DE102008060646B4

DE102008060646B4 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102008060646B4
Application number: DE102008060646.4A
Authority: DE
Inventors: Dr. Wöhnke Matthias; Dr.-Ing. Pott Ekkehard
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2021-05-20
Anticipated expiration: 2028-12-06
Also published as: DE102008060646A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Abgasturbolader, der eine Turbine mit Turbinenrad und variabler Turbinengeometrie (VTG) aufweist, wobei die VTG in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine zwischen einer geschlossenen Stellung, in der ein wirksamer Strömungseintrittsquerschnitt zum Turbinenrad minimal ist, und einer offenen Stellung, in der ein wirksamer Strömungseintrittsquerschnitt zum Turbinenrad maximal ist, verstellt wird, wobei bei einem Wechsel des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine von einem ersten Betriebszustand zu einem zweiten Betriebszustand zum Erhöhen eines Ladedruckes die VTG in Richtung geschlossene Stellung verstellt wird und zum Erniedrigen des Ladedruckes die VTG in Richtung offene Stellung verstellt wird, wobei bei dem Wechsel des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine die Stellung der VTG in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Abgasturboladers von einer Sollstellung für einen momentan gewünschten Ladedruck in Richtung der offenen Stellung der VTG derart verändert wird, dass eine Istdrehzahl des Abgasturboladers unterhalb eines vorbestimmten Drehzahlwertes bleibt, wobei der vorbestimmte Drehzahlwert kleiner oder gleich einer Maximaldrehzahlschwelle für die Betriebsfestigkeit des Abgasturboladers gewählt wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Wechsel des Betriebszustandes sofort oder rampenförmig oder nach einer vorbestimmten Totzeit eine Stellung der VTG ausgehend von der Sollstellung für den momentan gewünschten Ladedruck für eine vorbestimmte Zeitspanne um einen vorbestimmten Wert in Richtung offener Stellung verändert oder ein Schließen der VTG vollständig blockiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Abgasturbolader, der eine Turbine mit Turbinenrad und variabler Turbinengeometrie (VTG) aufweist, wobei die VTG in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine zwischen einer geschlossenen Stellung, in der ein wirksamer Strömungseintrittsquerschnitt zum Turbinenrad minimal ist, und einer offenen Stellung, in der ein wirksamer Strömungseintrittsquerschnitt zum Turbinenrad maximal ist, verstellt wird, wobei bei einem Wechsel des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine von einem ersten Betriebszustand zu einem zweiten Betriebszustand zum Erhöhen eines Ladedruckes die VTG in Richtung geschlossene Stellung verstellt wird und zum Erniedrigen des Ladedruckes die VTG in Richtung offene Stellung verstellt wird, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 100 35 762 A1 ist ein Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine bekannt, der eine Turbine mit variabler Turbinengeometrie zur veränderlichen Einstellung des wirksamen Strömungseintrittquerschnittes zum Turbinenrad aufweist. Zur Kompensation von Verschleiß ist ein eine Endstellung der variablen Turbinengeometrie begrenzender Anschlag vorgesehen, dessen Position veränderlich einstellbar ist.
Aus der DE 198 58 293 C1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie bekannt. Um mit einfachen Mitteln und geringem Aufwand in weiten Betriebsbereichen eine Abgasrückführung unter Vermeidung einer Motorüberlastung zu realisieren, ist ein verfahrbarer Anschlag zur Begrenzung des Stellweges der variablen Turbinengeometrie vorgesehen, wobei der Anschlag zwischen einer den Stellweg der variablen Turbinengeometrie limitierenden Begrenzungsstellung und einer Freigabestellung außerhalb des Stellweges der Turbinengeometrie verstellbar ist.
Im Stand der Technik wird aus Spontanitätsgründen und - zumindest bei Dieselmotoren - zur Verbesserung der Emissionsqualität ein hoher Ladedruck in weiten Betriebsbereichen angestrebt. Damit einher geht eine Zunahme der Turbinen- und Verdichterdrehzahl. Insbesondere im dynamischen Betrieb ist eine kurzzeitige Überhöhung der Laderdrehzahl über die Drehzahl im gleichen stationären Betriebspunkt hinaus möglich. Da die Laderdrehzahl auch kurzzeitig nicht über die betriebsfestigkeitsabhängige Maximaldrehzahlschwelle ansteigen darf, ist stets für diese dynamischen Drehzahlüberschwinger ein Sicherheitsabstand von einigen tausend Umdrehungen/Minute einzuhalten. Dies hat jedoch den Nachteil, dass der im üblichen Betrieb vorliegende Ladedruck niedriger ist, als er sein könnte.
Die JP H11-2 135 A offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine, mit dem vermieden werden soll, dass bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine in großen Höhen der Abgasturbolader der Brennkraftmaschine mit einer Überdrehzahl betrieben wird. Dazu ist vorgesehen, dass bei einem Betrieb des Abgasturboladers nahe der Maximaldrehzahl die VTG geöffnet wird, wenn infolge eines Abfalls des Atmosphärendrucks die Gefahr besteht, dass der Abgasturbolader ansonsten mit Überdrehzahl betrieben würde.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der o.g. Art die Betriebssicherheit der Brennkraftmaschine zu steigern, den Ladedruck zur Emissions- und Drehmomentoptimierung zu steigern und Drehzahlgrenzen der Brennkraftmaschine besser auszunutzen.
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.
Dazu ist es bei einem Verfahren der o.g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei dem Wechsel des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine die Stellung der VTG in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Abgasturboladers von einer Sollstellung für einen momentan gewünschten Ladedruck in Richtung der offenen Stellung der VTG derart verändert wird, dass eine Istdrehzahl des Abgasturboladers unterhalb eines vorbestimmten Drehzahlwertes bleibt, wobei der vorbestimmte Drehzahlwert kleiner oder gleich einer Maximaldrehzahlschwelle für die Betriebsfestigkeit des Abgasturboladers gewählt wird. Dabei wird nach dem Wechsel des Betriebszustandes sofort oder rampenförmig oder nach einer vorbestimmten Totzeit eine Stellung der VTG ausgehend von der Sollstellung für den momentan gewünschten Ladedruck für eine vorbestimmte Zeitspanne um einen vorbestimmten Wert, insbesondere 10%, in Richtung offener Stellung verändert oder ein Schließen der VTG vollständig blockiert.
Dies hat den Vorteil, dass bei einem Wechsel des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine von einem ersten Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand ein Überschwingen der Drehzahl des Abgasturboladers bis über eine Maximaldrehzahlschwelle der Betriebsfestigkeit hinaus wirksam vermieden ist und daher für den ersten und zweiten Betriebszustand der Brennkraftmaschine kein oder ein nur sehr geringer Sicherheitsabstand für die stationäre Drehzahl des Abgasturboladers in diesen Betriebszuständen erforderlich ist. Auf diese Weise kann der Abgasturbolader in jeweiligen Betriebszuständen mit einer stationären Drehzahl näher an der Maximaldrehzahlschwelle der Betriebsfestigkeit betrieben werden, ohne die Gefahr einer Beschädigung des Abgasturboladers aufgrund zu hoher Drehzahl. Dies erzielt insgesamt eine Ladedrucksteigerung mit dem Vorteil der Emissions- und/oder Drehmomentoptimierung.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Wechsel des Betriebszustands der Brennkraftmaschine ein Hochschaltvorgang in einem der Brennkraftmaschine in einem Antriebsstrang nachgeschalteten Getriebe während hoher Last von einer hohen Getriebeübersetzung eines 4. oder höheren Ganges des Getriebes zu einer noch höheren Getriebeübersetzung eines 5. oder höheren Ganges des Getriebes, wobei nach dem Schaltvorgang sofort oder rampenförmig oder nach der vorbestimmten Totzeit eine Stellung der VTG ausgehend von der Sollstellung für den momentan gewünschten Ladedruck für die vorbestimmte Zeitspanne um den vorbestimmten Wert in Richtung offener Stellung verändert oder ein Schließen der VTG vollständig blockiert wird. Die vorbestimmte Zeitspanne ist beispielsweise größer oder gleich 300 ms, 500 ms, 1.000 ms, 1.500 ms oder 2.500 ms. Die vorbestimmte Totzeit ist beispielsweise größer oder gleich 10 ms, 50 ms, 100 ms, 200 ms oder 400 ms. Der vorbestimmte Wert in Richtung offener Stellung wird optional in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Brennkraftmaschine, insbesondere 10% der Sollstellung bei 4.000 1/min, gewählt. Der vorbestimmte Wert in Richtung offener Stellung wird beispielsweise in Abhängigkeit von einer Abgastemperatur T₃ vor der Turbine gewählt oder erhöht. Der vorbestimmte Wert in Richtung offener Stellung wird bevorzugt pro Grad Kelvin, das die Abgastemperatur T₃ vor der Turbine höher ist als 780°C, zu 1% der Sollstellung gewählt oder um 1% der Sollstellung erhöht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Wechsel des Betriebszustands der Brennkraftmaschine ein Übergang von einem unbefeuerten Schubbetrieb in einen befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine, wobei sofort oder rampenförmig oder nach der vorbestimmten Totzeit nach dem Einsetzen der Befeuerung eine Stellung der VTG ausgehend von der Sollstellung für den momentan gewünschten Ladedruck für eine vorbestimmte Zeitspanne um einen vorbestimmten Offsetwert, insbesondere 10%, in Richtung offener Stellung verändert wird. Die vorbestimmte Zeitspanne ist beispielsweise größer oder gleich 300 ms, 500 ms, 1.000 ms, 1.500 ms oder 2.500 ms. Die vorbestimmte Totzeit ist beispielsweise größer oder gleich 10 ms, 50 ms, 100 ms, 200 ms oder 400 ms. Der vorbestimmte Offsetwert wird am Ende der vorbestimmten Zeitspanne, insbesondere rampenförmig, bis auf Null reduziert. Zweckmäßigerweise wird der vorbestimmte Offsetwert in Abhängigkeit von einem Kennfeld aus Motordrehzahl und Einspritzmenge bestimmt. Der Offsetwert wird mit steigender Motordrehzahl und/oder steigender Einspritzmenge erhöht. Der Offsetwert wird bevorzugt nur dann angewendet, wenn eine Last der Brennkraftmaschine gleich oder größer als 60%, 70%, 80% oder 90% der maximal anforderbaren Last beträgt.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist der Wechsel des Betriebszustands der Brennkraftmaschine ein Hochschaltvorgang in einem der Brennkraftmaschine in einem Antriebsstrang nachgeschalteten Getriebe während hoher Last von einer niedrigen Getriebeübersetzung eines 1. oder 2. Ganges des Getriebes zu einer höheren Getriebeübersetzung eines 2. oder 3. Ganges des Getriebes, wobei nach dem Schaltvorgang sofort oder rampenförmig oder nach einer vorbestimmten Totzeit ein einer Regelung für den Ladedruck mit der VTG zugeführter Sollladedruck für eine vorbestimmte Zeitspanne um einen vorbestimmten Wert, insbesondere um 10%, vermindert wird. Die vorbestimmte Zeitspanne t₁ ist beispielsweise größer oder gleich 100 ms, 300 ms, 600 ms, 1.500 ms, 3.000 ms oder 8.000 ms. Die vorbestimmte Totzeit ist beispielsweise größer oder gleich 10 ms, 50 ms, 100 ms, 200 ms oder 400 ms. Die vorbestimmte Zeitspanne t₁ und/oder der vorbestimmte Wert werden in Abhängigkeit von einer Dauer einer dem Schaltvorgang vorausgegangenen Schub- oder Leerlaufphase und/oder einer seit Beendigung dieser Schub- oder Leerlaufphase verstrichenen Zeit t₂ gewählt. Die Zeit t₂ wird beispielsweise größer oder gleich 2 s, 3 s, 5 s oder 10 s gewählt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in

1 eine graphische Darstellung einer Drehzahl eines Abgasturboladers, einer Ist-Stellung einer Schaufelstellung einer variablen Turbinengeometrie und einer Drehzahl über die Zeit bei einem Hochschalten,
2 eine graphische Darstellung einer Drehzahl eines Abgasturboladers, einer Sollstellung einer Schaufelstellung einer variablen Turbinengeometrie und einer Einspritzmenge über die Zeit bei einem Wechsel des Betriebszustandes von einem unbefeuerten Schubbetrieb zum einem befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine und
3 eine graphische Darstellung einer Drehzahl eines Abgasturboladers, eines Soll-Ladedruckes und einer Drehzahl über die Zeit bei einem Hochschalten während eines Anfahrens.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader (ATL), der eine Turbine mit Turbinenrad und variabler Turbinengeometrie (VTG) aufweist, wobei die VTG in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine zwischen einer geschlossenen Stellung, in der ein wirksamer Strömungseintrittsquerschnitt zum Turbinenrad minimal ist, und einer offenen Stellung, in der ein wirksamer Strömungseintrittsquerschnitt zum Turbinenrad maximal ist, verstellt wird
In 1 ist auf einer horizontalen Achse 10 die Zeit aufgetragen und ein erster Graph 12 veranschaulicht einen Verlauf einer Ist-Drehzahl des ATL über die Zeit, ein zweiter Graph 14 veranschaulicht einen Verlauf einer Ist-Stellung von Schaufeln der VTG über die Zeit und ein dritter Graph 16 veranschaulicht einen Verlauf einer Drehzahl der Brennkraftmaschine über die Zeit. Für den zweiten Graph 14 veranschaulicht ein Pfeil 24 eine Verstellung der VTG in Richtung der geschlossenen Stellung 26 sowie eine Verstellung der VTG in Richtung der offenen Stellung 28. Die in 1 dargestellten Verläufe ergeben sich bei einem Hochschalten in einem der Brennkraftmaschine in einem Antriebsstrang nachgeschalteten Getriebe während hoher Last von einer hohen Getriebeübersetzung eines 4. oder höheren Ganges des Getriebes zu einer noch höheren Getriebeübersetzung eines 5. oder höheren Ganges des Getriebes. Hierbei ist die Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug angeordnet und die Ausdrücke „4. Gang“, „5. Gang“ und „höherer Gang“ beziehen sich auf in Kraftfahrzeugen übliche Getriebeübersetzungen für einen vierten, fünften oder höheren Gang. Der zweite Graph 14 weist einen mit einem dickeren Strich dargestellten Abschnitt 18 auf, der eine erfindungsgemäße Änderung der Stellung der VTG von dem Verlauf 20 darstellt, der sich aufgrund der Einstellung der VTG allein aufgrund einer Regelung eines Soll-Ladedruckes ergeben würde. Mit anderen Worten erfolgt im Abschnitt 18 eine Veränderung der Stellung der VTG in Richtung der offenen Stellung abweichend von der Stellung der VTG für die Ladedruckregelung. In der Folge ergibt sich auch für den ersten Graph 12 über einen mit einem dickeren Strich dargestellten Abschnitt 22 ein anderer Verlauf der Drehzahl des ATL über die Zeit. Der Abschnitt 23 des ersten Graphen 12 veranschaulicht den Verlauf der Drehzahl des ATL über die Zeit für die Einstellung der VTG gemäß Abschnitt 20 des zweiten Graphs 14. Der Abschnitt 18 veranschaulicht eine in Abhängigkeit von der Drehzahl und/oder Einspritzmenge vorbestimmte, maximal zulässige Stellung der VTG in Richtung der geschlossenen Stellung 26. Wie aus 1 ersichtlich, wird durch Begrenzen der Schaufelposition der VTG ein Drehzahlüberschwinger vermieden.
In 2 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern wie in 1 bezeichnet, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der 1 verwiesen wird. Im Unterschied zu 1 veranschaulicht der zweite Graph 14 eine Soll-Stellung der Schaufeln der VTG und der dritte Graph 16 eine Einspritzmenge der Brennkraftmaschine. Die in 2 dargestellten Verläufe ergeben sich bei einem Übergang der Brennkraftmaschine von einem unbefeuerten Schubbetrieb zu einem befeuerten Betrieb. Wie aus 2 ersichtlich, wird durch Begrenzen der Schaufelposition der VTG ein Drehzahlüberschwinger vermieden.
In 3 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern wie in 1 bezeichnet, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der 1 verwiesen wird. Im Unterschied zu 1 veranschaulicht der zweite Graph 14 einen Soll-Ladedruck, so dass der Abschnitt 18 eine Rücknahme des Soll-Ladedruckes zeigt und der Abschnitt 20 den herkömmlichen SollLadedruck in diesem Abschnitt. Die Rücknahme des Soll-Ladedruckes im Abschnitt 18 führt unmittelbar zu einer Veränderung der Stellung der VTG in Richtung der offenen Stellung 28 (in 3 nicht dargestellt) sowie zu einem veränderten Verlauf der Drehzahl im Abschnitt 22 des ersten Graphs 12. Wie aus 3 ersichtlich, wird durch Begrenzen der Schaufelposition der VTG ein Drehzahlüberschwinger vermieden. Die in 3 dargestellten Verläufe ergeben sich bei einem Hochschalten in einem der Brennkraftmaschine in einem Antriebsstrang nachgeschalteten Getriebe während hoher Last bei einem Anfahren. Mit 30 sind bei dem dritten Graph 16 die Schaltvorgänge bezeichnet, bei denen die Drehzahl aufgrund der geänderten Getriebeübersetzung dementsprechend abfällt.
Nachfolgend wird der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens bei verschiedenen Wechseln der Betriebszustände der Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug näher beschrieben, wobei zwischen der Brennkraftmaschine und Antriebsrädern ein Getriebe angeordnet ist, welches manuell oder automatisiert schaltbar verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Brennkraftmaschine und den Antriebsrädern einstellt.
1 veranschaulicht einen Hochlast-Hochschaltvorgang, insbesondere bei einem Kraftfahrzeug mit automatisch geschaltetem Getriebe, in hohen Gängen (>3. Gang). Während des Schaltvorgangs wird die Einspritzmenge (nicht dargestellt) zurückgenommen und ein geringerer Sollladedruck (nicht dargestellt) vorgeben. Zur Einregelung des geringeren Ladedrucks werden die VTG-Schaufeln zunächst teilweise geöffnet. Nach Abschluss des Schaltvorganges und abgesenkter Drehzahl wird bei Wiederanstieg der Einspritzmenge in der Regel ein höherer Sollladedruck gefordert, wofür die VTG-Schaufeln schnell Richtung „zu“ verstellt werden. Die Verstelleinheit für die VTG folgt dem Sollsignal mit einer gewissen Verzögerung (ca. 100-300ms). Da die Ist-Stellung temporär noch zu stark geschlossen ist, kann ein Überschwinger (Abschnitt 23) in der Laderdrehzahl 12 auftreten.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, das Schließen der VTG in Abhängigkeit eines Schaltvorgangs für einen applizierbaren Zeitraum (>300/500/1000/1500/2500ms) sofort, rampenförmig oder nach einer applizierbaren Totzeit (>10/50/100/200/400ms) ganz zu blockieren oder um einen zumindest von der Motordrehzahl 16 abhängigen Wert (beispielsweise 10% bei 4000 1/min) zu reduzieren. Sinnvoll ist, zusätzlich die Abgastemperatur vor der Turbine (T₃) mit hinzu zu ziehen und bei hohen Temperaturen die Schließstellung der VTG nochmals weiter zu reduzieren (beispielsweise 1% pro Kelvin bei T₃ > 780°C).
2 veranschaulicht einen Übergang von einer unbefeuerten Schubphase (Einspritzmenge =0) bei eingelegtem Gang in einen befeuerten Betrieb. Bei Erkennen von Schubphasen (Pedalwert = 0, Gesamteinspritzmenge = 0, zumindest aber < 5% der max. Einspritzmenge) wird der Soll-Ladedruck (nicht dargestellt) zurückgenommen und die VTG-Schaufeln werden zunächst geöffnet. Bei länger anhaltenden Schubphasen fällt die Laderdrehzahl 12 so deutlich ab, dass beim Wiedereinsetzen der Befeuerung der Brennkraftmaschine eine längere Hochlaufphase des ATL zu erwarten ist. Daher werden nach einer gewissen Schubdauer die VTG-Schaufeln wieder Richtung „zu“ verstellt, um die Laderdrehzahl 12 auf einem höheren Minimalniveau zu halten. Beim Wiedereinsetzen der Befeuerung wird die Soll-Stellung der VTG-Schaufeln in Richtung „zu“, wahlweise auch Richtung „auf“, verändert. Die Verstelleinheit folgt überdies dem Sollsignal mit einer gewissen Verzögerung (ca. 100 bis 300ms). Da die Ist-Stellung der VTG bezogen auf das Abgasenthalpieangebot temporär noch zu stark geschlossen ist, kann ein Überschwinger (Abschnitt 23 des ersten Graphs 12) in der Laderdrehzahl 12 auftreten.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, beim Wiedereinsetzen der Befeuerung (gekennzeichnet beispielsweise durch eine Gesamteinspritzmenge > 0) vorzugsweise sofort, oder auch rampenförmig oder nach einer applizierbaren Totzeit (>10/50/100/200/400ms) die minimale Öffnung der VTG-Schaufeln für einen applizierbaren Zeitraum um einen vorgebbaren Offset (z.B. 10%) zurückzunehmen. Dieser Offset wird am Ende des applizierbaren Zeitraums vorzugsweise rampenförmig bis auf Null zurückgenommen. Die Höhe des Offsets richtet sich nach einem Kennfeld aus Motordrehzahl und Einspritzmenge und nimmt mit steigender Motordrehzahl und/oder Einspritzmenge tendenziell zu. Ein Offset ist vorzugsweise nur bei hohen Lasten (z.B. >60/70/80/90% des maximalen Pedalwertes) beim Wiedereinsetzen erforderlich.
3 veranschaulicht einen Hochlast-Hochschaltvorgang in niedrigen Gängen (< '3. Gang) beim Anfahren. Aufgrund der hohen Motordrehzahlgradienten in niedrigen Gängen wird beim Anfahren aus dem Stand oder geringen Geschwindigkeiten die max. Laderdrehzahl vor dem Schaltvorgang vom 1. Gang in den zweiten Gang oder vom 2. Gang in den 3. Gang erreicht. Vor den Hochschaltungen können temporär ggü. dem gleichen stationär angefahrenen Betriebspunkt höhere Laderdrehzahlen auftreten. Dies wird insbesondere nach längeren Schub- oder Leerlaufphasen beobachtet. Die Bauteile von Verdichter und Turbine sind dabei zunächst relativ kalt, erwärmen sich aber schnell. Dabei liegen die transienten Wirkungsgrade von Verdichter und Turbine mit dem Resultat einer höheren Laderdrehzahl niedriger als im Stationärzustand. Weiterhin kann die Laderdrehzahl infolge der vergleichsweise kalten Ladeluft und einem damit verbundenen erhöhten Schluckvermögen der Brennkraftmaschine höhere Werte als im Stationärbetrieb annehmen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Soll-Ladedruckvorgabe 14 nach Schub- oder Leerlaufphasen für einen gangabhängigen Zeitraum t₁ (> 100/300/600/1500/3000/8000ms) um einen vorgebbaren Offset (beispielsweise 10%) zu vermindern. Der Wert für t₁ und den Offset sind wiederum abhängig von der Dauer einer vorgeschalteten Schub- oder Leerlaufphase sowie der seit Beendigung dieser Schub- bzw. Leerlaufphase verstrichenen Zeit t₂ (>2/3/5/10/<10s). Alternativ und/oder zusätzlich kann auch die VTG-Stellung Richtung „zu“ begrenzt werden (beispielsweise 10% weniger als Stationärwert).
Die vorstehenden Ausführungen gelten vorzugsweise für VTG-ATLs an Fahrzeugmotoren. Dabei können ein oder mehrere Lader pro Motor oder Zylinderbank verwendet werden, wobei es unerheblich ist, ob diese Lader parallel oder in Reihe geschaltet sind.
Generell gelten die vorstehenden Ausführungen für alle abgasturboaufgeladenen Verbrennungskraftmaschinen mit innerer Verbrennung, insbesondere aber für Dieselmotoren.
Aufgrund der möglichen Emissionsverbesserungen durch Ladedrucksteigerung gelten die Ausführungen insbesondere für Fahrzeuge mit Dieselmotoren, die im neuen europäischen Fahrzyklus (NEFZ) bei NO_x-Rohemissionen einen Wert <300/280/235/200/180/160 mg/km aufweisen und bei denen gleichzeitig die Partikelrohemissionen einen Wert von 35/40/45/50/55/60 mg/km nicht überschreiten oder in anderen Testzyklen ähnliche Emissionsniveaus erreichen.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Abgasturbolader, der eine Turbine mit Turbinenrad und variabler Turbinengeometrie (VTG) aufweist, wobei die VTG in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine zwischen einer geschlossenen Stellung, in der ein wirksamer Strömungseintrittsquerschnitt zum Turbinenrad minimal ist, und einer offenen Stellung, in der ein wirksamer Strömungseintrittsquerschnitt zum Turbinenrad maximal ist, verstellt wird, wobei bei einem Wechsel des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine von einem ersten Betriebszustand zu einem zweiten Betriebszustand zum Erhöhen eines Ladedruckes die VTG in Richtung geschlossene Stellung verstellt wird und zum Erniedrigen des Ladedruckes die VTG in Richtung offene Stellung verstellt wird, wobei bei dem Wechsel des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine die Stellung der VTG in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Abgasturboladers von einer Sollstellung für einen momentan gewünschten Ladedruck in Richtung der offenen Stellung der VTG derart verändert wird, dass eine Istdrehzahl des Abgasturboladers unterhalb eines vorbestimmten Drehzahlwertes bleibt, wobei der vorbestimmte Drehzahlwert kleiner oder gleich einer Maximaldrehzahlschwelle für die Betriebsfestigkeit des Abgasturboladers gewählt wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Wechsel des Betriebszustandes sofort oder rampenförmig oder nach einer vorbestimmten Totzeit eine Stellung der VTG ausgehend von der Sollstellung für den momentan gewünschten Ladedruck für eine vorbestimmte Zeitspanne um einen vorbestimmten Wert in Richtung offener Stellung verändert oder ein Schließen der VTG vollständig blockiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechsel des Betriebszustands der Brennkraftmaschine einen Hochschaltvorgang in einem der Brennkraftmaschine in einem Antriebsstrang nachgeschalteten Getriebe während hoher Last umfasst, insbesondere von einer hohen Getriebeübersetzung eines 4. oder höheren Ganges des Getriebes zu einer noch höheren Getriebeübersetzung eines 5. oder höheren Ganges des Getriebes.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Zeitspanne größer oder gleich 300 ms, 500 ms, 1.000 ms, 1.500 ms oder 2.500 ms ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Totzeit größer oder gleich 10 ms, 50 ms, 100 ms, 200 ms oder 400 ms ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Wert in Richtung offener Stellung in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Brennkraftmaschine, insbesondere 10% der Sollstellung bei 4.000 1/min, gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Wert in Richtung offener Stellung in Abhängigkeit von einer Abgastemperatur T₃ vor der Turbine gewählt oder erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Wert in Richtung offener Stellung pro Grad Kelvin, das die Abgastemperatur T₃ vor der Turbine höher ist als 780°C, zu 1% der Sollstellung gewählt oder um 1% der Sollstellung erhöht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechsel des Betriebszustands der Brennkraftmaschine einen Übergang von einem unbefeuerten Schubbetrieb in einen befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sofort oder rampenförmig oder nach der vorbestimmten Totzeit nach dem Wechsel des Betriebszustands eine Stellung der VTG ausgehend von der Sollstellung für den momentan gewünschten Ladedruck für die vorbestimmte Zeitspanne um einen vorbestimmten Offsetwert, insbesondere 10%, in Richtung offener Stellung verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Offsetwert am Ende der vorbestimmten Zeitspanne, insbesondere rampenförmig, bis auf Null reduziert wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Offsetwert in Abhängigkeit von einem Kennfeld aus Motordrehzahl und Einspritzmenge bestimmt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Offsetwert mit steigender Motordrehzahl und/oder steigender Einspritzmenge erhöht wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Wert bzw. der Offsetwert nur dann angewendet wird, wenn eine Last der Brennkraftmaschine gleich oder größer als 60%, 70%, 80% oder 90% der maximal anforderbaren Last beträgt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechsel des Betriebszustands der Brennkraftmaschine einen Hochschaltvorgang in einem der Brennkraftmaschine in einem Antriebsstrang nachgeschalteten Getriebe während hoher Last umfasst, insbesondere von einer niedrigen Getriebeübersetzung eines 1. oder 2. Ganges des Getriebes zu einer höheren Getriebeübersetzung eines 2. oder 3. Ganges des Getriebes.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Wechsel des Betriebszustands sofort oder rampenförmig oder nach einer vorbestimmten Totzeit ein einer Regelung für den Ladedruck mit der VTG zugeführter Sollladedruck für eine vorbestimmte Zeitspanne t₁ um einen vorbestimmten Wert, insbesondere um 10%, vermindert wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Zeitspanne größer oder gleich 100 ms, 300 ms, 600 ms, 1.500 ms, 3.000 ms oder 8.000 ms ist.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Totzeit größer oder gleich 10 ms, 50 ms, 100 ms, 200 ms oder 400 ms ist.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Zeitspanne t₁ und/oder der vorbestimmte Wert in Abhängigkeit von einer Dauer einer einem Schaltvorgang vorausgegangenen Schub- oder Leerlaufphase und/oder einer seit Beendigung dieser Schub- oder Leerlaufphase verstrichenen Zeit t₂ gewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit t₂ größer oder gleich 2 s, 3 s, 5 s oder 10 s gewählt wird.