DE10327686A1

DE10327686A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10327686A1
Application number: DE10327686A
Authority: DE
Inventors: Michael Baeuerle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2005-01-05
Also published as: US20050000215A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit einem einen Abgasturbolader (AT) und einen Zusatzverdichter (EZV) aufweisenden Turboladesystem, das an eine Motor-Steuereinrichtung (MST) angeschlossen und über diese in Abhängigkeit von Motor-Betriebsparametern gesteuert wird. Mit relativ wenig Aufwand wird eine genaue Steuerung bzw. Regelung der Sekundärluft dadurch ermöglicht, dass der Zusatzverdichter (EZV) in ein Sekundärluft-Bereitstellungssystem eingebunden ist, das mittels der Steuereinrichtung (MST) während einer Warmlaufphase in einem unterhalb des Aufladebereichs liegenden Last- und/oder Drehzahlbereich betreibbar ist (Fig.).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit einem einen Abgasturbolader und einen Zusatzverdichter aufweisenden Turboladesystem, das an eine Motor-Steuereinrichtung angeschlossen und über diese in Abhängigkeit von Motor-Betriebsparametern gesteuert wird.

Eine derartige Brennkraftmaschine ist in der DE 31 00 732 A1 angegeben. Bei dieser bekannten Brennkraftmaschine ist ein Turboladesystem mit einem Abgasturbolader und einem Zusatzverdichter zur Leistungssteigerung vorgesehen. Üblicherweise ist ein derartiges Turboladesystem nur in einem Aufladebereich oberhalb einer bestimmten Last in Betrieb.

Um insbesondere in einer Warmlaufphase möglichst gute Abgasergebnisse zu erhalten, werden verbreitet Sekundärluftsysteme, insbesondere sogenannte Sekundärluftpumpen eingesetzt, mit denen eine möglichst vollständige Nachverbrennung des aus dem Brennraum des Zylinders ausgetretenen Abgases erreicht werden soll. Derartige Sekundärluftsysteme erfordern einen nicht unerheblichen Aufwand, und es ist auch erwünscht, ihre Funktion zu verbessern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit der mit möglichst geringem Aufwand eine verbesserte Sekundärluftzuführung erreicht wird.

Diese Aufgabe wird mit den Maßnahmen des Anspruchs 1 gelöst. Hiernach ist vorgesehen, dass der Zusatzverdichter in ein Sekundärluft-Bereitstellungssystem eingebunden ist, das mittels der Steuereinrichtung während einer Warmlaufphase in einem unterhalb des Aufladebereichs liegenden Last- und/oder Drehzahlbereich betreibbar ist.

Hierbei ist der ohnehin vorhandene Zusatzverdichter des Turboladeystems vorteilhaft zur Sekundärlufterzeugung und -zuführung genutzt. Gleichzeitig kann auch das zu seinem Betrieb vorhandene Steuersystem mit den darin vorhandenen Sensoren und/oder Steuerparametern vorteilhaft genutzt werden.

Eine für den Aufbau günstige Ausgestaltung besteht darin, dass das Sekundärluft-Bereitstellungssystem einen Sekundärluftkanal aufweist, der einerseits an eine Verbindungsleitung zwischen dem Zusatzverdichter und dem Abgasturbo lader und andererseits an einem Abschnitt eines Abgaskanals zwischen dem Brennraum eines betreffenden Zylinders und dem Abgasturbolader angeschlossenen ist, und dass in dem Sekundärluftkanal ein von der Steuereinrichtung ansteuerbares Sekundärluftventil angeordnet ist. Auf diese Weise kann insbesondere nahe dem Zusatzverdichter die Sekundärluft abgegriffen und dem Nachverbrennungsraum mit dem dort befindlichen Thermoreaktor zugeführt werden.

Eine genaue Anpassung an jeweils vorliegende Betriebsverhältnisse wird dadurch erreicht, dass das Sekundärluft-Bereitstellungssystem eine Regeleinrichtung aufweist, mit der ein Sekundärluftmassendurchsatz direkt und/oder indirekt regelbar ist.

Eine für die Regelung vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass als Regelgröße der Sekundärluftmassendurchsatz und/oder ein mit einer Lambdasonde erfasster Abgaswert herangezogen ist/sind.

Weiterhin sind für den Aufbau und eine genaue Anpassung der Sekundärluftbereitstellung die Maßnahmen vorteilhaft, dass als Stellgröße eine Solldrehzahl des Zusatzverdichters und/oder eine Sollposition des Sekundärluftventils zugrunde gelegt ist/sind.

Zu einem geringen Aufwand unter Nutzung ohnehin vorhandener Komponenten tragen ferner die Maßnahmen bei, dass als Sekundärluftmasssendurchsatz die Differenz aus einem Gesamtluftmassendurchsatz und einem Motorluftmassendurchsatz zugrunde gelegt ist.

Hierbei besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung darin, dass zum Erfassen des Gesamtluftmassendurchsatzes ein Gesamt-Luftmassenmesser vorgesehen ist und dass der Motorluftmassendurchsatz mittels der Steuereinrichtung auf der Basis eines Signals eines Ladedrucksensors oder eines Saugrohr-Drucksensors bestimmbar ist.

Die Genauigkeit der Sekundärluftzufuhr wird auch dadurch verbessert, dass ein Soll-Sekundärluftmassendurchsatz in Abhängigkeit von der Motortemperatur, Abgastemperatur, Ansauglufttemperatur, dem Abgas-Lambdawert oder der Motordrehzahl oder aus einer Kombination mindestens zweier diese Größen gewählt ist. Die Sollwerte sind dabei vorteilhaft in einer Speichereinrichtung der Steuereinrichtung abgelegt.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Ausführungsbeispiel
Die Fig. zeigt in schematischer Darstellung für die vorliegende Erfindung wesentliche Teile einer Brennkraftmaschine. In einem an den Brennraum BR eines jeweiligen Zylinders ZYL angeschlossenen Abgas-Leitungssystem ist ein Abgasturbolader AT angeordnet, der von einem elektrischen Hilfslader EZV als Zusatzverdichter unterstützt wird, um über eine Ladeluftleitung LL in einem oberhalb eines bestimmten Last- bzw. Drehzahlbereichs liegenden Aufladebereich aus dem Abgas-Ladeluft über eine Drosselklappe DK in ein Saugrohr SR zum Brennraum BR zurückzuführen.
Das Abgassystem weist auch eine den Abgasturbolader ATL umgehende Überströmleitung WG (Wast Gate) mit einem Steller auf, und ausgangsseitig der Überströmleitung WG und des Abgasturboladers ATL sind in an sich bekannter Weise ein Vorkatalysator VK mit vogeschalteter Lambdasonde LS1 und ein Hauptkatalysator HK mit nachgeschalteter Lambdasonde LS2 angeordnet. In der Ladeluftleitung LL ist vor der Drosselklappe DK ein Ladedrucksensor DSL angeordnet, und in dem Bereich des Saugrohrs SR befindet sich ein Saugrohr-Drucksensor DSS. Beide Sensoren können, wie auch weitere Überwachungselemente, über einen Bus, insbesondere einen CAN-Bus, an eine Motor-Steuereinrichtung MST angeschlossen sein, um dieser wesentliche Motordaten zu übermitteln. Die Überwachungselemente umfassen dabei u.a. auch einen Drehzahlsensor DS und die genannten Lambdasonden LS1, LS2.
Der Zusatzverdichter EZV steht mit dem Abgasturbolader AT über eine Verbindungsleitung VL in Strömungsverbindung. An der Verbindungsleitung VL ist in der Nähe des Zusatzverdichters EZV ein Sekundärluftkanal SLK abgezweigt, der ein Sekundärluftventil SLV aufweist und mit seinem anderen Ende an den Abgaskanal AK im Bereich des Nachverbrennungsraums NV angeschlossen ist. Die Verbindugnsleitung VL steht auch mit einem Luftmassenmesser HFM in Verbindung, der einen Heißfilm-Luftmassenmesser aufweist und mit dem der Gesamtluftmassendurchsatz erfassbar ist, wobei der Steuereinrichtung MST erfass te Signale zugeleitet werden und andererseits von der Steuereinrichtung MST auch eine Ansteuerung des Luftmassenmessers HFM möglich ist.
Die Steuereinrichtung MST steht des Weiteren auch zur Ansteuerung u.a. mit dem elektromotorisch angetriebenen Zusatzverdichter EZV und dem Sekundärluftventil SLV in Verbindung, um diese je nach Bedarf in Abhängigkeit von anderen Motor-Betriebsparametern anzusteuern bzw. zu regeln.
Vorliegend wird der Zusatzverdichter EZV unterhalb des Aufladebereiches, d. h. insbesondere in der Warmlaufphase in einem sekundärluftrelevanten Last-/Drehzahlbereich zur Bereitstellung von Sekundärluft herangezogen, die unter Steuerung des Sekundärluftventils SLV über den Sekundärluftkanal SLK zu dem Nachverbrennungsraum NV geleitet wird, um nach Möglichkeit gerade so viel Sauerstoff bereitzustellen, dass eine möglichst vollständige Nachverbrennung ohne übermäßigen Sauerstoffüberschuss oder ein Sauerstoffdefizit erreicht wird. Dabei kann der Sekundärluftmassendurchsatz durch entsprechende Ansteuerung des Zusatzverdichters EZV und Ansteuerung des Sekundärluftventils SLV genau dosiert werden. Vorteilhaft, aber nicht notwendig, ist es dabei, ein Sekundärluftventil SLV mit der Möglichkeit einer stetigen Sollpositionsverstellung des Durchtrittsquerschnitts einzusetzen. Günstig ist es auch, den Zusatzverdichter EZV in der Warmlaufphase mit möglichst hoher Leistung anzusteuern, um möglichst heiße (Lade-) Luft bereitzustellen, wodurch die Nachverbrennungsergebnisse begünstigt und optimale Betriebsbedingungen möglichst schnell erhalten werden, wonach dann auch der Katalysator zum Erreichen eines gewünschten Abgasergebnisses seine Funktion effektiv erfüllen kann.
Zum Erfassen des Sekundärluftmassendurchsatzes wird die Differenz zwischen dem mit dem Luftmassenmesser HFM erfassten Gesamtluftmassendurchsatz und dem z.B. mittels des Saugrohr-Drucksensors DSS in Verbindung mit der Motordrehzahl berechneten Motorluftmassendurchsatz ermittelt. Bevor das Sekundärluft-Bereitstellungssystem aktiviert wird, kann also der Gesamtluftmassendurchsatz mit dem Luftmassenmesser HFM und der Motorluftmassendurchsatz mittels des Saugrohrdrucksensors DSS in Verbindung mit der Motordrehzahl berechnet werden und durch eine Abgleichfunktion der mit dem Saugrohr-Drucksensor DSS und dem Luftmassenmesser HFM erhaltenen Werte die Genauigkeit verbessert werden. Der Sekundärluftmassendurchsatz wird nach Aktivieren des Sekundärluft-Bereitstellungssystems aus der genannten Differenz aus Gesamtluftmassendurchsatz und Motorluftmassendurchsatz ermittelt.
In dem Regelkreis für den Sekundärluftmassendurchsatz ist die Stellgröße vorzugsweise die Solldrehzahl des Zusatzverdichters bzw. elektrischen Hilfsladers EZV oder alternativ oder zusätzlich die Sollposition des Sekundärluftventils SLV, während die Regelgröße der Sekundärluftmassendurchsatz oder alternativ oder zusätzlich der mit der Lambdasonde LS1 oder LS2 erfasste Lambdawert des Abgases ist. Als Regler kann ein P, PI, PID Regler oder auch ein anderer geeigneter Regler, vor-zugsweise mit Vorsteuerung, verwendet werden. Der Sollsekundärluftmassendurchsatz kann z.B. von der Motor-, Abgas-, und/oder Ansauglufttemperatur, der Motordrehzahl oder dgl. abhängig sein. Alternativ kann auch ein Sollwert für die Abgaszusammensetzung, der aus den Messergebnissen der Lambdasonde LS1, LS2 ermittelt wird, vorgegeben werden, der vorteilhaft näherungsweise oder genau bei Lambda = 1 liegt.
Alternativ zu der Erfassung des Motorluftmassendurchsatzes mittels des Saugrohr-Drucksensors DSS in Verbindung mit der Motordrehzahl bzw. Motorlast ist die Erfassung des Motorluftmassendurchsatzes auch auf der Basis von Daten des Ladedrucksensors DSL möglich, wie an sich bekannt.
Die Steuerung ist vorteilhaft in der Weise ausgebildet, dass dann, wenn der Fahrer durch Betätigen des Fahrpedals eine hohe Leistungsbereitstellung wünscht, durch Schließen des Sekundärluftventils die Sekundärluftbereitstellung abgebrochen und die Ladeluft des Zusatzverdichters EZV zur Unterstützung z.B. des Anfahrvogangs herangezogen wird.

Claims

Brennkraftmaschine mit einem einen Abgasturbolader (ATL) und einen Zusatzverdichter (EZV) aufweisenden Turboladersystem, das an eine Motor-Steuereinrichtung (MST) angeschlossen und über diese in Abhängigkeit von Motor-Betriebsparametern gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzverdichter (EZV) in ein Sekundärluft-Bereitstellungssystem eingebunden ist, das mittels der Steuereinrichtung (MST) während einer Warmlaufphase in einem unterhalb des Aufladebereichs liegenden Last- und/oder Drehzahlbereich betreibbar ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärluft-Bereitstellungssystem einen Sekundärluftkanal (SLK) aufweist, der einerseits an eine Verbindungsleitung (VL) zwischen dem Zusatzverdichter (EZV) und dem Abgasturbolader (AT) und andererseits an einem Abschnitt eines Abgaskanals (AK) zwischen dem Brennraum (BR) eines betreffenden Zylinders (ZYL) und dem Abgasturbolader (AT) angeschlossenen ist, und dass in dem Sekundärluftkanal (SLV) ein von der Steuereinrichtung (MST) ansteuerbares Sekundärluftventil (SLV) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärluft-Bereitstellungssystem eine Regel- oder Steuereinrichtung aufweist, mit der ein Sekundärluftmassendurchsatz direkt und/oder indirekt regelbar oder steuerbar ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Regelgröße der Sekundärluftmassendurchsatz und/oder ein mit einer Lambdasonde (LS1, LS2) erfasster Abgaswert herangezogen ist/sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Stellgröße eine Solldrehzahl des Zusatzverdichters (EZV) und/oder eine Sollposition des Sekundärluftventils (SLV) zugrunde gelegt ist/sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Sekundärluftmasssendurchsatz die Differenz aus einem Gesamtluftmassendurchsatz und einem Motorluftmassendurchsatz zugrunde gelegt ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erfassen des Gesamtluftmassendurchsatzes ein Gesamt-Luftmassenmesser (HFM) vorgesehen ist und dass der Motorluftmassendurchsatz mittels der Steuereinrichtung (MST) auf der Basis eines Signals eines Ladedrucksensors (DSL) oder eines Saugrohr-Drucksensors (DSS) bestimmbar ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Soll-Sekundärluftmassendurchsatz in Abhängigkeit von der Motortemperatur, Abgastemperatur, Ansauglufttemperatur, dem Abgas-Lambdawert oder der Motordrehzahl oder aus einer Kombination mindestens zweier diese Größen gewählt ist.