DE19936595C1 - Verfahren zum Betrieb einer mittels Abgasturbolader aufgeladenen Brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren zum Betrieb einer mittels Abgasturbolader aufgeladenen BrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer mittels Abgasturbolader aufgeladenen Brennkraftmaschine, wobei eine Turbine (3) mit variabel einstellbarer Turbinengeometrie (5) vom Abgas der Brennkraftmaschine durchströmt ist und einen Verdichter (4) treibt, welcher Ladeluft zur Brennkraftmaschine (1) fördert. DOLLAR A Um bei möglichst genauer Regelung der Abgasrückführungsrate einen hohen Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu gewährleisten, ist vorgesehen, daß die variabel einstellbare Turbinengeometrie (5) ein Stellglied bildet und zur Erhöhung der Abgasrückführungsrate in Richtung Schließstellung mit verringertem Anströmquerschnitt auf die Turbine (3) zugestellt wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer mit
tels Abgasturbolader aufgeladenen Brennkraftmaschine, wobei
durch Öffnen einer Abgasrückführungsleitung ein Teilstrom
des Abgases der Ladeluft beimischbar ist und eine
Reglereinheit die Abgasrückführungsrate des anteilig beige
mischten Abgasstroms einem vorgegebenem Sollwert angleicht,
der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gat
tung.
Die Rückführung von Abgas in die Brennräume der Brennkraft
maschine ist ein bekanntes und bewährtes Mittel zur Absen
kung der Stickoxidemission. Für den Betrieb der Brennkraft
maschine mit optimalem Wirkungsgrad ist allerdings eine ex
akte Bestimmung und Regelung der Abgasrückführungsrate un
verzichtbar, das heißt der Menge des anteilig beigemischten
Abgasstroms.
Aus der DE 196 03 472 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung
der Abgasrückführung bekannt, wobei eine den Abgastrakt mit
dem Ansaugtrakt verbindende Abgasrückführungsleitung mit
tels eines steuerbaren Abgasrückführventils im Öffnungs
querschnitt beeinflußbar ist. Bei dem bekannten Verfahren
wird der Istwert der Abgasrückführrate aus der von einem
Luftmassenmesser gemessenen aktuellen Luftmasse und einer
theoretischen Luftmasse, die sich ohne Abgasrückführung er
geben würde, berechnet. Der Istwert wird einem betriebs
punktabhängig gespeicherten Sollwert für die Abgasrückfüh
rungsrate verglichen und das Abgasrückführventil derart an
gesteuert, daß sich der Sollwert der Abgasrückführungsrate
einstellt. Bei dem Vergleich des gemessenen Frischluft-Vo
lumenstroms mit einem als Kennfeldwert vorliegenden Diffe
renzwert ist die tatsächliche Rückführrate des Abgases nur
annähernd bestimmbar, da aufgrund fertigungsbedingter Unzu
länglichkeiten der Meßeinrichtungen bei der Luftmassenbe
stimmung unabschätzbare Abweichungen zwischen tatsächlichem
Luftmassenstrom und Referenzwert auftreten. Unbestimmbare,
mehr oder weniger große Abweichungen der tatsächlichen
Frischluftmenge können beispielsweise durch Luftfilterein
schlüsse entstehen und bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen
insbesondere aufgrund von Fertigungstoleranzen des Abgas
turboladers. Insbesondere in Lastbereichen, in dem kleine
Abgasrückführmengen einzustellen sind, kann das bekannte
Verfahren keine zufriedenstellenden Ergebnisse liefern und
ist daher für den Betrieb von aufgeladenen Brennkraftma
schinen nicht geeignet, wenn in höheren Lastbereichen klei
ne Abgasrückführmengen bei sauerstoffarmen Kraftstoff/
Luftverhältnissen eingeregelt werden müssen.
Die DE 197 34 494 C1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb
einer aufgeladenen Brennkraftmaschine, wobei die vorlie
gende Abgasrückführrate aus der Messung der jeweiligen Sau
erstoffgehalte der Gasströme jeweils vor und nach der Ein
mündung des Abgasrückführungskanals in die Einlaßleitung
bestimmt wird. Die Abgasrückführrate wird von einer Regler
einheit unter Angleich des ermittelten Istwertes an be
triebspunktabhängig vorgegebene Sollwerte geregelt. Das
Stellglied zur Regelung der Abgasrückführrate ist ein Ab
gasrückführungsventil mit variabel einstellbarem Durch
gangsquerschnitt, welches von der Reglereinheit entspre
chend angesteuert wird. Das bekannte Verfahren sieht des
weiteren eine Regelung des Verbrennungsluftverhältnisses
bei der Gemischbildung in der Brennkraftmaschine vor, wobei
die Abgasrückführrate und der Sauerstoffgehalt im Abgas
strom berücksichtigt werden soll und die Reglereinheit ein
weiteres Stellglied mit Wirkung auf den Frischluft-Massen
strom vor der Einmündung des Abgasrückführungskanals an
steuert. Das Stellglied kann dabei eine variabel einstell
bare Turbinengeometrie der Turbine des Abgasturboladers
sein, wobei die Reglereinheit über einen Stellantrieb auf
das Turbinenleitgitter einwirkt und den Anströmquerschnitt
auf die Turbine variiert. Durch Verstellung des Turbinen
leitgitters wird die Drehzahl des Abgasturboladers und da
mit der Durchsatz des Frischluft-Massenstroms am Verdichter
beeinflußt und so die Rückführrate und das Verbrennungs
luftverhältnis gleichzeitig und voneinander abhängig gere
gelt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren der gattungsgemäßen Art zum Betrieb einer aufge
ladenen Brannkraftmaschine zu schaffen, welches bei mög
lichst genauer Regelung der Abgasrückführungsrate einen ho
hen Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die variabel einstell
bare Turbinengeometrie der Laderturbine das Stellglied zur
Regelung der Abgasrückführungsrate bildet und zur Erhöhung
der Abgasrückführungsrate in Richtung Schließstellung mit
verringertem Anströmquerschnitt auf die Turbine zugestellt
wird. Der Durchsatz der Abgasrückführungsleitung und damit
die Abgasrückführungsrate hängt dabei von dem Druckgefälle
zwischen dem Abgasdruck vor der Turbine und dem Ladedruck
ab, wobei das abgastreibende Druckgefälle unter Ausnutzung
der Stauwirkung der Turbine, die vom Anströmquerschnitt der
Turbine bestimmt ist, einstellbar ist. Im Unterschied zu
den bekannten Verfahren, welche die Abgasrückführungsrate
über den Öffnungsquerschnitt eines Abgasrückführungsventils
einstellen und durch zusätzliche Maßnahmen das erforderli
che Druckgefälle zwischen Abgas und Ladeluft bereitstellen
müssen, ist die Abgasrückführungsrate über die einstellbare
Turbinengeometrie beliebig variierbar. Die Abgasrückfüh
rungsrate ist genau einstellbar und bisher erforderliche
Zusatzmaßnahmen zur Ermöglichung der Abgasrückführung ent
fallen, bei denen entweder der Abgasdruck erhöht und/oder
der Ladedruck reduziert wurde. Solche Maßnahmen, wie etwa
ein auf den Frischluftstrom wirkendes Drosselglied, ver
schlechtern den Ladungswechsel-Wirkungsgrad und erhöhen da
her den Kraftstoffverbrauch. Mit der erfindungsgemäßen Re
gelung der Abgasrückführungsrate über die variabel ein
stellbare Turbinengeometrie als Stellglied ist der Betrieb
der Brennkraftmaschine mit optimalem Wirkungsgrad möglich.
Mit der Verringerung des Anströmquerschnittes auf die Tur
bine durch Verstellung der Turbinengeometrie in Richtung
Schließstellung zum Zwecke der Erhöhung der Abgasrückfüh
rungsrate geht aufgrund der Beschleunigung des Abgasturbo
laders eine Erhöhung des Ladedruckes einher, wobei sich je
doch gezeigt hat, daß im Abgasrückführungsbetrieb die Ände
rung des Ladedruckes mit zunehmender Rückführrate nur noch
sehr gering ist. Die parallele Erhöhung der Rückführrate
und der Laderdrehzahl ist im Abgasrückführungsbetrieb vor
teilhaft, da das Absinken des Verbrennungsluftverhältnisses
in den Brennräumen der Brennkraftmaschine aufgrund höheren
Abgasanteils in der Ladeluft mit den bekannten Nachteilen
für Verbrauch und Partikelemission vermieden werden kann.
Zweckmäßig werden die Abgasrückführungsrate und der Lade
druck der Brennkraftmaschine gekoppelt mit der variabel
einstellbaren Turbinengeometrie als Stellglied geregelt,
wobei die Reglereinheit über das Leitgitter der Turbine ei
nen solchen Anströmquerschnitt einstellt, bei dem sich so
wohl der gewünschte Ladedruck als auch der zugeordnete
Sollwert der Abgasrückführungsrate ergibt. Zur Regelung der
Abgasrückführungsrate und des Ladedruckes ist neben der va
riabel einstellbaren Turbinengeometrie kein weiteres Stell
glied erforderlich, so daß der bauliche Aufwand der Rege
lung gering gehalten ist.
Treten im Betriebskennfeld der Brennkraftmaschine Zustände
auf, bei denen die optimale Abgasrückführungsrate aufgrund
der Koppelung des Ladedruckes und der Abgasrückführungsrate
über die Position der Turbinengeometrie erst bei sehr hohen
Ladedrücken erreicht würde, so ist gemäß einer Weiterbil
dung der Erfindung vorgesehen, aus der Ladeluft stromauf
der Abgasbeimischung Abblasluft abzuzweigen und so den
Ladeluftmassenstrom zu verringern. Die entnommene Abblas
luft kann beispielsweise stromauf des Verdichters des Ab
gasturboladers wieder zugeführt werden oder auch vorteil
haft in ein Druckluftbordnetz eines Fahrzeuges eingespeist
werden, welches von der Brennkraftmaschine getrieben ist.
Der Massenstrom der Abblasluft ist zweckmäßig über den
Durchtrittsquerschnitt eines Abblasventils einstellbar.
Vorteilhaft ist die Abgasrückführungsleitung von einem
Sperrventil verschließbar, welches im Abgasrückführungsbe
trieb der Brennkraftmaschine von der Reglereinheit voll
ständig geöffnet wird. Da die Regelung der Abgasrückfüh
rungsrate über die variabel einstellbare Turbinengeometrie
erfolgt, kann das Sperrventil einfach ausgebildet sein und
ist zwischen zwei Endstellungen umschaltbar. Im Betriebs
punkt der Brennkraftmaschine, in denen keine Abgasrückfüh
rung vorgesehen ist, wird die Abgasrückführungsleitung ge
schlossen.
Die Reglereinheit ermittelt die vorgesehene Position der
Turbinengeometrie in Abhängigkeit von Meßwerten einer
Durchsatzmeßeinrichtung in der Abgasrückführungsleitung
oder/und der Ladeluftleitung stromauf der Abgasbeimischung.
In einer einfachen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver
fahrens wird der Durchsatz an einer der beiden vorgeschla
genen Meßstellen ermittelt und der Reglereinheit eingege
ben, welche durch Verstellung der Turbinengeometrie den
Istwert des Durchsatzes auf einen Sollwert einstellt. Die
Sollwerte des Durchsatzes sind in Abhängigkeit des Be
triebspunktes der Brennkraftmaschine im voraus ermittelt
und in einem Kennfeld elektronisch abgespeichert und zur
bedarfsweisen Entnahme bereitgehalten.
Eine genauere Einstellung der rückgeführten Abgasmenge wird
durch Messung des Durchsatzes sowohl der Abgasrückführungs
leitung als auch des Massenstroms der Ladeluft vor der Ab
gasbeimischung erreicht, wobei die Reglereinheit aus den
beiden Meßwerten die aktuelle Abgasrückführungsrate ermit
telt und als Regelgröße einen Sollwert/Istwert-Vergleich
zur angleichenden Verstellung der Turbinengeometrie zugrun
delegt. Eine noch genauere Bestimmung und Regelung der Ab
gasrückführungsrate ist möglich, wenn zusätzlich die je
weils vorliegende Dichte des beizumischenden Abgases und
der Ladeluft berücksichtigt wird. Die jeweilige Dichte wird
von der Reglereinheit aus Meßwerten der Temperatur und des
Druckes der strömenden Gase ermittelt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an
hand der Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Zeichnungsfigur zeigt eine Brennkraftmaschine
1, welche von einem Abgasturbolader 2 aufgeladen wird. Der
Abgasturbolader 2 besteht in üblicher Weise aus zwei Strö
mungsmaschinen, die über eine Laderwelle starr verbunden
sind, wobei eine Turbine 3 in der Abgasleitung 6 der Brenn
kraftmaschine 1 angeordnet ist und vom Abgas durchströmt
einen Verdichter 4 treibt, welcher Ladeluft zur Brennkraft
maschine fördert. In der Ladeluftleitung 7 zwischen dem
Verdichter 4 und den Zylindern 12 der Brennkraftmaschine 1
ist ein Ladeluftkühler 14 angeordnet. Durch Öffnen einer
Abgasrückführungsleitung 8 zwischen der Abgasleitung 6 und
der Ladeluftleitung 7 ist ein Teilstrom des Abgases strom
auf der Turbine 3 entnehmbar und der Ladeluft beimischbar.
Die Mischstelle 10 des rückgeführten Abgases und der Lade
luft liegt stromab des Ladeluftkühlers 14. Vor dem Einströ
men in die Ladeluftleitung 7 wird das rückgeführte Abgas
von einem Abgaskühler 13 heruntergekühlt, um im Hinblick
auf optimale Abgasemissionen eine unerwünschte Erwärmung
der Verbrennungsluft vor dem Eintritt in die Brennkraftma
schine zu vermeiden.
Die Turbine 3 weist eine variabel einstellbare Turbinengeo
metrie 5 auf, im gezeigten Ausführungsbeispiel ist durch
Verstellung des Turbinen-Leitgitters der Anströmquerschnitt
auf die Turbine veränderbar. Die variable Turbinengeometrie
ist dabei zwischen einer Schließstellung mit minimalem An
strömquerschnitt und der Öffnungsstellung mit größtmögli
chem Anströmquerschnitt auf die Turbine 3 beliebig ver
stellbar. Die variable Turbinengeometrie 5 wird von einer
Reglereinheit 11 angesteuert, welche Stellbefehle VTG für
die Turbinengeometrie in Abhängigkeit des Betriebspunktes
der Brennkraftmaschine berechnet. Zur Bestimmung des vor
liegenden Betriebszustandes der Brennkraftmaschine 1 wird
ein laufend ermittelter Betriebsparameter L der Reglerein
heit 11 eingegeben, beispielsweise die Drehzahl oder der
Lastzustand der Brennkraftmaschine. Die Reglereinheit 11
gleicht die Abgasrückführungsrate des anteilig der Ladeluft
beigemischten Abgasstroms einem vorgegebenen Sollwert für
den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1 an, wobei die
variable Turbinengeometrie 5 das Stellglied der Regelung
der Abgasrückführung bildet.
Zur Erhöhung der Abgasrückführungsrate wird die Turbinen
geometrie 5 in Richtung Schließstellung zugestellt, wodurch
bei verringertem Anströmquerschnitt auf die Turbine das Ab
gas aufgestaut wird und der Abgasdruck somit erhöht wird.
Über die Position der Turbinengeometrie 5 ist das abgas
treibende Druckgefälle zwischen der Abgasleitung 6 und der
Ladeluftleitung 7 entsprechend der Differenz zwischen Ab
gasdruck und Ladedruck genau einstellbar. Das Druckgefälle
zwischen Abgas und Ladeluft bestimmt dabei den Massenstrom
durch die Abgasrückführungsleitung 8. Die Turbinengeometrie
6 bildet neben dem Stellglied für die Regelung der Abgas
rückführung gleichzeitig das Stellglied für die Ladedruck
regelung der Brennkraftmaschine.
In Kennfeldbereichen der Brennkraftmaschine, in denen eine
gewünschte hohe Abgasrückführungsrate und die dazugehörige
Verringerung des Anströmquerschnittes zu einer Überhöhung
des Ladedruckes führen würde, wird der Ladeluft durch Öff
nen eines Abblaskanals 15 vor der Beimischung des rückge
führten Abgases eine Teilmenge entnommen. Der Abblaskanal
15 zweigt im gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen dem
Verdichter 4 und dem Ladeluftkühler 14 aus der Ladeluftlei
tung 7 ab. Es kann auch vorteilhaft sein, die Abblasluft
zwischen dem Ladeluftkühler 14 und einer Durchflußmeßein
richtung 30 abzuführen, welche unten näher erläutert wird.
Ein Abblasventil 16 ist in seinem Durchtrittsquerschnitt
einstellbar und wird von der Reglereinheit 11 mit einem
Stellsignal BY angesteuert. Abhängig vom Durchtrittsquer
schnitts des Abblasventils 16 und dem damit verbundenen
Durchsatz des Abblaskanals 15 ist so der Ladedruck der
Brennkraftmaschine auf den betriebspunktabhängig vorgege
benen Optimalwert des Ladedruckes begrenzbar. Die entnom
mene Abblasluft wird im gezeigten Ausführungsbeispiel
stromauf des Verdichters 4 wieder zugeführt. Die Abblasluft
kann auch vorteilhaft dem Druckluft-Bordnetz eines von der
Brennkraftmaschine getriebenen Fahrzeuges eingespeist wer
den. Der Massenstrom der abzuführenden Abblasluft wird im
Ausführungsbeispiel auf der Grundlage des Brennraumdrucks
der Brennkraftmaschine 1 geregelt, wobei der Reglereinheit
11 das Meßsignal PB eines Drucksensors 17 eingegeben wird,
welcher ins Innere eines Zylinders 12 der Brennkraftmaschi
ne 1 geführt ist.
In Abhängigkeit des eingegebenen Betriebsparameters L ent
nimmt die Reglereinheit einem Kennfeldspeicher 18 den dort
für den vorliegenden Betriebszustand abgelegten Sollwert
der Abgasrückführungsrate und öffnet durch Zuleitung eines
Stellsignals AGR ein Abgasrückführungsventil 9. Das Abgas
rückführungsventil 9 ist zwischen der Schließstellung und
einer Öffnungsstellung mit maximalem Durchtrittsquerschnitt
umschaltbar; die Abgasrückführungsrate wird von der Positi
on der Turbinengeometrie 5 bestimmt. Als Störgrößen im Re
gelkreis der Abgasrückführungsrate wird der jeweilige
Durchsatz in der Abgasrückführungsleitung 8 und der Lade
luftleitung 7 stromauf der Abgasbeimischung 10 gemessen.
Hierzu ist in jeder der Leitungen eine Durchflußmeßeinrich
tung 20, 30 angeordnet, wobei die Messungen jeweils stromab
des in der jeweiligen Leitung angeordneten Kühlers 13, 14
erfolgen. Die Durchflußmeßeinrichtungen 20, 30 bestehen je
weils aus einer Düse bzw. Blende 21, 31, wobei jeweils ein
Differenzdruckaufnehmer 22, 32 den jeweiligen Druckabfall
ΔPA, ΔPL erfaßt und ein entsprechendes Meßsignal der Reg
lereinheit 11 eingibt. Unter Berücksichtigung der geome
trisch festlegenden Durchflußzahl, des Leitungsdurchmessers
und des Öffnungsverhältnisses ist aus dem Meßwert der
Druckdifferenz der jeweilige Massenstrom bestimmbar.
Eine genauere Ermittlung der jeweiligen Gasdurchsätze der
Meßstellen wird erreicht durch Berücksichtigung der Dichte
der jeweiligen Gasströme, welche aus Meßwerten der jeweili
gen Temperatur und des Druckes hergeleitet wird. In der Ab
gasrückführungsleitung 8 ist dabei ein Drucksensor 23 und
ein Temperaturfühler 24 angeordnet, welche der Reglerein
heit 11 zur Bestimmung der Abgasdichte ihre Meßwerte des
Abgasdruckes PA und der Abgastemperatur TA laufend zulei
ten. Analog ist zur Bestimmung der Dichte der Ladeluft ein
Drucksensor 33 und ein Temperaturfühler 34 benachbart der
Durchflußmeßeinrichtung 30 in der Ladeluftleitung 7 ange
ordnet, welche Zustandsinformationen über den Ladedruck PL
und die Ladelufttemperatur TL erzeugen und der Reglerein
heit 11 zur Verfügung stellen. Die Reglereinheit 11 leitet
aus den Zustandsdaten Temperatur TL und Druck PL der Lade
luft sowie dem Druckabfall ΔPL über der Blende 31 den An
teil der verdichteten Frischluft an dem letztlich den Zy
lindern 12 zugeführten Ladeluft und entsprechend aus der
Temperatur TA und des Druckes ΔPA in der Abgasrückführungs
leitung 8 sowie dem Meßsignal ΔPA des Differenzdrucksensors
22 den Anteil des rückgeführten und der Frischluft beige
mischten Abgases. Das Verhältnis des Durchsatzes der Abgas
rückführungsleitung zur Summe beider ermittelten Massen
durchsätze bildet die Rückführungsrate, welche von der Reg
lereinheit 11 als Regelgröße einem Istwert/Sollwert-Ver
gleich zur Bestimmung der Stellbefehle VTG für die Turbi
nengeometrie 5 herangezogen wird.
In einfachen Anwendungsfällen kann die Rückführrate auch
ausschließlich aus den Meßsignalen des rückgeführten Abga
ses oder der Ladeluft vor der Abgasbeimischung hergeleitet
werden. Dabei wird die am jeweils entsprechenden Differenz-
Drucksensor 22, 32 gemessene Druckdifferenz als Steuergröße
für die variable Turbinengeometrie 5 herangezogen und mit
Sollwerten S aus dem Kennfeldspeicher 18 verglichen.
Die Ansteuerung des Abblasventils 16 kann alternativ oder
zusätzlich zum Brennraumdrucksignal PB des Drucksensors 17
auch auf der Grundlage der Durchsatzmessung in der Lade
luftleitung 7 oder in einfachen Fällen, abhängig vom Druck
PL, gemessen von dem Drucksensor 33 vor der Mischstelle 10
des Abgases mit der Ladeluft erfolgen. Der Temperaturmeß
wert TA des rückgeführten Abgases wird zweckmäßig zur Funk
tionsüberwachung des Abgaskühlers 13 in der Abgasrückfüh
rungsleitung 8 herangezogen. Ebenso ist der Ladeluftkühler
14 auf der Grundlage der Ladelufttemperatur TL überwachbar.
Claims (11)
1. Verfahren zum Betrieb einer mittels Abgasturbolader
(2) aufgeladenen Brennkraftmaschine (1), wobei eine
Turbine (3) mit variabel einstellbarer Turbinengeome
trie (5) vom Abgas der Brennkraftmaschine (1) durch
strömt ist und einen Verdichter (4) treibt, welcher
Ladeluft zur Brennkraftmaschine (1) fördert, wobei
durch Öffnen einer Abgasrückführungsleitung (8) mit
tels eines Abgasrückführungsventils (9) ein Teilstrom
des Abgases stromauf der Turbine (3) entnehmbar und
der Ladeluft beimischbar ist, wobei eine Reglereinheit
(11) auf der Grundlage von Meßwerten (ΔPA, TA, PA, TL,
PL, ΔPL) die Abgasrückführungsrate des anteilig beige
mischten Abgasstroms einem vorgegebenem Sollwert (S)
für den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine durch
entsprechende Steuerung eines Stellgliedes (5) an
gleicht,
dadurch gekennzeichnet, daß die variabel einstellbare
Turbinengeometrie (5) das Stellglied bildet und zur
Erhöhung der Abgasrückführungsrate in Richtung
Schließstellung mit verringertem Anströmquerschnitt
auf die Turbine (3) zugestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasrückführungsven
til (9) zwischen einer Schließstellung und einer Öff
nungsstellung mit maximalem Durchtrittsquerschnitt für
den Abgasrückführungsbetrieb von der Reglereinheit
(11) umschaltbar ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Reglereinheit (11) der
Meßwert (ΔPA, ΔPL) einer Durchsatzmeßeinrichtung (20,
30) in der Abgasrückführungsleitung (8) oder der Lade
luftleitung (7) stromauf der Abgasbeimischung (10)
eingegeben wird und die Reglereinheit (11) durch Ver
stellung der Turbinengeometrie den Durchsatz auf einen
Sollwert einstellt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Durchsatz der Abgas
rückführungsleitung (8) und der Massenstrom der Lade
luft vor der Abgasbeimischung (10) gemessen wird und
die Reglereinheit (11) aus den Meßwerten (ΔPA, ΔPL)
die aktuelle Abgasrückführungsrate ermittelt, welche
als Regelgröße einem Sollwert/Istwert-Vergleich zur
angleichenden Verstellung der Turbinengeometrie (5)
zugrundegelegt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Reglereinheit (11) aus
Meßwerten der Temperatur (TA, TL) und des Druckes (PA,
PL) der strömenden Gase an den Durchsatzmeßeinrichtun
gen (20, 30) die jeweils vorliegende Dichte bestimmt
und bei der Ermittlung der Abgasrückführungsrate be
rücksichtigt.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturmeßwert (TA,
TL) zur Funktionsüberwachung eines stromauf der Durch
satzmeßeinrichtung (20, 30) angeordneten Durchflußküh
lers (13, 14) herangezogen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasrückführungsrate
und der Ladedruck der Brennkraftmaschine (1) mit der
variabel einstellbaren Turbinengeometrie (5) als
Stellglied gekoppelt geregelt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß bei überschreiten eines
betriebspunktabhängig vorgegebenen Ladedruckes der
Brennkraftmaschine (1) ein aus der Ladeluftleitung (7)
abzweigender Abblaskanal (15) durch Öffnen eines Ven
tils (16) freigegeben wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abblasluft stromauf
der Abgasbeimischung (10) entnommen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die abzuführende Abblas
luft von dem Verdichter (4) oder in ein Druckluft-
Bordnetz eines von der Brennkraftmaschine (1) getrie
benen Fahrzeugs eingespeist wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß der Massenstrom der abzu
führenden Abblasluft auf der Grundlage des Durchfluß
meßwertes (ΔPL) der Ladeluft oder des Drucksensors
(33) stromauf der Abgasbeimischung in der Ladeluftlei
tung (7) und/oder eines Meßsignals (PB) mit Aussage
über den Brennraumdruck in den Zylindern (12) der
Brennkraftmaschine (1) geregelt wird.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19936595A DE19936595C1 (de) | 1999-08-04 | 1999-08-04 | Verfahren zum Betrieb einer mittels Abgasturbolader aufgeladenen Brennkraftmaschine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19936595A DE19936595C1 (de) | 1999-08-04 | 1999-08-04 | Verfahren zum Betrieb einer mittels Abgasturbolader aufgeladenen Brennkraftmaschine |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19936595C1 true DE19936595C1 (de) | 2000-08-03 |
Family
ID=7917087
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE19936595A Expired - Fee Related DE19936595C1 (de) | 1999-08-04 | 1999-08-04 | Verfahren zum Betrieb einer mittels Abgasturbolader aufgeladenen Brennkraftmaschine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19936595C1 (de) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10158250A1 (de) * | 2001-11-28 | 2003-06-18 | Volkswagen Ag | Verfahren zur Bestimmung des Frischluftmassenstroms eines Verbrennungsmotors mit Abgasrückführung und entsprechend ausgestaltetes Steuersystem für einen Verbrennungsmotor |
| US7174713B2 (en) | 2001-11-28 | 2007-02-13 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Method for determination of composition of the gas mixture in a combustion chamber of an internal combustion engine with exhaust gas recirculation and correspondingly configured control system for an internal combustion engine |
| DE102009006966A1 (de) * | 2009-01-31 | 2010-08-05 | Volkswagen Ag | Verfahren zum Regeln eines Ladeluftkühlers |
| DE102010038326A1 (de) * | 2010-07-23 | 2012-01-26 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Erhöhung des Abgasrückführstroms oder der Abgasrückführrate bei bereits offenem Abgasrückführventil |
| FR3058471A1 (fr) * | 2016-11-04 | 2018-05-11 | Renault S.A.S | Procede de commande d'un moteur thermique suralimente comprenant une ligne de recirculation des gaz d'echappement. |
| FR3132546A1 (fr) * | 2022-02-10 | 2023-08-11 | Renault S.A.S | Procédé de contrôle du débit dans un conduit de recirculation partielle de gaz d’échappement à l’admission d’un moteur et dispositif associé |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19603472A1 (de) * | 1996-01-31 | 1997-08-07 | Siemens Ag | Verfahren zur Steuerung einer Abgasrückführvorrichtung einer Brennkraftmaschine |
| DE19734494C1 (de) * | 1997-08-08 | 1998-10-08 | Daimler Benz Ag | Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine |
-
1999
- 1999-08-04 DE DE19936595A patent/DE19936595C1/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19603472A1 (de) * | 1996-01-31 | 1997-08-07 | Siemens Ag | Verfahren zur Steuerung einer Abgasrückführvorrichtung einer Brennkraftmaschine |
| DE19734494C1 (de) * | 1997-08-08 | 1998-10-08 | Daimler Benz Ag | Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10158250A1 (de) * | 2001-11-28 | 2003-06-18 | Volkswagen Ag | Verfahren zur Bestimmung des Frischluftmassenstroms eines Verbrennungsmotors mit Abgasrückführung und entsprechend ausgestaltetes Steuersystem für einen Verbrennungsmotor |
| US7174713B2 (en) | 2001-11-28 | 2007-02-13 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Method for determination of composition of the gas mixture in a combustion chamber of an internal combustion engine with exhaust gas recirculation and correspondingly configured control system for an internal combustion engine |
| DE102009006966A1 (de) * | 2009-01-31 | 2010-08-05 | Volkswagen Ag | Verfahren zum Regeln eines Ladeluftkühlers |
| EP2213859A3 (de) * | 2009-01-31 | 2014-11-05 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Verfahren zum Regeln eines Ladeluftkühlers |
| DE102010038326A1 (de) * | 2010-07-23 | 2012-01-26 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Erhöhung des Abgasrückführstroms oder der Abgasrückführrate bei bereits offenem Abgasrückführventil |
| DE102010038326B4 (de) * | 2010-07-23 | 2012-05-16 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Erhöhung des Abgasrückführstroms oder der Abgasrückführrate bei bereits offenem Abgasrückführventil |
| FR3058471A1 (fr) * | 2016-11-04 | 2018-05-11 | Renault S.A.S | Procede de commande d'un moteur thermique suralimente comprenant une ligne de recirculation des gaz d'echappement. |
| FR3132546A1 (fr) * | 2022-02-10 | 2023-08-11 | Renault S.A.S | Procédé de contrôle du débit dans un conduit de recirculation partielle de gaz d’échappement à l’admission d’un moteur et dispositif associé |
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