WO2015058875A1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung eines ladedrucks eines verbrennungsmotors - Google Patents

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WO2015058875A1
WO2015058875A1 PCT/EP2014/066763 EP2014066763W WO2015058875A1 WO 2015058875 A1 WO2015058875 A1 WO 2015058875A1 EP 2014066763 W EP2014066763 W EP 2014066763W WO 2015058875 A1 WO2015058875 A1 WO 2015058875A1
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WO
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internal combustion
combustion engine
boost pressure
exhaust gas
rotational speed
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PCT/EP2014/066763
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Inventor
Sebastian Wohlgemuth
Lisann MEILAND
Original Assignee
Technische Universität München
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D41/0007—Controlling intake air for control of turbo-charged or super-charged engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/18—Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F02B29/0406—Layout of the intake air cooling or coolant circuit
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling a boost pressure of an internal combustion engine. Furthermore, the invention relates to a control device on which such a method is executable.
  • boost pressure control In internal combustion engines with turbocharger, as they are often used in motor vehicles, a boost pressure control is needed. Since the exhaust gas turbocharger generates the boost pressure as a function of the exhaust gas mass flow, the boost pressure increases with increasing exhaust gas mass flow. To prevent the boost pressure exceeding a permissible limit, this is limited by the boost pressure control.
  • the boost pressure control is usually carried out in such a way that a bypass valve of the turbocharger is opened. Thus, a portion of the exhaust gas mass flow is conducted past the exhaust gas turbocharger, so that the volume flow to drive the exhaust gas turbocharger decreases.
  • This method is known for example from DE 103 10 221 A1 known.
  • Another approach is known from US 4,873,961 A. This document discloses that cylinder pressure loads resulting from boost pressure can be reduced such that the mixture of the internal combustion engine to be burned is emaciated.
  • the prior art has not yet been able to provide a method of boost pressure control that efficiently operates an internal combustion engine.
  • the object is achieved by a method for regulating a boost pressure of an internal combustion engine with the features of the independent claim.
  • the internal combustion engine burns a mixture of air and fuel and includes an exhaust gas turbocharger, which supplies the air to the internal combustion engine.
  • the exhaust gas turbocharger By the exhaust gas turbocharger, the air of the mixture is advantageously compressible, so that the air can be supplied to the engine under a charge pressure generated by the exhaust gas turbocharger.
  • the exhaust gas turbocharger comprises a turbine which is driven by an exhaust gas mass flow of the internal combustion engine.
  • the exhaust gas turbocharger preferably comprises a compressor, with which the boost pressure can be generated. According to the invention, at least two speed ranges are present in which the regulation of the boost pressure according to the invention takes place differently.
  • a first region is present in which the rotational speed of the internal combustion engine exceeds a first rotational speed but remains below a second rotational speed.
  • the boost pressure is preferably not limited, but still preferably a load on the engine is reduced. This is inventively achieved in that the proportion of air in the mixture is increased.
  • a second region is present in which the rotational speed of the internal combustion engine exceeds the second rotational speed.
  • a charge pressure limitation takes place according to the invention, wherein this is preferably done in addition to the regulation from the first area.
  • a bypass of the turbine of the exhaust gas turbocharger is opened for this purpose.
  • the second region is preferably limited by a third rotational speed.
  • the proportion of air in the mixture is reduced in the third range.
  • the mixture for the speed within the third range can be optimized, so that the internal combustion engine is very efficient operable.
  • the boost pressure in the third area is lowered. Since rotational speeds are present in the third range through which the load limits of the internal combustion engine can be exceeded, the charge pressure in this region is preferably lowered so as not to overload the internal combustion engine.
  • the control according to the invention according to this embodiment ensures safe and reliable operation of the internal combustion engine.
  • a pressure in an exhaust gas pipe leading to the exhaust gas mass flow does not exceed a predetermined maximum value between the internal combustion engine and the turbine. Since high speeds of the internal combustion engine prevail in the third region, a high exhaust gas mass flow is also present. Since too high exhaust gas mass flow can damage the exhaust gas turbocharger due to excessive turbocharger speed, it is preferably provided that the pressure in the exhaust gas line is limited by the inventive method in an advantageous embodiment. So a safe and reliable operation of the exhaust gas turbocharger is possible.
  • the control is carried out such that in the second region, a predetermined maximum proportion of air in the mixture is not exceeded.
  • a reliable operation of the internal combustion engine is ensured.
  • a predetermined maximum rotational speed of the turbine is not exceeded.
  • the control is performed such that in the first region, an increase of the boost pressure takes place up to a predetermined maximum value.
  • the control in the second area comprises holding the boost pressure at the maximum value.
  • the control of the boost pressure is performed exclusively when at a current speed, a maximum boost pressure can be achieved.
  • the boost pressure is therefore not unnecessarily limited, so that the performance of the internal combustion engine is not unnecessarily reduced by the control according to the invention.
  • the determination that a maximum charge pressure is achievable is particularly preferably carried out on the basis of a characteristic map or on the basis of a characteristic curve.
  • the map or the characteristic is determined individually, in particular for the internal combustion engine.
  • the method according to the invention is carried out in a vehicle with an internal combustion engine.
  • the control of the boost pressure is preferably carried out exclusively at a maximum possible accelerator opening.
  • the combustion engine is required to achieve the highest possible output. Therefore, it is advantageously ensured by the control according to the invention that the internal combustion engine on the one hand is not overloaded, on the other hand, is operated as energy efficient as possible.
  • the internal combustion engine is preferably a gasoline engine.
  • the prior art is only a few efficient exhaust gas turbocharger for selection. This is particularly problematic that the prior art requires a small exhaust gas turbocharger, which generates a high boost pressure even at a low exhaust gas mass flow. In this way, the occurrence of a "turbo lag", i. H. A response of the exhaust gas turbocharger only at higher speeds can be avoided.
  • the inventive method advantageously represents a solution for gasoline engines, which are thus efficient and reliable operable.
  • control unit that can be used in particular in a vehicle.
  • the control unit is preferably set up such that it carries out the method described above.
  • Figure 1 is a schematic illustration of an internal combustion engine
  • Figure 2 is a schematic view of a boost pressure curve, when the
  • the exhaust gas turbocharger 2 comprises a turbine 3, which is driven by an exhaust gas mass flow 4 and a compressor 8, which is driven by the turbine.
  • the exhaust gas mass flow 4 is generated by the operation of the internal combustion engine 1.
  • a speed of the turbine 3 and thus the speed of the exhaust gas turbocharger 2 via the bypass 5 can be regulated.
  • the internal combustion engine 1 comprises an air supply 7.
  • the air supply 7 is air supplied from the compressor 8 of the exhaust gas turbocharger 2 under a boost pressure.
  • the compressor 8 sucks in air via an intake system 10.
  • the compressed air from the compressor 8 is cooled by a charge air cooler 9 before the transfer to the air supply 7.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine 1 which uses an exhaust-gas turbocharger 2 operated by exhaust gases to increase its output.
  • the internal combustion engine 1 is advantageously a drive motor of a vehicle and is preferably controlled via an accelerator pedal.
  • the exhaust gas turbocharger 2 is preferably designed such that it already generates a high boost pressure at low rotational speeds of the internal combustion engine 1.
  • a control device 1 1 according to an embodiment of the invention is provided, which performs a method for controlling the boost pressure according to an embodiment of the invention.
  • the control unit 1 1 is connected to the bypass 5, the internal combustion engine 1 and the air supply 7 for one-sided or two-sided transmission of signals.
  • FIG. 2 shows a schematic profile of a boost pressure of the internal combustion engine 1 when the method according to the invention according to an exemplary embodiment is applied.
  • the abscissa denotes a rotational speed of the internal combustion engine 1 and the ordinate the boost pressure. The procedure is only carried out when a maximum opening of the accelerator pedal is reached. With low and medium gas pedal opening, the internal combustion engine 1 and the bypass 5 can be controlled, in particular using methods from the prior art.
  • At the maximum opening of the accelerator pedal is checked based on the speed of the engine 1 and a current boost pressure 12, whether a predefined in a map or a characteristic maximum value 9 of the boost pressure 12 is reached.
  • the ambient pressure which is measured in a conventional engine control of a drive motor of a vehicle is preferably taken into account.
  • the boost pressure in a maximum Range as follows, depending on the speed of the engine, the following listed control.
  • a composition of a mixture of fuel and air is changed according to the invention, which is supplied to the internal combustion engine 1 for combustion.
  • the ratio of air to fuel is described by the index lambda.
  • the engine load must be limited to avoid damage to the engine 1.
  • the speed can be achieved in a first range, which starts at the first speed 13 and is limited by a second speed 14, a maximum value of the cylinder pressure.
  • the boost pressure 12 itself is already limited in this case, so that an alternative boost pressure curve 20 would result.
  • the regulation according to the invention according to the embodiment provides that in the first region 16, an emptying of the mixture, i. an increase in the proportion of air in the mixture takes place, so that lambda is increased. Therefore, as is apparent from Figure 2, a further increase in the boost pressure 12 is possible without the load limits of the internal combustion engine 1 is reached or exceeded.
  • the burning rate of the mixture within the internal combustion engine 1 is reduced.
  • the intensity of the combustion decreases, whereby the pressure within the cylinders of the internal combustion engine 1 decreases or at least does not increase any further.
  • the boost pressure must be limited in order not to overload the internal combustion engine 1.
  • a second area 17 begins, which is limited by a third speed 15.
  • a maximum lambda can be achieved, so that upon further emaciation an ignitability of the internal combustion engine 1 is no longer present.
  • lambda must not exceed the value 1, 65.
  • further leaning no longer prevent an increase in the cylinder pressure.
  • the bypass 5 is opened in the second region 17, wherein the opening of the bypass 5 is only as small as is necessary to limit the boost pressure 12.
  • the boost pressure 12 remains preferably constant in the second region.
  • the boost pressure 12 is maintained at the maximum value 9.
  • the bypass 5 is opened, wherein the opening is larger than in the second region 17. In this way, the cylinder pressure and the pressure in the exhaust pipe between the engine 1 and turbine 3 of the exhaust gas turbocharger 2 is limited.
  • the mixture be greased, i. the proportion of air is reduced so that lambda decreases. In this way, the internal combustion engine 1 is operated as energy efficient as possible.
  • a maximum value for lambda ie an ignition limit of the internal combustion engine 1
  • a maximum value for the pressure in the exhaust line between internal combustion engine 1 and turbine 3 a maximum value for the rotational speed of the turbine 3
  • the inventive method is independent of a size of the internal combustion engine 1 applicable. Therefore, the lambda values mentioned are to be assigned only to a specific exemplary embodiment, since the lambda ranges depend on various engine parameters and operating parameters of the internal combustion engine 1. These are in particular the compression ratio, the boost pressure, the displacement, the bore diameter and flow conditions in the combustion chamber or the ignition timing of the internal combustion engine. 1

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Ladedrucks (12) eines Verbrennungsmotors (1), wobei der Verbrennungsmotor (1) ein Gemisch aus Luft und Brennstoff verbrennt und einen Abgasturbolader (2) umfasst, wobei der Abgasturbolader (2) eine Turbine (3) aufweist, die durch einen Abgasmassenstrom (4) des Verbrennungsmotors (1) angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Ladedrucks (12) in einem ersten Bereich (16), in dem die Drehzahl des Verbrennungsmotors (1) eine erste Drehzahl (13) überschreitet, aber unterhalb einer zweiten Drehzahl (14) verbleibt, durch eine Vergrößerung des Anteils der Luft in dem Gemisch und in einem zweiten Bereich (17), in dem die Drehzahl des Verbrennungsmotors die zweite Drehzahl (14) überschreitet, durch ein zusätzliches Öffnen eines Bypasses (5) der Turbine (3) des Abgasturboladers (2) erreicht wird.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR REGELUNG EINES LADEDRUCKS EINES VERBRENNUNGSMOTORS
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Ladedrucks eines Verbrennungsmotors. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Steuergerät, auf dem ein solches Verfahren ausführbar ist.
Bei Verbrennungsmotoren mit Abgasturbolader, wie diese oftmals in Kraftfahrzeugen eingesetzt sind, wird eine Ladedruckregelung benötigt. Da der Abgasturbolader den Ladedruck in Abhängigkeit von dem Abgasmassenstrom erzeugt, steigt der Ladedruck mit steigendem Abgasmassenstrom an. Um zu verhindern, dass der Ladedruck eine zulässige Grenze überschreitet, wird dieser durch die Ladedruckregelung begrenzt.
Die Ladedruckregelung wird zumeist derart ausgeführt, dass ein Bypassventil des Turboladers geöffnet wird. So wird ein Teil des Abgasmassenstroms an dem Abgasturbolader vorbeigeleitet, so dass der Volumenstrom zum Antrieb des Abgasturboladers sinkt. Dieses Verfahren ist beispielsweise aus der DE 103 10 221 A1 bekannt. Ein weiterer Ansatz ist aus der US 4,873,961 A bekannt. Dieses Dokument offenbart, dass durch Ladedruck entstehende Zylinderdruckbelastungen derart reduziert werden können, indem das zu verbrennende Gemisch des Verbrennungsmotors abgemagert wird. Allerdings konnte der Stand der Technik bisher kein Verfahren zur Ladedruckregelung bereitstellen, dass einen Verbrennungsmotor effizient betreibt.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Regelung eines Ladedrucks eines Verbrennungsmotors bereitzustellen, dass bei einfacher Ausführbarkeit einen sicheren und verbrauchsarmen Betrieb des Verbrennungsmotors ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Regelung eines Ladedrucks eines Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Der Verbrennungsmotor verbrennt ein Gemisch aus Luft und Brennstoff und umfasst einen Abgasturbolader, der dem Verbrennungsmotor die Luft zuführt. Durch den Abgasturbolader ist die Luft des Gemischs vorteilhaft komprimierbar, so dass die Luft dem Motor unter einem durch den Abgasturbolader erzeugbaren Ladedruck zuführbar ist. Dazu umfasst der Abgasturbolader eine Turbine, die durch einen Abgasmassenstrom des Verbrennungsmotors angetrieben wird. Weiterhin umfasst der Abgasturbolader bevorzugt einen Verdichter, mit dem der Ladedruck erzeugbar ist. Erfindungsgemäß sind zumindest zwei Drehzahlbereiche vorhanden, in denen die erfindungsgemäße Regelung des Ladedrucks unterschiedlich erfolgt. So ist ein erster Bereich vorhanden, in dem die Drehzahl des Verbrennungsmotors eine erste Drehzahl überschreitet aber unterhalb einer zweiten Drehzahl verbleibt. In dem ersten Bereich wird der Ladedruck bevorzugt nicht begrenzt, wobei dennoch bevorzugt eine Belastung des Motors verringert wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Anteil an Luft in dem Gemisch vergrößert wird. Ebenso ist ein zweiter Bereich vorhanden, in dem die Drehzahl des Verbrennungsmotors die zweite Drehzahl überschreitet. In diesem Bereich findet erfindungsgemäß eine Ladedruckbegrenzung statt, wobei dies bevorzugt zusätzlich zu der Regelung aus dem ersten Bereich geschieht. Erfindungsgemäß wird dazu ein Bypass der Turbine des Abgasturboladers geöffnet. Der zweite Bereich ist bevorzugt durch eine dritte Drehzahl begrenzt. Somit ist ein dritter Bereich vorhanden, in dem die Drehzahl des Verbrennungsmotors die dritte Drehzahl überschreitet. In diesem Bereich findet bevorzugt eine Regelung des Ladedrucks derart statt, dass ausschließlich der Bypass geöffnet wird. Somit findet insbesondere die zusätzliche Regelung aus dem ersten Bereich, d.h. ein Erhöhen des Anteils der Luft des Gemischs, im Gegensatz zu dem zweiten Bereich, im dritten Bereich nicht statt.
Besonders bevorzugt wird im dritten Bereich der Anteil der Luft in dem Gemisch verringert. Auf diese Weise ist das Gemisch für die Drehzahl innerhalb des dritten Bereichs optimierbar, so dass das der Verbrennungsmotor sehr effizient betreibbar ist.
Ebenso ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Ladedruck in dem dritten Bereich gesenkt wird. Da in dem dritten Bereich Drehzahlen vorliegen, durch die Belastungsgrenzen des Verbrennungsmotors überschritten werden können, wird der Ladedruck in diesem Bereich bevorzugt gesenkt, um den Verbrennungsmotor nicht zu überlasten. Somit stellt die erfindungsgemäße Regelung gemäß dieser Ausführungsform einen sicheren und zuverlässigen Betrieb des Verbrennungsmotors sicher.
Schließlich ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass im dritten Bereich ein Druck in einer den Abgasmassenstrom führenden Abgasleitung zwischen Verbrennungsmotor und Turbine einen vorbestimmten maximalen Wert nicht überschreitet. Da in dem dritten Bereich hohe Drehzahlen des Verbrennungsmotors vorherrschen, ist auch ein hoher Abgasmassenstrom vorhanden. Da ein zu hoher Abgasmassenstrom den Abgasturbolader aufgrund zu hoher Turboladerdrehzahl beschädigen kann, ist bevorzugt vorgesehen, dass der Druck in der Abgasleitung durch das erfindungsgemäße Verfahren in einer vorteilhaften Ausführungsform begrenzt wird. So ist ein sicherer und zuverlässiger Betrieb des Abgasturboladers möglich.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Regelung derart ausgeführt, dass im zweiten Bereich ein vorbestimmter maximaler Anteil an Luft im Gemisch nicht überschritten wird. Somit ist insbesondere ein zuverlässiger Betrieb des Verbrennungsmotors gewährleistet. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass im zweiten Bereich eine vorbestimmte maximale Drehzahl der Turbine nicht überschritten wird. Auf diese Weise wird eine Überlastung der Turbine vorteilhafterweise verhindert. Bevorzugt wird die Regelung derart durchgeführt, dass im ersten Bereich ein Erhöhen des Ladedrucks bis auf einen vorbestimmten maximalen Wert stattfindet. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass die Regelung im zweiten Bereich ein Halten des Ladedrucks auf dem maximalen Wert umfasst. Somit wird die Leistung des Verbrennungsmotors in dem ersten Bereich und/oder in dem zweiten Bereich nicht beschränkt, wobei dennoch sichergestellt ist, dass der Verbrennungsmotor innerhalb der Belastungsgrenzen betrieben wird.
Vorteilhafterweise wird die Regelung des Ladedrucks ausschließlich dann ausgeführt, wenn bei einer gegenwärtigen Drehzahl ein maximaler Ladedruck erreichbar ist. Der Ladedruck wird daher nicht unnötig begrenzt, so dass die Leistung des Verbrennungsmotors durch die erfindungsgemäße Regelung nicht unnötig vermindert wird.
Die Feststellung, dass ein maximaler Ladedruck erreichbar ist, wird besonders bevorzugt anhand eines Kennfelds oder anhand einer Kennlinie ausgeführt. Das Kennfeld oder die Kennlinie ist insbesondere für den Verbrennungsmotor individuell bestimmt.
Insbesondere wird das erfindungsgemäße Verfahren in einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor ausgeführt. Hier wird bevorzugt die Regelung des Ladedrucks ausschließlich bei einer maximal möglichen Gaspedalöffnung ausgeführt. Bei maximaler Gaspedalöffnung wird dem Verbrennungsmotor eine größtmögliche Leistung abverlangt. Daher wird durch die erfindungsgemäße Regelung vorteilhafterweise sichergestellt, dass der Verbrennungsmotor einerseits nicht überlastet wird, andererseits größtmöglich energieeffizient betrieben wird.
Der Verbrennungsmotor ist bevorzugt ein Ottomotor. Für derartige Motoren stellt der Stand der Technik nur wenig effiziente Abgasturbolader zur Auswahl. Hierbei ist insbesondere problematisch, dass der Stand der Technik einen kleinen Abgasturbolader fordert, der bereits bei einem geringen Abgasmassenstrom einen hohen Ladedruck erzeugt. Auf diese Weise soll das Auftreten eines„Turbolochs", d. h. ein Ansprechen des Abgasturboladers erst bei höheren Drehzahlen, vermieden werden. Jedoch wird durch derartige kleine Abgasturbolader bei hohen Motordrehzahlen und damit bei einem hohen Abgasmassenstrom eine Begrenzung der Drehzahl des Abgasturboladers durchgeführt, sodass eine ineffiziente Begrenzung des Ladedrucks entsteht. Somit stellt das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft eine Lösung für Ottomotoren dar, die somit effizient und zuverlässig betreibbar sind.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Steuergerät, das insbesondere in einem Fahrzeug einsetzbar ist. Das Steuergerät ist bevorzugt derart eingerichtet, dass dieses das zuvor beschriebene Verfahren ausführt.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen ist
Figur 1 eine schematische Abbildung eines Verbrennungsmotors mit
Abgasturbolader wobei der Ladedruck des Verbrennungsmotors mit dem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung regelbar ist, und
Figur 2 eine schematische Ansicht eines Ladedruckverlaufs, wenn das
Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel angewandt wird.
Figur 1 zeigt einen Verbrennungsmotor 1 mit einem Abgasturbolader 2. Der Abgasturbolader 2 umfasst eine Turbine 3, die von einem Abgasmassenstrom 4 angetrieben wird und einen Verdichter 8, der von der Turbine angetneben wird. Der Abgasmassenstrom 4 wird durch den Betrieb des Verbrennungsmotors 1 erzeugt. Über einen Bypass 5 kann der Abgasmassenstrom 4 die Turbine 3 umgehen und direkt an eine Abgasanlage 6 geleitet werden. Somit ist eine Drehzahl der Turbine 3 und damit die Drehzahl des Abgasturboladers 2 über den Bypass 5 regelbar.
Weiterhin umfasst der Verbrennungsmotor 1 eine Luftzuführung 7. Der Luftzuführung 7 wird Luft von dem Verdichter 8 des Abgasturboladers 2 unter einem Ladedruck zugeführt. Der Verdichter 8 saugt Luft über eine Ansauganlage 10 an. Vorteilhafterweise wird die vom Verdichter 8 verdichtete Luft vor der Übergabe an die Luftzuführung 7 durch einen Ladeluftkühler 9 gekühlt.
Somit zeigt Figur 1 einen Verbrennungsmotor 1 , der einen durch Abgase betriebenen Abgasturbolader 2 zur Leistungssteigerung verwendet. Der Verbrennungsmotor 1 ist vorteilhafterweise ein Antriebsmotor eines Fahrzeugs und ist bevorzugt über ein Gaspedal ansteuerbar. Der Abgasturbolader 2 ist bevorzugt derart ausgelegt, dass dieser bei geringen Drehzahlen des Verbrennungsmotors 1 bereits einen hohen Ladedruck erzeugt. Dies hat jedoch den Nachteil, dass der mit steigender Drehzahl ebenfalls ansteigende Ladedruck bei hohen Drehzahlen vorhandene Belastungsgrenzen des Verbrennungsmotors 1 überschreitet. Daher ist ein Steuergerät 1 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorhanden, das ein Verfahren zur Regelung des Ladedrucks gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausführt. Dazu ist das Steuergerät 1 1 mit dem Bypass 5, dem Verbrennungsmotor 1 und der Luftzuführung 7 zum einseitigen oder zweiseitigen Übertragen von Signalen verbunden.
Figur 2 zeigt einen schematischen Verlauf eines Ladedrucks des Verbrennungsmotors 1 , wenn das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel angewandt wird. In dem Figur 2 zugrunde liegenden Koordinatensystem bezeichnet die Abszisse eine Drehzahl des Verbrennungsmotors 1 und die Ordinate den Ladedruck. Das Verfahren wird nur dann ausgeführt, wenn eine maximale Öffnung des Gaspedals erreicht ist. Bei niedriger und mittlerer Gaspedalöffnung kann der Verbrennungsmotor 1 und der Bypass 5 insbesondere mit Verfahren aus dem Stand der Technik angesteuert werden.
Bei der maximalen Öffnung des Gaspedals wird anhand der Drehzahl des Verbrennungsmotors 1 und eines aktuellen Ladedrucks 12 überprüft, ob ein in einem Kennfeld oder einer Kennlinie vordefinierte maximaler Wert 9 des Ladedrucks 12 erreichbar ist.
Bei der Ermittlung des Ladedrucks 12 wird bevorzugt der Umgebungsdruck berücksichtigt, welcher bei einer üblichen Motorsteuerung eines Antriebsmotors eines Fahrzeugs gemessen wird. Befindet sich der Ladedruck in einem maximalen Bereich, so erfolgt, abhängig von der Drehzahl des Verbrennungsmotors, nachfolgend aufgeführte Regelung. Dabei wird erfindungsgemäß eine Zusammensetzung eines Gemischs aus Brennstoff und Luft verändert, das dem Verbrennungsmotor 1 zur Verbrennung zugeführt wird. Das Verhältnis Luft zu Brennstoff wird dabei durch die Kennziffer Lambda beschrieben.
Ausgehend von einer Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors 1 erfolgt zunächst ein Betrieb des Verbrennungsmotors 1 , insbesondere mit Lambda 1 ,4, mit einem maximalen Drehmoment des Verbrennungsmotors 1 sowie vollständig geschlossenem Bypass 5. So wird von der Turbine 3 des Abgasturboladers 2 ein für die gegenwärtige Drehzahl des Verbrennungsmotors 1 größtmöglicher Ladedruck 12 erzeugt.
Ab einer ersten Drehzahl 13 muss die Motorbelastung begrenzt werden, um Schaden am Verbrennungsmotor 1 zu vermeiden. Insbesondere kann die Drehzahl in einem ersten Bereich, der mit der ersten Drehzahl 13 beginnt und von einer zweiten Drehzahl 14 begrenzt ist, ein maximaler Wert des Zylinderdrucks erreicht werden. Bei Verfahren aus dem Stand der Technik wird hierbei bereits der Ladedruck 12 selbst begrenzt, so dass sich ein alternativer Ladedruckverlauf 20 ergeben würde. Die erfindungsgemäße Regelung gemäß dem Ausführungsbeispiel sieht stattdessen vor, dass in dem ersten Bereich 16 eine Abmagerung des Gemischs, d.h. eine Erhöhung des Anteils der Luft im Gemisch, stattfindet, so dass Lambda erhöht wird. Daher ist, wie aus Figur 2 ersichtlich ist, eine weitere Erhöhung des Ladedrucks 12 möglich, ohne dass die Belastungsgrenzen des Verbrennungsmotors 1 erreicht oder überschritten werden.
Durch die Abmagerung verringert sich die Brenngeschwindigkeit des Gemischs innerhalb des Verbrennungsmotors 1 . Somit verringert sich die Intensität der Verbrennung, wodurch der Druck innerhalb der Zylinder des Verbrennungsmotors 1 sinkt oder zumindest nicht weiter ansteigt.
Ab der zweiten Drehzahl 14 muss der Ladedruck begrenzt werden, um den Verbrennungsmotor 1 nicht zu überlasten. Mit der zweiten Drehzahl 14 beginnt ein zweiter Bereich 17, der durch eine dritte Drehzahl 15 begrenzt ist. In dem zweiten Bereich 17 ist es nicht mehr möglich, die Belastungsgrenzen des Verbrennungsmotors 1 durch weiteres Abmagern des Gemischs einzuhalten. So kann beispielsweise ein maximales Lambda erreicht sein, so dass bei weiterer Abmagerung eine Zündfähigkeit des Verbrennungsmotors 1 nicht mehr gegeben ist. Insbesondere darf Lambda den Wert 1 ,65 nicht überschreiten. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise ein weiteres Abmagern einen Anstieg des Zylinderdrucks nicht mehr verhindern. Außerdem besteht in dem zweiten Bereich die Gefahr, dass die Turbine 3 des Abgasturboladers 2 durch zu hohe Drehzahlen, die durch den hohen Abgasmassenstrom 4 des Verbrennungsmotors 1 bei hohen Drehzahlen verursacht wird, beschädigt wird.
Daher wird in dem zweiten Bereich 17 zunächst dieselbe Regelung ausgeführt, wie im ersten Bereich 16. Das bedeutet, dass das Gemisch abgemagert wird, sofern dies weiterhin möglich ist. Zusätzlich wird im zweiten Bereich 17 der Bypass 5 geöffnet, wobei die Öffnung des Bypasses 5 nur so gering ist, wie zur Begrenzung des Ladedrucks 12 nötig ist. Der Ladedruck 12 bleibt dabei in dem zweiten Bereich bevorzugt konstant. Insbesondere wird der Ladedruck 12 an dem maximalen Wert 9 gehalten. In einem dritten Bereich 18, der mit der dritten Drehzahl 15 beginnt, muss der Ladedruck 12 schließlich gesenkt werden, um den Verbrennungsmotor 1 nicht zu überlasten. Dazu wird der Bypass 5 geöffnet, wobei die Öffnung größer ist als im zweiten Bereich 17. Auf diese Weise wird der Zylinderdruck sowie der Druck in der Abgasleitung zwischen Verbrennungsmotor 1 und Turbine 3 des Abgasturboladers 2 begrenzt. Außerdem wird bevorzugt das Gemisch angefettet, d.h. der Anteil an Luft wird reduziert, so dass Lambda sinkt. Auf diese Weise wird der Verbrennungsmotor 1 möglichst energieeffizient betrieben.
Bevorzugt werden während einer Entwicklung des Verbrennungsmotors 1 ein maximaler Wert für Lambda, d.h. eine Zündgrenze des Verbrennungsmotors 1 , ein maximaler Wert für den Druck in der Abgasleitung zwischen Verbrennungsmotor 1 und Turbine 3, ein maximaler Wert für die Drehzahl der Turbine 3, ein maximaler Wert für den Zylinderdruck des Verbrennungsmotors 1 , sowie weitere Belastungsgrenzen des Verbrennungsmotors 1 festgelegt. Dabei werden die Kennfelder oder Kennlinien für die Ansteuerung des Bypasses 5 sowie für die zuvor beschriebene Bestimmung des maximalen Werts 19 des Ladedrucks 12 ermittelt. Diese sind dann in dem Steuergerät 1 1 hinterlegbar. Verfahren zur Ansteuerung des Bypasses 5 sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden hier nicht weiter erläutert.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist unabhängig von einer Größe des Verbrennungsmotors 1 anwendbar. Daher sind die genannten Lambda-Werte lediglich einem spezifischen Ausführungsbeispiel zuzuordnen, da die Lambdabereich von verschiedenen Motorparametern sowie Betriebsparametern des Verbrennungsmotors 1 abhängen. Diese sind insbesondere das Verdichtungsverhältnis, der Ladedruck, der Hubraum, der Bohrungsdurchmesser sowie Strömungsverhältnisse im Brennraum oder der Zündzeitpunkt des Verbrennungsmotors 1 .
Bezugszeichenliste
1 Verbrennungsmotor
2 Abgasturbolader
3 Turbine
4 Abgasmassenstrom
5 Bypass
6 Abgasanlage
7 Luftzuführung
8 Verdichter
9 Ladeluftkühler
10 Abgasanlage
11 Steuergerät
12 Ladedruck(-verlauf)
13 erste Drehzahl
14 zweite Drehzahl
15 dritte Drehzahl
16 erster (Drehzahl-)Bereich
17 zweiter (Drehzahl-)Bereich
18 dritter (Drehzahl-)Bereich
19 maximaler Wert des Ladedrucks
20 alternativer Ladedruckverlauf

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Regelung eines Ladedrucks (12) eines Verbrennungsmotors (1), wobei der Verbrennungsmotor (1 ) ein Gemisch aus Luft und Brennstoff verbrennt und einen Abgasturbolader (2) umfasst, wobei der Abgasturbolader (2) eine Turbine (3) aufweist, die durch einen Abgasmassenstrom (4) des Verbrennungsmotors (1 ) angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Ladedrucks (12) in einem ersten Bereich (16), in dem die Drehzahl des Verbrennungsmotors (1) eine erste Drehzahl (13) überschreitet, aber unterhalb einer zweiten Drehzahl (14) verbleibt, durch eine Vergrößerung des Anteils der Luft in dem Gemisch und in einem zweiten Bereich (17), in dem die Drehzahl des Verbrennungsmotors die zweite Drehzahl (14) überschreitet, durch ein zusätzliches Öffnen eines Bypasses (5) der Turbine (3) des Abgasturbolader (2) erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich
(17) durch eine dritte Drehzahl (15) begrenzt ist, wobei die Regelung des Ladedrucks (12) in einem dritten Bereich (18), in dem die Drehzahl des Verbrennungsmotors (1) die dritte Drehzahl (15) überschreitet, durch ausschließliches Öffnen des Bypasses (5) erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Bereich
(18) der Anteil der Luft in dem Gemisch gesenkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladedruck (12) in dem dritten Bereich (18) gesenkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Bereich (18) ein Druck in einer den Abgasmassenstrom (4) führenden Abgasleitung zwischen Verbrennungsmotor (1 ) und Turbine (3) einen vorbestimmten maximalen Wert nicht überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Bereich (17) ein vorbestimmter maximaler Anteil an Luft im Gemisch nicht überschritten wird und/oder im zweiten Bereich (17) eine vorbestimmte maximale Drehzahl der Turbine (3) nicht überschritten wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Ladedrucks (12) im ersten Bereich (16) ein Erhöhen des Ladedrucks (12) bis auf einem vorbestimmten maximalen Wert (19) und/oder im zweiten Bereich (17) ein Halten des Ladedrucks (12) auf dem maximalen Wert (19) umfasst. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Ladedrucks (12) ausschließlich dann ausgeführt wird, wenn bei einem gegenwärtigen Betriebszustand des Verbrennungsmotors (1) ein vorbestimmter maximaler Wert des Ladedrucks (19) erreichbar ist. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass anhand eines Kennfelds des Verbrennungsmotors (1 ) festgestellt wird, ob der maximale Wert (19) des Ladedrucks (12) ohne Regelung erreicht wird. 0. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Ladedrucks (12) ausschließlich bei einer maximal möglichen Gaspedalöffnung ausgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) ein Ottomotor ist.
12. Steuergerät (11 ), insbesondere für ein Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
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