DE102008049020A1 - Electrically adjustable waste gate valve position adjusting method for internal-combustion engine of motor vehicle, involves adjusting position of valve depending on load requirement of engine and independent of temperature of engine - Google Patents

Electrically adjustable waste gate valve position adjusting method for internal-combustion engine of motor vehicle, involves adjusting position of valve depending on load requirement of engine and independent of temperature of engine Download PDF

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Abstract

The method involves adjusting a position of an electrically adjustable waste gate valve independent of load requirement to an internal-combustion engine and independent of temperature of an internal-combustion engine, where the temperature is designed as coolant temperature of the engine or oil temperature of the engine. The valve is kept open below a pre-determined load requirement of the engine, if the temperature has value below a preset temperature level. The valve is closed or kept partly closed, if the temperature has value above a preset temperature level. The preset temperature level is preferably of 60 degree centigrade.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen einer Stellung eines Wastegateventils in einem Bypasskanal einer Turbine eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei die Stellung des Wastegateventils in Abhängigkeit von einer Lastanforderung an die Brennkraftmaschine eingestellt wird, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a method for adjusting a position of a Wastegateventils in a bypass duct of a turbine of an exhaust gas turbocharger an internal combustion engine, in particular a motor vehicle, wherein the position of the wastegate valve in response to a Load request is set to the internal combustion engine, according to the preamble of claim 1

Bei bisherigen pneumatischen Stellern für das Wastegateventil kann dieses nicht unabhängig vom Betriebsdruck gestellt werden. In der DE 10 2005 023 260 A1 wurde daher bereits ein elektrisch betätigbares Wastegateventil (eWG) vorgeschlagen, wobei als Führungsgröße zur Regelung des eWG ein Betriebspunkt des Verdichters, insbesondere der Quotient aus dem Luftmassenstrom und dem Druckverhältnis am Verdichter, dient.In previous pneumatic actuators for the wastegate valve this can not be made independently of the operating pressure. In the DE 10 2005 023 260 A1 For this reason, an electrically actuatable wastegate valve (eWG) has already been proposed, with an operating point of the compressor, in particular the quotient of the air mass flow and the pressure ratio at the compressor, serving as the reference variable for regulating the eHV.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der o. g. Art hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen zu verbessern.Of the Invention is based on the object, a method of o. G. kind in terms of fuel consumption and pollutant emissions.

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.These The object is achieved by a method the o. g. Art solved with the features characterized in claim 1. Advantageous embodiments of the invention are in the other Claims described.

Dazu ist es bei einem Verfahren der o. g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Stellung des Wastegateventils zusätzlich in Abhängigkeit von einer Temperatur der Brennkraftmaschine eingestellt wird.To it is in a method of o. g. Art provided according to the invention, that the position of the wastegate valve in addition depending is set by a temperature of the internal combustion engine.

Dies hat den Vorteil, dass die Stellung des Wastegateventils auf einfache Weise noch besser auf den momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine abgestimmt werden kann.This has the advantage that the position of the wastegate valve to simple Way even better on the current operating condition of the internal combustion engine can be coordinated.

Die Temperatur ist beispielsweise eine Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine oder eine Motoröltemperatur der Brennkraftmaschine.The Temperature is, for example, a cooling water temperature the internal combustion engine or an engine oil temperature of Internal combustion engine.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Stellung des Wastegateventils zusätzlich in Abhängigkeit von einer Temperatur der Brennkraftmaschine ausschließlich unterhalb eines vorbestimmten Temperaturwertes eingestellt.In In a preferred embodiment, the position of the Wastegateventils additionally depending on a temperature of the internal combustion engine exclusively set below a predetermined temperature value.

Dadurch, dass unterhalb einer vorbestimmten Lastanforderung an die Brennkraftmaschine das Wastegateventil offen gehalten wird, wenn die Temperatur einen Wert unterhalb eines vorbestimmten Temperaturwertes hat und das Wastegateventil geschlossen oder wenigstens teilweise geschlossen gehalten wird, wenn die Temperatur einen Wert oberhalb eines vorbestimmten Temperaturwertes hat, wird im kalten Betriebszustand der Brennkraftmaschine weniger Grundladedruck vor einer Drosselklappe erzeugt, der nicht für diesen Betriebspunkt als Fahrerwunsch benötigt wird. Hierdurch fällt weniger Ladungswechselarbeit an und es wird eine Kraftstoffersparnis sowie ein geringerer Schadstoffausstoß erzielt.Thereby, that below a predetermined load request to the internal combustion engine the wastegate valve is kept open when the temperature is a Has value below a predetermined temperature value and that Wastegateventil closed or kept at least partially closed when the temperature exceeds a predetermined value Temperature value has, is in the cold operating condition of the internal combustion engine less basic boost pressure generated before a throttle that does not needed for this operating point as a driver's request becomes. As a result, less charge switching work and It is achieved a fuel economy and a lower pollutant emissions.

Beispielsweise liegt der vorbestimmte Temperaturwert in einem Bereich von 50°C bis 70°C, vorzugsweise 55°C bis 65°C, insbesondere beträgt er 60°C.For example the predetermined temperature value is in a range of 50 ° C up to 70 ° C, preferably 55 ° C to 65 ° C, in particular, it is 60 ° C.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt inThe The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing explained. This shows in

1 ein Blockschaltbild einer Einstellung der Stellung des Wastegateventils nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, 1 a block diagram of an adjustment of the position of the wastegate valve according to the inventive method,

2 eine schematische Darstellung einer aufgeladenen Brennkraftmaschine, 2 a schematic representation of a supercharged internal combustion engine,

3 eine graphische Darstellung eine Druckes p im Saugrohr über eine Drehzahl n der Brennkraftmaschine, 3 a graphical representation of a pressure p in the intake manifold over a speed n of the internal combustion engine,

4 eine graphische Darstellung eine Druckes p im Saugrohr über die Zeit t, 4 a graphical representation of a pressure p in the intake manifold over time t,

5 ein Schaltbild einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, 5 a circuit diagram of a first preferred embodiment of the method according to the invention,

6 ein Schaltbild einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und 6 a circuit diagram of a second preferred embodiment of the method according to the invention and

7 ein Blockschaltbild einer Füllungsregelung mit erfindungsgemäßem Verfahren. 7 a block diagram of a filling control with inventive method.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 erläutert. Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader mit einem beispielsweise elektrisch verstellbaren Wastegateventil (eWG) in einem Bypasskanal einer Turbine des Abgasturboladers.The invention will be described below with reference to FIGS 1 to 7 explained. The inventive method relates to an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger with an example electrically adjustable wastegate valve (eWG) in a bypass duct of a turbine of the exhaust gas turbocharger.

2 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine. In 2 bezeichnet 10 ein Saugrohr, 12 eine Drosselklappe, 14 einen Abgasturbolader (ATL), 16 einen Motorblock mit Arbeitszylinder und Hubkolben, 18 einen Druck pvorDK vor der Drosselklappe und 20 eine Druck pSR im Saugrohr. Der Druck pSR im Saugrohr beträgt beispielsweise 600 mbar, der Druck pvorDK vor der Drosselklappe beträgt beispielsweise bei Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine bei einer Drehzahl von 3.000 U/min 1.200 mbar. In diesem Fall ist das Wastegateventil geschlossen. Der Druck pvorDK vor der Drosselklappe beträgt beispielsweise unterhalb Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine bei einer Drehzahl von 3.000 U/min 1.000 mbar. In diesem Fall ist das Wastegateventil offen. 2 schematically shows an internal combustion engine. In 2 designated 10 a suction tube, 12 a throttle, 14 an exhaust gas turbocharger (ATL), 16 an engine block with working cylinder and reciprocating piston, 18 a pressure p before DK in front of the throttle and 20 a pressure p SR in the intake manifold. The pressure p SR in the intake manifold is for example 600 mbar, the pressure p before DK before the throttle valve is, for example, at operating speed of the internal combustion engine at a speed of 3,000 rev / min 1,200 mbar. In this case, the wastegate valve is closed. The pressure p before DK in front of the throttle valve, for example, below the operating temperature of the internal combustion engine at a speed of 3,000 rpm, 1,000 mbar. In this case, the wastegate valve is open.

Der Zweck der temperaturabhängigen Steuerung des Wastegateventils ist eine Verbrauchssenkung während des Warmlaufs der Brennkraftmaschine bis zum Erreichen der Betriebstemperatur in Verbindung mit einer Spontaneität, vergleichbar derer im warmen Bereich der Brennkraftmaschine.Of the Purpose of the temperature-dependent control of the wastegate valve is a reduction in consumption during the warm-up of the internal combustion engine until reaching the operating temperature in conjunction with a Spontaneity, comparable to those in the warm area of Internal combustion engine.

Wie insbesondere aus 1, 5 und 6 ersichtlich, ist eine Vorsteuerung für die Stellung (Begrenzung) des Wastegateventils, beispielsweise eine Wastegateklappe, im kalten Betriebsbereich für geringe Fahrerwunschmomente bzw. geringem Solldruck pvorDK 18 vor der Drosselklappe bzw. Druck pSR 10 im Saugrohr 10 vorgesehen. Es ist die Ansteuerung des eWG im kalten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine betroffen. Bei hoher Lastanforderung, beispielsweise durch einen Fahrer eines mit der Brennkraftmaschine ausgerüsteten Kraftfahrzeugs, bzw. hohem Solldruck (der über Atmosphärendruck liegt) wird die Wastegateklappenstellung diesem Fahrerwunsch als Sollfüllung folgen. Verhindert wird nur der hohe Grundladedruck vor der Drosselklappe pvorDK 18, d. h. der Druck nach dem Verdichter des ATL, der sich bei einem eWG bei geschlossener WG-Klappe einstellt.As in particular from 1 . 5 and 6 can be seen, is a feedforward control for the position (limitation) of the wastegate valve, such as a wastegate flap, in the cold operating range for low driver request torque or low target pressure p vorDK 18 in front of the throttle valve or pressure p SR 10 in the intake manifold 10 intended. It is affected the activation of the eWG in the cold operating range of the internal combustion engine. At high load demand, for example, by a driver of a motor vehicle equipped with the internal combustion engine, or high target pressure (which is above atmospheric pressure), the wastegate flap position will follow this driver's request as a target filling. Prevented is only the high base boost pressure before the throttle p before DK 18 , ie the pressure after the compressor of the ATL, which adjusts itself with an eWG with closed WG flap.

Bei einem bekannten pneumatischen Wastegate schließt die Wastegateklappe mit Federkraft, wenn kein Ladedruck vorhanden ist. Es findet eine Korrektur des Sollwertes (Wastegateklappenstellung) statt, d. h. nicht die Füllung RL sondern nur der Wastegateklappenwinkel wird in Abhängigkeit von einem Fahrerwunschmoment begrenzt. Der Verbrennungsmotor muss in beiden Betriebsbereichen (warm/kalt) eine Ladungswechselarbeit leisten. Im warmen Zustand bzw. bei angestellter Wastegateklappe derart, dass bei geringer Fahrerwunschmomentenanforderung der Grundladedruck über Drosselklappe 20 gedrosselt werden muss. Beträgt der Druck 18 vor der Drosselklappe 12 beispielsweise bei einer Motordrehzahl n von 3.000 U/min und geschlossenem eWG beispielsweise 1.500 mbar, der Druck 20 im Saugrohr 10 vor der Maschine 16 etwa beispielsweise in der Teillast nur 600 mbar, dann muss die Differenz von 900 mbar durch Ladungswechselarbeit aufgebracht werden.In a known pneumatic wastegate, the wastegate door closes with spring force when no boost pressure is present. There is a correction of the setpoint (Wastegateklappenstellung) instead, ie not the filling RL but only the Wastegateklappenwinkel is limited in dependence on a driver's desired torque. The internal combustion engine must perform a charge exchange work in both operating ranges (hot / cold). In the warm state or when employed Wastegateklappe such that at low driver request torque request the basic boost pressure throttle 20 must be throttled. Is the pressure 18 in front of the throttle 12 For example, at an engine speed n of 3,000 rpm and closed eWG, for example, 1,500 mbar, the pressure 20 in the intake manifold 10 in front of the machine 16 For example, in the partial load only 600 mbar, then the difference of 900 mbar must be applied by charge exchange work.

Im kalten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine, in dem das Ansprechverhalten des Abgasturboladers noch nicht gegeben ist (vgl. 4), wird das Wastegateventil offen gehalten, so dass sich der Umgebungsdruck von z. B. 1.000 mbar vor Drosselklappe 12 einstellt. Wenn die Fahrerwunschanforderung nun so wie im oben genannten Beispiel 600 mbar entspricht, muss vor der Drosselklappe 12 nur noch die Differenz von 400 mbar gedrosselt werden d. h. die Druckdifferenz, die durch Ladungswechselarbeit ausgeglichen werden muss, ist geringer. Dadurch mindert sich auch der Abgasgegendruck. Das Ansprechverhalten der Maschine, wenn der Fahrer das Pedal betätigt (vgl. 4), ist im kalten Bereich deutlich langsamer, da der Druck vor der Drosselklappe 12 geringer ist und das Saugrohr 10 beim schnellen Öffnen der Drosselklappe 12 langsamer gefüllt wird.In the cold operating range of the internal combustion engine, in which the response of the exhaust gas turbocharger is not yet given (see. 4 ), the wastegate valve is kept open, so that the ambient pressure of z. B. 1,000 mbar before throttle 12 established. If the driver request is now equal to 600 mbar as in the above example, it must be in front of the throttle 12 only the difference of 400 mbar be throttled, ie the pressure difference, which must be compensated by charge exchange work, is lower. This also reduces the exhaust backpressure. The response of the machine when the driver operates the pedal (cf. 4 ), is much slower in the cold area, as the pressure in front of the throttle 12 is lower and the suction tube 10 when opening the throttle quickly 12 is filled more slowly.

Das Wastegateventil wird temperaturabhängig und abhängig vom Fahrerwunschmoment aus Spontaneitätsgründen angestellt (bei Brennkraftmaschine mit Betriebstemperatur (warm)) oder möglichst lange und weit offen gehalten (bei Brennkraftmaschine unterhalb Betriebstemperatur (kalt)). Darüber hinaus greifen die bisherigen Wastegateventil-Steuerungen ein. Der Druck, der von der Brennkraftmaschine nicht erzeugt werden muss, spart etwa 1–3% Kraftstoff und vermindert somit auch den CO2-Ausstoß. Die Entscheidung darüber, ob ein kalter oder warmer Betriebsbereich der Brennkraftmaschine vorliegt, erfolgt durch die Messung der Temperatur des Motors (Wassertemperatur oder Öltemperatur). Im Endeffekt wird weniger Druck als Grundladedruck vor der Drosselklappe 12 erzeugt, der nicht für diesen Betriebspunkt als Fahrerwunsch benötigt wird.The wastegate valve is temperature-dependent and depending on the driver's desired torque for spontaneity reasons employed (in internal combustion engine with operating temperature (warm)) or kept as long and wide open (with internal combustion engine below operating temperature (cold)). In addition, the previous wastegate valve controls intervene. The pressure, which does not have to be generated by the internal combustion engine, saves about 1-3% fuel and thus also reduces CO 2 emissions. The decision on whether a cold or warm operating range of the internal combustion engine is present takes place by measuring the temperature of the engine (water temperature or oil temperature). Ultimately, less pressure than the basic boost pressure before the throttle 12 generated, which is not needed for this operating point as a driver request.

Bei dem eWG ist der Grundladedruck der Druck, der sich bei voll geöffneter Wastegateklappe hinter dem Verdichter des Abgasturboladers 14 einstellt. Hierdurch wird Abgasgegendruck und dadurch Ladungswechselarbeit verringert.With the eWG, the basic boost pressure is the pressure that is behind the compressor of the turbocharger when the wastegate flap is fully open 14 established. As a result, exhaust back pressure and thereby charge exchange work is reduced.

Über eine Software lässt sich die Brennkraftmaschine den Fahrerwünschen anpassen, d. h. beispielsweise an einen verbrauchsorientierten Fahrer oder einen Fahrer, der gleich die volle Leistung der Maschine in Anspruch nehmen möchte.about Software allows the engine to meet the driver's wishes adjust, d. H. For example, to a consumption-oriented driver or a driver who is about to use the full power of the machine would like to take.

3 veranschaulicht den zuvor erläuterten Sachverhalt. In einem ersten Bereich 22 des Druckes p ist in warmen Betriebszustand der Brennkraftmaschine das eWG geschlossen und im kalten Betriebszustand der Brennkraftmaschine geöffnet. Im Bereich 24 des Druckes p ist das eWG immer geschlossen. 3 illustrates the previously explained facts. In a first area 22 the pressure p is closed in the warm operating state of the internal combustion engine, the eWG and opened in the cold operating state of the internal combustion engine. In the area 24 of pressure p, the eWG is always closed.

5 und 6 veranschaulichen zwei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorsteuerung wird in der ersten Ausführungsform gemäß 5 für beide Fälle (warm/kalt) berechnet und dann temperaturabhängig umgeschaltet. Es kann alternativ auch über die Temperatur eingeschaltet und danach erst gerechnet werden, was einen Rechenzeitvorteil hat, wie mit Linie/Rechteck 26 angedeutet. Einzig wenn man Anstelle eines ”harten” Einschaltens ein Überblenden über eine Kennlinie f(TMOT) einfügt, müssen beide berechnet werden. 5 and 6 illustrate two embodiments of the method according to the invention. The feedforward control is in the first embodiment according to 5 calculated for both cases (warm / cold) and then switched depending on the temperature. Alternatively, it can also be switched on via the temperature and then calculated first, which has a calculation time advantage, such as with line / rectangle 26 indicated. Only if you insert a fade over a characteristic f (T MOT ) instead of a "hard" switch-on, both must be calculated.

Bei der zweiten Ausführungsform gemäß 6 ist nur noch ein Kennfeld KF_LadedruckVorhalt vorgesehen, welches in Abhängigkeit von der Motortemperatur der Ladedruckansteuerung, d. h. der Einstellung des eWG, zu- oder weggeschaltet wird.In the second embodiment according to 6 is only a map KF_LadedruckVorhalt provided which is switched on or off depending on the engine temperature of the boost pressure, ie the setting of the eWG.

7 zeigt eine vereinfachte Rechenreihenfolge des Fahrerwunsches in einem Motorsteuergerät eines aufgeladenen Ottomotors mit E-Gas und mit temperaturabhängiger Vorspannung der Drosselklappe. 7 shows a simplified calculation order of the driver's request in an engine control unit of a supercharged gasoline engine with e-gas and with temperature-dependent bias of the throttle.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (5)

Verfahren zum Einstellen einer Stellung eines Wastegateventils in einem Bypasskanal einer Turbine eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei die Stellung des Wastegateventils in Abhängigkeit von einer Lastanforderung an die Brennkraftmaschine eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung des Wastegateventils zusätzlich in Abhängigkeit von einer Temperatur der Brennkraftmaschine eingestellt wird.A method for adjusting a position of a wastegate valve in a bypass duct of a turbine of an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine, in particular a motor vehicle, wherein the position of the wastegate valve is set in response to a load request to the internal combustion engine, characterized in that the position of the wastegate valve in addition depending on a Temperature of the internal combustion engine is adjusted. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur eine Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine oder eine Motoröltemperatur der Brennkraftmaschine ist.Method according to claim 1, characterized in that that the temperature is a cooling water temperature of the internal combustion engine or an engine oil temperature of the internal combustion engine is. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung des Wastegateventils zusätzlich in Abhängigkeit von einer Temperatur der Brennkraftmaschine ausschließlich unterhalb einer vorbestimmten Temperaturwertes eingestellt wird.Method according to claim 1 or 2, characterized that the position of the wastegate valve in addition depending from a temperature of the internal combustion engine exclusively is set below a predetermined temperature value. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb einer vorbestimmten Lastanforderung an die Brennkraftmaschine das Wastegateventil offen gehalten wird, wenn die Temperatur einen Wert unterhalb eines vorbestimmten Temperaturwertes hat und das Wastegateventil geschlossen oder wenigstens teilweise geschlossen gehalten wird, wenn die Temperatur einen Wert oberhalb eines vorbestimmten Temperaturwertes hat.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that below a predetermined load request to the internal combustion engine, the wastegate valve is held open when the temperature is below a value has predetermined temperature value and closed the wastegate valve or at least partially kept closed when the temperature has a value above a predetermined temperature value. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Temperaturwert 60°C ist.Method according to claim 3 or 4, characterized that the predetermined temperature value is 60 ° C.
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