WO2007135007A1 - Steuerungsverfahren einer luftzufuhr einer brennkraftmaschine - Google Patents

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Achim Przymusinski
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Definitions

  • the present invention relates to a control method of an air supply of an internal combustion engine in a motor vehicle, in particular a control method for a turbocharged diesel engine.
  • the power generated is determined essentially by the injected fuel quantity, the fuel pressure lying on ⁇ and by the amount and pressure of the supplied air. Compared with the regulation of the fuel pressure, there are larger physical delays in regulating the air supply due to physical reasons. This applies in ⁇ play as the amount of air supplied and the pressure of the supplied air ⁇ . Since the delivery of the requested air quantity thus takes place only after the lapse of vehicle-specific dead times, the acceleration behavior of the motor vehicle is thereby impaired.
  • turbocharger In a motor vehicle with a turbocharger, the cause of this behavior lies in the functioning of the turbocharger.
  • the turbocharger is usually mechanically coupled to the exhaust passage of the internal combustion engine. Therefore, the performance of the
  • Turbocharger for example, the size of the generated charge air ⁇ pressure, directly from the transported exhaust gases in the exhaust duct. If for example only exhaust a small amount and / or low exhaust gas temperature produced by the internal combustion engine, which is the case at low engine speeds and low engine load of the internal combustion engine, of the gene by the turbocharger ⁇ rierbare charge air pressure is comparatively low. If a sudden increase in power of the internal combustion engine is requested, the turbocharger requires a certain amount of time to generate a supportive charge air pressure of sufficient height. This state of short-term lack of support of the internal combustion engine by a turbocharger is generally known as "turbo lag". In order to overcome the above drawbacks or at least limit conditioner ⁇ two approaches are known in the art.
  • the second approach is to use a two-stage turbocharger system, which is also referred to as twin-turbo or Registerauf ⁇ charge. Investigations of such systems demonstrate the potential of the air path optimization using kannstufi ⁇ ger turbocharger systems. For example, in an Opel study, the performance of a 1.9-liter common-rail diesel engine was increased from 110 kW to 156 kW using a two-stage turbocharger technology. However, with respect to two-stage turbocharger systems, a significant drawback is that they are associated with significantly greater hardware costs to implement such an airpath as compared to standard turbochargers.
  • the present invention has for its object to provide a more cost effective compared to prior art optical ⁇ -optimized air supply for an internal combustion engine.
  • control method of an air supply of an internal combustion engine in a motor vehicle according to independent claim 1.
  • Advantageous Ausgestal ⁇ obligations and further developments of the present invention are defined from the following description, out of the drawing and the appended claims.
  • the control method according to the invention is particularly suitable for motor vehicles with a diesel engine and turbocharger. It comprises the following steps: a) transmission of route data of a route to be traveled by the motor vehicle to an engine control unit b) recognition of at least one future power increase point of the internal combustion engine based on the route data on which a request for an increased output of the internal combustion engine is to be expected, and c) preparing the increased power output so that the internal combustion engine is briefly put into a state of increased power output.
  • the engine control unit of the internal combustion engine or of the motor vehicle is supplied with the data of the route to be covered. This is done for example via a navigation system or a manual input of route data, which are then forwarded to the engine control unit. Based on the off ⁇ evaluation of such data is for the engine control unit recognizable at which points of the route of the driver of the
  • this preparation state is generated in a turbocharged internal combustion engine by injecting and igniting a torque-neutral injection, so that an exhaust gas temperature of the internal combustion engine is increased and the turbocharger of the internal combustion engine is biased.
  • the prestressed turbocharger minimizes the turbo lag known from the prior art, which in case of a sudden requirement of an increase in power of the Internal combustion engine leads to delay times in the cupboardabga ⁇ be the internal combustion engine.
  • An embodiment of the control method according to the invention is constructed such that it can be realized with the standard components of an air path of the internal combustion engine.
  • These standard components include, for example, a simple turbocharger without additional electrical systems. Therefore, with the present invention, an optimization of the power output of the internal combustion engine can be realized solely by internal engine measures. At the same time, this ensures that no increased hardware costs are required to implement the present invention.
  • the idea underlying this invention consists in the predictive influencing of the exhaust gas properties for the reduction of the turbo lag. It is possible by analysis of route data, for example, an attached Na ⁇ vigationssystem, manual entry of route data or a different type of deposit are the travel route data provided future performance improvement points of the internal combustion engine with a high probability michsa ⁇ gen. Power increase dots represent points at which, for example due the route or the driving behavior of the driver, a request for an increased power output of the internal combustion engine is to be expected. Such performance enhancement points include driving on a freeway or highway, leaving a bend area or a pass road or similar situations.
  • control method is, for example, in a Motor Tavernge- the internal combustion engine advises stored there leads ⁇ its data evaluation, and transmits commands to connected components.
  • the engine control unit firstly checks whether the navigation system is switched on and / or is operatively connected in order to integrate it into the further course of the control method in the event of a positive response. If no navigation system is available, it is also conceivable manually or retrieve them from a memory in which they are stored.
  • step S2 If no navigation or route data is available, the use of normal control concepts is instructed in step S2. Thus, for example, with the navigation system switched off or defective, the engine control unit would already leave the control process at this point. However, it would poll the availability of navigation and / or route data constantly or at regular intervals in order to restart the control procedure (step S0).
  • step S3 follows.
  • the navigation system route data are forwarded to a data evaluation after entering a destination by the driver of the motor vehicle.
  • the data evaluation checks the received route data, whether there are one or more performance increase points of the internal combustion engine in the course of this route. This increase in performance points indicate route points at which the driver of the vehicle is expected ⁇ clearly request a increased power output of the internal combustion ⁇ machine.
  • Gleichzei ⁇ tig engine control unit receives continuously or at regular intervals, information about the state of the internal combustion engine. This information includes, for example, the rotational speed of the internal combustion engine and the load or the output torque of the internal combustion engine.
  • the engine control unit checks the condition of the internal combustion engine. This includes according to one embodiment, the examination of the state of the turbocharger and its ability to support a gestei ⁇ siege power output of the internal combustion engine as quickly as possible. Furthermore, the engine control unit checks whether in dependence from the current position of the motor vehicle on the predetermined route, the achievement of a performance increase point is imminent. For example, if the performance enhancement point is imminent and the turbocharger is not in a "pre-stressed" condition, then step 4 follows.
  • turbocharger It is now based on the test of the internal combustion engine, a special injection concept introduced to bias the turbocharger.
  • the special injection concept is started in a targeted manner at a time, so that the turbocharger is set to its prestressed state even before reaching a possible power increase point. This ensures that the turbocharger with or without a minimized turbocharger supports a requested increased engine power output.
  • step S2 follows. This has the consequence that the internal combustion engine is driven with normal control concepts.
  • the control method After the performance increase point requirement with or without an on ⁇ an increased power output of the Brennkraftma- has been passed machine, the control method returns to its beginning to prepare again the possible achievement of performance improvement points along the planned route of the motor vehicle.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart ein Steuerungsverfahren für eine Luftzufuhr einer Brennkraftmaschine mit Turbolader. Innerhalb des Steuerungsverfahrens werden Streckendaten ausgewertet, zukünftige Leistungssteigerungspunkte der Brennkraftmaschine erkannt und eine Vorbereitung der gesteigerten Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine realisiert.

Description

Beschreibung
Steuerungsverfahren einer Luftzufuhr einer Brennkraftmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren einer Luftzufuhr einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, insbesondere ein Steuerungsverfahren für einen Dieselmotor mit Turbolader.
In modernen Brennkraftmaschinen wird die erzeugte Leistung im Wesentlichen durch die eingespritzte Kraftstoffmenge, den an¬ liegenden Kraftstoffdruck sowie durch Menge und Druck der zugeführten Luft bestimmt. Im Vergleich zur Regelung des Kraftstoffdrucks treten bei der Regelung der Luftzufuhr physika- lisch bedingt größere Verzögerungen auf. Dies betrifft bei¬ spielsweise die zugeführte Luftmenge und den Druck der zuge¬ führten Luft. Da somit die Lieferung der angeforderten Luftmenge erst nach Verstreichen fahrzeugspezifischer Totzeiten erfolgt, wird dadurch das Beschleunigungsverhalten des Kraft- fahrzeugs beeinträchtigt.
Bei einem Kraftfahrzeug mit Turbolader liegt die Ursache für dieses Verhalten in der Funktionsweise des Turboladers. Der Turbolader ist in der Regel mechanisch an den Abgaskanal der Brennkraftmaschine gekoppelt. Daher hängt die Leistung des
Turboladers, beispielsweise die Größe des erzeugten Ladeluft¬ drucks, direkt von den im Abgaskanal transportierten Abgasen ab. Werden beispielsweise nur Abgase geringer Menge und/oder geringer Abgastemperatur durch die Brennkraftmaschine erzeugt, was bei niedrigen Drehzahlen und geringer Motorlast der Brennkraftmaschine der Fall ist, ist der durch den Turbolader gene¬ rierbare Ladeluftdruck vergleichsweise gering. Wird eine plötzliche Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine angefordert, benötigt der Turbolader eine gewisse Zeit, um einen un- terstützenden Ladeluftdruck ausreichender Höhe zu generieren. Diesen Zustand kurzzeitiger fehlender Unterstützung der Brennkraftmaschine durch einen Turbolader ist allgemein als „Turboloch" bekannt. Um die obigen Nachteile zu überwinden oder zumindest einzu¬ schränken sind im Stand der Technik zwei Ansätze bekannt. Ein Ansatz besteht darin, einen elektrisch betriebenen oder elekt- risch unterstützten Turbolader einzusetzen. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, dass sie im Vergleich zu einem normalen Turbolader mit höheren Hardwarekosten und mit einer höheren elektrischen Leistungsaufnahme verbunden ist. Aus diesen Gründen ist dieser Ansatz für die Nutzung in der Großserienproduk- tion von Kraftfahrzeugen nicht geeignet. Er wurde bisher nur in Versuchsfahrzeugen eingesetzt, um eine Weiterentwicklung zu unterstützen .
Der zweite Ansatz besteht in der Nutzung eines zweistufigen Turbolader-Systems, das auch als Twin-Turbo oder Registerauf¬ ladung bezeichnet wird. Untersuchungen derartiger Systeme zeigen das Potenzial der Luftpfadoptimierung mit Hilfe zweistufi¬ ger Turbolader-Systeme. Beispielsweise wurde in einer Opel- Studie die Leistung eines Common-Rail-Dieselmotors mit 1,9 1 Hubraum durch Einsatz einer zweistufigen Turbolader- Technologie von 110 kW auf 156 kW gesteigert. Im Hinblick auf zweistufige Turbolader-Systeme besteht jedoch ein wesentlicher Nachteil darin, dass sie im Vergleich zu Standardturboladern mit erheblich größeren Hardwarekosten zur Realisierung eines solchen Luftpfads verbunden sind.
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine im Vergleich zum Stand der Technik kostengünstigere opti¬ mierte Luftzufuhr für eine Brennkraftmaschine bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Steuerungsverfahren einer Luftzufuhr einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestal¬ tungen und Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung ge- hen aus der folgenden Beschreibung, der Zeichnung und den anhängenden Ansprüchen hervor. Das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren ist insbesondere für Kraftfahrzeuge mit Dieselmotor und Turbolader geeignet. Es um- fasst die folgenden Schritte: a) Übermitteln von Streckendaten einer durch das Kraftfahrzeug zurückzulegenden Strecke an ein Motorsteuergerät, b) Erkennen von zumindest einem zukünftigen Leistungssteigerungspunkt der Brennkraftmaschine anhand der Streckendaten, an dem eine Anforderung einer gesteigerten Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine zu erwarten ist, und c) Vorbereiten der gesteigerten Leistungsabgabe, so dass die Brennkraftmaschine kurzfristig in einen Zustand gesteigerter Leistungsabgabe versetzbar ist.
Zur Optimierung der Luftzufuhr einer Brennkraftmaschine wird zunächst das Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine bzw. des Kraftfahrzeugs mit den Daten der zurückzulegenden Strecke versorgt. Dies erfolgt beispielsweise über ein Navigationssystem oder eine manuelle Eingabe von Streckendaten, die dann an das Motorsteuergerät weitergeleitet werden. Basierend auf der Aus¬ wertung derartiger Daten ist für das Motorsteuergerät erkenn- bar, an welchen Punkten der Streckenführung der Fahrer des
Kraftfahrzeugs eine gesteigerte Leistungsabgabe von der Brenn¬ kraftmaschine anfordern könnte. Um für diese Leistungssteige¬ rungspunkte die Totzeiten bis zur Leistungsbereitstellung oder die Verzögerung zwischen Leistungsanforderung und Leistungsre- alisierung durch die Brennkraftmaschine so gering wie möglich zu halten, wird die Brennkraftmaschine gezielt in einen Vorbe¬ reitungszustand für die zu erwartende Leistungssteigerung ver¬ setzt .
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird dieser Vorbereitungszustand bei einer Brennkraftmaschine mit Turbolader durch Einspritzen und Zünden einer drehmomentneutralen Einspritzung erzeugt, so dass eine Abgastemperatur der Brennkraftmaschine erhöht und der Turbolader der Brennkraftma- schine vorgespannt wird. Der vorgespannte Turbolader minimiert das aus dem Stand der Technik bekannte Turboloch, das bei ei¬ ner plötzlichen Anforderung einer Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine zu Verzögerungszeiten in der Leistungsabga¬ be der Brennkraftmaschine führt.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung näher erläu¬ tert. Die Figur zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerungsverfah- rens ist derart aufgebaut, dass es mit den Standardkomponenten eines Luftpfads der Brennkraftmaschine realisierbar ist. Zu diesen Standardkomponenten zählt beispielsweise ein einfacher Turbolader ohne elektrische Zusatzsysteme. Daher ist mit der vorliegenden Erfindung eine Optimierung der Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine allein durch innermotorische Maßnahmen realisierbar. Dies stellt gleichzeitig sicher, dass keine ge¬ steigerten Hardwarekosten zur Umsetzung der vorliegenden Erfindung erforderlich sind. Ergänzend dazu ist es aber ebenfalls denkbar, das vorliegende Steuerungsverfahren mit einem elektrisch unterstützten Turbolader oder einem zweistufigen Turbolader-System zu betreiben.
Die dieser Erfindung zugrunde liegende Idee besteht in der prädiktiven Beeinflussung der Abgaseigenschaften zur Reduzie- rung des Turbolochs. So lassen sich durch Auswertung von Fahrstreckendaten, die beispielsweise über ein angeschlossenes Na¬ vigationssystem, eine manuelle Eingabe von Fahrstreckendaten oder eine andersartige Hinterlegung dieser Fahrstreckendaten bereitgestellt werden, zukünftige Leistungssteigerungspunkte der Brennkraftmaschine mit hoher Wahrscheinlichkeit vorhersa¬ gen. Leistungssteigerungspunkte bezeichnen Punkte, an denen beispielsweise aufgrund der Streckenführung oder des Fahrverhaltens des Fahrers eine Anforderung für eine gesteigerte Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine zu erwarten ist. Derar- tige Leistungssteigerungspunkte sind u. a. die Auffahrt auf eine Schnellstraße oder Autobahn, das Verlassen eines Kurvenbereichs oder einer Passstraße oder ähnliche Situationen. Bei modernen Brennkraftmaschinen mit Mehrfacheinspritzung wird zur Vorbereitung einer gesteigerten Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine eine drehmomentneutrale späte Nacheinspritzung und Zündung dieser Einspritzmenge vorgenommen. Mit Hilfe die- ser Nacheinspritzung erhöht man die Abgastemperatur verglichen mit dem Zustand ohne Nacheinspritzung, so dass der Turbolader der Brennkraftmaschine Luft mit einem höheren Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine bereitstellt. Der Turbolader befindet sich somit in einem „vorgespannten" Zustand, der eine sofortige Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine mit mini¬ miertem Turboloch gewährleistet.
Die deutliche Reduktion des Turbolochs führt primär zu einem verbesserten Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs und zu einem ge- steigerten Fahrkomfort aufgrund des verbesserten Ansprechverhaltens der Brennkraftmaschine. Sekundär treten ebenfalls ge¬ ringere Emissionen der Brennkraftmaschine während der Be¬ schleunigungsphase auf. Diese Vorteile werden allein durch re¬ gelungstechnische Optimierungen und ohne zusätzliche Hardware- kosten realisiert.
Unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung wird eine Aus¬ führungsform der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Das Steuerungsverfahren ist beispielsweise in einem Motorsteuerge- rät der Brennkraftmaschine abgelegt, führt dort seine Daten¬ auswertung durch und übermittelt Befehle an angeschlossene Komponenten .
Zu Beginn des Steuerungsverfahrens wird zunächst in Schritt Sl abgefragt, ob für die zurückzulegende Strecke des Kraftfahr¬ zeugs Navigations- oder Streckendaten zur Verfügung stehen. Diese Streckendaten werden gemäß einer Alternative durch ein angeschlossenes Navigationssystem bereitgestellt. Somit prüft das Motorsteuergerät zunächst, ob das Navigationssystem einge- schaltet und/oder funktionstüchtig verbunden ist, um es bei einer positiven Antwort in den weiteren Ablauf des Steuerungs¬ verfahrens zu integrieren. Sollte kein Navigationssystem zur Verfügung stehen, ist es ebenfalls denkbar, Streckendaten ma- nuell einzugeben oder sie aus einem Speicher abzurufen, in dem sie hinterlegt sind.
Sind keine Navigations- oder Streckendaten verfügbar, so wird in Schritt S2 die Nutzung normaler Steuerkonzepte angewiesen. Somit würde beispielsweise bei abgeschaltetem oder defektem Navigationssystem das Motorsteuergerät das Steuerungsverfahren bereits an dieser Stelle verlassen. Es würde jedoch ständig oder in regelmäßigen Abständen die Verfügbarkeit von Navigati- ons- und/oder Streckendaten abfragen, um das Steuerungsverfahren erneut zu starten (Schritt SO) .
Wurde dem Motorsteuergerät mitgeteilt, dass ein Navigations¬ system angeschlossen ist und arbeitet, folgt Schritt S3. Durch das Navigationssystem werden nach Eingabe eines Fahrziels durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs Streckendaten an eine Datenauswertung weitergeleitet. Die Datenauswertung prüft die empfangenen Streckendaten, ob sich im Verlauf dieser Strecke ein oder mehrere Leistungssteigerungspunkte der Brennkraftma- schine befinden. Diese Leistungssteigerungspunkte kennzeichnen Streckenpunkte, an denen der Fahrer des Kraftfahrzeugs voraus¬ sichtlich eine gesteigerte Leistungsabgabe der Brennkraftma¬ schine anfordern wird.
Sobald diese Leistungssteigerungspunkte ermittelt worden sind, werden sie an das Motorsteuergerät weitergeleitet. Gleichzei¬ tig erhält das Motorsteuergerät ständig oder in regelmäßigen Abständen Informationen über den Zustand der Brennkraftmaschine. Diese Informationen umfassen beispielsweise die Drehzahl der Brennkraftmaschine und die Belastung oder das abgegebene Drehmoment der Brennkraftmaschine.
Anhand der zur Verfügung gestellten Daten prüft das Motorsteuergerät den Zustand der Brennkraftmaschine. Dies beinhaltet gemäß einer Ausführungsform die Prüfung des Zustandes des Turboladers und dessen Fähigkeit, schnellstmöglich eine gestei¬ gerte Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine zu unterstützen. Des Weiteren prüft das Motorsteuergerät, ob in Abhängigkeit von der momentanen Position des Kraftfahrzeugs auf der vorgegebenen Strecke das Erreichen eines Leistungssteigerungspunkts bevorsteht. Steht beispielsweise der Leistungssteigerungspunkt kurz bevor und befindet sich der Turbolader nicht in einem „vorgespannten" Zustand, folgt Schritt 4.
Es wird nun basierend auf der Prüfung der Brennkraftmaschine ein spezielles Einspritzkonzept eingeleitet, um den Turbolader vorzuspannen. Das spezielle Einspritzkonzept wird gezielt zu einem Zeitpunkt gestartet, so dass der Turbolader noch vor dem Erreichen eines möglichen Leistungssteigerungspunkts in seinen vorgespannten Zustand versetzt wird. Dies stellt sicher, dass der Turbolader ohne oder mit minimiertem Turboloch eine angeforderte gesteigerte Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine unterstützt.
Sollte die Prüfung der Zustandsdaten der Brennkraftmaschine und der momentanen Position des Kraftfahrzeugs ergeben, dass kein Leistungssteigerungspunkt zu erwarten ist, so folgt Schritt S2. Dies hat zur Folge, dass die Brennkraftmaschine mit normalen Steuerkonzepten angesteuert wird.
Nachdem der Leistungssteigerungspunkt mit oder ohne eine An¬ forderung einer gesteigerten Leistungsabgabe der Brennkraftma- schine passiert worden ist, kehrt das Steuerungsverfahren zu seinem Anfang zurück, um erneut das mögliche Erreichen von Leistungssteigerungspunkten auf der geplanten Strecke des Kraftfahrzeugs vorzubereiten.

Claims

Patentansprüche
1. Steuerungsverfahren einer Luftzufuhr einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, insbesondere ein Dieselmotor mit Turbolader, das die folgenden Schritte aufweist:
a. Übermitteln von Streckendaten einer durch das Kraftfahrzeug zurückzulegenden Strecke an ein Motorsteuergerät,
b. Erkennen von zumindest einem zukünftigen Leistungsstei¬ gerungspunkt der Brennkraftmaschine anhand der Strecken¬ daten, an dem eine Anforderung einer gesteigerten Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine zu erwarten ist, und
c. Vorbereiten der gesteigerten Leistungsabgabe, so dass die Brennkraftmaschine kurzfristig in einen Zustand ge¬ steigerter Leistungsabgabe versetzbar ist.
2. Steuerungsverfahren gemäß Anspruch 1, mit dem weiteren Schritt:
Einspritzen und Zünden einer drehmomentneutralen Nacheinspritzung, so dass eine Abgastemperatur der Brennkraftmaschine erhöht und ein Turbolader der Brennkraft- maschine vorgespannt wird.
PCT/EP2007/054627 2006-05-18 2007-05-14 Steuerungsverfahren einer luftzufuhr einer brennkraftmaschine WO2007135007A1 (de)

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