WO2004044396A1 - Brennkraftmaschine mit gasfördersystem und betriebsverfahren hierfür - Google Patents

Brennkraftmaschine mit gasfördersystem und betriebsverfahren hierfür Download PDF

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WO2004044396A1
WO2004044396A1 PCT/EP2003/011863 EP0311863W WO2004044396A1 WO 2004044396 A1 WO2004044396 A1 WO 2004044396A1 EP 0311863 W EP0311863 W EP 0311863W WO 2004044396 A1 WO2004044396 A1 WO 2004044396A1
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WO
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turbine
compressor
internal combustion
combustion engine
mass flow
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PCT/EP2003/011863
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Thorsten HERGEMÖLLER
Karl-Friedrich Kirgus
Hans-Georg Lehmann
Gerhard Schlickmann
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Daimlerchrysler Ag
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine with a gas delivery system with the features of the preamble of claim 1 and an operating method therefor with the features of the preamble of claim 6.
  • the gas delivery system comprises a turbine which can be driven by a gas flow and a compressor which is driven by the turbine and which can deliver gas into the exhaust system.
  • the gas delivery system is used in the starting phase of the internal combustion engine to supply secondary air to the exhaust system so that unburned fuel components can be oxidized.
  • the released heat of combustion in turn serves to heat up the exhaust gas purification system, which means that it can be operated more quickly.
  • the turbine is driven by an air flow which is caused by a pressure drop present in the intake line above a throttle element.
  • an actuator in the form of a valve or a throttle element is provided in the turbine inlet line.
  • an additional actuator in the form of a valve or a throttle element can be provided in the turbine outlet line.
  • the output of the internal combustion engine and / or the output of the gas delivery system is controlled by means of the actuators. No actuators are provided on the compressor side.
  • the object of the invention is to provide an internal combustion engine with a gas delivery system and an operating method therefor, with which low-emission operation of the internal combustion engine and high utilization of the gas delivery system are made possible.
  • the internal combustion engine according to the invention is characterized in that, in addition to a first actuator which is arranged downstream of the turbine of a gas delivery system in the turbine outlet line, a second actuator is arranged downstream of the compressor of the gas delivery system in the compressor outlet line.
  • the mass flow via the compressor can be controlled or regulated by the second actuator. This ensures that the exhaust system can be supplied with exactly the amount of secondary air or gas that is required to re-oxidize unburned fuel residues. Harmful hydrocarbon emissions (HC emissions), which can occur in particular in the starting phase, can thus be avoided.
  • the second actuator can be used to adjust the proportion of oxygen that is chemically necessary for an optimal exhaust gas reaction, preferably determined or calculated in a control unit, in relation to the injected fuel quantity or mass by comparing a corresponding gas flow through the compressor with increased accuracy.
  • the term “mass flow” is used extensively here to denote a quantity-indicative physical quantity, such as, for example, the mass flow or the quantity or mass of gas drawn in or gas supplied to the exhaust gas system.
  • an additional third actuator is arranged upstream of the turbine in the turbine inlet line.
  • an additional fourth actuator is provided upstream of the compressor in the compressor inlet line.
  • the turbine can be driven by a partial flow of the combustion air sucked in by the internal combustion engine via the intake line, the partial flow being caused by a pressure gradient present above the throttle element.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an embodiment of an internal combustion engine according to the invention with a gas delivery system.
  • the single figure shows an internal combustion engine 1 with an associated gas delivery system, intake system and exhaust system 4.
  • gas delivery system intake system and exhaust system 4.
  • Only partial areas of internal combustion engine 1 and exhaust system 4 are shown.
  • Signal lines, which serve for the acquisition of measurement data are shown in dashed lines in the single figure (also called “measurement lines”).
  • Signal lines, which serve for the transmission of control signals are shown in dash-dotted lines.
  • the internal combustion engine 1 sucks gas, in particular air, through the intake line 2 during operation and releases exhaust gas via the exhaust system 4 to the environment.
  • An exhaust gas recirculation system (not shown) can be provided, which recirculates exhaust gas into the intake line 2.
  • a throttle element 3, in particular a throttle valve, for controlling or regulating the gas mass flow is arranged in the intake line 2 as an actuator.
  • the intake system comprises the intake line 2 and the throttle element 3 and a filter element or filter elements 20 which may be provided in the intake line.
  • the exhaust system 4 typically contains a catalytic converter (also called a catalytic converter), not shown, for exhaust gas purification.
  • the internal combustion engine 1 is assigned a gas delivery system, which comprises a turbine 5 and a compressor 8.
  • a compressor 8 is also understood to mean a pump or a compressor.
  • the compressor 8 can be driven by the turbine 5 via a drive shaft (not shown).
  • a turbine inlet line 6 and a turbine outlet line 7 are connected to the turbine 5 on the inlet side.
  • the respective other end of the lines 6 and 7 is connected upstream or downstream of the throttle element 3 to the intake line 2.
  • the turbine inlet line 6 is connected to the intake line 2 at a connection point 19.
  • the turbine 5 is therefore connected in parallel to the throttle element 3.
  • a compressor inlet line 9 and a compressor outlet line 10 are connected to the compressor 8 on the inlet side.
  • the other end of the compressor inlet line 9 can connect with the surroundings and / or the suction line 2 in Connect.
  • a filter element 20 is preferably provided in the intake line 2 and the other end of the compressor inlet line 9 is preferably connected to this filter element 20. However, it can also be connected to the suction line 2 downstream of the filter element 20.
  • the other end of the compressor outlet line 10 is connected to the exhaust system 4.
  • the internal combustion engine 1 is also associated with an injection system (not shown in more detail) for injecting fuel, either directly into the combustion chambers of the internal combustion engine 1 or into the input area of the individual cylinders, not shown in detail.
  • an injection system (not shown in more detail) for injecting fuel, either directly into the combustion chambers of the internal combustion engine 1 or into the input area of the individual cylinders, not shown in detail.
  • the internal combustion engine 1 is assigned a control and evaluation unit 18 for controlling or regulating the operation of the internal combustion engine 1 and the systems associated with the internal combustion engine 1, in particular the intake system and the gas delivery system.
  • the control and evaluation unit 18 is preferably integrated in a control unit usually present in a vehicle.
  • Sensors or measuring sensors for determining the gas mass flows are provided in the suction line 2 and in the gas delivery system 10. These gas mass sensors or mass flow sensors are preferably hot film sensors (HFM).
  • a mass flow sensor 15 is provided in the intake line 2, preferably upstream of the connection point 19 to the turbine inlet line 6 and downstream of a connection point (not described in more detail) to the compressor inlet line 9 or a filter element 20 preferably arranged in the intake line 2.
  • a mass flow m L is measured with this mass flow sensor 15.
  • the mass flow m L is divided into a mass flow m L1 and a mass flow m L2 at the connection point 19, the mass flow m L1 flowing via the throttle element 3 and the mass flow m L2 flowing through the turbine 5.
  • the mass flow m L2 is preferably determined via a mass flow sensor 16, which is preferably arranged in the turbine inlet line 6.
  • the mass flow sensor 16 could also be arranged in the turbine outlet line 7.
  • a mass flow m L3 which flows through the compressor 8, is preferably determined via a mass flow sensor 17, which is preferably arranged in the compressor inlet line 9.
  • the mass flow sensor 17 can be arranged in the compressor outlet line 10.
  • the signals or .measured values of the mass flow sensors 15, 16, 17 and the state of the throttle element 3 are detected and evaluated by the control and evaluation unit 18 via corresponding signal lines (not described in more detail).
  • the throttle element 3 is a throttle valve
  • the state is given by the position or the position or the angle of the throttle valve, which can be detected by a corresponding sensor or measuring sensor assigned to the throttle element 3.
  • pressure and temperature sensors in the intake line 2 and exhaust gas and temperature sensors in the exhaust system 4 can be provided as further sensors.
  • the composition of the exhaust gas and thus the pollutant content can be determined by means of the exhaust gas sensors and taken into account in the control / regulation of the internal combustion engine 1 according to the invention with a gas delivery system.
  • a first actuator 13 is provided in the turbine outlet line 7 for the control or regulation of the mass flow m L2 via the turbine 5.
  • a second actuator 14 is provided in the compressor outlet line 10 for controlling or regulating the mass flow m L3 via the compressor 8.
  • a third actuator 11 is preferably arranged in the turbine inlet line 6 upstream of the turbine 5.
  • the third actuator 11 is preferably arranged between the turbine 5 and the mass flow sensor 16.
  • a fourth actuator 12 is preferably arranged in the compressor inlet line 9 upstream of the compressor 8.
  • the fourth actuator 12 is preferably arranged upstream of the mass, current sensor 17.
  • the additional actuators also enable a more precise and targeted adjustment of the mass flows via the turbine 5 and the compressor 8. This also leads to a more precise and thus improved adjustment of the amount of air or oxygen supplied to the exhaust system and thus to an improved (post) oxidation of unburned fuel components in the exhaust gas and to avoiding pollutants in the exhaust gas.
  • the actuators 11, 12, 13, 14 are preferably valves. Throttle elements can also be involved.
  • the actuators 11, 12, 13, 14 and the throttle element 3 are actuated by the control and evaluation unit 18 via signal lines (not specified).
  • measurement lines or signal lines can be provided, which can be used by the control and evaluation unit to detect a state or states of the actuators 11, 12, 13, 14.
  • the throttle element 3 and / or the first and second actuators 13 and 14 are correspondingly used to set the gas mass flow m L2 via the turbine 5 to a predetermined setpoint and / or to set the gas mass flow m L3 via the compressor 8 to a further predetermined setpoint controlled by the control and evaluation unit 18.
  • the third actuator 11 and / or the fourth actuator 12 for setting the gas mass flow m L2 via the turbine 5 to the pre Given setpoint and / or for setting the gas mass flow m L3 via the compressor 8 to the further predetermined setpoint can be controlled by the control and evaluation unit 18.
  • the target values for the mass flows m L2 and m ⁇ are preferably dependent on a speed and a load of the internal combustion engine 1 and can be determined, for example, by means of maps and / or models preferably stored in the control and evaluation unit 18. Speed and load are preferably determined by means of appropriate sensors or from corresponding characteristic maps.
  • the regulating / control variables or the control for the actuators 11, 12, 13, 14 and / or the throttle element 3 preferably result from the target values for the mass flows m L2 and m L3 , the actual values for the mass flows m L , m L2 , m L3 and / or m L1 , the value for the mass flow m L1 resulting from a subtraction of the value of the mass flow m L2 from the value of the mass flow m L, in particular by the control and evaluation unit 18, and from the state / Actual value of the throttle element 3, the actual values preferably being determined by means of the sensors 15, 16, 17 and / or a sensor which is assigned to the throttle element and is not specified, or from the difference between the respective setpoint values and the respective actual values.
  • the mass flows m L2 and m ⁇ can also be set by controlling the third actuator 11 and / or the second actuator 14 or the fourth actuator 12 alone.
  • control and evaluation unit 18 preferably takes these effects into account, for example by correspondingly changing the ignition angle and / or by initiating appropriate heating of the exhaust system or of the catalytic converter normally provided in this.
  • the method according to the invention is preferably used during the start-up process or during a start-up or warm-up phase of the internal combustion engine 1.
  • the beginning and end DER start phase may be in the control and evaluation unit 18 ⁇ for example, by setting a corresponding start bit and a corresponding starting end bits and stored by the inventive method available.
  • the starting phase can be regarded as ended, and the gas supply to Exhaust system can be ended.
  • the gas supply can be terminated by appropriate activation of at least one of the actuators 11, 12, 13, 14, for example the actuator 14, so that the respective actuator assumes a state by which the line in which it is located is closed or is.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit einer Ansaugleitung (2), in der ein Drosselelement (3) angeordnet ist, einem Abgassystem (4) und einem Gasfördersystem mit einer durch einen Luftstrom antreibbaren Turbine (5), an welche eine Turbineneinlassleitung (6) und eine Turbinenauslassleitung (7) angeschlossen sind, einem durch die Turbine (5) antreibbaren Verdichter (8) mit einer Verdichtereinlassleitung (9) und einer Verdichterauslassleitung (10), über welche dem Abgassystem (4) Gas zuführbar ist, einem ersten Stellglied (13) welches stromab der Turbine (5) in der Turbinenauslassleitung (7) angeordnet ist, und einem zweiten Stellglied (14), welches stromab des Verdichters (8) in der Verdichterauslassleitung (10) angeordnet ist und ein Betriebsverfahren hierzu. Des weiteren können ein drittes Stellglied (11) stromauf der Turbine (5) in der Turbineneinlassleitung (6) und ein viertes Stellglied (12) stromauf des Verdichters (8) in der Verdichtereinlassleitung (9) angeordnet sein. Die Erfindung dient insbesondere der Verminderung schädlicher Abgasbestandteile während der Start- und Warmlaufphase eines Kraftfahrzeugs mit Brennkraftmaschine.

Description

Brennkraftmaschine mit Gasfördersystem und Betriebsverfahren hierfür
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Gasfördersystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Betriebsverfahren hierfür mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 6.
Aus der US-Patentschrift 6,094,909 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Gasfördersystem bekannt . Das Gasfördersystem um- fasst eine von einem Gasstrom antreibbare Turbine und einen durch die Turbine angetriebenen Verdichter, der Gas in das Abgassystem fördern kann. Das Gasfördersystem wird in der Startphase der Brennkraftmaschine eingesetzt, um Sekundärluft dem Abgassystem zuzuführen, damit unverbrannte Kraftstoffbestandteile oxidiert werden können. Die freigesetzte Verbrennungswärme dient wiederum der Aufheizung des Abgasreinigungs- systems, das hierdurch rascher betriebsfähig ist. Die Turbine wird durch einen Luftstrom angetrieben, der durch ein über einem Drosselelement in der Ansaugleitung vorhandenes Druckgefälle hervorgerufen wird. In der US-Patentschrift 6,094,909 ist in der Turbineneinlassleitung ein Stellglied in der Form eines Ventils oder eines Drosselelements vorgesehen. Weiterhin kann in der Turbinenauslassleitung ein zusätzliches Stellglied in der Form eines Ventils oder eines Drosselelements vorgesehen sein. Mittels der Stellglieder wird die Leistung der Brennkraftmaschine und/oder die Leistung des Gasfördersystems gesteuert. Auf der Verdichterseite sind keine Stellglieder vorgesehen. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine mit einem Gasfördersystem und ein Betriebsverfahren hierfür anzugeben, mit welchen ein emissionsarmer Betrieb der Brennkraftmaschine und ein hohe Ausnutzung des Gasfördersystems ermöglicht werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Brennkraftmaschine und ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst .
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass zusätzlich zu einem ersten Stellglied, welches stromab der Turbine eines Gasfördersystems in der Turbinenauslassleitung angeordnet ist, ein zweites Stellglied stromab des Verdichters des Gasfördersystems in der Verdichterauslassleitung angeordnet ist. Durch das zweite Stellglied lässt sich der Massenstrom über den Verdichter steuern bzw. regeln. Dadurch wird erreicht, dass dem Abgassystem genau die Menge an Sekundärluft bzw. -gas zugeführt werden kann, welche benötigt wird, um unverbrannte KraftStoffreste nachzuoxidieren. Es können somit schädliche Kohlenwasserstoffemissionen (HC- Emissionen) , welche insbesondere in der Startphase auftreten können, vermieden werden. Mittels des zweiten Stellglieds lässt sich der für eine optimale Abgasreaktion chemisch notwendige, vorzugsweise in einem Steuergerät ermittelte bzw. errechnete, Sauerstoffmengenanteil im Verhältnis zur eingespritzten Kraftstoffmenge bzw. -masse durch Abgleichen eines entsprechenden Gasstroms über den Verdichter mit erhöhter Genauigkeit einstellen.
Der Begriff „Massenstrom" wird vorliegend der Einfachheit halber umfassend zur Bezeichnung einer mengenindikativen physikalischen Größe gebraucht, wie z.B. für den Massenstrom oder die Menge oder Masse an angesaugtem Gas bzw. dem Abgas- System zugeführtem Gas . In Ausgestaltung der Erfindung ist ein zusätzliches drittes Stellglied stromauf der Turbine in der Turbineneinlassleitung angeordnet . In weitere Ausgestaltung der Erfindung ist ein zusätzliches viertes Stellglied stromauf des Verdichters in der Verdichtereinlassleitung vorgesehen. Durch diese zusätzlichen Stellglieder lassen sich die Massenstrδme über die Turbine und den Verdichter flexibler und genauer einstellen. Durch die zusätzlichen Stellglieder ergeben sich zusätzliche Freiheitsgrade für die Regelung des Gasfördersystems durch eine üblicherweise vorgesehene Steuereinheit.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Turbine durch einen Teilstrom der von der Brennkraftmaschine über die Ansaugleitung angesaugten Verbrennungsluft antreibbar, wobei der Teilstrom durch ein über dem Drosselelement vorhandenes Druckgefälle hervorgerufen wird. Durch diese Maßnahme können Zusatzaggregate zum Antrieb der Turbine des Gasfördersystems entfallen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den anhand der Zeichnung nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. Die einzige Figur zeigt
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit einem Gasfördersystem.
In der einzigen Figur ist eine Brennkraftmaschine 1 mit zugeordnetem Gasfδrdersystem, Ansaugsystem und Abgassystem 4 dargestellt. Der Übersichtlichkeit der Darstellung halber sind jeweils nur Teilbereiche der Brennkraftmaschine 1 und des Abgassystems 4 dargestellt. Auch die selbstverständlich vorhandenen Verbindungen zwischen Brennkraftmaschine 1 und Abgas- System 4 sind der Übersichtlichkeit halber in der einzigen Figur nicht dargestellt. Signalleitungen, welche der Erfassung von Messdaten dienen, sind in der einzigen Figur gestrichelt dargestellt (auch „Messleitungen" genannt) . Signalleitungen, welche der Übermittlung von Steuersignalen dienen, sind strich-punktiert dargestellt .
Die Brennkraftmaschine 1 saugt beim Betrieb Gas, insbesondere Luft, über die Ansaugleitung 2 an und gibt Abgas über das Abgassystem 4 an die Umgebung ab. Es kann ein nicht dargestelltes Abgasrückführsystem vorgesehen sein, welches Abgas in die Ansaugleitung 2 zurückführt. In der Ansaugleitung 2 ist als Stellglied ein Drosselelement 3, insbesondere eine Drosselklappe, zur Steuerung bzw. Regelung des Gasmassenstroms angeordnet . Das Ansaugsystem umfasst die Ansaugleitung 2 und das Drosselelement 3 und ein gegebenenfalls in der Ansaugleitung vorgesehenes Filterelement bzw. Filterelemente 20. Das Abgassystem 4 enthält typischerweise einen nicht dargestellten ka- talytischen Konverter, auch Katalysator genannt, zur Abgasreinigung.
Der Brennkraftmaschine 1 ist ein Gasfördersystem zugeordnet, welches eine Turbine 5 und einen Verdichter 8 umfasst. Unter einem Verdichter 8 werden auch eine Pumpe bzw. ein Kompressor verstanden. Der Verdichter 8 ist über eine nicht näher bezeichnete Antriebswelle von der Turbine 5 antreibbar. An die Turbine 5 ist einlassseitig eine Turbineneinlassleitung 6 und auslassseitig eine Turbinenauslassleitung 7 angeschlossen. Das jeweils andere Ende der Leitungen 6 und 7 ist stromauf bzw. stromab des Drosselelements 3 an die Ansaugleitung 2 angeschlossen. Die Turbineneinlassleitung 6 ist an einer Verbindungsstelle 19 mit der Ansaugleitung 2 verbunden. Die Turbine 5 ist also parallel zum Drosselelement 3 geschaltet.
An den Verdichter 8 sind einlassseitig eine Verdichtereinlassleitung 9 und auslassseitig eine Verdichterauslassleitung 10 angeschlossen. Das andere Ende der Verdichtereinlassleitung 9 kann mit der Umgebung und/oder der Ansaugleitung 2 in Verbindung stehen. In der Ansaugleitung 2 ist vorzugsweise ein Filterelement 20 vorgesehen und das andere Ende der Verdichtereinlassleitung 9 ist bevorzugterweise mit diesem Filterelement 20 verbunden. Es kann jedoch auch stromab des Filterelements 20 mit der Ansaugleitung 2 verbunden sein. Das andere Ende der Verdichterauslassleitung 10 ist mit dem Abgassystem 4 verbunden.
Der Brennkraftmaschine 1 ist ferner ein nicht näher dargestelltes Einspritzsystem zur Einspritzung von Kraftstoff, entweder direkt in die Brennräume der Brennkraftmaschine 1 oder in den Eingangsbereich der einzelnen, nicht näher dargestellten Zylinder zugeordnet.
Der Brennkraftmaschine 1 ist eine Steuer- und Auswerteeinheit 18 zur Steuerung bzw. Regelung des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 und der der Brennkraftmaschine 1 zugeordneten Systeme, insbesondere des Ansaugsystems und das Gasfördersystems, zugeordnet. Die Steuer- und Auswerteeinheit 18 ist vorzugsweise in einem in einem Fahrzeug üblicherweise vorhandenen Steuergerät integriert . In der Ansaugleitung 2 und im Gasfördersystem 10 sind Sensoren bzw. Messaufnehmer zur Bestimmung der Gasmassenstrδme vorgesehen. Bei diesen Gasmassensensoren bzw. Massenstromsensoren handelt es sich vorzugsweise um Heißfilm-Messaufnehmer (HFM) . In der Ansaugleitung 2 ist ein Massenstromsensor 15 vorzugsweise stromauf der Verbindungsstelle 19 mit der Turbineneinlassleitung 6 und stromab einer nicht näher bezeichneten Verbindungsstelle mit der Verdichtereinlassleitung 9 bzw. eines bevorzugterweise in der Ansaugleitung 2 angeordneten Filterelements 20 vorgesehen. Mit diesem Massenstromsensor 15 wird ein Massenstrom mL gemessen.
Der Massenstrom mL wird an der Verbindungsstelle 19 in einen Massenstrom mL1 und in einen Massenstrom mL2 aufgeteilt, wobei der Massenstrom mL1 über das Drosselelement 3 und der Massenstrom mL2 über die Turbine 5 fließt. Der Massenstrom mL2 wird vorzugsweise über einen Massenstromsensor 16 ermittelt, welcher bevorzugterweise in der Turbineneinlassleitung 6 angeordnet ist. Der Massenstromsensor 16 könnte auch in der Turbinenauslassleitung 7 angeordnet sein. Ein Massenstrom mL3 , welcher über den Verdichter 8 fließt, wird vorzugsweise über einen Massenstromsensor 17 ermittelt, welcher bevorzugterweise in der Verdichtereinlassleitung 9 angeordnet ist. Alternativ kann der Massenstromsensor 17 in der Verdichterauslassleitung 10 angeordnet sein.
Die Signale bzw. .Messwerte der Massenstromsensoren 15, 16, 17 und der Zustand des Drosselelements 3 werden über entsprechende, nicht näher bezeichnete Signalleitungen von der Steuer- und Auswerteeinheit 18 erfasst und ausgewertet. Handelt es sich bei dem Drosselelement 3 um eine Drosselklappe, so ist besagter Zustand durch die Position bzw. die Stellung bzw. den Winkel der Drosselklappe gegeben, welche bzw. welcher durch einen entsprechenden, dem Drosselelement 3 zugeordneten Sensor bzw. Messaufnehmer erfasst werden kann. Als weitere Sensoren können beispielsweise Druck- und Temperatursensoren in der Ansaugleitung 2 und Abgas- und Temperatursensoren im Abgassystem 4 vorgesehen sein. Mittels der Abgassensoren kann die Zusammensetzung des Abgases und somit der Schadstoffanteil ermittelt und bei der Steuerung/Regelung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1 mit Gasfördersystem berücksichtigt werden.
Für die Steuerung bzw. Regelung des Massenstroms mL2 über die Turbine 5 ist ein erstes Stellglied 13 in der Turbinenauslassleitung 7 vorgesehen. Für die Steuerung bzw. Regelung des Massenstroms mL3 über den Verdichter 8 ist ein zweites Stellglied 14 in der Verdichterauslassleitung 10 vorgesehen. Durch dieses zweite Stellglied 14 lässt sich der Gasstrom und somit die Sauerstoffmenge, welche dem Abgassystem 4 zugeführt wird, zusätzlich zum Antreiben des Verdichters 8 durch die Turbine 5 justieren bzw. abgleichen. Die dem Abgassystem zugeführte Luft- bzw. Sauerstoffmenge lässt sich somit genauer einstel- len und die Bildung von Schadstoffen lässt sich effizienter vermeiden.
Zusätzlich ist bevorzugterweise ein drittes Stellglied 11 in der Turbineneinlassleitung 6 stromauf der Turbine 5 angeordnet. Das dritte Stellglied 11 ist vorzugsweise zwischen Turbine 5 und Massenstromsensor 16 angeordnet. Weiterhin ist vorzugsweise ein viertes Stellglied 12 in der Verdichtereinlassleitung 9 stromauf des Verdichters 8 angeordnet. Das vierte Stellglied 12 ist vorzugsweise stromauf des Massen-, Stromsensors 17 angeordnet. Durch die zusätzlichen- Stellglieder ist ebenfalls eine genauere und gezieltere Einstellung der Massenströme über die Turbine 5 und den Verdichter 8 möglich. Dies führt ebenfalls zu einer genaueren und somit verbesserten Einstellung der dem Abgassystem zugeführten Luft- bzw. Sauerstoffmenge und somit zu einer verbesserten (Nach-) Oxidation im Abgas befindlicher unverbrannter Kraftstoffanteile und zu einer Vermeidung von Schadstoffen im Abgas.
Bei den Stellgliedern 11, 12, 13, 14 handelt es sich vorzugsweise um Ventile. Es kann sich auch um Drosselelemente handeln. Die Stellglieder 11, 12, 13, 14 und das Drosselelement 3 werden über nicht näher bezeichnete Signalleitungen durch die Steuer- und Auswerteeinheit 18 angesteuert. Zusätzlich können nicht dargestellte Messleitungen bzw. Signalleitungen vorgesehen sein, welche der Erfassung eines Zustands bzw. von Zuständen der Stellglieder 11, 12, 13, 14 durch die Steuer- und Auswerteeinheit dienen können. Das Drosselelement 3 und/oder das erste und das zweite Stellglied 13 und 14 werden zur Einstellung des Gasmassenstroms mL2 über die Turbine 5 auf einen vorgegebenen Sollwert und/oder zur Einstellung des Gasmassenstroms mL3 über den Verdichter 8 auf einen weiteren, vorgegebenen Sollwert entsprechend durch die Steuer- und Auswerteeinheit 18 angesteuert. Zusätzlich können das dritte Stellglied 11 und/oder das vierte Stellglied 12 zur Einstellung des Gasmassenstroms mL2 über die Turbine 5 auf den vor- gegebenen Sollwert und/oder zur Einstellung des Gasmassenstroms mL3 über den Verdichter 8 auf den weiteren vorgegebenen Sollwert durch die Steuer- und Auswerteeinheit 18 angesteuert werden.
Die Sollwerte für die Massenströme mL2 und m^ sind vorzugsweise abhängig von einer Drehzahl und einer Last der Brennkraftmaschine 1 und können beispielsweise mittels vorzugsweise in der Steuer- und Auswerteeinheit 18 hinterlegter Kennfelder und/oder Modelle ermittelt werden. Drehzahl und Last werden vorzugsweise mittels entsprechender Sensoren bzw. aus entsprechenden Kennfeldern ermittelt .
Die Regel-/Steuergrößen bzw. die Ansteuerung für die Stellglieder 11, 12, 13, 14 und/oder das Drosselelement 3 ergeben sich vorzugsweise aus den Sollwerten für die Massenstrδme mL2 und mL3 , den Istwerten für die Massenströme mL , mL2 , mL3 und/oder mL1 , wobei sich der Wert für den Massenstrom mL1 aus einer Subtraktion des Werts des Massenstroms mL2 von dem Wert des Massenstroms mL insbesondere durch die Steuer- und Aus- werteeinheit 18 ergibt, und aus dem Zustand/Istwert des Drosselelements 3, wobei die Istwerte bevorzugterweise mittels der Sensoren 15, 16, 17 und/oder einem dem Drosselelement zugeordneten, nicht näher bezeichneten Sensor ermittelt werden, bzw. aus der Differenz zwischen den jeweiligem Sollwerten und den jeweiligen Istwerten.
Selbstverständlich kann eine Einstellung der Massenströme mL2 und m^ auch durch alleinige Ansteuerung des dritten Stellglieds 11 und/oder des zweiten Stellglieds 14 bzw. des vierten Stellglieds 12 erfolgen.
Durch die Regelung bzw. Steuerung der Massenströme mL2 , mL3 und somit mL1 ergeben sich Auswirkungen auf die Einspritzung, den Zündwinkel, den sog. Hochlaufgradienten der Brennkraftmaschine 1, die Abgastemperatur, die Temperaturen der Komponen- ten bzw. Bauteile und auf die Abgasemissionen. Die Steuer- und Auswerteeinheit 18 berücksichtigt diese Auswirkungen bevorzugterweise, beispielsweise durch entsprechende Änderung des Zündwinkels und/oder durch Veranlassung einer entsprechenden Beheizung des Abgassystems bzw. des üblicher Weise in diesem vorgesehenen Katalysators .
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise beim Start- Vorgang bzw. während einer Start- bzw. Warmlauf hase der Brennkraftmaschine 1 eingesetzt. Beginn und Ende der- Startphase können in der Steuer- und Auswerteeinheit 18 ■ beispielsweise durch Setzen eines entsprechenden Start-Bits und eines entsprechenden Startende-Bits hinterlegt und durch das erfindungsgemäße Verfahren abrufbar sein. Nach Erreichen eines stabilen und autarken, d.h. von einem ggf. vorgesehenen Starter bzw. Starter/Generator unabhängigen, Motorlaufs der Brennkraftmaschine und nach Erreichen der Anspringtemperatur eines üblicherweise in dem Abgassystem 4 vorgesehenen Katalysators, kann die Startphase als beendet angesehen werden, und die Gaszufuhr zum Abgassystem kann beendet werden. Die Beendigung der Gaszufuhr kann durch entsprechende Ansteuerung von wenigstens einem der Stellglieder 11, 12, 13, 14, beispielsweise dem Stellglied 14, erfolgen, so dass das jeweilige Stellglied einen Zustand einnimmt, durch den die Leitung, in dem es sich befindet, geschlossen wird bzw. ist.

Claims

Patentansprüche
1. Brennkraftmaschine (1) mit einer Ansaugleitung (2), in der ein Drosselelement (3) angeordnet ist, einem Abgassystem (4) und einem Gasfördersystem mit einer durch einen Luftström antreibbaren Turbine (5) , an welche eine Turbineneinlassleitung (6) und eine Turbinenauslassleitung (7) angeschlossen sind, einem durch die Turbine (5) antreibbaren Verdichter (8) mit einer Verdichtereinlassleitung (9) und einer Verdichterauslassleitung (10) , über welche dem Abgassystem (4) Gas zuführbar ist, und einem ersten Stellglied (13) , welches stromab der Turbine (5) in der Turbinenauslassleitung (7) angeordnet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein zweites Stellglied (14) stromab des Verdichters (8) in der Verdichterauslassleitung (10) angeordnet ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Turbine (5) durch einen Teilstrom ( mL2 ) des von der Brennkraftmaschine (1) über die Ansaugleitung (2) angesaugten Gases antreibbar ist .
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , ein drittes Stellglied (11) stromauf der Turbine (5) in der Turbineneinlassleitung (6) angeordnet ist und/oder dass ein viertes Stellglied (12) stromauf des Verdichters (8) in der Verdichtereinlassleitung (9) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein erster Massenstromsensor (15) in der Ansaugleitung (2) stromauf des Drosselelements (3) vorgesehen ist und/oder dass ein zweiter Massenstromsensor (16) in der Turbineneinlassleitung (6) vorgesehen ist und/oder dass ein dritter Massenstromsensor (17) in der Verdichtereinlassleitung (9) vorgesehen ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Auswertung der Signale der Massenstromsensoren (15, 16, 17) und zur Ansteuerung der Stellglieder (11, 12, 13, 14) eine Steuer- und Auswerteeinheit (18) vorgesehen ist.
Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Drosselelement (3) und das erste und das zweite Stellglied (13, 14) zur Einstellung eines Gasmassenstroms ( mL2 ) über die Turbine (5) auf einen vorgegebenen Sollwert und/oder zur Einstellung eines Gasmassenstroms ( mL3 ) über den Verdichter (8) auf einen weiteren, vorgegebenen Sollwert durch eine Steuer- und Auswerteeinheit (18) angesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein drittes Stellglied (11) , welches in der Turbineneinlassleitung (6) vorgesehen ist, und/oder ein viertes Stellglied (12) , welches in der Verdichtereinlassleitung (9) vorgesehen ist, zusätzlich zur Einstellung des Gasmassenstrom ( mL2 ) über die Turbine auf den vorgegebenen Sollwert und/oder zur Einstellung eines Gasmassenstroms ( mL3 ) über den Verdichter (8) auf den weiteren vorgegebenen Sollwert durch die Steuer- und Auswertein- heit (18) angesteuert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Zustand des Drosselelements (3), ein Gasmassenstrom (mL1) in der Ansaugleitung (2), ein Gasmassenstrom ( mL2 ) in der Turbineneinlassleitung (6) und/oder ein Gasmassenstrom ( mL3 ) in der Verdichtereinlassleitung (9) ermittelt und in der Steuer- und Auswerteeinheit (18) ausgewertet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ansteuerung der Stellglieder (11, 12, 13, 14) und/oder des Drosselelements (3) in Abhängigkeit von einer Zusammensetzung des Abgases erfolgt.-
10. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ansteuerung während einer Start- bzw. Warmlauf- phase der Brennkraftmaschine erfolgt .
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