DE10317959A1 - Method of operating an internal combustion engine fitted with exhaust-gas turbocharger, especially for motor vehicles, with turbocharger kept on a high rotational speed when in partial load operation - Google Patents

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Abstract

The turbocharger, in partial load operation, is kept on a high rotational speed and the pressure side of the supercharger is short circuited with its suction side via a bypass, while during full load operation, the bypass is closed. The rotational speed of the turbocharger may be kept near its continuous-running operation rotational speed, when its in partial load operation. An independent claim is also included for an internal combustion engine which is fitted with the exhaust-gas turbocharger.

Description

Die Erfindung betrifft nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ein Verfahren zum Betrieb eines mit einem Abgasturbolader ausgestatteten Verbrennungsmotors der Kolbenbauart, insbesondere für Kraftfahrzeuge und einen Motor zu seiner Durchführung.The According to the preamble of claim 1, the invention relates to a method for operating an internal combustion engine equipped with an exhaust gas turbocharger the piston type, especially for motor vehicles and an engine to carry it out.

Die Verdichterwirkung des Turboladers wird beim Vollastbetrieb benötigt, um die Leistungsabgabe des Motors zu erhöhen. Im Teillastbetrieb besteht hierfür kein Bedarf, weshalb bei diesen bekannten Motoren im Teillastbetrieb der Turbolader mit niedriger Drehzahl ohne Leistungsabgabe einen Leerlaufzustand einnimmt. Weil der Turboverdichter erst beim Überschreiten einer vorgegebenen Drehzahlgrenze die erforderliche Verdichtungsarbeit leisten kann, hat dies zur Folge, daß bei einem plötzlich auftretendem Wunsch nach Einsatz der vollen Motorleistung, etwa zur Beschleunigung des Fahrzeugs bei einem Überholvorgang, der die Erhöhung der Motordrehzahl voraussetzt, der Turbolader erst auf seine Betriebsdrehzahl hochgefahren werden muß, bevor die volle Leistung des Motors, d.h. das maximale Drehmoment, zur Verfügung steht. Um diese als „Turboloch" bekannte, unerwünschte Verzögerung zu reduzieren, ist der Einsatz von als „Booster" bezeichneten, Energie verzehrenden Hilfsantrieben bekannt, die der Beschleunigung des Turboladers dienen. Dies verursacht nicht nur einen zusätzlichen Platzbedarf im Motorraum, sondern auch eine Kostensteigerung. Insbesondere sind elektrisch unterstützte Booster sehr aufwendig. Dies gilt sowohl für erforderliche Elektromotoren, als auch für die Bereitstellung der er erforderlichen elektrischen Energie, insbesondere wenn die Bordspannung von 12 Volt nicht ausreicht und Bordnetze von 40 Volt erforderlich sind.The Compressor effect of the turbocharger is required to at full load to increase the power output of the engine. There is no need for this in part-load operation, which is why the turbocharger is used in these known engines in part-load operation at low speed without power output an idle state occupies. Because the turbocompressor only when a specified one is exceeded Speed limit can perform the required compression work, has the consequence that at one suddenly occurring desire to use the full engine power, for example to accelerate the vehicle when overtaking, which is the increase in the Assumes engine speed, the turbocharger only to its operating speed must be started up before the full power of the engine, i.e. the maximum torque, to disposal stands. To avoid this undesirable delay known as "turbo lag" reduce, is the use of energy-consuming called "booster" Auxiliary drives are known which serve to accelerate the turbocharger. This not only causes additional space in the engine compartment, but also an increase in costs. In particular, are electrical supported Very expensive booster. This applies to the required electric motors, for as well the provision of the electrical energy required, in particular if the on-board voltage of 12 volts is not sufficient and on-board networks of 40 volts are required.

Es besteht somit die Aufgabe, beim Übergang vom Leerlauf oder Teillastbetrieb bei niedrigen Drehzahlen zum Vollastbetrieb möglichst verzögerungsfrei die Wirkung des Turboladers nutzen zu können, ohne hierfür den Turbolader mit teuren Hilfsantrieben unterstützen zu müssen.It there is thus the task at the transition from idling or part-load operation at low engine speeds to full-load operation preferably delay to be able to use the effect of the turbocharger without the turbocharger to have to support with expensive auxiliary drives.

Erfindungsgemäß wird bei dem eingangs genannten Verfahren diese Aufgabe dadurch gelöst, daß im Teillastbetrieb der Turbolader auf einer hohen Drehzahl gehalten wird und die Druckseite des Verdichters mit seiner Saugseite über einen Bypass kurzgeschlossen ist , während bei Vollastbetrieb der Bypass geschlossen ist.According to the invention the above-mentioned method achieved this object in that in part-load operation the turbocharger is kept at high speed and the pressure side of the compressor with its suction side short-circuited via a bypass is while the bypass is closed at full load.

Solang der Verdichter kurzgeschlossen ist und keine Leistung abgibt, muß die Abgasturbine lediglich die Reibungsverluste überwinden. Es steht deshalb mit vergleichsweise geringem Energieaufwand beim Übergang zu Vollast die volle Verdichterleistung zur Verfügung, wobei durch die plötzliche Belastung die Drehzahl des Verdichters zwar kurzzeitig etwas absinken wird, mit dem Turboloch der bekannten Art ist dies jedoch nicht vergleichbar, zumal in der Regel die Möglichkeit besteht, den unbelasteten Verdichter noch unterhalb der zulässigen Dauerdrehzahl auf einer Drehzahl zu halten, die soweit oberhalb der bei Vollast zum Erreichen des maximalen Motordrehmoments erforderlichen Drehzahl liegt, daß durch das Absinken der Drehzahl des Turbosystems beim Übergang auf Vollastbetrieb die erforderliche Drehzahl nicht unterschritten wird.Solang the compressor is short-circuited and gives no power, the exhaust gas turbine only overcome the frictional losses. It therefore has a comparatively low energy consumption during the transition at full load the full compressor capacity is available, due to the sudden load the speed of the compressor will drop slightly for a short time, this is not comparable to the turbo lag of the known type, especially since the possibility the unloaded compressor is still below the permissible continuous speed to keep at a speed that is so far above that at full load speed required to reach the maximum engine torque, that by the decrease in the speed of the turbo system when transitioning to full load operation the required speed is not undercut.

Zum besseren Verständnis wird hier auf das in 1 gezeigte Diagramm Bezug genommen, das am praktischen Beispiel eines PKW-Dieselmotors einander überlagernd ein Verdichterkennfeld und die Motorschlucklinien zeigt. Der als Beispiel zugrundegelegte Motor ist auf eine Drehzahl von maximal 4500 min–1 ausgelegt. Gemeinsame Basis beider Diagramme ist das Druckverhältnis (Ordinate) und der Volumenstrom (Abszisse). Aus der allgemeinen Betriebsgleichung für das Zusammenwirken ergibt sich, das der Volumenstrom von Verdichter und Motor gleich ist. Auch der Druck am Verdichterauslaß und am Brennkammereinlaß sind identisch. Auf der Ordinate ist das Druckverhältnis und das Dichteverhältnis aufgetragen. Das Motordrehmoment kann nur proportional zum Dichteverhältnis der Luft erhöht werden.For a better understanding here the in 1 shown diagram referred, which shows a compressor map and the engine intake lines on the practical example of a car diesel engine superimposed. The motor used as an example is designed for a maximum speed of 4500 min –1 . The common basis of both diagrams is the pressure ratio (ordinate) and the volume flow (abscissa). The general operating equation for the interaction shows that the volume flow of the compressor and motor is the same. The pressure at the compressor outlet and at the combustion chamber inlet are also identical. The pressure ratio and the density ratio are plotted on the ordinate. The engine torque can only be increased in proportion to the density ratio of the air.

Anhand der Vollastbetriebslinie läßt sich ablesen, daß das maximale Drehmoment des Motors etwa bei einer Drehzahl des Verdichters von 145∙103 min–1 zur Verfügung steht. Die maximal zulässige Drehzahl ist 200∙103 min–1. Diese maximale Drehzahl sollte der Verdichter nicht erreichen. Zeitweilig ist n = 180∙103 zulässig, im Dauerbetrieb soll sie bei n = 160∙103 liegen.The full-load operating line shows that the maximum torque of the engine is available at a speed of the compressor of 145 ∙ 10 3 min –1 . The maximum permissible speed is 200 ∙ 10 3 min –1 . The compressor should not reach this maximum speed. Temporarily n = 180 ∙ 10 3 is permissible, in continuous operation it should be n = 160 ∙ 10 3 .

Es kann also problemlos die Drehzahl des unbelasteten Turbosystems nahe 160 ∙103 min–1 gehalten werden, um trotz des Drehzahlabfalls beim Übergang auf Laderbetrieb die bei Vollast erforderliche Drehzahl von 145∙103 min–1 nicht zu unterschreiten. Dieser Drehzahl 145∙103 min–1 ist ein Luftvolumenstrom von etwa 0,04 m3/s zugeordnet.The speed of the unloaded turbo system can therefore be kept close to 160 ∙ 10 3 min –1 in order not to fall below the speed of 145 ∙ 10 3 min –1 required at full load despite the drop in speed when switching to charger operation. An air volume flow of approximately 0.04 m 3 / s is assigned to this speed 145 ∙ 10 3 min −1 .

Damit der Turbolader im unbelasteten Zustand die zulässige Drehzahl nicht überschreitet, wird diese vorzugsweise durch einen Drehzahlbegrenzer überwacht.In order to the turbocharger does not exceed the permissible speed in the unloaded state, this is preferably monitored by a speed limiter.

Die vorstehend für den Übergang von Teillast- auf Vollastbetrieb beschriebene Wirkungsweise setzt voraus, daß der Verdichter bereits eine hohe Drehzahl erreicht hat. Will man nach dem Start des Motors aus dem Leerlauf heraus zügig beschleunigen, was ebenfalls den Zugriff auf das maximale Motordrehmoment erfordert, ist der Turbolader noch nicht hochgefahren, es kann also zunächst nicht auf die volle Wirkung des Turboladers zugegriffen werden. Die Leerlaufdrehzahl des Motors ist beim gewählten Beispiel 1000 min–1, das Druckverhältnis 1,0, was einem Volumenstrom 0,0125 m3/s entspricht. Dieser Betriebspunkt ist mit L bezeichnet. Die Verdichterdrehzahl ist zwar als etwa 45∙103 abzulesen. Sie ergibt sich aber erst dann, wenn die eingespritzte Kraftstoffmenge der beim Druckverhältnis 1,0 zur Verfügung stehenden Luftmasse entspricht. Im Leerlauf ist die eingespritzte Kraftstoffmenge jedoch um den Faktor 2,5 geringer, so daß die Drehzahl des Turbosystems im Leerlaufbetrieb bei einer Motordrehzahl von 1000 min–1 wesentlich niedriger ist. Der Schnittpunkt LL der Vollastbetriebslinie mit der dem Druckverhältnis 1,0 zugeordneten Aszisse bezeichnet denjenigen, hier bei der Motordrehzahl 500 min–1 und einem Volumenstrom von 0,006 m3/min liegenden Betriebspunkt, bei dem die Wirkung des Verdichters einsetzt.The mode of operation described above for the transition from part-load to full-load operation presupposes that the compressor already has one has reached high speed. If you want to accelerate quickly from idling after starting the engine, which also requires access to the maximum engine torque, the turbocharger has not yet started up, so the full effect of the turbocharger cannot be accessed at first. The idling speed of the engine is in the selected example, 1000 min -1, the pressure ratio of 1.0, a volume flow rate 0.0125 m 3 / s. This operating point is labeled L. The compressor speed can be read as about 45 ∙ 10 3 . However, it only arises when the amount of fuel injected corresponds to the air mass available at the pressure ratio 1.0. At idle, the injected fuel amount, however, is smaller by a factor of 2.5, so that the speed of the turbo system is substantially lower in the idling mode at an engine speed of 1000 min -1. The intersection of the LL Vollastbetriebslinie with the pressure ratio 1.0 associated Aszisse referred to those here at the engine speed 500 min -1 and a flow rate of 0.006 m 3 / min underlying operating point at which the effect of the compressor starts.

Beim Beginn der Fahrt zeigt der Fahrer durch Betätigung des Fahrpedals seinen Wunsch nach voller Motorleistung an, die Kraftstoffzufuhr zum Motor steigt entsprechend an, das Drehmoment und die Abgasenergie nehmen zu, dadurch steigt die Drehzahl des Abgasturboladers, so daß im Betriebspunkt L die Drehzahl des Turboladers von etwa 45 ·103 min–1 erreicht wird und das Motordrehmoment ausreicht, das Fahrzeug in Bewegung zu setzen. Die Motordrehzahl nimmt zu, dem Motor wird mehr Luft zugeführt, die Abgasenergie und die Drehzahl des Turboladers steigen weiter, der Verdichter beginnt, das Druckverhältnis zu erhöhen, der Betriebspunkt erreicht im Punkt 2 die Vollastbetriebslinie und das Drehmoment in Bezug auf die Drehzahl des Motors wird durch den Kraftstoffregler entlang der Vollastbetriebslinie geregelt, bis schließlich bei der Motordrehzahl von etwa 2000 min–1, einem Volumenstrom von etwa 0,04 m3/s und dem Druckverhältnis von 1,82 der Betriebspunkt 1 erreicht wird, an dem das maximale Drehmoment zur Verfügung steht, wobei die Drehzahl des Turboladers inzwischen auf etwa 150·103 min–1 gestiegen ist. Es verstreicht also eine spürbare Zeitspanne, bis der Betriebspunkt 1 erreicht wird und das maximale Drehmoment zur Verfügung steht, weshalb es wünschenswert ist, die Erfindung derart auszugestalten, daß schon bei einer möglichst geringen Steigerung der Motordrehzahl über die Leerlaufdrehzahl hinaus das maximale Drehmoment des Motors erreicht werden kann.At the start of the journey, the driver indicates his desire for full engine power by pressing the accelerator pedal, the fuel supply to the engine increases accordingly, the torque and the exhaust gas energy increase, which increases the speed of the exhaust gas turbocharger, so that the operating speed L of the turbocharger of approximately 45 · 10 3 min –1 is reached and the engine torque is sufficient to set the vehicle in motion. The engine speed increases, more air is supplied to the engine, the exhaust gas energy and the speed of the turbocharger continue to increase, the compressor begins to increase the pressure ratio, the operating point reaches the point 2 the full-load operating line and the torque in relation to the speed of the engine are regulated by the fuel regulator along the full-load operating line until finally at the engine speed of about 2000 min −1 , a volume flow of about 0.04 m 3 / s and the pressure ratio of 1, 82 the operating point 1 is reached, at which the maximum torque is available, the speed of the turbocharger has meanwhile increased to approximately 150 · 10 3 min −1 . So it takes a noticeable time until the operating point 1 is reached and the maximum torque is available, which is why it is desirable to design the invention in such a way that the maximum torque of the engine can be achieved even with the smallest possible increase in the engine speed beyond the idling speed.

Dem Druckverhältnis 1,82 entspricht bei der Drehzahl 1000 min–1 des Motors der Betriebspunkt M. Um auch beim Beschleunigungsvorgang aus dem Leerlauf sofort das maximale Drehmoment zur Verfügung zu haben, müßte der Motor den Betriebspunkt M erreichen können, wozu aber die Pumpgrenze des Verdichters überschritten werden müßte. Somit liegt M außerhalb des zulässigen Betriebsbereichs des Verdichters und scheint also nicht erreichbar zu sein, denn es entspricht der herrschenden Ansicht, daß der Verdichter nicht bei einem Betriebspunkt betrieben werden kann, der außerhalb des durch die Vollastbetriebslinie begrenzten Bereichs liegt.The pressure ratio 1.82 corresponds to the speed of 1000 min -1 of the engine operating point M. In order to have immediately the maximum torque available at the acceleration process from the idling, the engine should be able to reach the operating point M, including but the surge limit of the compressor should be exceeded. M is therefore outside the permissible operating range of the compressor and therefore does not appear to be reachable, since it is in line with the prevailing view that the compressor cannot be operated at an operating point which is outside the area delimited by the full-load operating line.

Es ist aber beispielsweise bei aufgeladenen Schiffsdieselmotoren im stationären Betrieb bekannt, den angestrebten Motorbetriebspunkt M ausgehend vom flachen Scheitelbereich der Vollastbetriebslinie, in dem annähernd das maximale Drehmoment zur Verfügung steht, dadurch zu erreichen, daß durch Abblasen verdichteter Luft unter Beibehaltung der hohen Laderdrehzahl von 15∙0103 der vom Motor aufgenommene Volumenstrom von 0,04 auf etwa 0,02 halbiert wird, wodurch sich unter Beibehaltung des Druckverhältnisses 1,82 der Motorbetriebspunkt nach M verschiebt, während der Betriebspunkt des Verdichters bei 1 bleibt. Es wird somit im Dauerbetrieb ein hohes Drehmoment bei niedriger Drehzahl abgegeben, wobei der höhere Energieaufwand für den Verdichter in Kauf genommen wird.However, it is known, for example in the case of supercharged marine diesel engines in stationary operation, to achieve the desired engine operating point M starting from the flat apex region of the full-load operating line, in which approximately the maximum torque is available, by blowing off compressed air while maintaining the high supercharger speed of 15 ∙ 010 3 the volume flow absorbed by the engine is halved from 0.04 to about 0.02, whereby the engine operating point shifts to M while maintaining the pressure ratio 1.82, while the operating point of the compressor remains at 1. A high torque is thus delivered at low speed in continuous operation, the higher energy expenditure for the compressor being accepted.

Durch Übertragung dieser für den stationären Betrieb aufgeladener Motoren bekannten Maßnahme auf das erfindungsgemäße Verfahren mit Anwendung auf die transiente Betriebsweise während der Beschleunigung aus dem Leerlauf, läßt sich das geschilderte Problem lösen. Es stellt demgemäß eine vorteilhafte Ausgestaltung dar, daß bei Beschleunigung aus dem Leerlauf die Saugleitung und der Bypass geschlossen sind, die Druckseite des Verdichters mit der Einlaßleitung der Brennkammer verbunden ist, und bei maximaler Steigerung des Volumenstroms bis zur Erreichung des vorgegebenen maximalen Druckverhältnisses die Motordrehzahl durch geregeltes Abblasen eines Teils der verdichteten Luft möglichst nahe an der Leerlaufdrehzahl gehalten wird, wobei der abgeblasene Teil der verdichteten Luft der Saugseite des Verdichters zugeführt wird und dadurch im Verdichter zirkuliert, oder in den der Turbine des Abgasturboladers zuströmenden Abgasstrom eingeleitet wird.By transmission this for the stationary Operation of turbocharged engines known measure on the inventive method with application to the transient mode during acceleration the idle, can solve the problem described. It accordingly represents an advantageous one Design represents that at Acceleration from idling closed the suction line and the bypass are the pressure side of the compressor with the inlet line the combustion chamber is connected, and at maximum increase in Volume flow until the specified maximum pressure ratio is reached the engine speed by controlled blowing off part of the compressed Air if possible is kept close to the idle speed, with the blown off Part of the compressed air is fed to the suction side of the compressor and thereby circulating in the compressor or in the turbine of the exhaust gas turbocharger inflowing Exhaust gas flow is initiated.

Im theoretischen Idealfall wird durch diese Verfahrensweise sehr rasch und ohne Steigerung der Motordrehzahl der Motorbetriebspunkt M und damit das maximale Drehmoment erreicht. Allerdings ist im Punkt M die für das Turbosystem erforderliche Antriebsleistung dabei doppelt so hoch, als sie zur Erzeugung der vom Motor benötigten und abnehmbaren Luftmasse erforderlich wäre, weil die Hälfte der Luftmasse zwischen Verdichter und Motor abgeblasen wird. Der Wirkungsgrad des Verdichters beim Abblasen sinkt von dem einem Volumenstrom 0,04 entsprechenden Betriebspunkt 1 auf der Vollastbetriebslinie zum Betriebspunkt M von ηisV = 0.7 auf die Hälfte, also auf ηisV = 0,35. Beim Abblasen ist der Luftmassenstrom am Brennkammereinlaß des Motors gegenüber dem Luftmassenstrom am Verdichterauslaß halbiert, während das Druckverhältnis identisch ist. Da es sich bei der Betriebssituation, die der hier vorgeschlagenen Anwendung zugrunde liegt, im Gegensatz zum Stand der Technik um einen transienten und damit zeitlich begrenzten Betriebszustand handelt, ist der kurzzeitig auftretende höhere Energieaufwand und somit der höhere Kraftstoffverbrauch im Vergleich mit der erzielbaren Boosterwirkung tolerierbar.In the theoretical ideal case, this procedure achieves the engine operating point M and thus the maximum torque very quickly and without increasing the engine speed. However, at point M the drive power required for the turbo system is twice as high as would be required to generate the air mass required and removable by the engine, because half of the air mass is blown off between the compressor and the engine. The efficiency of the compressor when blowing off drops from the operating point corresponding to a volume flow 0.04 1 on the full branch drive line to operating point M from ηisV = 0.7 to half, i.e. to ηisV = 0.35. When blowing off, the air mass flow at the combustion chamber inlet of the engine is halved compared to the air mass flow at the compressor outlet, while the pressure ratio is identical. Since the operating situation on which the application proposed here is based, in contrast to the prior art, is a transient and thus temporarily limited operating state, the briefly occurring higher energy expenditure and thus the higher fuel consumption in comparison with the achievable booster effect can be tolerated.

Der geschilderte Idealfall erleichtert das Verständnis des Vorgangs. Inwieweit im praktischen Betrieb der Verfahrensablauf davon abweicht, wird in der Beschreibung des entsprechenden Ausführungsbeispiels noch erwähnt.The Ideal case described facilitates the understanding of the process. To what extent in practical operation the process flow deviates from it mentioned in the description of the corresponding embodiment.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dient dem Zweck, die Wirtschaftlichkeit der Verfahrensweise gegenüber diesem Abblasverfahren wesentlich zu verbessern. Sie besteht darin, daß bei der Beschleunigung aus dem Leerlauf die Saugleitung und der Bypass geschlossen sind, die Druckseite des Verdichters mit der Einlaßleitung der Brennkammer verbunden ist, und ein in der Einlaßleitung dem Brennkammereinlaßventil vorgeschaltetes Lufttaktventil, beispielsweise durch verspätetes Einlaßöffnen, einen Impulsladeeffekt erzeugt.A Another advantageous embodiment of the invention serves the purpose the economy of the procedure compared to this blow-off process to improve significantly. It consists of accelerating out the idle, the suction line and the bypass are closed, the Pressure side of the compressor connected to the inlet line of the combustion chamber is, and one in the inlet line Combustion chamber inlet valve upstream air cycle valve, for example due to late intake opening, a Pulse charging effect generated.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung wird die vom Verdichter der Einlaßleitung der Brennkammer zuströmende Luft über einen Ladeluftkühler geführt und bei Saugbetrieb die mit dem Bypass verbundene Druckseite des Verdichters stromauf vom Ladeluftkühler von der Einlaßleitung getrennt.To a preferred embodiment is that of the compressor of the inlet line flowing into the combustion chamber Air over an intercooler guided and the suction side of the pressure side connected to the bypass Compressor upstream of the charge air cooler from the inlet line Cut.

Bei Abblasbetrieb wird der abgeblasene Teil der verdichteten Luft vor dem Ladeluftkühler abgeleitet.at Blow-off mode is the blown off part of the compressed air before the intercooler derived.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung findet in dem der Turbine zugeleiteten Abgasstrom nach Aufnahme des abgeblasenen Teils der verdichteten Luft eine Nachverbrennung statt, wodurch die Antriebsenergie des Abgasturboladers erhöht werden kann.To Another advantageous embodiment takes place in that of the turbine supplied exhaust gas flow after taking up the blown off part of the compressed Air takes place afterburning, which causes the drive energy of the Exhaust gas turbocharger increased can be.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein mit einem Abgasturbolader ausgestatteter Verbrennungsmotors der Kolbenbauart, insbesondere für Kraftfahrzeuge, derart ausgebildet, daß die Einlaßleitung zur Brennkammer bzw. den Brennkammern des Motors in Abhängigkeit von der Betriebssituation wahlweise mit einer Saugleitung oder einer an die Druckseite des Verdichters des Abgasturboladers angeschlossenen Druckleitung verbindbar ist, daß Druckseite und Saugseite des Verdichters durch einen absperrbaren Bypass verbunden sind, und daß eine Steuerung geeignet ist, das Sperrorgan im Bypass zugleich mit der Verbindung zwischen Saugleitung und Einlaßleitung zu öffnen und dieses Sperrorgan zu schließen, wenn die Verbindung zwischen Saugleitung und Einlaßleitung geschlossen und die Verbindung zwischen Druckleitung und Einlaßleitung geöffnet ist.to execution of the method according to the invention is an internal combustion engine equipped with an exhaust gas turbocharger the piston type, especially for Motor vehicles designed in such a way that the inlet line to the combustion chamber or the combustion chambers of the engine depending on the operating situation either with a suction line or one on the pressure side of the Compressor of the exhaust gas turbocharger connected to the pressure line is that print page and suction side of the compressor connected by a lockable bypass are, and that a Control is suitable, the blocking element in the bypass at the same time with the Open connection between suction line and inlet line and to close this blocking organ, if the connection between suction line and inlet line closed and the connection between pressure line and inlet line open is.

Vorzugsweise enthalten die Druckleitung stromab von der Abzweigung des Bypass und die Saugleitung jeweils ein Absperrorgan, wobei diese Absperrorgane derart voneinander abhängig sind, daß jeweils eines geöffnet und das andere geschlossen ist.Preferably contain the pressure line downstream of the bypass branch and the suction line each have a shut-off device, these shut-off devices so dependent on each other are that each one opened and the other is closed.

Durch diese Konstruktion kann der Motor sowohl im Saugbetrieb mit Leerlauf des Turboladers mit hoher Laderdrehzahl, als auch mit konventioneller Turboaufladung betrieben werden. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist er mit einer wahlweise zuschaltbaren Abgasrückführung in die Einlaßleitung versehen.By this design allows the engine to run both in idle mode of the turbocharger with high supercharger speed, as well as with conventional turbocharging operate. According to an advantageous embodiment, it is with an optional switchable exhaust gas recirculation into the inlet line.

Nach einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform weist die Abgasleitung einen über die Turbine des Abgasturboladers führenden Zweig und einen die Turbine umgehenden Zweig auf, der mit einem Organ zur Durchflußsteuerung versehen ist.To a further expedient embodiment the exhaust pipe has one the turbine of the exhaust gas turbocharger leading branch and a die Turbine bypassing branch with an organ for flow control is provided.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß in der Druckleitung zwischen dem Absperrorgan und der Einmündung der Druckleitung in die Einlaßleitung ein Ladeluftkühler angeordnet ist.A advantageous embodiment is that in the pressure line between the shut-off device and the junction the pressure line into the inlet line a charge air cooler is arranged.

Der Motor eignet sich auch zur Späteinspritzung oder Nacheinspritzung.The Engine is also suitable for late injection or post-injection.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß an die Druckleitung stromauf von Absperrorgan eine Abblasleitung mit einer in Abhängigkeit vom Betriebszustand einstellbaren Durchflußsteuerung angeschlossen ist, um beim Übergang zum Vollastbetrieb möglichst rasch den optimalen Betriebspunkt von Motor und Verdichter und damit ohne besondere Zusatzaggregate eine Boosterwirkung zu erreichen. Dabei mündet vorzugsweise die Abblasleitung stromauf von der Turbine in die Abgasleitung ein. Diese Ausführungsform kann auch mit Nachverbrennung betrieben werden. Nacheinspritzung und Nachverbrennung sind Maßnahmen, durch die eine weitere Verbesserung im Sinne der gestellten Aufgabe erreicht werden kann.A there is another advantageous embodiment in that at the pressure line upstream of the shut-off device with a blow-off line one depending flow control adjustable from the operating state is connected, to make the transition to Full load operation if possible quickly the optimal operating point of the engine and compressor and thus without special additional units to achieve a booster effect. there ends preferably the blow-off line upstream of the turbine into the exhaust line on. This embodiment can also be operated with afterburning. injection and afterburning are measures through the further improvement in the sense of the task can be achieved.

Noch eine andere, sehr vorteilhafte Verbesserung wird nach einer anderen Variante der Erfindung dadurch erreicht, daß in der Einlaßleitung vor dem Einlaßventil der Brennkammer ein in Abhängigkeit vom Betriebszustand betätigbares Lufttaktventil angeordnet ist. Dadurch wird die Boosterwirkung durch Impulsaufladung mit einem besonders vorteilhaften, relativ geringen Energieaufwand realisierbar. Außerdem eignet sich diese Motorbauart auch zu den Betriebsvarianten Kälteladung und Wärmeladung, worauf in der folgenden Beschreibung noch näher eingegangen wird.Yet another very advantageous improvement is achieved according to another variant of the invention in that an air-cycle valve which can be actuated as a function of the operating state is arranged in the inlet line upstream of the inlet valve of the combustion chamber. This creates the booster effect realizable by pulse charging with a particularly advantageous, relatively low energy expenditure. In addition, this type of engine is also suitable for the operating modes refrigeration and heat charging, which will be discussed in more detail in the following description.

Wenn nach einer vorteilhaften Ausgestaltung dem Einlaß der Turbine ein Nachbrenner vorgeschaltet ist, besteht bei der Motorvariante mit Abblasleitung eine bevorzugte Ausführungsform darin, daß die Abblasleitung stromauf vom Nachbrenner in die Abgasleitung einmündet.If according to an advantageous embodiment, the inlet of the turbine is an afterburner is connected upstream in the engine variant with blow-off line a preferred embodiment in that the blow-off line opens upstream of the afterburner into the exhaust pipe.

Anhand der nun folgenden Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung wird diese näher erläutert.Based the following description of that shown in the drawings embodiments the invention becomes closer explained.

Es zeigt:It shows:

1 ein Diagramm, in dem sich ein Verdichterkennfeld und die Motorschlucklinien eines praktisch ausgeführten PKW-Dieselmotors überlagern, 1 1 shows a diagram in which a compressor map and the engine absorption lines of a practically designed passenger car diesel engine overlap,

2 die schematische Darstellung eines zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Verbrennungsmotors mit Abgasturbine, 2 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine with an exhaust gas turbine suitable for carrying out the method according to the invention,

3 eine der 2 ähnliche Darstellung einer ersten Variante dieses Motors mit einer Abblasleitung und 3 one of the 2 Similar representation of a first variant of this engine with a blow-off line and

4 eine andere Variante mit Lufttaktventilen. 4 another variant with air cycle valves.

Die 2 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor mit Abgasturbolader, der sich zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in seiner einfachsten Ausführungsform eignet, während in den 3 und 4 zusätzliche Elemente zu finden sind, die dieses Verfahren vorteilhaft ausgestalten. Einander entsprechende Elemente sind in den 2 bis 4 mit gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet.The 2 shows schematically an internal combustion engine with exhaust gas turbocharger, which is suitable for applying the method according to the invention in its simplest embodiment, while in the 3 and 4 additional elements can be found that make this method advantageous. Corresponding elements are in the 2 to 4 marked with the same reference numbers.

Mit 10 ist eine von einem nicht gezeigten Luftfilter kommende Ansaugleitung für die Ladeluft eines Verbrennungsmotors bezeichnet, der symbolisch durch drei Brennkammern 12 dargestellt ist. Jede der Brennkammern besitzt zwei Einlaßventile 14 und 16 und zwei Auslaßventile 18 und 20, die in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel über nicht gezeigte Nockenwellen gesteuert werden.With 10 is a suction line coming from an air filter, not shown, for the charge air of an internal combustion engine, which is symbolically represented by three combustion chambers 12 is shown. Each of the combustion chambers has two intake valves 14 and 16 and two exhaust valves 18 and 20 , which are controlled depending on the crank angle via camshafts, not shown.

An einer Verzweigungsstelle 22 teilt sich die Ansaugleitung 10 in einen ersten Strömungsweg 24 und einen zweiten Strömungsweg 26 auf, wobei der letztere über einen Verdichter 28 führt, der durch eine Abgasturbine 30 antreibbar ist und mit dieser einen Abgasturbolader bildet. Der Strömungsweg 26 wird durch den Verdichter 28 in zwei Abschnitte 26a und 26b unterteilt, wobei der Abschnitt 26a zur Saugseite des Verdichters führt und der Abschnitt 26b sich an die Druckseite des Verdichters anschließt. Der Strömungsweg 24 und der Strömungsweg 26 münden bei 32 in eine Leitung 34, von der aus zu jeder Brennkammer 12 jeweils eine Einlaßleitung 36 führt, die sich vor den Ventilen 14 und 16 in zwei Zweige gabelt. Jeder Strömungsweg 24 und 26 ist mit einem regelbaren Sperrorgan 38 bzw. 40 versehen.At a junction 22 divides the intake pipe 10 in a first flow path 24 and a second flow path 26 on, the latter via a compressor 28 leads through an exhaust gas turbine 30 is drivable and forms an exhaust gas turbocharger with it. The flow path 26 is through the compressor 28 in two sections 26a and 26b divided, the section 26a leads to the suction side of the compressor and the section 26b connects to the pressure side of the compressor. The flow path 24 and the flow path 26 flow into 32 into a line 34 , from which to each combustion chamber 12 one inlet line each 36 leads, which is in front of the valves 14 and 16 forked into two branches. Any flow path 24 and 26 is with an adjustable locking device 38 respectively. 40 Mistake.

Die Druckseite des Verdichters 28 ist über einen ein regelbares Absperrorgan 42 enthaltenden Bypass 44 mit dem Leitungsabschnitt 26a und damit mit der Saugseite des Verdichters 28 verbunden. Der Bypass 44 ist zwischen dem druckseitigen Ausgang des Verdichters 28 und dem Sperrorgan 40 an den Leitungsabschnitt 26b angeschlossen. Auf das Sperrorgan 40 folgt in Richtung auf die Leitung 34 ein Ladeluftkühler 46.The pressure side of the compressor 28 is a controllable shut-off device 42 containing bypass 44 with the line section 26a and thus with the suction side of the compressor 28 connected. The bypass 44 is between the discharge side of the compressor 28 and the blocking organ 40 to the line section 26b connected. On the blocking organ 40 follows towards the line 34 a charge air cooler 46 ,

Die Turbine 30 des Abgasturboladers kann durch einen Bypass 48 umgangen werden, der ein regelbares Absperrorgan 50 enthält.The turbine 30 of the exhaust gas turbocharger can be bypassed 48 bypassed by an adjustable shut-off device 50 contains.

Die Auslaßventile 18 und 20 stehen mit einer Abgasleitung 52 in Verbindung. Sofern eine Abgasrückführung erwünscht ist, ist nach einer vorteilhaften Variante bei allen dargestellten Ausführungsformen der Erfindung die Abgasleitung 52 über einen ein regelbares Absperrorgan 54 und einen Wärmetauscher 56 enthaltenden Rückführkanal 58 mit der Leitung 34 verbindbar.The exhaust valves 18 and 20 stand with an exhaust pipe 52 in connection. If exhaust gas recirculation is desired, the exhaust line is, according to an advantageous variant, in all of the illustrated embodiments of the invention 52 via an adjustable shut-off device 54 and a heat exchanger 56 containing return channel 58 with the line 34 connectable.

Im Vollastbetrieb sind die Sperrorgane 38 und 42 geschlossen, das Sperrorgan 40 ist geöffnet, so daß über die Leitung 34 und die Einlaßleitungen 36 die Brennkammern 12 mit verdichteter Brennluft versorgt werden.The locking devices are in full load operation 38 and 42 closed, the blocking organ 40 is open so that over the line 34 and the inlet lines 36 the combustion chambers 12 be supplied with compressed combustion air.

Im Teillastbetrieb wird das Sperrorgan 42 geöffnet, so daß die Luft in dem aus einem Teil des Strömungswegs 26, dem in ihm befindlichen Verdichter 28 und dem Bypass 44 bestehenden Kreislauf zirkulieren kann und die Turbine 30 nur die in diesem Kreislauf auftretenden Reibungsverluste überwinden muß, um den Verdichter auf einer hohen Drehzahl, vorzugsweise nahe der Dauerbetriebsdrehzahl, zu halten. Am Verdichter herrscht dabei das Druckverhältnis 1,0. Während des Saughubs der Kolben in den Brennkammern 12 kann von diesen Luft aus dem Bereich des Verdichters 28 angesaugt werden, so daß der Strömungsweg 24 nicht zwingend erforderlich ist. Vorzugsweise wird für den Saugbetrieb jedoch der mit wenig Aufwand realisierbare Strömungsweg 24 vorgesehen, dessen Sperrorgan 38 im Teillastbereich geöffnet wird, während das Sperrorgan 40 dann geschlossen ist, um den direkten Strömungsweg vom Verdichter 28 zur Leitung 34 und weiter zu den Einlaßleitungen 36 zu unterbrechen und damit eindeutige Strömungsverhältnisse zu gewährleisten.The locking device is in partial load operation 42 opened so that the air in from part of the flow path 26 , the compressor in it 28 and the bypass 44 existing circuit can circulate and the turbine 30 only has to overcome the friction losses occurring in this circuit in order to keep the compressor at a high speed, preferably close to the continuous operating speed. The pressure ratio on the compressor is 1.0. During the suction stroke of the pistons in the combustion chambers 12 can from this air from the area of the compressor 28 be sucked in so that the flow path 24 is not mandatory. However, the flow path that can be implemented with little effort is preferred for suction operation 24 provided the blocking member 38 is opened in the partial load range, while the blockage gan 40 then closed to the direct flow path from the compressor 28 to lead 34 and on to the inlet pipes 36 to interrupt and thus ensure clear flow conditions.

Wird der Motor im Teillastbereich betrieben, befindet sich der Motorbetriebspunkt entsprechend der gewählten Motordrehzahl im Diagramm der 1 auf der Abszisse. Der Verdichter läuft leer, d.h. ohne Leistungsabgabe, mit einer Drehzahl von z.B. etwa 160∙103 min–1.If the engine is operated in the partial load range, the engine operating point is located in the diagram according to the selected engine speed 1 on the abscissa. The compressor runs idle, ie without output, at a speed of about 160 ∙ 10 3 min –1, for example.

Wird der Motorsteuerung angezeigt, daß Bedarf an der vollen Motorleistung besteht, wird das Sperrorgan 42 im Bypass 44 geschlossen und – wenn der Strömungsweg 24 vorgesehen ist – das darin angeordnete Sperrorgan 38 ebenfalls. Durch die plötzliche Belastung des Verdichters 28 wird dessen Drehzahl kurzzeitig etwas absinken. Weil aber zur Abgabe des maximale Motordrehmoments der Betriebspunkt 1 erreicht werden muß, der nur eine Verdichterdrehzahl von etwa 145∙103 min–1 erfordert, wird dieser Betriebspunkt ausgehend von der höheren Leerlaufdrehzahl des Verdichters nahezu verzögerungsfrei erreicht.If the engine control is shown that there is a need for full engine power, the locking device 42 in the bypass 44 closed and - if the flow path 24 is provided - the locking member arranged therein 38 Likewise. Due to the sudden load on the compressor 28 its speed will drop slightly for a short time. But because the operating point for delivering the maximum engine torque 1 must be reached, which only requires a compressor speed of about 145 ∙ 10 3 min –1 , this operating point is reached almost without delay based on the higher idle speed of the compressor.

Wie bereits erläutert wurde, ist diese vorteilhafte Betriebsweise nur anwendbar, wenn aus einem zeitweiligen Teillastbetrieb auf Vollastbetrieb übergegangen wird und der Turbolader auf hoher Drehzahl gehalten werden kann. Nach dem Motorstart läuft der Turbolader aber zunächst mit sehr niedriger Drehzahl, weshalb eine vorteilhafte Ausgestaltung es ermöglichen soll, möglichst rasch das maximale Motordrehmoment zur Verfügung zu stellen. Ein erster Lösungsweg besteht darin, bis zum Erreichen des motorspezifisch vorgegebenen maximalen Druckverhältnisses – im Beispiel 1,82 – durch Abblasen eines Teils der verdichteten Luft die Motordrehzahl möglichst nahe an der Leerlaufdrehzahl zu halten und dadurch einen steileren Anstieg des Motorbetriebspunktes in den Bereich des maximalen Dichteverhältnisses zu ermöglichen, als es dem Betriebspunkt des Verdichters möglich ist, der die Vollastbetriebslinie nicht überschreiten darf. Der theoretische Vorgang stellt sich so dar, daß nach dem Erreichen des Betriebspunkts 2 der Volumenstrom über den Verdichter 28 weiter maximal gesteigert wird, so daß der Verdichterbetriebspunkt möglichst rasch beim Punkt 1 das maximale Druckverhältnis 1,8 erreicht, wozu er sich längs der Vollastbetriebslinie bewegt, während der Volumenstrom über die Brennkammern 12 durch Abblasen eines Teils der verdichteten Luft soweit reduziert wird, daß der Motorbetriebspunkt sich im Punkt 2 vom Verdichterbetriebspunkt trennt und längs der Drehzahllinie 1 000 zum Betriebspunkt M wandert, so daß nicht erst bei der Motordrehzahl 2 000 min–1, sondern schon bei der Drehzahl 1 000 min–1 das maximale Drehmoment zur Verfügung steht. In der Praxis wird der Motorbetriebspunkt nicht exakt den beiden Seiten 2-M und M-1 des Dreiecks 2-M-1 folgen, sondern sich längs einer stetigen, konvex gegen M ausgreifenden Bogenlinie von 2 nach 1 bewegen, wobei jedenfalls dadurch, daß der Motorbetriebspunkt die Vollastbetriebslinie überschreitet, vor dem Eintreffen des Verdichterbetriebspunkts im Punkt 1 ein spürbarer Drehmomentzugewinn durch das Abblasen erreicht wird.As has already been explained, this advantageous mode of operation can only be used if a transition is made from temporary part-load operation to full-load operation and the turbocharger can be kept at high speed. After starting the engine, however, the turbocharger initially runs at a very low speed, which is why an advantageous embodiment should make it possible to provide the maximum engine torque as quickly as possible. A first solution is to keep the engine speed as close as possible to the idle speed by blowing off a portion of the compressed air until the maximum pressure ratio specified in the engine is reached - in the example 1.82 - and thus a steeper increase in the engine operating point in the range of the maximum density ratio to allow than the operating point of the compressor, which must not exceed the full-load operating line. The theoretical process is such that after reaching the operating point 2 the volume flow through the compressor 28 is further increased to a maximum, so that the compressor operating point is as fast as possible at the point 1 the maximum pressure ratio reaches 1.8, for which purpose it moves along the full-load operating line, while the volume flow over the combustion chambers 12 a portion of the compressed air is reduced so far by blowing in that the engine operating point separated at point 2 by the compressor operating point and along the speed line 1000 moves to the operating point M, so that not only when the engine speed 2000 min -1, but also during the rotational speed 1 000 min –1 the maximum torque is available. In practice, the engine operating point will not exactly follow the two sides 2-M and M-1 of the triangle 2-M-1, but along a continuous, convex against M curved line of 2 to 1 move, at least by the fact that the engine operating point exceeds the full-load operating line before the arrival of the compressor operating point at the point 1 a noticeable increase in torque is achieved by blowing off.

Die Anordnung nach 2 eignet sich für eine erste Variante des Abblasens. Es kann nämlich der abzublasende Teil der den Verdichter 28 verlassenden, verdichteten Luft über den Bypass 44 wieder an den Eingang des Verdichters zurückgeführt werden, wobei der rückzuführende Volumenstrom durch das regelbare Sperrorgan 42 dimensioniert werden kann. Eine andere Variante ermöglicht die Konstruktion nach 3, die eine Verbindungsleitung 59 mit einem regelbaren Sperrorgan 60 zwischen dem druckseitigen Ausgang des Verdichters 28 und der Abgasleitung 52 aufweist, wobei die Abgasleitung 52 vor der Abgasturbine 30 über einen Nachbrenner 62 geführt ist, der es ermöglicht, bei Bedarf die Energiezufuhr zur Turbine 30 zu erhöhen. Die Verbindungsleitung 59 mündet gegebenenfalls vor dem Eingang zum Nachbrenner 62 in die Abgasleitung 52. Der Bypass 44 wird auch bei dieser Konstruktion benötigt, um den Turbolader 28, 30 bei Teillast mit hoher Drehzahl im Leerlauf zu betreiben.The order after 2 is suitable for a first variant of blowing off. It can namely be the part of the compressor to be blown off 28 leaving, compressed air via the bypass 44 be returned to the inlet of the compressor, the volume flow to be returned through the controllable blocking element 42 can be dimensioned. Another variant enables the construction according to 3 who have a connecting line 59 with an adjustable locking device 60 between the discharge side of the compressor 28 and the exhaust pipe 52 has, wherein the exhaust pipe 52 in front of the exhaust gas turbine 30 about an afterburner 62 is led, which makes it possible, if necessary, the energy supply to the turbine 30 to increase. The connecting line 59 possibly opens before the afterburner entrance 62 into the exhaust pipe 52 , The bypass 44 is also required in this construction to the turbocharger 28 . 30 operate at idle at high speed.

Um den bereits erläuterten, durch das Abblasen bewirkten Energieverlust zu vermeiden, ist die Konstruktion nach 4 in den Einlaßleitungen 36 mit Lufttaktventilen 64 versehen, die abhängig vom Betriebszustand elektronisch steuerbar sind.In order to avoid the already explained loss of energy caused by the blowing off, the construction is according to 4 in the inlet pipes 36 with air cycle valves 64 provided that are electronically controllable depending on the operating state.

Auch bei dieser Variante findet in der Startphase des Fahrzeugs – wie schon beim Abblasverfahren beschrieben – eine Trennung der gemeinsame Betriebspunkte von Verdichter und Motor statt, indem der Motorbetriebspunkt über die Vollastbetriebslinie angehoben wird, während der Verdichterbetriebspunkt längs der Vollastbetriebslinie bis zum Betriebspunkt 1 geführt wird. Während diese Trennung der Betriebspunkte beim Abblasen mit einem spürbaren Energieverlust behaftet ist, der aber in Kauf genommen wird, weil dadurch das maximale Drehmoment des Motors früher verfügbar wird, kann durch den Einsatz der Lufttaktventile 64 dieser Verlust vermieden werden. Während beim Abblasen der Volumenstrom durch den Verdichter 28 höher ist als der Volumenstrom durch die Brennkammer, ist der Druck am Verdichterausgang und in der Brennkammer gleich. Durch den Einsatz der Lufttaktventile 64 erfolgt eine dynamische Aufladung in der Brennkammer, so daß bei gleichem Volumenstrom der Druck in der Brennkammer höher ist, als der Druck, den der Verdichter 28 an seinem Ausgang bei dem jeweils herrschenden Volumenstrom liefern kann. Das vom Verdichter 28 verdichtete Luftvolumen gelangt vollständig in die Brennkammern, Verluste treten nicht auf.With this variant, too, the common operating points of the compressor and motor take place in the starting phase of the vehicle - as already described for the blow-off process - by raising the engine operating point above the full-load operating line, while the compressor operating point along the full-load operating line up to the operating point 1 to be led. While this separation of the operating points when blowing off involves a noticeable loss of energy, which is accepted, however, because this makes the maximum torque of the engine available earlier, by using the air cycle valves 64 this loss can be avoided. While blowing the volume flow through the compressor 28 is higher than the volume flow through the combustion chamber, the pressure at the compressor outlet and in the combustion chamber is the same. By using the air cycle valves 64 dynamic charging takes place in the combustion chamber, so that with the same volume flow, the pressure in the combustion chamber is higher than the pressure that the compressor 28 can deliver at its outlet at the prevailing volume flow. That from the compressor 28 compressed air volume gets completely into the combustion chambers, losses do not occur.

Die Lufttaktventile 64 gestatten es außerdem, abgesehen von diesem Einsatz in der Startphase des Fahrzeugs, in Abhängigkeit vom jeweils herrschenden Betriebszustand steuernd in den Ladungswechsel einzugreifen, beispielsweise um Verbrauchs- und Emissionsverhalten des Motors günstig zu beeinflussen. Hierzu gehören die Kälte- und die Wärmeladung. Als Kälteladung wird es bezeichnet, wenn in Verbindung mit dem Lade luftkühler zur Reduzierung der Lufttemperatur in der Brennkammer während der ersten Hälfte der Einlaßphase über den gewünschten Verdichtungsgrad hinaus verdichtete und gekühlte Luft in die Brennkammer eingebracht wird, deren Temperatur dann nach dem frühen Einlaßschließen des Lufttaktventils durch die Expansion während der weiteren Kolbenbewegung auf den gewünschten Verdichtungsgrad zusätzlich abgesenkt wird. Diese Temperaturabsenkung bewirkt eine Verringerung von Temperatur und Druck bei Verdichtungsende in der Brennkammer, wodurch die NOx-Bildung bei Otto- und Dieselmotoren und die Klopfneigung bei Ottomotoren reduziert werden kann. Bei einer als Wärmeladung bezeichneten Betriebsweise wird beim Kaltstart und in der Warmlaufphase in der Weise ein positiver Einfluß auf die Gemischbildung bei Otto- und Dieselmotoren ausgeübt, daß während eines ersten Abschnitts der Einlaßphase die Luftzufuhr zur Brennkammer durch das Lufttaktventil gesperrt ist, so daß der Druck in der Brennkammer zunächst stark absinkt. Wenn dann in einer zweiten Phase der Saugluft durch spätes Einlaßöffnen des Lufttaktventils der Zugang zur Brennkammer geöffnet wird, wird sie durch den herrschenden Unterdruck stark beschleunigt und anschließend abgebremst, was eine Temperaturerhöhung zur Folge hat.The air stroke valves 64 also allow, apart from this use in the starting phase of the vehicle, to intervene in a controlled manner in the charge change depending on the prevailing operating state, for example in order to favorably influence the consumption and emission behavior of the engine. This includes cooling and heating. It is referred to as a cold charge if, in connection with the charging air cooler to reduce the air temperature in the combustion chamber during the first half of the intake phase, compressed and cooled air is introduced into the combustion chamber, the temperature of which is then after the air intake valve closes early is further reduced to the desired degree of compression by the expansion during the further piston movement. This lowering of temperature brings about a reduction in temperature and pressure at the end of compression in the combustion chamber, as a result of which the formation of NO x in gasoline and diesel engines and the tendency to knock in gasoline engines can be reduced. In a mode of operation referred to as a heat charge, a positive influence on the mixture formation in gasoline and diesel engines is exerted on the cold start and in the warm-up phase in such a way that the air supply to the combustion chamber is blocked by the air cycle valve during a first section of the intake phase, so that the pressure initially drops sharply in the combustion chamber. If access to the combustion chamber is then opened in a second phase of the suction air by opening the air cycle valve late, it is greatly accelerated by the prevailing negative pressure and then decelerated, which results in an increase in temperature.

Claims (22)

Verfahren zum Betrieb eines mit einem Abgasturbolader ausgestatteten Verbrennungsmotors der Kolbenbauart, insbesondere für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß im Teillastbetrieb der Turbolader auf einer hohen Drehzahl gehalten wird und die Druckseite des Verdichters mit seiner Saugseite über einen Bypass kurzgeschlossen ist , während bei Vollastbetrieb der Bypass geschlossen ist.Method for operating one with an exhaust gas turbocharger equipped internal combustion engine of the piston type, in particular for motor vehicles, characterized in that in Part load operation of the turbocharger kept at a high speed and the pressure side of the compressor with its suction side over a Bypass is shorted while the bypass is closed at full load. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Teillastbetrieb die Drehzahl des Turboladers nahe dessen Dauerbetriebsdrehzahl gehalten wird.A method according to claim 1, characterized in that in Part load operation the speed of the turbocharger near its continuous operating speed is held. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zulässige Drehzahl des Turboladers durch einen Drehzahlbegrenzer überwacht wird.Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that that the permissible The speed of the turbocharger is monitored by a speed limiter becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Teillastbetrieb die Saugluft der Einlaßleitung zur Brennkammer über eine den Verdichter umgehende Saugleitung zugeführt wird, während die Verbindung zwischen dem Verdichter und dem ihn kurzschließenden Bypaß zur Einlaßleitung geschlossen ist.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that that in Partial load operation, the suction air of the inlet line to the combustion chamber via a the compressor is supplied with immediate suction line, while the connection between the compressor and the short-circuiting bypass to the inlet line is closed. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Beschleunigung aus einem niedrigen Motordrehzahlbereich die Saugleitung geschlossen ist, die Druckseite des Verdichters mit der Einlaßleitung der Brennkammer verbunden ist, und der Volumenstrom durch den Verdichter bis zur Erreichung des motorspezifisch vorgegebenen maximalen Druckverhältnisses der Brennluft maximal gesteigert wird, wobei dann, wenn der gemeinsame Betriebspunkt von Motor und Verdichter die Vollastbetriebslinie erreicht, durch geregeltes Abblasen eines Teils der verdichteten Luft der Motorbetriebs-punkt die Vollastbetriebslinie überschreitet, während der Verdichterbetriebspunkt entlang der Vollastbetriebslinie wandert.A method according to claim 4, characterized in that at Acceleration from a low engine speed range the suction line is closed, the pressure side of the compressor with the inlet line the combustion chamber is connected, and the volume flow through the compressor until the engine-specific maximum pressure ratio is reached the combustion air is increased to a maximum, when the joint Operating point of the engine and compressor is the full-load operating line achieved by controlled blowing off part of the compressed If the engine operating point exceeds the full-load operating line, while the compressor operating point moves along the full load operating line. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der abgeblasene Teil der Luft der Saugseite des Verdichters zugeführt wird.A method according to claim 5, characterized in that the blown off part of the air is fed to the suction side of the compressor. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der abgeblasene Teil der verdichteten Luft in den der Turbine des Abgasturboladers zuströmenden Abgasstrom eingeleitet wird.A method according to claim 5, characterized in that the blown off part of the compressed air in the turbine of the exhaust gas turbocharger inflowing Exhaust gas flow is initiated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Beschleunigung aus dem Leerlauf die Saugleitung und der Bypass geschlossen sind, die Druckseite des Verdichters mit der Einlaßleitung der Brennkammer verbunden ist, und ein in der Einlaßleitung dem Brennkammereinlaßventil vorgeschaltetes Lufttaktventil einen Impulsladeeffekt erzeugt.A method according to claim 1, characterized in that at the acceleration from idling the suction line and the bypass are closed, the pressure side of the compressor with the inlet line is connected to the combustion chamber, and one in the inlet pipe the combustion chamber inlet valve upstream air cycle valve generates a pulse charging effect. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsladeeffekt durch verspätetes Einlaßöffnen des Lufttaktventils erzeugt wird.A method according to claim 8, characterized in that the Impulse loading effect due to late opening of the Air cycle valve is generated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Verdichter der Einlaßleitung der Brennkammer zuströmende Luft über einen Ladeluftkühler geführt und bei Saugbetrieb die mit dem Bypass verbundene Druckseite des Verdichters stromauf vom Ladeluftkühler von der Einlaßleitung getrennt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that the from the compressor of the inlet pipe flowing into the combustion chamber Air over an intercooler guided and the suction side of the pressure side connected to the bypass Compressor upstream of the charge air cooler from the inlet line is separated. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der abgeblasene Teil der verdichteten Luft vor dem Ladeluftkühler abgeleitet wird.Method according to claims 5 and 10, characterized in that that the blown off part of the compressed air in front of the charge air cooler becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem der Turbine zugeleiteten Abgasstrom nach Aufnahme des abgeblasenen Teils der verdichteten Luft eine Nachverbrennung stattfindet.Method according to one of claims 7 or 11, characterized in that after-combustion takes place in the exhaust-gas stream fed to the turbine after the blown-off part of the compressed air has been taken up. Mit einem Abgasturbolader ausgestatteter Verbrennungsmotors der Kolbenbauart, insbesondere für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßleitung (36) zur Brennkammer bzw. den Brennkammern (12) des Motors in Abhängigkeit von der Betriebssituation wahlweise mit einer Saugleitung (24) oder einer an die Druckseite des Verdichters (28) des Abgasturboladers (28, 30) angeschlossenen Druckleitung (26b) verbindbar ist, daß Druckseite und Saugseite des Verdichters (28) durch einen absperrbaren Bypass (44) verbunden sind, und daß eine Steuerung geeignet ist, das Sperrorgan (42) im Bypass (44) zugleich mit der Verbindung zwischen Saugleitung (24) und Einlaßleitung (36) zu öffnen und dieses Sperrorgan (42) zu schließen, wenn die Verbindung zwischen Saugleitung (24) und Einlaßleitung (36) geschlossen und die Verbindung zwischen Druckleitung (26) und Einlaßleitung (36) geöffnet ist.Piston-type internal combustion engine equipped with an exhaust gas turbocharger, in particular for motor vehicles, characterized in that the inlet line ( 36 ) to the combustion chamber or combustion chambers ( 12 ) of the motor depending on the operating situation, optionally with a suction line ( 24 ) or one on the pressure side of the compressor ( 28 ) of the exhaust gas turbocharger ( 28 . 30 ) connected pressure line ( 26b ) that the pressure side and suction side of the compressor ( 28 ) by a lockable bypass ( 44 ) are connected, and that a controller is suitable, the locking member ( 42 ) in the bypass ( 44 ) at the same time as the connection between the suction line ( 24 ) and inlet pipe ( 36 ) to open and this blocking element ( 42 ) close when the connection between the suction line ( 24 ) and inlet pipe ( 36 ) closed and the connection between the pressure line ( 26 ) and inlet pipe ( 36 ) is open. Motor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitung (26) stromab von der Abzweigung des Bypass (44) und die Saugleitung (24) jeweils ein Absperrorgan (38, 42) enthalten, die derart voneinander abhängig sind, daß jeweils eines geöffnet und das andere geschlossen ist.Motor according to claim 13, characterized in that the pressure line ( 26 ) downstream of the bypass junction ( 44 ) and the suction line ( 24 ) one shut-off device each ( 38 . 42 ) which are so dependent on each other that one is open and the other is closed. Motor nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einer wahlweise auschaltbaren Abgasrückführung (58) in die Einlaßleitung (36) versehen ist.Engine according to one of claims 13 or 14, characterized in that it has an optionally switchable exhaust gas recirculation ( 58 ) into the inlet pipe ( 36 ) is provided. Motor nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasleitung (52) einen über die Turtbine (30) des Abgasturboladers (28, 30) führenden Zweig und einen die Turbine umgehenden Zweig (48) aufweist, der mit einem Organ (50) zur Durchflußsteuerung versehen ist.Engine according to one of claims 13 to 15, characterized in that the exhaust pipe ( 52 ) one over the turtbine ( 30 ) of the exhaust gas turbocharger ( 28 . 30 ) leading branch and a branch bypassing the turbine ( 48 ) with an organ ( 50 ) is provided for flow control. Motor nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckleitung (28b) zwischen dem Absperrorgan (40) und der Vereinigung (32) der Druckleitung (26b) mit dem ersten Strömungsweg (24) ein Ladeluftkühler (46) angeordnet ist.Motor according to one of claims 13 to 16, characterized in that in the pressure line ( 28b ) between the shut-off device ( 40 ) and the association ( 32 ) the pressure line ( 26b ) with the first flow path ( 24 ) an intercooler ( 46 ) is arranged. Motor nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß an die Druckleitung (26b) stromauf von Absperrorgan (40) eine Abblasleitung (59) mit einer in Abhängigkeit vom Betriebszustand einstellbaren Durchflußsteuerung (60) angeschlossen ist.Motor according to one of claims 13 to 17, characterized in that to the pressure line ( 26b ) upstream of shut-off device ( 40 ) a blow-off line ( 59 ) with a flow control that can be set depending on the operating state ( 60 ) connected. Motor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Abblasleitung (59) stromauf von der Turbine (30) in die Abgasleitung (52) einmündet.Motor according to claim 18, characterized in that the blow-off line ( 59 ) upstream of the turbine ( 30 ) in the exhaust pipe ( 52 ) flows into. Motor nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß in der Einlaßleitung (30) vor dem Einlaßventil (14, 16) der Brennkammer (12) ein in Abhängigkeit vom Betriebszustand betätigbares Lufttaktventil (64) angeordnet ist.Engine according to one of claims 13 to 17, characterized in that in the inlet line ( 30 ) before the inlet valve ( 14 . 16 ) the combustion chamber ( 12 ) an air cycle valve that can be operated depending on the operating state ( 64 ) is arranged. Motor nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß dem Einlaß der Turbine (30) ein Nachbrenner (62) vorgeschaltet ist.Motor according to one of claims 13 to 20, characterized in that the inlet of the turbine ( 30 ) an afterburner ( 62 ) is connected upstream. Motor nach den Ansprüchen 19 und 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Abblasleitung (59) stromauf vom Nachbrenner (62) in die Abgasleitung (52) einmündet.Motor according to claims 19 and 21, characterized in that the blow-off line ( 59 ) upstream of the afterburner ( 62 ) in the exhaust pipe ( 52 ) flows into.
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