DE102008051817B4 - Method for actuating a wastegate valve - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betätigen eines Wastegateventils, insbesondere einer Wastegateklappe, in einem Bypasskanal einer Turbine eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei das Wastegateventil mittels eines elektrischen Antriebs von einem Steuergerät verstellt wird und mittels eines Wegsensors ein Verstellweg des Wastegateventils bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei Inbetriebnahme des Steuergerätes das Wastegateventil in Richtung einer geschlossenen Position, bei der der Bypasskanal verschlossen ist, solange verstellt wird, bis eine vollständig geschlossene Position erreicht wird, wobei die vollständig geschlossene Position von dem Steuergerät dadurch erkannt wird, dass wenigstens ein vorbestimmter Parameter der Verstellung des Wastegateventils einen vorbestimmten Wert erreicht, wobei diese so erkannte Position des Wastegateventils als vollständig geschlossene Position in dem Steuergerät und/oder dem elektrischen Antrieb des Wastegateventils gespeichert wird.Method for actuating a wastegate valve, in particular a wastegate flap, in a bypass duct of a turbine of an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, wherein the wastegate valve is adjusted by means of an electric drive by a control unit and by means of a displacement sensor an adjustment of the wastegate valve is determined, characterized that at start-up of the control device, the wastegate valve in the direction of a closed position in which the bypass channel is closed, is adjusted until a fully closed position is reached, wherein the fully closed position is recognized by the controller, characterized in that at least one predetermined parameter Adjustment of the wastegate valve reaches a predetermined value, said so recognized position of the wastegate valve as a fully closed position in the control unit and / or the electric drive of Wasteg ateventils is stored.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betätigen eines Wastegateventils in einem Bypasskanal einer Turbine eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei das Wastegateventil mittels eines elektrischen Antriebs von einem Steuergerät verstellt wird und mittels eines Wegsensors ein Verstellweg des Wastegateventils bestimmt wird, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a method for actuating a wastegate valve in a bypass duct of a turbine of an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, wherein the wastegate valve is adjusted by means of an electric drive by a control unit and by means of a displacement sensor an adjustment of the wastegate valve is determined according to the preamble of Patent claim 1.
Die Ladedruckregelung bei Motoren mit Abgasturboaufladung erfolgt bei Wastegate-Turboladern nach dem Stand der Technik mittels pneumatischen Druckaktuatoren. Bei aufgeladenen Ottomotoren kommen zum überwiegenden Teil Turbolader mit Starrgeometrie in der Turbine und Wastegate-Regelung zur Anwendung, da hier dem breiten Einsatz der beim Diesel zur Anwendung kommenden VTG-Technologie (verstellbare Turbinengeometrie) vor allem die hohen Kosten, die eine Folge der deutlich höheren Abgastemperaturen gegenüber dem Diesel sind, im Wege stehen. Für preissensitive Anwendungen wird der turboaufgeladene Ottomotor daher auch in Zukunft über Starrgeometrie-ATL und Wastegate-Regelung verfügen. The boost pressure control in engines with turbocharging takes place in wastegate turbochargers according to the prior art by means of pneumatic pressure actuators. Turbochargers with turbocharger geometry in turbines and wastegate control systems are predominantly used in turbocharged gasoline engines, since here the widespread use of the VTG technology (variable turbine geometry) for diesel applications is mainly due to the high costs associated with significantly higher fuel costs Exhaust gas temperatures compared to the diesel are in the way. For price-sensitive applications, the turbocharged gasoline engine will therefore continue to have rigid geometry ATL and wastegate control in the future.
Die Entwicklung bei diesen Motoren wird auch hier zunehmend von einem hohen Drehmoment bei relativ niedrigen Drehzahlen (LowEnd-Torque) und einem verzögerungsfreien Ansprechverhalten geprägt. Diesen Sachverhalten wird mit einer Abgasturbolader(ATL)-Auslegung Rechnung getragen, die speziell für den unteren Drehzahlbereich optimiert ist. Solche ATL's sind bezüglich ihres Durchsatzvermögens, bezogen auf das Hubvolumen des Motors, sehr klein, womit sie schon bei kleinen Abgasmassenströmen hohe Druckverhältnisse über den Lader realisieren können. Bei hohen Motordrehzahlen und großen Abgasmassenströmen müssen entsprechend große Abgasmengen über das Wastegate an der Turbine vorbei geführt werden. The development of these engines is also increasingly characterized by high torque at relatively low speeds (LowEnd-Torque) and a delay-free response. This situation is taken into account with an exhaust gas turbocharger (ATL) design, which is optimized especially for the lower engine speed range. Such ATL's are very small in terms of their throughput capacity, based on the displacement of the engine, so they can realize high pressure conditions on the loader even at small exhaust gas mass flows. At high engine speeds and large exhaust gas mass flows correspondingly large amounts of exhaust gas must be passed over the wastegate on the turbine.
Die Anforderung an den Wastegate-Aktuator leitet sich daraus entsprechend derart ab, dass im LowEndTorque-Betrieb und im transienten Betrieb das Wastegate (WG) mit hoher Kraft geschlossen werden muss und im Bereich der Nennleistung ausreichend Regelreserve vorhanden sein muss, damit auch in der Höhe die Nennleistung sicher eingeregelt werden bzw. eine Abregelung zum Schutz vor Überdrehzahl am ATL erfolgen kann. Darüber hinaus soll der Abgasgegendruck im Teillastbetrieb so gering wie möglich sein, um eine verbrauchsgünstige minimale Ladungswechselarbeit einstellen zu können. Dieser Zielkonflikt kann von den bisherigen, mit Überdruck geregelten Pneumatikaktuatoren am Ottomotor nur unzureichend aufgelöst werden. The demand on the wastegate actuator is derived from this in such a way that in LowEndTorque operation and in transient operation, the wastegate (WG) must be closed with high force and in the range of rated power sufficient control reserve must be present, thus in height the nominal power can be regulated reliably or a reduction can be made to protect against overspeed at the ATL. In addition, the exhaust back pressure in part-load operation should be as low as possible in order to set a low-consumption minimum charge exchange work can. This conflict of objectives can only be resolved inadequately by the previous, with overpressure controlled pneumatic actuators on the gasoline engine.
Ein elektrisch verstelltes Wastegateventil ist beispielsweise aus der
Sowohl die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der o.g. Art hinsichtlich Verbrauchseinsparung und einem spontanen, motorischen Ansprechverhalten zu verbessern. The invention is based on the object, a method of o.g. To improve the type of fuel economy and spontaneous engine response.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben. This object is achieved by a method of o.g. Art solved with the features characterized in claim 1. Advantageous embodiments of the invention are described in the further claims.
Dazu ist es bei einem Verfahren der o.g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei Inbetriebnahme des Steuergerätes das Wastegateventil in Richtung einer geschlossenen Position, bei der der Bypasskanal verschlossen ist, solange verstellt wird, bis eine vollständig geschlossene Position erreicht wird, wobei die vollständig geschlossene Position von dem Steuergerät dadurch erkannt wird, dass wenigstens ein vorbestimmter Parameter der Verstellung des Wastegateventils einen vorbestimmten Wert erreicht, wobei diese so erkannte Position des Wastegateventils als vollständig geschlossene Position in dem Steuergerät abgespeichert wird. For this it is in a procedure of o.g. Art according to the invention provided that when commissioning the control unit, the wastegate valve in the direction of a closed position in which the bypass channel is closed, is adjusted until a completely closed position is reached, wherein the fully closed position is recognized by the control unit that at least a predetermined parameter of the adjustment of the wastegate valve reaches a predetermined value, this so-recognized position of the wastegate valve being stored as a completely closed position in the control unit.
Dies hat den Vorteil, dass eine Nullpunktlage der vollständig geschlossenen Position des Wastegateventils immer wieder neu von dem Steuergerät erlernt wird, so dass eventuelle Verschleißerscheinungen oder leichte Verzüge im Gehäuse des Krümmers bzw. Abgasturboladers effektiv ausgeglichen und die Motorperformance über die Laufzeit konstant gehalten werden kann. Vorzugsweise wird diese Prozedur bei jeder Inbetriebnahme des Steuergerätes, d.h. üblicherweise nach einem Start einer Brennkraftmaschine, durchgeführt. This has the advantage that a zero point position of the fully closed position of the wastegate valve is repeatedly learned from the control unit, so that any signs of wear or slight distortion in the housing of the manifold or exhaust gas turbocharger effectively balanced and the engine performance over the term can be kept constant. Preferably, this procedure is used each time the controller is started, i. usually after a start of an internal combustion engine, performed.
Ein weiterer Ausgleich von Änderungen der Nullpunktlage aufgrund Wärmeausdehnung während des Betriebs der Brennkraftmaschine wird dadurch erzielt, dass zusätzlich während des Betriebs des Steuergerätes bei einer Anforderung der Verstellung des Wastegateventils in die vollständig geschlossene Position das Wastegateventil in Richtung der geschlossenen Position, bei der der Bypasskanal verschlossen ist, solange verstellt wird, bis die vollständig geschlossene Position erreicht wird, wobei die vollständig geschlossene Position von dem Steuergerät dadurch erkannt wird, dass wenigstens ein vorbestimmter Parameter der Verstellung des Wastegateventils einen vorbestimmten Wert erreicht, wobei diese so erkannte Position des Wastegateventils als vollständig geschlossene Position in dem Steuergerät abgespeichert wird. Vorzugsweise wird diese Prozedur bei jeder Anforderung der Verstellung durchgeführt. A further compensation of changes in the zero point position due to thermal expansion during operation of the internal combustion engine is achieved in that additionally during operation of the control unit in a request of the adjustment of the wastegate valve in the fully closed position, the wastegate valve in the direction of the closed position, wherein the bypass channel is closed as long as is adjusted until the fully closed position is reached, wherein the fully closed position is detected by the controller, characterized in that at least one predetermined parameter of the adjustment of the wastegate valve reaches a predetermined value, said so recognized position of the wastegate valve as complete closed position is stored in the control unit. Preferably, this procedure is performed every request for the adjustment.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist der vorbestimmte Parameter eine Stromstärke der Bestromung des elektrischen Antriebs des Wastegateventils. Der vorbestimmte Wert der Stromstärke ist beispielsweise 75% bis 100% einer maximal möglichen Stromaufnahme des elektrischen Antriebs des Wastegateventils. In an exemplary embodiment, the predetermined parameter is an amperage of the energization of the electric drive of the wastegate valve. The predetermined value of the current intensity is, for example, 75% to 100% of a maximum possible current consumption of the electrical drive of the wastegate valve.
In einer alternativen beispielhaften Ausführungsform ist der vorbestimmte Parameter eine Verstellgeschwindigkeit des Wastegateventils und der vorbestimmte Wert Null. Die vollständig geschlossene Position wird von dem Steuergerät dadurch erkannt, dass der vorbestimmte Wert Null der Verstellgeschwindigkeit über eine vorbestimmte Zeitspanne von beispielsweise 0,5 Sekunden bis 2 Sekunden erreicht wird. Die Verstellgeschwindigkeit wird beispielsweise aus einem mittels des Wegsensors ermittelten Verstellweg über die Zeit ermittelt. In an alternative exemplary embodiment, the predetermined parameter is an adjustment speed of the wastegate valve and the predetermined value is zero. The fully closed position is detected by the controller by the predetermined zero value of the adjustment speed over a predetermined period of time, for example, 0.5 seconds to 2 seconds is reached. The adjustment speed is determined, for example, from a travel determined by means of the displacement sensor over time.
Zum funktionssicheren Schließen des Wastegateventils wird beim Schließen des Wastegateventils von dem Steuergerät in einen aktiven Zuhaltemodus geschaltet, bei dem der elektrische Antrieb das Wastegateventil bei Stellung des Wastegateventils in vollständig geschlossener Position mit einer vorbestimmten Kraft gegen einen Anschlag der geschlossenen Stellung beaufschlagt. Die vorbestimmte Kraft ist beispielsweise gleich oder größer als 200 N, insbesondere gleich oder größer 250 N. For functionally reliable closing of the wastegate valve is switched when closing the wastegate valve of the control unit in an active tumbler mode in which the electric drive acts on the wastegate valve in the closed position with a predetermined force against a stop of the closed position when the wastegate valve. The predetermined force is for example equal to or greater than 200 N, in particular equal to or greater than 250 N.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Fig. eine beispielhafte Ausführungsform eines Wastegateventils in Form einer Wastegateklappe in schematischer Schnittansicht. The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. This shows in the only Fig. An exemplary embodiment of a wastegate valve in the form of a wastegate flap in a schematic sectional view.
Die in der einzigen Fig. beispielhaft dargestellte Wastegate-Anordnung für eine Turbine (nicht dargestellt) eines Abgasturboladers (nicht dargestellt) einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) umfasst einen Bypasskanal
Bei der Montage werden der Aktuator
Dieser Nullpunkt
Die Ansteuerfunktionalität des WG-Stellers
Durch die oben gegebene Definition von erstmaliger Spannungsanlage erfolgt diese Nullpunkt-Lernprozedur bei jedem Motorstart mit Steuergerätinitialisierung. Hierdurch werden eventuelle Verschleißerscheinungen oder leichte Verzüge im Krümmer-/ATL-Gehäuse über die Laufzeit effektiv ausgeglichen und die Leistungsfähigkeit der Brennkraftmaschine kann über die Laufzeit konstant gehalten werden.Due to the definition of first-time voltage conditioning given above, this zero-point learning procedure is performed at each engine start with ECU initialization. As a result, any signs of wear or slight distortion in the manifold / ATL housing over the term effectively balanced and the performance of the engine can be kept constant over the term.
Optional zusätzlich ist eine Nullpunktadaption im Betrieb vorgesehen, wie nachfolgend näher beschrieben wird. Während des Motorbetriebes kann sich durch Wärmedehnungen der Abstand zwischen Wastegate-Aktuator
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