschriebenen Maßnahmen die Temperaturgrenze T47 nicht mehr eingehalten werden. Dies bedeutet, dass durch die Verschiebung der Grenze von L1,lim zu L1,lim' ein Bereich des Kennfelds, in dem Wasser in einen Brennraum 22 eingespritzt werden muss, um die Temperaturgrenze T47,lim einzuhalten, verkleinert ist. Dementsprechend kann eine mitzuführende Wassermenge erwartungsgemäß verringert werden. Oder anders formuliert: bei gleichbleibender Wassermenge kann entsprechend dem hier vorgeschlagenen Verfahren erwartungsgemäß eine längere Fahrstrecke zurückgelegt werden.In summary, the temperature limit T47,lim can be maintained below or up to and including the connecting line between points A-D, Lllim without having to take additional cooling measures within the engine. For this exemplary method, it applies that above the connecting line between points A-D, Lllim and up to and including the connecting line between points A-E, L1lim', the temperature limit T47,lim can be maintained, with no additional cooling internal engine measures having to be taken (no injection of water). This exemplary method means that additional cooling internal engine measures only have to be taken when the connecting line between points AE, L1lim' is crossed, i. H. water must be injected in order to comply with the temperature limit T47,lim. When the connecting line between points AC, L1lim" is reached, i.e. with an exemplary closing of the bypass valve 50 and an adapted closing of the cross section of the throttle valve 72, as well as cooling internal engine measures by injecting water, the temperature limit T47,lim can just about be maintained. Above this line between points A-C, L1lim" the temperature limit T47 can no longer be maintained with the measures described here. This means that by shifting the limit from L1,lim to L1,lim', an area of the characteristics map in which water has to be injected into a combustion chamber 22 in order to maintain the temperature limit T47,lim is reduced. Accordingly, an amount of water to be carried can be expectedly reduced. Or to put it another way: with the same amount of water, a longer distance can be covered as expected using the method proposed here.

Das Verfahren erreicht seinen Grenzen erst, wenn folgende Begrenzungen auftreten: wenn eine maximal zulässige Temperatur vor der Abgasseite 34 bzw. dem Turbinenrad 37 und eine maximal zulässige Temperatur in dem Abgasreaktor 47 gleichzeitig erreicht sind. Alternativ gilt dies, wenn ein maximal zulässiger Druck vor der Abgasseite 34 bzw. dem Turbinenrad 37 erreicht ist, oder wenn eine maximal zulässige Drehzahl des Laders 31 erreicht ist oder wenn eine maximal zulässige Temperatur am Ausgang der Verdichterseite 63 erreicht ist oder wenn ein maximal zulässiger Ladedruck erreicht ist.The method only reaches its limits when the following limitations occur: when a maximum permissible temperature in front of the exhaust gas side 34 or the turbine wheel 37 and a maximum permissible temperature in the exhaust gas reactor 47 are reached at the same time. Alternatively, this applies when a maximum permissible pressure in front of the exhaust gas side 34 or the turbine wheel 37 is reached, or when a maximum permissible speed of the charger 31 is reached, or when a maximum permissible temperature is reached at the outlet of the compressor side 63, or when a maximum permissible charging pressure is reached.

Hierzu ist in einer Motorsteuerung der Brennkraftmaschine 10 eine Funktion geschaffen, die es ermöglicht drehzahl- und lastabhängig eine Druckdifferenz über die Drosselklappe 72 zu bedaten, um die gewünschte Temperaturabsenkung zu verwirklichen. Diese Druckdifferenz ist dann additiv zum erforderlichen und bedateten Sollladedruck zuzurechnen. Ein gewünschter Ladedruck und der für die Last erforderliche Saugrohrdruck p69 werden dann durch die Motorsteuerung eingeregelt. Der gewünschte Ladedruck p52 am Eingang 52 der Abgasseite 34 wird über die Stellung des Nebenstromventils 50, die Zylinderfüllung wird über die Stellung der Drosselklappe 72 eingestellt bzw. geregelt. Diese Funktionalität zur Absenkung der Temperatur T47 wird koordiniert. Kann beispielsweise eine erforderliche Druckdifferenz nicht mehr eingestellt werden, ist ein entsprechender Temperaturanstieg über eine vergrößerte Wassereinspritzrate zu kompensieren. Alternativ kann die Funktion auch dadurch umgesetzt werden, indem über Drehzahl/Last (Betriebspunkt) eine Stellung der Drosselklappe 72 fest vorbedatet wird. Eine Regelung der Last erfolgt dann rein über das Stellen des erforderlichen Ladedrucks. Auch bei diesem Ansatz ist eine Art der Koordination erforderlich. Kann der erforderliche Ladedruck nicht gestellt werden, muss die Drosselklappe 72 weiter geöffnet werden und die Wasserrate entsprechend angehoben werden.For this purpose, a function is created in an engine controller of the internal combustion engine 10 which makes it possible to specify a pressure difference across the throttle flap 72 as a function of speed and load in order to achieve the desired temperature reduction. This pressure difference is then to be added to the required and specified target charging pressure. A desired boost pressure and the intake manifold pressure p69 required for the load are then regulated by the engine control. The desired boost pressure p52 at the inlet 52 of the exhaust gas side 34 is set or regulated via the position of the bypass valve 50, and the cylinder charge is set or regulated via the position of the throttle valve 72. This functionality for lowering the temperature T47 is coordinated. If, for example, a required pressure difference can no longer be set, a corresponding increase in temperature must be compensated for by an increased water injection rate. As an alternative, the function can also be implemented in that a position of the throttle valve 72 is permanently preset via speed/load (operating point). The load is then regulated purely by setting the required boost pressure. This approach also requires some form of coordination. If the required boost pressure cannot be provided, the throttle valve 72 must be opened further and the water rate increased accordingly.

Für den Fall, dass statt eines Laders 31 mit fester Geometrie ein Lader 31 mit variabler Turbinengeometrie ohne Nebenstromventil verwendet wird, wird anstatt einer Änderung einer Einstellung der Schließstellung des Nebenstromventils ersatzweise eine Änderung der variablen Turbinengeometrie vorgenommen und auf diese Weise allgemein eine Leistung P31 des Laders 31 erhöht. Die oben beschriebenen Schritte in Bezug zu dem Nebenstromventil sind ohne Weiteres auf den Lader 31 mit variabler Turbinengeometrie zu übertragen.In the event that instead of a charger 31 with a fixed geometry, a charger 31 with variable turbine geometry without bypass valve is used, instead of changing a setting of the closed position of the bypass valve, a change in the variable turbine geometry is made and in this way generally a power P31 of the charger 31 increased. The steps described above in relation to the bypass valve are readily transferrable to the supercharger 31 with variable turbine geometry.

In einem weiteren, auf dem ersten Ausführungsbeispiel basierenden Ausführungsbeispiel wird eine Nockenwelle 30 in einer speziellen Ausführung verwendet. Hierfür kommen in diesem Fall zwei verschiedene alternative Ausführungen infrage. Die erste alternative Ausführung ist die bereits erwähnte Millernockenwelle, die in Bezug auf einen Brennraum 22 eine Öffnungsdauer bzw. einen Öffnungswinkel von kleiner gleich 190° Kurbelwellenwinkel aufweist. Dieser Öffnungswinkel ist auf einen Hub von größer 0,5 mm bezogen. Eine Brennkraftmaschine 10 mit einer derartigen Nockenwelle 30 hätte in ihrem Abgassystem 13 - wie bereits oben beschrieben - entweder einen Lader 31 mit fester Geometrie, dem parallel ein Nebenstrompfad 40 mit einem Nebenstromventil 50 geschaltet ist, oder einen Lader 31 mit variabler Turbinengeometrie ohne Nebenstromventil. Während also eine Erhöhung eines Ladedrucks p52, wie bereits oben erwähnt, durch Ansteuern entweder des Nebenstromventils 50 oder Verändern der variablen Turbinengeometrie erfolgt, findet in diesem Ausführungsbeispiel das Androsseln vor allem mit der Millernockenwelle statt. Die Last steigt dadurch nicht an. Androsseln bedeutet dabei, dass das Androsseln durch eine Frühverstellung der Nockenwelle 30, das heißt der Millernockenwelle, erfolgt. Frühverstellung bedeutet, dass durch die Nockenwelle 30 ein Einlass in einen Brennraum 22 früher als zuvor bei niedrigerem Druck p69,2 geschlossen wird, um so die Füllung von Luft und damit auch eines Luft-Kraftstoff-Gemischs zu verkleinern. Sollte bei einem derartigen Vorgehen, d. h. nur über die Verstellung der Nockenwelle 30, ein Androsseln im gewünschten Umfang nicht vollständig möglich sein, wird - wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen - das Androsseln durch Verkleinern eines freien Querschnitts der Drosselklappe 72 ergänzt. Dabei ist besonders bevorzugt, dass das Androsseln nur zu einem geringeren Anteil über die Drosselklappe 72 erfolgt. Zwecks Drosselung des Luftstroms durch das Einlassventil kann auch ein Hub eines Einlassventils verringert werden, bspw. durch Verstellung der Nockenwelle 30.In another embodiment based on the first embodiment, a camshaft 30 of a special design is used. In this case, two different alternative designs are possible. the The first alternative embodiment is the already mentioned Miller camshaft, which has an opening duration or an opening angle of less than or equal to 190° crankshaft angle in relation to a combustion chamber 22 . This opening angle is based on a stroke of more than 0.5 mm. An internal combustion engine 10 with such a camshaft 30 would have in its exhaust system 13 - as already described above - either a charger 31 with a fixed geometry, parallel to which a bypass path 40 with a bypass valve 50 is connected, or a charger 31 with variable turbine geometry without bypass valve. Thus, while an increase in charge pressure p52, as already mentioned above, takes place either by controlling the bypass valve 50 or by changing the variable turbine geometry, in this exemplary embodiment the throttling takes place primarily with the Miller camshaft. This does not increase the load. In this context, throttling means that the throttling takes place by advancing the camshaft 30, ie the Miller camshaft. Advancing means that the camshaft 30 closes an inlet into a combustion chamber 22 earlier than before at a lower pressure p69.2 in order to reduce the filling of air and thus also of an air-fuel mixture. If throttling to the desired extent is not possible with such a procedure, ie only by adjusting the camshaft 30, the throttling is supplemented by reducing a free cross section of the throttle flap 72--as in the exemplary embodiments described above. It is particularly preferred that the throttling takes place via the throttle valve 72 only to a lesser extent. For the purpose of throttling the air flow through the intake valve, a lift of an intake valve can also be reduced, for example by adjusting the camshaft 30.

Die Nockenwelle 30 soll hier nicht zur Lastregelung verwendet werden. Die nach früh zu verstellende Position der Nockenwelle 30 wird während der Applikation in der Entwicklungsphase fest vorbedatet; dies ist aber durchaus abhängig von äußeren Randbedingungen wie Umgebungsdruck, Ansaugtemperatur, Motortemperatur usw.. Eine Laststeuerung der Brennkraftmaschine 10 findet weiterhin über ein Nebenstromventil 50 bzw. Verändern der variablen Turbinengeometrie sowie das Verstellen der Drosselklappe 72 statt. Auch in diesem Falle muss es in der Steuerung der Brennkraftmaschine 10 eine Funktionalität geben, die einen Vorhalt eines Differenzdrucks über die Drosselklappe 72 erlaubt.The camshaft 30 should not be used for load control here. The position of the camshaft 30 to be advanced is preset during application in the development phase; however, this is entirely dependent on external boundary conditions such as ambient pressure, intake temperature, engine temperature, etc. In this case, too, there must be a functionality in the control of internal combustion engine 10 that allows a differential pressure to be retained via throttle valve 72 .

Bei der zweiten alternativen Ausführung wird als Nockenwelle 30 die bereits erwähnte Atkinsonnockenwelle verwendet. In Bezug auf einen Brennraum 22 weist diese eine Öffnungsdauer bzw. einen Öffnungswinkel von größer gleich 220° Kurbelwellenwinkel auf. Auch dieser Öffnungswinkel ist auf einen Hub von mindestens 0,5 mm bezogen. Wie bereits bei der Ausführung zuvor beschrieben, hat auch eine solche Brennkraftmaschine 10 mit einer derartigen Nockenwelle 30 in seinem Abgassystem 13 entweder einen Lader 31 mit fester Geometrie, dem parallel ein Nebenstrompfad 40 mit einem Nebenstromventil 50 geschaltet ist, oder einen Lader 31 mit variabler Turbinengeometrie ohne Nebenstromventil.In the second alternative embodiment, the already mentioned Atkinson camshaft is used as the camshaft 30 . In relation to a combustion chamber 22, this has an opening duration or an opening angle of greater than or equal to 220° crankshaft angle. This opening angle is also based on a stroke of at least 0.5 mm. As already described in the embodiment above, such an internal combustion engine 10 with such a camshaft 30 also has in its exhaust system 13 either a charger 31 with a fixed geometry, parallel to which a bypass flow path 40 with a bypass flow valve 50 is connected, or a charger 31 with variable turbine geometry without bypass valve.

Auch hier wird eine Erhöhung eines Ladedrucks p52, wie bereits oben erwähnt, durch Ansteuern entweder des Nebenstromventils 50 oder Verändern der variablen Turbinengeometrie vorgenommen, und findet in diesem Ausführungsbeispiel das Androsseln vor allem mit der Atkinsonnockenwelle statt. Die Last steigt dadurch nicht an. Androsseln bedeutet in diesem Fall, dass das Androsseln durch eine Spätverstellung der Nockenwelle 30, das heißt der Atkinsonnockenwelle, erfolgt. Spätverstellung bedeutet, dass durch die Nockenwelle 30 ein Einlass in einen Brennraum 22 später geschlossen wird als bei niedrigerem Druck p69,2. Dies findet dann statt, wenn der Druck p69,2 in dem Saugrohr 69 zwischen der Drosselklappe 72 und dem Einlass in den Brennraum 22 gestiegen ist. Sollte bei einem derartigen Vorgehen, d. h. nur über die Verstellung der Nockenwelle 30, ein Androsseln im gewünschten Umfang nicht vollständig möglich sein, wird, wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen, das Androsseln durch Verkleinern eines freien Querschnitts der Drosselklappe 72 ergänzt. Dabei ist besonders bevorzugt, dass das Androsseln nur zu einem geringeren Anteil über die Drosselklappe 72 erfolgt. Zwecks Drosselung des Luftstroms durch das Einlassventil kann auch ein Hub eines Einlassventils verringert werden, bspw. durch Verstellung der Nockenwelle 30.Here, too, boost pressure p52 is increased, as already mentioned above, by either activating bypass valve 50 or changing the variable turbine geometry, and in this exemplary embodiment throttling takes place primarily with the Atkinson camshaft. This does not increase the load. In this case, throttling means that the throttling takes place by retarding the camshaft 30, ie the Atkinson camshaft. Retarding means that an inlet into a combustion chamber 22 is closed later by the camshaft 30 than at a lower pressure p69,2. This takes place when the pressure p69,2 in the intake manifold 69 between the throttle valve 72 and the inlet into the combustion chamber 22 has increased. If such a procedure, i. H. only by adjusting the camshaft 30, throttling to the desired extent is not completely possible, as in the previously described exemplary embodiments, the throttling is supplemented by reducing a free cross section of the throttle flap 72. It is particularly preferred that the throttling takes place via the throttle valve 72 only to a lesser extent. For the purpose of throttling the air flow through the intake valve, a lift of an intake valve can also be reduced, for example by adjusting the camshaft 30.

Nachfolgend wird ein weiteres Ausführungsbeispiel in zwei Varianten beschrieben. Es basiert auf dem ersten Ausführungsbeispiel und kann in einer ersten Variante das in 1 beschriebene Abgassystem mit einem Lader 31 mit fester Geometrie und einem Nebenstrompfad 49 samt Nebenstromventil 50 aufweisen. In einer zweiten Variante wird - wie schon zuvor - statt eines Laders 31 mit fester Geometrie ein Lader 31 mit variabler Turbinengeometrie ohne Nebenstromventil verwendet. Anstatt einer Änderung einer Einstellung der Schließstellung des Nebenstromventils wird dabei ersatzweise eine Änderung der variablen Turbinengeometrie vorgenommen und auf diese Weise allgemein eine Leistung P31 des Laders 31 erhöht. Die oben beschriebenen Schritte in Bezug zu dem Nebenstromventil sind ohne Weiteres auf den Lader 31 mit variabler Turbinengeometrie zu übertragen. Die verwendete Nockenwelle 30 ermöglicht eine unterschiedliche Einstellung des maximalen Einlassventilhubs eines Einlassventils (variabler Ventilhub).Another exemplary embodiment is described below in two variants. It is based on the first embodiment and, in a first variant, can use the in 1 have described exhaust system with a charger 31 with fixed geometry and a bypass path 49 including bypass valve 50. In a second variant—as before—a charger 31 with variable turbine geometry without a bypass valve is used instead of a charger 31 with a fixed geometry. Instead of changing a setting of the closed position of the bypass valve, the variable turbine geometry is changed as a substitute, and in this way a power P31 of the charger 31 is generally increased. The steps described above in relation to the bypass valve are readily transferrable to the supercharger 31 with variable turbine geometry. The camshaft 30 used allows a different adjustment of the maximum intake valve lift of an intake valve (variable valve lift).

In beiden Fällen läuft das Verfahren derartig ab, dass das Nebenstromventil 50 bzw. die variable Turbinengeometrie des Laders 31 weiterhin im jeweils gewünschten beziehungsweise erforderlichen Rahmen geschlossen wird. In diesem Fall findet jedoch das Drosseln des Ladedrucks bzw. Saugrohrdrucks p69 - zwecks Erhalt der benötigten Luftfüllung im Brennraum 22 - nicht durch Verstellen (weiteres Schließen oder Öffnen) der Drosselklappe 72 statt. Vielmehr erfolgt das Einstellen der gewünschten Luftfüllung und damit Androsseln des Luftstroms durch kombiniertes Ansteuern der Nockenwelle 30. Dieses kombinierte Ansteuern der Nockenwelle 30 kann dabei eine Verstellung der Einlassnockenwelle nach früh aufweisen und zudem eine Verringerung des Hubs eines Einlassventils. Durch diese hier vorgeschlagenen Maßnahmen wird ebenfalls eine Verringerung der Temperatur nach dem Turbinenrad 37 und damit auch eine Verringerung der Temperatur T47 im Abgasreaktor 47 erreicht. Wie bereits zum ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, wird dadurch eine Erhöhung der Last ermöglicht und eine Verringerung eines Wasserverbrauchs möglich.In both cases, the method proceeds in such a way that the bypass valve 50 or the variable turbine geometry of the supercharger 31 continues to be closed within the respectively desired or necessary framework. In this case, however, the boost pressure or intake manifold pressure p69 is not throttled by adjusting (further closing or opening) the throttle flap 72 in order to maintain the required air charge in the combustion chamber 22 . Rather, the desired air charge is set and the air flow is thus throttled by combined actuation of camshaft 30. This combined actuation of camshaft 30 can have an advance adjustment of the intake camshaft and also a reduction in the lift of an intake valve. The measures proposed here also reduce the temperature after the turbine wheel 37 and thus also reduce the temperature T47 in the exhaust gas reactor 47 . As already described for the first exemplary embodiment, this makes it possible to increase the load and reduce water consumption.

Im Falle einer Brennkraftmaschine 10 mit variablem Ventilhub kann die Funktionalität bzw. Regelfunktionalität auf zwei verschiedene Arten umgesetzt werden. Entweder wird der Ventilhub analog zu den Steuerzeiten drehzahl- beziehungsweise lastabhängig mit einem niedrigeren Ventilhub fest vorbedatet. In diesem Zusammenhang findet dann eine Regelung der Last direkt über die Einregelung eines erforderlichen Ladedrucks p69 durch passende Verstellung der variablen Turbinengeometrie oder passende Verstellung des Nebenstromventils 50 statt. An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Steuerzeit bzw. die Steuerzeiten der Nockenwelle 30 mit variablem Ventilhub nicht der Lastregelung dienen und während der Applikation festgelegt wird. Alternativ kann die Funktionalität des Androsseln so umgesetzt werden, dass ein gewünschter Ladedruck p69 gestellt beziehungsweise voreingestellt wird. Eine Füllung eines Zylinders 19 bzw. eines Brennraums 22 wird dann über den Ventilhub geregelt.In the case of an internal combustion engine 10 with variable valve lift, the functionality or control functionality can be implemented in two different ways. Either the valve lift is preset with a lower valve lift, analogous to the control times, depending on the engine speed or load. In this context, the load is then regulated directly via the regulation of a required boost pressure p69 by appropriate adjustment of the variable turbine geometry or appropriate adjustment of the bypass valve 50 . At this point it should be noted that the control time or the control times of the camshaft 30 with variable valve lift are not used for load regulation and are defined during the application. Alternatively, the throttling functionality can be implemented in such a way that a desired boost pressure p69 is set or preset. A filling of a cylinder 19 or a combustion chamber 22 is then controlled via the valve lift.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Art der Koordination erforderlich. Kann ein erforderlicher Ladedruck p69 nicht gestellt werden, muss ein Ventilhub vergrößert werden und eine Wasserrate entsprechend erhöht werden.Some form of coordination is also required in this exemplary embodiment. If a required boost pressure p69 cannot be provided, a valve lift must be increased and a water rate increased accordingly.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel auf der Grundlage des hier beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels sieht einen Lader 31 vor, der elektrisch unterstützt ist. Dieser Lader 31, 5, ist elektrisch unterstützt. Dies bedeutet, dass eine elektrische Maschine 75 über die Welle 38 des Laders 31 auf dessen Funktion einwirkt. Im Zusammenhang mit der Verringerung der Temperatur T53 am Ausgang 53 des Turbinenrads 37 oder der Verringerung der Temperatur 47 im Abgasreaktor 47, ist vorgesehen den Strömungswiderstand des Laders 31 - und hier ganz besonders der Abgasseite 34 des Laders 31 - zu erhöhen. Ganz besonders mit Bezug zu 2, des dort dargestellten Kennfelds und dabei vor allem die Fläche A-C-D-A und die dort potentiell liegenden Betriebspunkte betreffend, wird die elektrische Maschine 75 verwendet. Das eigentliche Ziel besteht darin, den Strömungswiderstand des Laders 31 dazu zu verwenden, um dem Abgas Energie zu entziehen (Enthalpieabfall über das Turbinenrad 37) und dadurch die Temperatur nach dem Lader 31 wie oben beschrieben zu senken. Hierzu wird ganz besonders nach Schließen des Nebenstromventils 50 bzw. Verändern der variablen Turbinengeometrie die elektrische Maschine 75 so betrieben, dass diese ein Bremsmoment auf die Welle 38 des Laders 31 bewirkt. Dies geschieht durch sogenannte Rekuperation, d. h. die elektrische Maschine 75 wird als Generator betrieben, sodass dieser Strom bevorzugt in ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs liefert. Dies führt im Idealfall dazu, dass trotz Schließen des Nebenstromventils 50 bzw. Schließen der variablen Turbinengeometrie kein Ladedruckanstieg des Drucks p69 zu verzeichnen ist. Ist eine Rekuperation nicht oder nur eingeschränkt möglich, kann das beschriebene Verfahren durch Schließen der Drosselklappe 75 und damit Senken des Drucks p69 im Saugrohr 69 ergänzt werden.Another embodiment based on the first embodiment described herein provides a charger 31 that is electrically assisted. This loader 31, 5 , is electrically assisted. This means that an electrical machine 75 acts on the function of the charger 31 via the shaft 38 thereof. In connection with the reduction in temperature T53 at the outlet 53 of the turbine wheel 37 or the reduction in the temperature 47 in the exhaust gas reactor 47, the flow resistance of the charger 31—and here particularly the exhaust gas side 34 of the charger 31—is increased. Especially related to 2 , of the characteristics map shown there and in particular relating to the area ACDA and the operating points potentially located there, the electric machine 75 is used. The ultimate goal is to use the drag of the supercharger 31 to extract energy from the exhaust gas (enthalpy drop across the turbine wheel 37) and thereby lower the temperature after the supercharger 31 as described above. For this purpose, especially after closing the bypass valve 50 or changing the variable turbine geometry, the electric machine 75 is operated in such a way that it causes a braking torque on the shaft 38 of the charger 31 . This is done by what is known as recuperation, ie the electric machine 75 is operated as a generator, so that this current is preferably supplied to an on-board network of the motor vehicle. In the ideal case, this means that despite the closing of the bypass valve 50 or the closing of the variable turbine geometry, there is no increase in boost pressure of the pressure p69. If recuperation is not possible or only possible to a limited extent, the method described can be supplemented by closing the throttle valve 75 and thus reducing the pressure p69 in the intake manifold 69.

Ein weiteres grundsätzliches Verfahren V2 zur Verringerung eine Abgastemperatur wird nachfolgend mit Bezug zu 6 beschrieben. Bei diesem Verfahren ist vorgesehen, einen Schwerpunkt der Verbrennung zu verschieben, Schritt S10, indem ein Zündzeitpunkt früher als zuvor eingestellt wird und somit ein Zündfunken früher als zuvor das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum 22 zündet. Hierbei soll ein bezüglich eines Betriebspunkts hinsichtlich des Verbrauchs der Brennkraftmaschine 10 optimaler Schwerpunkt in Richtung „früh“ verstellt werden, Schritt S11. In einem Kennfeldbereich deutlich unterhalb einer Nennleistung sind Brennkraftmaschinen 10 üblicherweise nicht klopfbegrenzt. In diesem Leistungsbereich findet über eine Brennraumwand, beispielsweise die Zylinderwand oder den Zylinderkopf, eine Wärmeabfuhr in einer verhältnismäßig großen Menge statt so dass die Abgastemperatur sinkt. Eine Begrenzung ist, dass Klopfen bei zu frühen Zündwinkeln auftritt. Es muss also ein Abstand zwischen wirkungsgradoptimalem Zündwinkel und Klopfgrenze bestehen, um eine Zündwinkelfrühverstellung realisieren zu können. Frühe Zündzeitpunkte führen durch die früh einsetzende Verbrennung bereits relativ früh zu verhältnismäßig hohen Brennraumdrücken. Druckanstiegen und hohen Temperaturen im Brennraum, aber einer reduzierten Abgastemperatur.Another basic method V2 for reducing an exhaust gas temperature is described below with reference to 6 described. In this method, provision is made for shifting a focal point of the combustion, step S10, by setting an ignition point earlier than before, and thus an ignition spark ignites the fuel-air mixture in combustion chamber 22 earlier than before. In this case, a center of gravity that is optimal with respect to an operating point with regard to the consumption of internal combustion engine 10 is to be shifted in the “advanced” direction, step S11. Internal combustion engines 10 are usually not knock-limited in a map range well below a rated output. In this power range, a relatively large amount of heat is dissipated via a combustion chamber wall, for example the cylinder wall or the cylinder head, so that the exhaust gas temperature drops. A limitation is that knock occurs when the ignition angle is too early. There must therefore be a gap between the efficiency-optimal ignition angle and the knock limit in order to be able to advance the ignition angle. Due to the early onset of combustion, early ignition times lead to relatively high ignition points relatively early on combustion chamber pressures. Increases in pressure and high temperatures in the combustion chamber, but a reduced exhaust gas temperature.

In diesem Leistungsbereich deutlich unterhalb einer Nennleistung wird ein Zündwinkel so appliziert, dass sich ein hinsichtlich des Verbrauchs an Kraftstoff optimaler Verbrennungsschwerpunkt einstellt. Dieser Schwerpunkt liegt bei ca. 8° Kurbelwelle nach dem Zünd-OT (OT = oberer Totpunkt). Dennoch könnten sich durch die eingestellten Betriebspunkte in diesem Leistungsbereich bereits Abgastemperaturen einstellen, die eine zulässige Maximaltemperatur vor einem Lader 31 oder eine zulässige Maximaltemperatur in einem Abgasreaktor 47 überschreiten würden. Aus diesem Grund würde sich eine Vorverlegung eines Zündzeitpunkts empfehlen, da dies zu einer Verringerung der Abgastemperaturen führen würde. Nachteilig wäre - entsprechend dem oben beschriebenen Mechanismus der Begünstigung des Klopfens - dabei, dass deutliche Temperatursteigerungen und Drucksteigerungen früher einträten. Einer der Hauptwirkmechanismen der Wassereinspritzung ist die Verringerung der Neigung des Kraftstoff-Luft-Gemischs zu klopfen, in dem dieses Gemisch zum Zündzeitpunkt beziehungsweise bereits vor dem Zündzeitpunkt gekühlt wird. D. h., dass es bei Vorverlegung des Zündzeitpunkts bereits in diesem Leistungsbereich erforderlich sein kann bzw. wäre einen Ablauf der Verbrennung in einem Brennraum 22 so zu beeinflussen - beispielsweise durch Einspritzung von Wasser in den Brennraum 22, Schritt S12 - so, dass die Temperatur des Verbrennungsgeschehens zwecks Vermeiden von Klopfen verringert und so gleichzeitig eine Temperatur des Abgases gesenkt würde. Wäre eine Verschiebung der Schwerpunktlage der Verbrennung auf frühestens 8° Kurbelwelle nach Zünd-OT begrenzt, wäre auch eine Hauptwirkung der Einspritzung von Wasser begrenzt. Das geregelte Vorgehen wäre wie folgt: Bei Erreichen des Temperaturlimits, Frühverschiebung des Zündwinkels bis an die Klopfgrenze, unter der dann möglichen Anhebung der Last. Sollte die Klopfgrenze erreicht sein, kann dann zur weiteren Lastanhebung Wasser eingespritzt werden. Der dann einzustellende Zündwinkel kann immer früher als der wirkungsgradoptimale Zündwinkel sein, um die Abgastemperatur entsprechend niedrig zu halten.In this power range, which is well below a nominal power, an ignition angle is applied in such a way that an optimal combustion focus is set in terms of fuel consumption. This center of gravity is at approx. 8° crankshaft after ignition TDC (TDC = top dead center). Nevertheless, due to the set operating points in this power range, exhaust gas temperatures could already set in that would exceed a permissible maximum temperature upstream of a charger 31 or a permissible maximum temperature in an exhaust gas reactor 47 . For this reason, advancing an ignition timing would be recommended, since this would lead to a reduction in exhaust gas temperatures. In accordance with the mechanism of promoting knocking described above, it would be disadvantageous that significant increases in temperature and pressure would occur earlier. One of the main mechanisms of action of water injection is to reduce the tendency of the fuel-air mixture to knock by cooling this mixture at the ignition point or even before the ignition point. This means that when the ignition point is advanced, it may already be necessary in this power range or it would be necessary to influence the combustion process in a combustion chamber 22 - for example by injecting water into the combustion chamber 22, step S12 - in such a way that the The temperature of the combustion process is reduced in order to avoid knocking and a temperature of the exhaust gas would be reduced at the same time. If a shift in the center of combustion was limited to 8° crankshaft after ignition TDC at the earliest, a main effect of the water injection would also be limited. The controlled procedure would be as follows: When the temperature limit is reached, the ignition angle is advanced up to the knock limit, with the load then being increased. If the knock limit is reached, water can then be injected to further increase the load. The ignition angle then to be set can always be earlier than the ignition angle that is optimal for efficiency, in order to keep the exhaust gas temperature correspondingly low.

Wie bereits angedeutet, ist im Rahmen dieses Verfahrens vorgesehen, die Verschiebung der Schwerpunktlage der Verbrennung auch über einen verbrauchsoptimalen Punkt weiter nach früh zu verschieben (Schritt 11), um die Abgastemperatur zu senken. Eine Grenze der Verschiebung nach früh ist erreicht, sobald eine der folgenden Grenzen erreicht wird: die Klopfgrenze, der maximal zulässige Zylinderdruck, der maximal zulässige Zylinderdruckanstieg. Ein angeforderter Zündwinkel wird in der Steuerung der Brennkraftmaschine 10 dazu in einem Format gespeichert, welches als Einflussfaktoren eine aktuelle Drehzahl, eine abzurufende bzw. einzustellende Last, Steuerzeiten und eine Wasserrate berücksichtigt.As already indicated, within the scope of this method it is provided that the shift in the center of combustion is also advanced further beyond a consumption-optimal point (step 11) in order to reduce the exhaust gas temperature. A limit of advance is reached when one of the following limits is reached: the knock limit, the maximum allowable cylinder pressure, the maximum allowable cylinder pressure rise. For this purpose, a requested ignition angle is stored in the controller of the internal combustion engine 10 in a format which takes into account a current speed, a load to be called up or set, control times and a water rate as influencing factors.

Die beiden hier grundsätzlich beschriebenen Verfahren V1 „künstliches Androsseln“ und V2 „Verschiebung der Verbrennungsschwerpunktlage über den verbrauchsoptimalen Punkt nach früh“ können in beliebiger Ausprägung miteinander kombiniert werden. Um eine minimierte beziehungsweise minimale Wasserrate als Optimum zu erhalten, ist eine Ermittlung von detaillierten Daten im Rahmen einer Applikation zu bestimmen.The two methods V1 “artificial throttling” and V2 “advanced shift in the center of combustion beyond the consumption-optimal point” described here in principle can be combined with one another in any form. In order to obtain a minimized or minimum water rate as an optimum, detailed data must be determined as part of an application.

Claims (21)

Verfahren zum Betreiben einer durch einen Lader (31) aufgeladenen, fremdgezündeten Brennkraftmaschine (10) mit einem Brennraum (22), in dem eine Verbrennung abläuft, einer Antriebswelle (28) und einem Abgassystem (13), wobei in einem Schritt - die Brennkraftmaschine (10) in einem Betriebspunkt (P0) bei einer Drehzahl (n28; n28P) der Antriebswelle (28) betrieben wird, zu dem ein Luftverhältnis (Lambda) in einem Brennraum (22) eingestellt wird, wobei in diesem Betriebspunkt (P0) ein Drehmoment (M28,0) eingestellt wird, das gerade noch mit einem stöchiometrischen Luftverhältnis (Lambda) erzielt wird und gleichzeitig eine maximal zulässige Temperatur (Tzul,max) des Abgassystems (13) gerade noch eingehalten wird, ohne dass dem Brennraum (22) Wasser zugeführt wird, - wobei der Lader (31) in diesem Betriebspunkt (P0) mit seiner geringstmöglichen Leistung betrieben wird, - wobei Maßnahmen ergriffen werden, um eine Temperatur (T13) im Abgassystem (13) zu verringern.Method for operating a supercharged, spark-ignited internal combustion engine (10) having a combustion chamber (22) in which combustion takes place, a drive shaft (28) and an exhaust system (13), in one step - the internal combustion engine (10) is operated at an operating point (P0) at a speed (n28; n28P) of the drive shaft (28) at which an air ratio (lambda) is set in a combustion chamber (22), wherein at this operating point (P0 ) a torque (M28,0) is set that is just achieved with a stoichiometric air ratio (lambda) and at the same time a maximum permissible temperature (Tzul,max) of the exhaust system (13) is just maintained without the combustion chamber (22 ) water is supplied, - the charger (31) being operated at its lowest possible power at this operating point (P0), - wherein measures are taken to reduce a temperature (T13) in the exhaust system (13). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt (S1) die Leistung des Laders (31) erhöht und dadurch ein Druck (p69,1) in einem Saugrohr (69) zwischen dem Lader (31) und einer Drosselklappe (72) erhöht wird.procedure after claim 1 , characterized in that in a first step (S1) the power of the supercharger (31) is increased and thereby a pressure (p69,1) in an intake manifold (69) between the supercharger (31) and a throttle valve (72) is increased. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Erhöhung des Drucks (p69,1) in dem Saugrohr (69) zwischen dem Lader (31) und der Drosselklappe (72) der Druck (p69,2) in dem Saugrohr (69) zwischen der Drosselklappe (72) und einem Einlass in einen Brennraum (22) in einem Schritt (S2) ebenfalls erhöht wird.procedure after claim 2 , characterized in that the pressure (p69,2) in the intake pipe (69) between the throttle valve ( 72) and an inlet into a combustion chamber (22) in a step (S2). Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck (p69,2) in dem Saugrohr (69) zwischen der Drosselklappe (72) und einem Einlass in einen Brennraum (22) in einem Schritt (S3) abgesenkt wird.procedure after claim 3 , characterized in that the pressure (p69,2) in the intake manifold (69) between the throttle valve (72) and an inlet into a combustion chamber (22) is lowered in a step (S3). Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Senkung des Drucks (p69,2) in dem Saugrohr (69) zwischen der Drosselklappe (72) und dem Einlass in den Brennraum (22) ein Strömungswiderstand der Drosselklappe (72) erhöht wird.procedure after claim 4 , characterized in that to reduce the pressure (p69,2) in the intake manifold (69) between the throttle valve (72) and the inlet into the combustion chamber (22), a flow resistance of the throttle valve (72) is increased. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte (S1; S2; S3) nacheinander wiederholt werden.Procedure according to one of claims 2 until 4 , characterized in that the steps (S1; S2; S3) are repeated one after the other. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nockenwelle (30) in einer Ausführung als Millernockenwelle verwendet wird, durch welche ein gestiegener Druck (p69,2) in dem Saugrohr (69) zwischen der Drosselklappe (72) und dem Einlass in den Brennraum (22) durch eine Verstellung der Nockenwelle (30) gedrosselt wird.Procedure according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that a camshaft (30) is used in an embodiment as a Miller camshaft, through which an increased pressure (p69.2) in the intake manifold (69) between the throttle valve (72) and the inlet into the combustion chamber (22). an adjustment of the camshaft (30) is throttled. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Nockenwelle (30) der Einlass in den Brennraum (22) früher geschlossen wird als bei niedrigerem Druck (p69,2).procedure after claim 6 , characterized in that the intake into the combustion chamber (22) is closed earlier by the camshaft (30) than at lower pressure (p69,2). Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Drosselung eines Luftstroms durch das Einlassventil dessen Hub verringert wird.procedure after claim 6 or 7 , characterized in that for the purpose of throttling an air flow through the intake valve whose lift is reduced. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nockenwelle (30) in einer Ausführung als Atkinsonnockenwelle verwendet wird, durch welche ein gestiegener Druck (p69,2) in dem Saugrohr (69) zwischen der Drosselklappe (72) und dem Einlass in den Brennraum (22) durch eine Verstellung der Nockenwelle (30) gedrosselt wird.Procedure according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that a camshaft (30) is used in an Atkinson camshaft design, through which an increased pressure (p69,2) in the intake manifold (69) between the throttle valve (72) and the inlet into the combustion chamber (22). an adjustment of the camshaft (30) is throttled. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Nockenwelle (30) der Einlass in den Brennraum (22) später geschlossen wird als bei niedrigerem Druck (p69,2).procedure after claim 9 , characterized in that the intake into the combustion chamber (22) is closed later by the camshaft (30) than when the pressure is lower (p69,2). Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Drosselung eines Luftstroms durch das Einlassventil dessen Hub verringert wird.procedure after claim 9 or 10 , characterized in that for the purpose of throttling an air flow through the intake valve whose lift is reduced. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lader (31) elektrisch unterstützt wird, indem eine elektrische Maschine (75) über eine Welle (38) des Laders (31) einen Strömungswiderstand des Laders (31) erhöht, um dem Abgas Energie durch Rekuperation zu entziehen, indem die elektrische Maschine (75) als Generator betrieben wird.Procedure according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the charger (31) is electrically supported in that an electric machine (75) increases a flow resistance of the charger (31) via a shaft (38) of the charger (31) in order to extract energy from the exhaust gas by recuperation, by the electric machine (75) is operated as a generator. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn in dem Abgassystem (13) eine maximal zulässige Temperatur (Tmax,zul) ohne die Zufuhr von Wasser nicht mehr eingehalten werden kann, in einem Schritt (S4) Wasser in den Brennraum (22) eingespritzt wird.Procedure according to one of claims 2 until 12 , characterized in that when a maximum permissible temperature (Tmax, perm) can no longer be maintained in the exhaust system (13) without the supply of water, water is injected into the combustion chamber (22) in a step (S4). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Schritt (S10) ein Schwerpunkt der Verbrennung im Brennraum (22) verschoben wird.procedure after claim 1 , characterized in that in a step (S10) a focal point of the combustion in the combustion chamber (22) is shifted. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwerpunkt der Verbrennung über den wirkungsgradoptimalen Schwerpunkt nach früh verschoben wird, Schritt (S11).procedure after Claim 14 , characterized in that the focal point of the combustion is shifted to the efficiency-optimal focal point earlier, step (S11). Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verschiebung des Schwerpunkts der Verbrennung in einem Schritt (S12) ein Ablauf der Verbrennung im Brennraum (22) durch Einspritzung von Wasser in den Brennraum (22) beeinflusst wird.procedure after Claim 14 or 15 , characterized in that when the center of gravity of the combustion is shifted in a step (S12), the course of the combustion in the combustion chamber (22) is influenced by injecting water into the combustion chamber (22). Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Verfahren mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 12 kombiniert wird.Procedure according to one of Claims 14 until 16 , characterized in that this method with the method according to any one of claims 2 until 12 is combined. Computerprogramm, welches ausgebildet ist, alle Schritte eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17 auszuführen.Computer program which is designed to carry out all the steps of one of the methods according to one of Claims 1 until 17 to execute. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 18 gespeichert ist.Machine-readable storage medium on which the computer program Claim 18 is saved. Steuergerät, das ausgebildet ist, alle Schritte eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17 auszuführen.Control unit that is designed to carry out all the steps of one of the methods according to one of Claims 1 until 17 to execute.
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