DE102009027385A1

DE102009027385A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102009027385A1
Application number: DE102009027385A
Authority: DE
Inventors: Michael Baeuerle; Martin Klenk; Udo Sieber
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-07-01
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2011-01-05
Also published as: US20110004393A1; CN101943067A; CN101943067B; US8495991B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), bei welchem einem Brennraum (12) der Brennkraftmaschine (10) Verbrennungsluft zugeführt wird, welche mittels einer Impulsaufladeeinrichtung (32) verdichtet wird, wobei die Impulsaufladeeinrichtung (32) derart angesteuert wird, dass wahlweise in einer ersten Betriebsart eine Verdichtung der Verbrennungsluft zur Unterstützung eines Verdichters (36) eines Turboladers (40) erfolgt oder in einer zweiten Betriebsart eine Abkühlung von mittels des Verdichters (36) verdichteter Verbrennungsluft.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei welchem einem Brennraum der Brennkraftmaschine Verbrennungsluft zugeführt wird, welche mittels einer Impulsaufladeeinrichtung verdichtet wird.
Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm sowie ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine.
Eine Impulsaufladeeinrichtung wird verwendet, um den Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine während eines Ansaugkontakts zu verschließen, so dass in dem Brennraum während der Bewegung eines Kolbens der Brennkraftmaschine in Richtung auf einen unteren Totpunkt ein Unterdruck entsteht. Wird dann die Impulsaufladeeinrichtung schlagartig geöffnet, wird durch den Unterdruck im Brennraum die Ansaugluftsäule beschleunigt, so dass eine impulsartige Druckwelle entsteht, welche in den Brennraum eindringt. Durch rechtzeitiges Schließen der Impulsaufladeeinrichtung kann dann ein Entweichen der Überdruckwelle verhindert werden, so dass insgesamt eine Verdichtung der Verbrennungsluft bewirkt wird.
Eine Verdichtung der Verbrennungsluft trägt dazu bei, das Drehmomentverhalten einer Brennkraftmaschine zu verbessern. Jedoch geht eine Verdichtung der Verbrennungsluft auch mit einer unerwünschten Erhöhung der Klopfneigung einer Brennkraftmaschine einher.
Offenbarung der Erfindung
Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, mit welchem das Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine verbessert und eine Klopfneigung der Brennkraftmaschine verringert wird.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass wahlweise in einer ersten Betriebsart eine Verdichtung der Verbrennungsluft zur Unterstützung eines Verdichters eines Turboladers erfolgt oder in einer zweiten Betriebsart eine Abkühlung von mittels des Verdichters verdichteter Verbrennungsluft.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Darüber hinaus finden sich für die Erfindung wichtige Merkmale in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die Impulsaufladeeinrichtung sowohl für eine Verdichtung der Verbrennungsluft als auch für eine Abkühlung von Verbrennungsluft zu verwenden, welche mittels eines Turboladers verdichtet wird. Für eine Abkühlung der Verbrennungsluft wird die Impulsaufladeeinrichtung so angesteuert, dass in einem Brennraum der Brennkraftmaschine ein Expansionsvorgang stattfinden kann, welcher eine Impulskühlung des Brennraums bewirkt.
Die Impulsaufladeeinrichtung kann ein Impulsaufladeventil umfassen, welches separat von einem Einlassventil des Brennraums vorgesehen ist. Dies ermöglicht es, zwischen dem Impulsaufladeventil und dem Einlassventil einen Speicherraum zum Speichern von Ansaugluft zu schaffen.
Es ist aber auch möglich, dass die Impulsaufladeeinrichtung ein Impulsaufladeventil umfasst, welches in Form eines Einlassventils des Brennraums vorgesehen ist. Hierdurch kann eine besonders einfach aufgebaute Impulsaufladeeinrichtung geschaffen werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass in der ersten Betriebsart nach einem Schließen und anschließendem Öffnen der Impulsaufladeeinrichtung ein Schließen der Impulsaufladeeinrichtung zu einem Zeitpunkt erfolgt, in welchem die Verbrennungsluft maximal verdichtet ist. Auf diese Weise kann eine maximale Unterstützung des Verdichters des Turboladers erreicht werden.
Bevorzugt ist es ferner, wenn in der zweiten Betriebsart nach einem Schließen und anschließendem Öffnen der Impulsaufladeeinrichtung ein Schließen der Impulsaufladeeinrichtung zu einem Zeitpunkt erfolgt, in welchem die Verbrennungsluft minimal verdichtet ist. Im Vergleich zu der ersten Betriebsart kann die Impulsaufladeeinrichtung beispielsweise früher oder später erfolgen.
Bevorzugt ist es ferner, wenn das Verfahren ausgehend von einem Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine übergehend in einen Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine durchgeführt wird. Bei einem solchen Betriebswechsel ist eine Unterstützung eines Turboladers mittels einer Impulsaufladung besonders vorteilhaft, da im Vergleich zu einer Aufladung lediglich mittels des Turboladers Verbrennungsluft schneller aufgeladen werden kann, so dass früher ein höheres Drehmoment bereitgestellt werden kann.
In vorteilhafter Weise wird die erste Betriebsart gewählt, wenn die Brennkraftmaschine eine vorgebbare maximale Drehzahl unterschreitet und/oder wenn ein Zündwinkelwirkungsgrad einen vorgebbaren Mindestwirkungsgrad überschreitet. Hierdurch kann das Ansprechen der Brennkraftmaschine insbesondere bei niedrigen Drehzahlen verbessert werden, indem ein zusätzlicher Ladedruck bereitgestellt wird. Indirekt wird hierdurch auch der Wirkungsgrad der Turbine und des Verdichters eines Abgasturboladers erhöht.
Der Zündwinkelwirkungsgrad beschreibt das Verhältnis aus einem optimalen Wirkungsgrad mit optimalem Zündwinkel und ohne aktiver Klopfbegrenzung zu einem aktuellen Wirkungsgrad, bei welchem sich der Zündwinkel an der Klopfgrenze befindet. Mit steigender Last steigt die Klopfbegrenzung und der Zündwinkelwirkungsgrad sinkt.
Die zweite Betriebsart wird in vorteilhafter Weise gewählt, wenn die Brennkraftmaschine eine vorgebbare minimale Drehzahl überschreitet und/oder wenn ein Zündwinkelwirkungsgrad einen vorgebbaren Grenzwert unterschreitet. Diese ermöglicht es, die Impulsaufladeeinrichtung nicht zur Unterstützung einer Turboaufladung, sondern zur Ladeluftkühlung und somit zur Verbesserung des Zündwinkelwirkungsgrads einzusetzen. Hierdurch ist berücksichtigt, dass ein Abgasturbolader mit steigender Last- und Drehzahl zunehmend weniger Unterstützungsbedarf hat.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt in der ersten Betriebsart und/oder der zweiten Betriebsart ein Ladungswechsel, bei welchem zumindest zeitweise die Impulsaufladeeinrichtung und ein Auslassventil des Brennraums gleichzeitig geöffnet sind. Dies kann auch als „Scavenging” bezeichnet werden. Beispielsweise ist die Impulsaufladeeinrichtung für wenige Grad Kurbelwellenwinkel (beispielsweise 10°) zumindest teilweise geöffnet. Erst im Anschluss hieran wird die Impulsaufladeeinrichtung zur Unterdruckgenerierung geschlossen. Dieses Vorgehen hat den Vorteil einer Reduzierung des Restgases im Brennraum, einer weiteren Minderung der Klopfneigung, einer weiteren Füllungsverbesserung des Brennraums sowie einer zusätzlichen Unterstützung eines Abgasturboladers.
Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms, das auf einem elektronischen Speichermedium abspeicherbar ist und in dieser Form einem die Brennkraftmaschine steuernden Steuergerät zugewiesen werden kann.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Darstellung eine Brennkraftmaschine mit einer Impulsaufladeeinrichtung;
2 einen schematische Darstellung eines Ablauf eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine;
3 eine schematische Darstellung zum Betrieb der Impulsaufladeeinrichtung in einer ersten Betriebsart; und
4 eine schematische Darstellung zum Betrieb der Impulsaufladeeinrichtung in einer zweiten Betriebsart.
In 1 ist eine Brennkraftmaschine schematisch dargestellt und insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Brennkraftmaschine 10 weist mindestens einen Brennraum 12 auf, in welchem ein Kolben 14 mittels einer nicht dargestellten Kurbelwelle auf und ab bewegt wird. Zur Steuerung von Verbrennungsluft, welches in den Brennraum 12 eingeführt wird, ist ein Einlassventil 16 vorgesehen. Zur Steuerung von Abgas, welches aus dem Brennraum 12 abgeführt wird, ist ein Auslassventil 18 vorgesehen.
Die Brennkraftmaschine 10 umfasst einen Luftfilter 20 zum Filtern von Frischluft. Zur Steuerung eines gefilterten Frischluftstroms ist eine Drosselklappe 22 vorgesehen. Die Drosselklappe 22 wird mit Hilfe eines Steuergeräts 24 angesteuert, welches hierzu Signale eines Fahrpedals 26 verarbeitet.
Der Drosselklappe 22 ist ein Sammelbereich 28 nachgeschaltet, welcher in einem Ansaugkanal 30 mündet. In dem Ansaugkanal 30 ist eine Impulsaufladeeinrichtung 32 vorgesehen, welche ein Impulsaufladeventil 34 umfasst, mit welchem der Ansaugkanal 30 verschlossen oder geöffnet werden kann.
Zur Verdichtung von Frischluft ist ein Verdichter 36 vorgesehen, welcher mit Hilfe einer Turbine 38 angetrieben wird. Die Turbine 38 wird ihrerseits durch aus dem Brennraum 12 abgeführtes Abgas angetrieben. Der Verdichter 36 und die Turbine 38 bilden gemeinsam einen Turbolader 40.
Zur Kühlung von mit Hilfe des Turboladers verdichteter Verbrennungsluft ist ein Ladeluftkühler 42 vorgesehen.
Aus dem Brennraum 12 abgeführtes Abgas wird durch die Turbinen 38 geleitet und gelangt zu einer Abgasabführung 44.
Zur Steuerung eines der Turbine 38 zugeführten Abgasstroms können entsprechende Ventile, beispielsweise ein Abgasregelventil und/oder insbesondere regelbare Bypässe vorhanden sein.
Das Steuergerät 24 steuert das Impulsaufladeventil 34 der Impulsaufladeeinrichtung 32. Um die Brennkraftmaschine 10 so zu betreiben, dass sowohl ein hohes Drehmoment bereitgestellt werden kann, als auch ein klopfender Betrieb vermieden werden kann, wird ein in 2 schematisch dargestelltes Verfahren durchlaufen.
In einer Phase 46 wird durch Betätigung des Fahrpedals 26 ein Volllastbetriebspunkt der Brennkraftmaschine 10 angefordert. In einer Phase 48 wird die Drosselklappe 22 geöffnet, so dass in dem Ansaugkanal 30 ein Druckaufbau, insbesondere auf Umgebungsdruck, erfolgt.
In einer Phase 50 wird die Impulsaufladeeinrichtung 32 in einer ersten Betriebsart betrieben (vergleiche 3).
In einer Phase 52 wird die Impulsaufladeeinrichtung 32 in einer zweiten Betriebsart betrieben (vergleiche 4).
Die Phase 50 (erste Betriebsart, 3) wird durchlaufen, wenn eine oder mehrere Bedingungen 54 erfüllt sind. Insbesondere müssen alle der folgenden Bedingungen erfüllt sein: (1.) der Zündwinkelwirkungsgrad ist größer als ein vorgebbarer Grenzwert, (2.) die Drehzahl der Brennkraftmaschine 10 ist kleiner als eine vorgebbare maximale Drehzahl (beispielsweise kleiner als ungefähr 2000 Umdrehungen pro Minute). Sind die vorstehend genannten Bedingungen erfüllt, können in einer optionalen Phase 56 im Bereich eines Ladungswechsel-OT das Impulsaufladeventil 34 und das Auslassventil 18 gleichzeitig geöffnet werden (”scavenging”).
Während eines Einlasstakts der Brennkraftmaschine 10 wird die Impulsaufladeeinrichtung 32 zunächst geschlossen, dann wieder geöffnet und zu einem Zeitpunkt geschlossen, in welchem in dem Brennraum 12 ein Druckmaximum p_max vorliegt.
Der Durchlauf der Phase 52 (zweite Betriebsart, 4) ist vorzugsweise an die Erfüllung mindestens einer der folgenden Bedingungen 58, insbesondere der Erfüllung sämtlicher der folgenden Bedingungen 58, geknüpft: (1.) der Zündwinkelwirkungsgrad ist kleiner als ein vorgegebener Grenzwert, (2.) die Drehzahl der Brennkraftmaschine 10 größer als eine vorgegebene Mindestdrehzahl (beispielsweise größer als ungefähr 2000 Umdrehungen pro Minute).
Bei Erfüllung der Bedingung 58 kann wiederum fakultativ die Phase 56 durchlaufen werden, welche bereits vorstehend unter Bezugnahme auf die Phase 50 beschrieben wurde.
Nach Schließen und Öffnen der Impulsaufladeeinrichtung 32 wird diese zu einem Zeitpunkt geschlossen, in welchem im Brennraum 12 ein minimaler Druck vorliegt. Hierdurch kann das Klopfverhalten der Brennkraftmaschine 10 durch Expansion und entsprechende Kühlung der Ladeluft verbessert werden.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), bei welchem einem Brennraum (12) der Brennkraftmaschine (10) Verbrennungsluft zugeführt wird, welche mittels einer Impulsaufladeeinrichtung (32) verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsaufladeeinrichtung (32) derart angesteuert wird, dass wahlweise in einer ersten Betriebsart eine Verdichtung der Verbrennungsluft zur Unterstützung eines Verdichters (36) eines Turboladers (40) erfolgt oder in einer zweiten Betriebsart eine Abkühlung von mittels des Verdichters (36) verdichteter Verbrennungsluft.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsaufladeeinrichtung (32) ein Impulsaufladeventil (34) umfasst, welches separat von einem Einlassventil (16) des Brennraums (12) vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Impulsaufladeeinrichtung (32) ein Impulsaufladeventil (34) umfasst, welches in Form eines Einlassventils (16) des Brennraums (12) vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Betriebsart nach einem Schließen und anschließendem Öffnen der Impulsaufladeeinrichtung (32) ein Schließen der Impulsaufladeeinrichtung (32) zu einem Zeitpunkt erfolgt, in welchem die Verbrennungsluft maximal verdichtet ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Betriebsart nach einem Schließen und anschließendem Öffnen der Impulsaufladeeinrichtung (32) ein Schließen der Impulsaufladeeinrichtung (32) zu einem Zeitpunkt erfolgt, in welchem die Verbrennungsluft minimal verdichtet ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ausgehend von einem Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine (10) übergehend in einen Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine (10) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Betriebsart gewählt wird, wenn die Brennkraftmaschine (10) eine vorgebbare maximale Drehzahl unterschreitet und/oder wenn ein Zündwinkelwirkungsgrad einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Betriebsart gewählt wird, wenn die Brennkraftmaschine (10) eine vorgebbare minimale Drehzahl überschreitet und/oder wenn ein Zündwinkelwirkungsgrad einen vorgebbaren Grenzwert unterschreitet.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Betriebsart und/oder der zweiten Betriebsart ein Ladungswechsel erfolgt, bei welchem zumindest zeitweise die Impulsaufladeeinrichtung (32) und ein Auslassventil (18) des Brennraums (12) gleichzeitig geöffnet sind.
Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Ausführung des Verfahrens nach einem der voranstehenden Ansprüche programmiert ist.
Steuergerät (24) für eine Brennkraftmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (24) zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 konfiguriert ist.