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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Diesel-Brennkraftmaschine, mit einem Abgasturbolader mit einem in einer Abgasleitung angeordneten Turbinenteil und einem in einer Ladeluftleitung angeordneten Verdichterteil, wobei stromaufwärts des Turbinenteiles in der Abgasleitung ein Abblaseventil angeordnet ist, welches in Abhängigkeit des Ladedruckes betätigbar ist.
Es ist bekannt, zur Regelung des Ladedruckes bei Brennkraftmaschinen Abgasturbolader mit turbinenseitigem Abblaseventil zu verwenden, um den Ladedruck an der Vollast zu begrenzen. Dadurch können bei niedrigen Motordrehzahlen höhere Drehmomente erzeugt werden, ohne den Ladedruck bei hohen Motordrehzahlen über einen maximalen zulässigen Wert ansteigen zu lassen.
Als Stellglied für das Abblaseventil wird dabei üblicherweise eine federbelastete Membrandose verwendet, welche mit Ladedruck beaufschlagt ist. Ab einem bestimmten Ladedruck wird das Abblaseventil über die Membrandose entgegen der Kraft einer Rückstellfeder geöffnet. Abhängig von der Entnahmeposition des Ladedruckes in der Austrittsspirale des Verdichters kann eine über der Motordrehzahl leicht steigende, konstante oder leicht fallende lineare Ladedruck-Charakteristik eingestellt werden. Die Limitierung des Ladedruckes ab einem voreingestellten Wert hat aber den Nachteil, dass mit zunehmender Motordrehzahl ab dem Punkt mit dem maximalen Drehmoment die Massenemission von Schadstoffen unnötig hoch ist.
Bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ist es bekannt, das Abblaseventil über eine elektronische Steuereinheit in Abhängigkeit der Drehzahl, der Temperatur, des Ladedruckes, der Ladelufttemperatur und der Drosselklappenstellung zu regeln, um den Abgasturbolader und die Brennkraftmaschine wirkungsgradoptimal zu betreiben. Brennkraftmaschinen mit derartger Ladeluftregelung sind aus der US 4 697 421 A oder der US 4 763 475 A bekannt. Bei derartigen Brennkraftmaschinen ist der Ladedruck stets leistungsbesümmend, was insbesonders im transienten Betrieb im Teillastbereich zu unerwünschtem Motorverhalten führt.
Weiters ist es bekannt, den Ladedruck durch Veränderung der Turbinengeometrie den Erfordernissen anzupassen.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Diesel-Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art die Emissionen auf einfache Weise zu verbessern.
Erfindungsgemäss erfolgt dies dadurch, dass der Ladedruckverlauf an den Drehmomentverlauf des Motors angeglichen wird, wobei der Ist-Ladedruck mit einem in einer Steuereinheit abgelegten Soll-Ladedruck-Verlauf über der Drehzahl verglichen und aus dem Vergleich ein Korrektursignal erzeugt wird, mit welchem das Abblaseventil betätigt wird. Dadurch gelingt es, die Volumskonzentration der limitierten Schadstoffe weniger ansteigen zu lassen, als der Abgasmassenstrom wegen des abnehmenden Ladedruckes abnimmt. Emissionen können so-
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mit entscheidend verbessert werden. Da der motorinteme Arbeitsaufwand für den Gaswechsel niedriger ist, als bei einer Brennkraftmaschine mit konstantem Ladedruck, kann auch eine Verminderung des Kraftstoffverbrauches erzielt werden, ohne dass die momentane Leistung jeweils vermindert wird.
Das Abblaseventil wird entweder direkt, beispielsweise elektromagnetisch, oder indirekt über ein Stellglied betätigt. Das Stellglied besteht beispielsweise aus einer pneumatischen Dose, welche ihre Hilfsenergie vom Ladedruck bezieht. Die Hilfsenergie kann aber genauso von einem Druckluftsystem des Fahrzeuges, beispielsweise einem Luft-Brems-System bezogen werden oder auch elektrischer Art sein. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Abblaseventil indirekt über ein in einer mit dem Abblaseventil verbundenen Luftleitung angeordnetes und mit der Steuereinheit verbundenes Steuerventil betätigt wird. Das Steuerventil ist beispielsweise zwischen Ladeluftleitung und Abblaseventil angeordnet.
Ist die komprimierte Luft die Hilfsenergie, so wird der zur Verfügung stehende Druck über das elektrische Steuerventil so moduliert, dass das Stellglied den Erfordernissen entsprechend bewegt wird. Wird ein elektrischer Aktuator als Stellglied verwendet, so kann dieser direkt von der Motorelektronik angesteuert werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 bis 3 Schemadarstellungen von erfindungsgemässen Brennkraftmaschinen in drei verschiedenen Ausführungsvarianten und Fig. 4 ein Diagramm in welchem Drehmoment und Ladedruck über der Drehzahl aufgetragen ist.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen schematisch jeweils eine Dieselbrennkraftmaschine 1 mit einem Einlasssystem 2 und einem Auslasssystem 3, sowie einem Abgasturbolader 4. Der Abgasturbolader 4 weist einen in der Ladeluftleitung 5 angeordneten Verdichterteil 6 und einen in der Abgasleitung 7 angeordneten Turbinenteil 8 auf. Stromaufwärts des Turbinenteiles 8 ist in der Abgasleitung 7 ein Abblaseventil 9 angeordnet, welches pneumatisch über eine Dose 10 betätigt wird. Durch Druckbeaufschlagung der Dose 10 wird das Abblaseventil 9 über eine Membran 11 entgegen einer Rückstellfeder 12 geöffnet. Durch Öffnung des Abblaseventiles 9 wird Abgas am Turbinenteil 8 vorbeigeleitet.
Die Druckdose 10 steht über eine Luftleitung 13 mit der Ladeluftleitung 5 in Verbindung, wobei in der Luftleitung 13 ein Steuerventil 14 angeordnet ist (Fig. 1 und 3). Zwischen dem Steuerventil 14 und der Ladeluftleitung 5 ist in der Ausführungsvariante gemäss Fig. 1 eine Drossel 15 vorgesehen. Dieses Steuerventil 14 kann auch als Einwegventil stromabwärts der Drossel 15 angeordnet werden (Fig. 2). Eine weitere vorteilhafte Anordnung des Steuerventils 14 in Einwegeform ist durch Vertauschen der Positionen von Drossel 15 und Einwegeventil möglich (Fig. 3). In diesem Fall kann eine besonders schnelle Systemreaktion für raschen Ladedruckaufbau in Verbindung mit einer Reduktion des Luftverbrauches erreicht werden, da das Steuerventil 14 geschlossen bleibt, wenn kein Abblasen von Abgas stattfindet.
Das Steuerventil 14 wird über eine elektronische Steuereinheit 16 betätigt. Über eine Drucksignalleitung 17 erhält die elektronische Steuereinheit 16 Signale von einem Druckaufnehmer 17a über den Ladeluftdruck p in der Ladeluftleitung 5. Weiters ist die elektronische
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Steuereinheit 16 über eine Drehzahlsignalleitung 18 mit einem Drehzahlsensor 19 verbunden und empfängt Daten über die jeweilige Motordrehzahl n.
In der elektronischen Steuereinheit 16 ist der Soll-Ladedruck-Verlauf über der Drehzahl abgelegt.
Aus der momentanen Motordrehzahl n bestimmt die elektronische Steuereinheit 16 den Sollwert für den Ladedruck p. Aus dem Vergleich Soll-Ladedruck p mit dem über die Drucksignalleitung 17 empfangenen Ist-Ladedruck p, ermittelt die Steuereinheit 16 ein Korrektursignal s, welches als Stellgrösse dem Steuerventil 14 zugeführt wird, worauf das Steuerventil 14 entsprechend öffnet. Durch den an der Dose 10 somit über die Drossel 15 anliegenden Ladeluftdruck p wird das Abblaseventil 9 geöffnet. Der Ladeluftdruck p dient somit als Hilfsenergie für die Betätigung des Abblaseventiles 9. Der zur Verfügung stehende Druck wird über das elektrische Steuerventil 14 so moduliert, dass das Abblaseventil 9 entsprechend bewegt wird.
Anstelle durch den Ladeluftdruck p über die Luftteilleitung 13a kann die Hilfsenergie für die Luftleitung 13 aber auch vom Luft-Brems-System des Fahrzeuges bezogen werden, wie in Fig. 1 bis 3 durch feinstrichlierte Linien 13b angeordnet ist. Es ist auch denkbar, dass das Abblaseventil 9 über einen elektrischen Aktuator bewegt wird. Wird ein elektrischer Aktuator als Stellglied verwendet, so kann dieser direkt von der Motorelektronik angesteuert werden.
Wie in Fig. 4 ersichtlich ist, wird der Verlauf des Ladedruckes p über der Drehzahl n weitgehend dem Verlauf des Drehmomentes M angepasst. Zum Vergleich dazu ist strichliert der konstante Verlauf des Ladedruckes Pk angedeutet, wie dies bisher bei bekannten Dieselbrennkraftmaschine eingestellt war. Im Vergleich zur Erfindung hat der strichliert eingezeichnete konstante Ladedruckverlauf ab einem voreingestellten Abblasepunkt A den Nachteil, dass mit zunehmender Motordrehzahl ab dem Punkt mit dem maximalen Drehmoment die Massenemission unnötig hoch ist.
Durch die Angleichung des Ladedruckes p über der Drehzahl n an den Drehmomentverlauf ergibt sich eine deutliche Verbesserung der Emissionsbelastung, sowohl an der Vollast, als auch mit sinkender Last bis zu jenem Punkt A in Fig. 4, an dem der natürliche Ladedruck des Abgasturboladers bei geschlossenem Abblaseventil nicht mehr über dem gewünschtem Ladedruck liegt.
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The invention relates to a method for operating a diesel internal combustion engine, having an exhaust gas turbocharger with a turbine part arranged in an exhaust gas line and a compressor part arranged in a charge air line, a blow-off valve being arranged upstream of the turbine part in the exhaust gas line and being operable as a function of the boost pressure.
It is known to use exhaust gas turbochargers with a turbine-side relief valve to regulate the boost pressure in internal combustion engines in order to limit the boost pressure at full load. As a result, higher torques can be generated at low engine speeds without causing the boost pressure to rise above a maximum permissible value at high engine speeds.
A spring-loaded diaphragm can, which is charged with boost pressure, is usually used as an actuator for the relief valve. Above a certain boost pressure, the relief valve is opened via the diaphragm can against the force of a return spring. Depending on the extraction position of the boost pressure in the discharge spiral of the compressor, a linear boost pressure characteristic that slightly increases, constant or falls slightly above the engine speed can be set. Limiting the boost pressure from a preset value has the disadvantage that the mass emission of pollutants is unnecessarily high with increasing engine speed from the point with the maximum torque.
In spark-ignited internal combustion engines, it is known to control the relief valve via an electronic control unit as a function of the rotational speed, the temperature, the boost pressure, the charge air temperature and the throttle valve position in order to operate the exhaust gas turbocharger and the internal combustion engine in an optimally efficient manner. Internal combustion engines with such charge air regulation are known from US Pat. No. 4,697,421 or US Pat. No. 4,763,475. In internal combustion engines of this type, the boost pressure is always power-wasting, which leads to undesirable engine behavior, in particular in transient operation in the part-load range.
Furthermore, it is known to adapt the boost pressure to the requirements by changing the turbine geometry.
The object of the invention is to improve the emissions in a simple manner in a diesel internal combustion engine of the type mentioned.
According to the invention, this takes place in that the boost pressure curve is matched to the torque curve of the engine, the actual boost pressure being compared with a target boost pressure curve stored in a control unit over the rotational speed and a correction signal being generated from the comparison, with which the blow-off valve is actuated becomes. This enables the volume concentration of the limited pollutants to rise less than the exhaust gas mass flow decreases due to the decreasing boost pressure. Emissions can
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be decisively improved. Since the engine-internal work for the gas exchange is lower than in an internal combustion engine with constant boost pressure, a reduction in fuel consumption can also be achieved without the instantaneous output being reduced in each case.
The relief valve is actuated either directly, for example electromagnetically, or indirectly via an actuator. The actuator consists, for example, of a pneumatic box, which draws its auxiliary energy from the boost pressure. However, the auxiliary energy can also be obtained from a compressed air system of the vehicle, for example an air brake system, or it can also be electrical. It is preferably provided that the blow-off valve is actuated indirectly via a control valve arranged in an air line connected to the blow-off valve and connected to the control unit. The control valve is arranged, for example, between the charge air line and the relief valve.
If the compressed air is the auxiliary energy, the pressure available is modulated via the electrical control valve in such a way that the actuator is moved as required. If an electric actuator is used as an actuator, it can be controlled directly by the engine electronics.
The invention is explained in more detail below with reference to the figures. 1 to 3 show schematic representations of internal combustion engines according to the invention in three different design variants, and FIG. 4 shows a diagram in which torque and boost pressure are plotted against the rotational speed.
1 to 3 schematically each show a diesel internal combustion engine 1 with an intake system 2 and an exhaust system 3, and an exhaust gas turbocharger 4. The exhaust gas turbocharger 4 has a compressor part 6 arranged in the charge air line 5 and a turbine part 8 arranged in the exhaust line 7. A blow-off valve 9, which is actuated pneumatically via a can 10, is arranged upstream of the turbine part 8 in the exhaust gas line 7. By pressurizing the can 10, the relief valve 9 is opened via a membrane 11 against a return spring 12. Exhaust gas is directed past the turbine part 8 by opening the relief valve 9.
The pressure cell 10 is connected to the charge air line 5 via an air line 13, a control valve 14 being arranged in the air line 13 (FIGS. 1 and 3). A throttle 15 is provided between the control valve 14 and the charge air line 5 in the embodiment variant according to FIG. 1. This control valve 14 can also be arranged as a one-way valve downstream of the throttle 15 (FIG. 2). A further advantageous arrangement of the control valve 14 in one-way form is possible by interchanging the positions of throttle 15 and one-way valve (FIG. 3). In this case, a particularly rapid system reaction for rapid boost pressure build-up in connection with a reduction in air consumption can be achieved, since the control valve 14 remains closed when no exhaust gas is blown off.
The control valve 14 is actuated via an electronic control unit 16. Via a pressure signal line 17, the electronic control unit 16 receives signals from a pressure sensor 17a via the charge air pressure p in the charge air line 5. Furthermore, the electronic one
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Control unit 16 is connected to a speed sensor 19 via a speed signal line 18 and receives data about the respective engine speed n.
The setpoint boost pressure curve is stored in the electronic control unit 16 over the speed.
The electronic control unit 16 determines the desired value for the boost pressure p from the current engine speed n. From the comparison of the desired boost pressure p with the actual boost pressure p received via the pressure signal line 17, the control unit 16 determines a correction signal s, which is fed to the control valve 14 as a manipulated variable, whereupon the control valve 14 opens accordingly. The relief valve 9 is opened by the charge air pressure p thus applied to the can 10 via the throttle 15. The charge air pressure p thus serves as auxiliary energy for the actuation of the relief valve 9. The available pressure is modulated via the electrical control valve 14 so that the relief valve 9 is moved accordingly.
Instead of the charge air pressure p via the air sub-line 13a, the auxiliary energy for the air line 13 can, however, also be obtained from the vehicle's air-braking system, as is arranged in FIGS. 1 to 3 by means of dashed lines 13b. It is also conceivable that the relief valve 9 is moved via an electrical actuator. If an electric actuator is used as an actuator, it can be controlled directly by the engine electronics.
As can be seen in FIG. 4, the course of the boost pressure p over the speed n is largely adapted to the course of the torque M. For comparison, the constant course of the boost pressure Pk is indicated by dashed lines, as was previously the case with known diesel internal combustion engines. In comparison to the invention, the constant boost pressure curve shown in dashed lines from a preset blow-off point A has the disadvantage that the mass emission is unnecessarily high with increasing engine speed from the point with the maximum torque.
The adjustment of the boost pressure p over the speed n to the torque curve results in a significant improvement in the emission load, both at full load and with a decreasing load up to that point A in FIG. 4, at which the natural boost pressure of the exhaust gas turbocharger is closed Blow-off valve is no longer above the desired boost pressure.