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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors im einstufigen Betriebsbereich eines mehrstufigen Aufladesystems, wobei der Verbrennungsmotor ein mehrstufiges Aufladesystem mit wenigstens zwei Turbinen und wenigstens zwei mit diesen verbundenen Verdichtern aufweist. Die Hochdruckturbine und der mit dieser verbundene Hochdruckverdichter weisen jeweils einen Bypass auf und im Bypass der Hochdruckturbine ist ein Einstellelement zum Einstellen des Durchflussquerschnitts vorgesehen. Ferner weist der Verbrennungsmotor ein Abgasrückführsystem auf.
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Aktuelle mehrstufige Aufladesysteme weisen meist zwei aus jeweils einer Turbine und einem Verdichter aufgebaute Abgasturbolader und im Wesentlichen zwei Betriebsbereiche auf. Im zweistufigen Betriebsbereich sind die Abgasturbolader in Reihe geschaltet und verdichten die Ladeluft aufeinander aufbauend. Im einstufigen Betriebsbereich wird die Ladeluft nur durch einen Abgasturbolader verdichtet, der zweite Turbolader, üblicherweise der Hochdruckturbolader, wird dabei mithilfe eines Bypasses umgangen. Zur Emissionseinstellung weist der Verbrennungsmotor neben den Turboladern auch ein AGR-System (Abgasrückführsystem) auf. Dieses dient zum Führen von Abgas aus dem Abgastrakt zurück in den Ansaugtrakt, wobei die Rückführung des Abgases nur dann möglich ist, wenn der Druck im Abgastrakt (Abgasgegendruck) höher ist als der Druck im Ansaugtrakt (Verdichtungsdruck).
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Moderne Aufladesysteme weisen sehr gute Verdichter und Turbinenwirkungsgrade auf, wodurch sich minimale Ladungswechselverluste ergeben. Dies führt zu minimalen Druckdifferenzen (Spülgefälle) zwischen dem Druck im Ansaugtrakt und dem Druck im Abgastrakt. Wird diese Druckdifferenz zu niedrig, kann das Abgas nicht mehr in den Ansaugtrakt strömen. Aus der Offenlegungsschrift der internationalen Patentanmeldung
WO 2012/010462 A1 ist ein Verfahren zum Erhöhen der Abgasrückführrate bekannt. Bei diesem Verfahren wird durch ein geregeltes Drosseln der verdichteten Ladeluft im Ansaugtrakt eine Druckdifferenz aufgebaut, was dazu führt, dass der Verdichtungsdruck im Ansaugtrakt vor der Drossel ansteigt, wodurch auch die Verdichtungstemperaturen ansteigen. Ferner ergeben sich bei diesem Verfahren Schwierigkeiten bei der Luftmassenregelung, da das Einregeln der zugeführten Luftmasse über zwei Stelleinrichtungen, das Abgasrückführventil und die Drossel häufig zu nachteiligem Schwingungsverhalten im Luftsystem führt.
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Aus
2 der Offenlegungsschrift der internationalen Patentanmeldung
WO 2014/199192 A1 ist ein Motorsystem mit Hoch- und Niederdruckladern bekannt. Das AGR-System weist je eine Hoch- und eine Niederdruckentnahmestelle und eine Einleitung auf der Niederdruckseite des Niederdruckverdichters auf, wobei die Hochdruck-Entnahmeleitung gleichzeitig als Bypass der Hochdruckturbine wirkt. Der Luftmassenstrom in dieser Leitung wird so gesteuert, dass die Druckdifferenz zwischen Abgas- und Frischgasseite des Motors unterhalb einer Schwelle und der Druck auf der Frischgasseite oberhalb einer anderen Schwelle bleibt.
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Sehr geringe Druckdifferenzen bzw. Spülgefälle zwischen dem Druck im Ansaugtrakt und dem Druck im Abgastrakt ergeben sich insbesondere im einstufigen Betrieb von Verbrennungsmotoren, wenn die Ladeluft von nur einem Abgasturbolader verdichtet wird.
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Hiervon ausgehend stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein verbessertes Verfahren sowie eine Steuereinrichtung zum Steuern eines Verbrennungsmotors im einstufigen Betriebsbereich eines mehrstufigen Aufladesystems zur Verfügung zu stellen, welche die vorgenannten Nachteile vermeiden. Dies wird erfindungsgemäß durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors im einstufigen Betriebsbereich eines mehrstufigen Aufladesystems vorgeschlagen. Der Verbrennungsmotor weist dabei auf:
- - einen Ansaugtrakt und einen Abgastrakt,
- - ein mehrstufiges Aufladesystem mit wenigstens zwei Turbinen und wenigstens zwei mit diesen verbundenen Verdichtern, wobei die Hochdruckturbine, die im Abgastrakt stromabwärts des Verbrennungsmotors zuerst angeordnet ist, und der mit dieser verbundene Hochdruckverdichter jeweils einen Bypass aufweisen und der Bypass der Hochdruckturbine ein Einstellelement zum Einstellen des Durchflussquerschnitts aufweist, und
- - ein Abgasrückführsystem, mittels welchem Abgas aus dem Abgastrakt stromaufwärts der Hochdruckturbine abzweigbar und in den Ansaugtrakt stromabwärts des Hochdruckverdichters einleitbar ist,
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Das Verfahren zeichnet sich durch folgende Verfahrensschritte aus:
- - Ermitteln einer Druckdifferenz zwischen dem Druck im Ansaugtrakt stromabwärts des Hochdruckverdichters und dem Druck im Abgastrakt stromaufwärts der Hochdruckturbine, und
- - bei Vorliegen einer Druckdifferenz, welche eine vorgesehene Einleitung von Abgas über das Abgasrückführsystem in den Ansaugtrakt hemmt: Verringern des Durchflussquerschnitts des Hochdruckturbinenbypasses mittels des Einstellelements, so dass der Druck im Abgastrakt stromaufwärts der Hochdruckturbine steigt.
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Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird der Verbrennungsmotor im einstufigen Betriebsbereich des Aufladesystems betrieben. Aufgrund geringer Ladungswechselverluste liegen in diesem Betriebsbereich vermehrt geringe Spülgefälle bzw. geringe Druckdifferenzen zwischen Ansaug- und Abgastrakt vor.
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Der Verbrennungsmotor weist einen Ansaugtrakt zum Zuführen von verdichteter Ladeluft und einen Abgastrakt zum Abführen des Abgases auf. Ferner weist der Verbrennungsmotor ein mehrstufiges Aufladesystem mit wenigstens zwei Turbinen und wenigstens zwei mit diesen verbundenen Verdichtern auf, wobei eine Turbine und ein Verdichter bei üblichen Anordnungen jeweils einen Abgasturbolader bilden. Es sind verschiedene Bauarten von Abgasturboladern bekannt, bei welchen Turbinen und Verdichter in verschiedenen Kombinationen zusammenstellt sein können. Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezug darauf beschrieben, dass jeweils eine Turbine jeweils einen Verdichter antreibt. Die Erfindung betrifft jedoch auch jede andere Kombination von Turbinen und Verdichtern in einem mehrstufigen Aufladesystem, sofern diese einen ein- und mehrstufigen Betrieb des Aufladesystems vorsehen.
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Beim Durchströmen der im Abgastrakt stromabwärts des Verbrennungsmotors zuerst angeordneten Turbine weist der Abgasstrom eine hohe Strömungsenergie auf, weshalb diese zuerst angeordnete Turbine als Hochdruckturbine bezeichnet wird. Auf den mit der Hochdruckturbine verbundenen und von dieser angetriebenen Verdichter wird daher auch viel Verdichtungsenergie übertragen, um die Ladeluft auf den Druck zu verdichten, mit dem die Ladeluft dem Verbrennungsmotor zugeführt wird. In Betriebsbereichen, in welchen kein hoher Verdichtungsdruck erforderlich ist bzw. keine hohe Strömungsenergie des Abgases verfügbar ist, kann der Abgasstrom mittels jeweils an Hochdruckturbine und Hochdruckverdichter angeordneten Bypässen an dem aus Hochdruckturbine und Hochdruckverdichter gebildete Abgasturbolader vorbei geführt werden. Zum Einstellen des Durchflussquerschnitts des an der Hochdruckturbine angeordneten Bypasses weist dieser ein Einstellelement auf.
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Der Verbrennungsmotor weist ferner ein Abgasrückführsystem auf, mittels welchem Abgas aus dem Abgastrakt stromaufwärts der Hochdruckturbine abzweigbar und in den Ansaugtrakt stromabwärts des Hochdruckverdichters einleitbar ist, um einen Teil des Abgases zur Verbesserung von Emissionswerten in den Verbrennungsprozess zurückzuführen.
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Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird zunächst eine Druckdifferenz ermittelt zwischen dem Druck im Ansaugtrakt stromabwärts des Hochdruckverdichters, und damit in dem Bereich, in dem das Abgas in den Ansaugtrakt eingeleitet wird, und dem Druck im Abgastrakt stromaufwärts der Hochdruckturbine, und damit in dem Bereich, in dem das Abgas aus dem Abgastrakt entnommen wird. Ist der Druck im Abgastrakt höher als der Druck im Ansaugtrakt, so strömt das Abgas aufgrund der Druckdifferenz selbstständig vom Abgas- zum Ansaugtrakt. Ist der Druck im Abgastrakt allerdings nur geringfügig höher oder gar geringer als der Druck im Ansaugtrakt, so liegt eine Druckdifferenz vor, welche das vorgesehene Einleiten von Abgas über das Abgasrückführsystem in den Ansaugtrakt hemmt. Damit kann kein ausreichender Abgas-Massenstrom mehr vom Abgastrakt zum Ansaugtrakt strömen, sodass die Abgasrückführung unzureichend oder gar unterbrochen ist. Die vorgesehene Abgasrückführrate wird nicht erreicht.
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Um eine derartige Verminderung der Abgasrückführung zu verhindern wird bei Vorliegen einer solchen Druckdifferenz vorgeschlagen, den Durchflussquerschnitt des Hochdruckturbinenbypasses mithilfe des daran angeordneten Einstellelements zu verringern. Hierdurch wird das Abfließen des Abgases durch den Abgastrakt erschwert, sodass sich das Abgas am verringerten Durchflussquerschnitt im Hochdruckturbinenbypass staut bzw. ein Teil des Abgases durch die Hochdruckturbine fließt. Durch das Verringern des Durchflussquerschnitts steigt der Druck im Abgastrakt stromaufwärts der Hochdruckturbine. Infolgedessen steigt auch die Druckdifferenz zwischen dem Druck im Abgastrakt und dem Druck im Ansaugtrakt, wodurch das Abgas selbstständig über die Abgasrückführeinrichtung zum Ansaugtrakt strömen kann.
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Mit dem vorgeschlagenen Verfahren kann der Massenstrom des Abgases über das Abgasrückführsystem vom Abgastrakt dem Ansaugtrakt zugeführt werden, ohne dass ein Drosseln der Ladeluft im Ansaugtrakt erforderlich ist. So werden die durch ein Drosseln der Ladeluft bedingten Nachteile vermieden. So wird auch ein Anstieg der Temperatur der verdichteten Luft im Ansaugtrakt vor einer Drossel vermieden. Ferner entstehen bei dem vorgeschlagenen Verfahren keine Schwingungen im Luftsystem, wie sie bei den zwei gegeneinander arbeitenden Regelgliedern des bekannten Verfahrens entstehen können. Ein weiterer Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens ist, dass nach einem Verringern des Durchflussquerschnitts des Hochdruckturbinenbypasses bereits im einstufigen Betrieb ein geringer Abgasstrom durch die Hochdruckturbine strömt, wodurch der Hochdruckverdichter bereits in geringem Umfang betrieben wird. Bei einem nachfolgenden Umschalten auf den zweistufigen Betriebsbereich ergeben sich hieraus geringere Ladedruckschwankungen.
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Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Durchflussquerschnitt des Hochdruckturbinenbypasses so weit verringert, dass die Hochdruckturbine den Hochdruckverdichter antreibt und den Druck im Ansaugtrakt stromabwärts des Hochdruckverdichters erhöht. Durch die Verringerung des Durchflussquerschnitts steigt der Abgasgegendruck und damit auch der auf die Hochdruckturbine wirkende Abgasdruck. Bei ausreichend hohem Abgasgegendruck wird die Turbine durch den Teil des Abgases angetrieben, der aufgrund der Verringerung des Durchflussquerschnitts durch die Hochdruckturbine strömt. Der mit der Hochdruckturbine verbundene Hochdruckverdichter wird dadurch entsprechend angetrieben und trägt so einen Anteil zum Ladedruckaufbau im Ansaugtrakt bei.
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Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird bei dem Betrieb des Verbrennungsmotors im einstufigen Betriebsbereich des Aufladesystems der Durchflussquerschnitt des Hochdruckturbinenbypasses mittels des Einstellelements verringert, wenn der Motorlastpunkt in einem Sonderbereich des Kennfelds, auch ohne dass eine Druckdifferenz vorliegt, welche eine vorgesehene Einleitung von Abgas über das Abgasrückführsystem in den Ansaugtrakt hemmt. Liegt der Motorlastpunkt in einem Sonderbereich des Kennfelds, welcher beispielsweise durch eine mittlere Motordrehzahl definiert ist, so kann es vorteilhaft sein, durch eine Verringerung des Durchflussquerschnitts die Hochdruckturbine über einen Teil des Abgasstroms anzutreiben und die Ladeluft damit über den Hochdruckverdichter stärker zu verdichten, unabhängig davon, ob die vorliegende Druckdifferenz die vorgesehene Einleitung von Abgas über das Abgasrückführsystem in den Ansaugtrakt ermöglicht.
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Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist eine Regelung der Einstellung des Durchflussquerschnitts des Hochdruckturbinenbypasses mittels des Einstellelements vorgesehen, bei welcher als einzuregelnde Größe ein Sollwert vorgegeben ist und das Einstellelement entsprechend einer Abweichung von einem erfassten oder errechneten Istwert den Durchflussquerschnitt vergrößert oder verkleinert. Auf diese Weise kann mit nur einem Aktor, dem Einstellelement am Hochdruckturbinenbypass, der Sollwert für die einzuregelnde Größe eingeregelt werden. Verzögerungen und ein Überschwingen des Regelkreises können so durch die vorgeschlagene Verwendung nur eines Aktors vorteilhaft vermieden werden.
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Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist als Sollwert der einzuregelnden Größe die Druckdifferenz zwischen dem Druck im Ansaugtrakt stromabwärts des Hochdruckverdichters und dem Druck im Abgastrakt stromaufwärts der Hochdruckturbine vorgegeben. Das Einstellelement vergrößert oder verkleinert den Durchflussquerschnitt dabei entsprechend der Abweichung der erfassten oder errechneten Druckdifferenz vom Sollwert der Druckdifferenz. Die Reaktion des Regelkreises, der Druckaufbau im Abgastrakt und die damit verbundene Umsetzung des Sollwerts erfolgt unmittelbar nach dem Verringern des Durchflussquerschnitts. Die Fortsetzung des Druckaufbaus vom Abgastrakt zur Abgasrückführung und die damit verbundene Erhöhung der Abgasrückführrate erfolgt ebenfalls unmittelbar. Die vorgeschlagene Regelung weist folglich eine vergleichsweise kurze Reaktionszeit auf.
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Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist als Sollwert der von Abgasrückführsystem rückgeführte Abgasmassenstrom vorgegeben. Das Einstellelement vergrößert oder verkleinert den Durchflussquerschnitt dabei entsprechend der Abweichung des erfassten oder errechneten Abgasmassenstroms vom Sollwert. Bei dieser Ausführungsform wird der Abgasmassenstrom der Abgasrückführung insbesondere mittels eines Sensors erfasst, oder in einer entsprechenden Einrichtung des Verbrennungsmotors, insbesondere der Motorsteuerung oder einer mit dieser verbundenen Rechen- bzw. Steuereinrichtung aus dort verfügbaren, am Verbrennungsmotor erfassten Werten ermittelt. Aus der ermittelten Abweichung des aktuellen Abgasmassenstroms vom hierfür vorgegebenen Sollwert erfolgt ein Regelsignal an das Einstellelement, den Durchflussquerschnitt des Hochdruckturbinenbypasses entsprechend zu vergrößern oder zu verkleinern, um den rückgeführten Abgasmassenstrom entsprechend dem Sollwert anzupassen. Die vorausgehenden Ausführungen bezüglich der Reaktion des Regelkreises bei der Vorgabe eines Sollwerts gelten in gleicher Weise auch für diese Verfahrensvariante.
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Bei einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Regelung der Einstellung des Durchflussquerschnitts des Hochdruckturbinenbypasses in einem der Motorsteuerung untergeordneten, geschlossenen Regelkreis. Da die vorgenannte Regelung dem Sicherstellen einer von der Motorsteuerung vorgesehenen Abgasrückführrate dient, kann diese Regelung auch unabhängig von der weiteren Motorsteuerung erfolgen.
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Auf diese Weise kann das vorgeschlagene Verfahren eingesetzt werden, ohne den Komplexitätsgrad der Motorsteuerung weiter zu erhöhen.
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Zur Lösung der Aufgabe wird in einem weiteren Aspekt der Erfindung eine Steuereinrichtung für einen Verbrennungsmotor vorgeschlagen. Der Verbrennungsmotor weist dabei auf:
- - einen Ansaugtrakt und einen Abgastrakt,
- - ein mehrstufiges Aufladesystem mit wenigstens zwei Turbinen und wenigstens zwei mit diesen verbundenen Verdichtern, wobei die Hochdruckturbine, die im Abgastrakt stromabwärts des Verbrennungsmotors zuerst angeordnet ist, und der mit dieser verbundene Hochdruckverdichter jeweils einen Bypass aufweisen und der Bypass der Hochdruckturbine ein Einstellelement zum Einstellen des Durchflussquerschnitts aufweist, und
- - ein Abgasrückführsystem, mittels welchem Abgas aus dem Abgastrakt stromaufwärts der Hochdruckturbine abzweigbar und in den Ansaugtrakt stromabwärts des Hochdruckverdichters einleitbar ist.
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Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung eingerichtet, den Verbrennungsmotor im einstufigen Betriebsbereich des Aufladesystems zu steuern. Ferner ist die Steuereinrichtung mit dem Verbrennungsmotor signalverbunden und eingerichtet, den Verbrennungsmotor mit einem Verfahren entsprechend einer oder mehrerer der vorher beschriebenen Ausführungsformen zu steuern.
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Bei der Steuereinrichtung handelt es sich insbesondere um die Motorsteuereinrichtung des Verbrennungsmotors oder um eine mit diesem verbundene Steuereinrichtung, die einen Teil der Motorsteuereinrichtung darstellen kann oder mit dieser verbunden sein kann und insbesondere mit der Motorsteuereinrichtung signalverbunden sein kann. Die Steuereinrichtung kann damit auf die in der Motorsteuereinrichtung vorhandenen, insbesondere auch am Verbrennungsmotor erfassten Daten zugreifen, erforderliche Berechnungen durchführen und das Einstellelement am Hochdruckturbinenbypass entsprechend ansteuern.
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Die vorausgehenden Ausführungen zum vorgeschlagenen Verfahren insbesondere im Hinblick auf Verfahrensschritte und Einrichtungen des Verbrennungsmotors gelten in entsprechender Weise auch für den vorgeschlagenen Verbrennungsmotor.
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Zur Lösung der Aufgabe wird in einem weiteren Aspekt der Erfindung ein Verbrennungsmotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, wobei der Verbrennungsmotor aufweist:
- - einen Ansaugtrakt und einen Abgastrakt,
- - ein mehrstufiges Aufladesystem mit wenigstens zwei Turbinen und wenigstens zwei mit diesen verbundenen Verdichtern, wobei die Hochdruckturbine, die im Abgastrakt stromabwärts des Verbrennungsmotors zuerst angeordnet ist, und der mit dieser verbundene Hochdruckverdichter jeweils einen Bypass aufweisen und der Bypass der Hochdruckturbine ein Einstellelement zum Einstellen des Durchflussquerschnitts aufweist, und
- - ein Abgasrückführsystem, mittels welchem Abgas aus dem Abgastrakt stromaufwärts der Hochdruckturbine abzweigbar und in den Ansaugtrakt stromabwärts des Hochdruckverdichters einleitbar ist.
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Der Verbrennungsmotor ist ferner mit einer wie vorausgehend beschrieben ausgeführten Steuereinrichtung signalverbunden, welche eingerichtet ist, das vorausgehend beschriebene Verfahren entsprechend einer oder mehrerer Ausführungsformen auszuführen.
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Die vorausgehenden Ausführungen zum vorgeschlagenen Verfahren insbesondere im Hinblick auf Verfahrensschritte und Einrichtungen des Verbrennungsmotors gelten in entsprechender Weise auch für den vorgeschlagenen Verbrennungsmotor.
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Bei einem Einsatz von Verbrennungsmotoren insbesondere in Kraftfahrzeugen werden hohe Anforderungen an das Erreichen von Emissionsvorgaben gestellt. Mittels des vorausgehend beschriebenen Verfahrens und der zu dessen Durchführung eingerichteten Steuereinrichtung ist es möglich, die zum Erreichen von Emissionsvorgaben erforderliche Abgasrückführrate auch bei Vorliegen einer geringen Druckdifferenz zwischen dem Ansaugtrakt und dem Abgastrakt, die eine vorgesehene Einleitung von Abgas über das Abgasrückführsystem in den Ansaugtrakt hemmt, zu erreichen.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors, der zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist; und
- 2 zeigt ein schematisches Kennfeld eines beispielhaften Verbrennungsmotors.
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1 zeigt einen Verbrennungsmotor 10, der mit einem mehrstufigen Aufladesystem 20 verbunden ist. Das Aufladesystem 20 weist in der beispielhaften Ausführungsform zwei Abgasturbolader 21, 22 mit zwei Turbinen 23, 24 und zwei mit diesen verbundenen Verdichtern 25, 26 auf. Die im Abgastrakt 12 stromabwärts des Verbrennungsmotors 10 zuerst angeordnete Turbine wird dabei als Hochdruckturbine 24 bezeichnet. Der mit der Hochdruckturbine 24 verbundene Verdichter 26, der die Ladeluft auf den Druck verdichtet, mit welchem die Ladeluft in einen Zylinder 19 strömt, wird als Hochdruckverdichter 26 bezeichnet. Für einen einstufigen Betrieb des Verbrennungsmotors 10 weisen sowohl die Hochdruckturbine 24 als auch der Hochdruckverdichter 26 jeweils einen Bypass 27, 28 auf, in welchen jeweils ein Einstellelement 30, 31 angeordnet ist. Wenigstens das Einstellelement 31 am Bypass 27 der Hochdruckturbine 24 ist regelbar ausgeführt. Sofern der Abgasturbolader 22 im mehrstufigen (zweistufigen) Betrieb des Verbrennungsmotors 10 angetrieben wird und Verdichtungsarbeit leistet, verschließen die Einstellelemente 30, 31 den jeweiligen Bypass 27, 28, sodass das Abgas im Abgastrakt 12 die Hochdruckturbine 24 mit Leistung beaufschlagt und der dadurch angetriebene Hochdruckverdichter 26 die zum Verbrennungsmotor 10 strömende Ladeluft in Ansaugtrakt 11 verdichtet.
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Für den einstufigen Betrieb des Verbrennungsmotors 10 öffnet das jeweilige Einstellelement 30, 31 den dazugehörigen Bypass 27, 28, sodass turbinenseitig das Abgas und verdichterseitig die Ladeluft an der Hochdruckturbine 24 bzw. am Hochdruckverdichter 26 vorbeiströmen können, ohne angetrieben zu werden bzw. ohne Verdichtungsarbeit zu leisten. Der Strömungsweg des Ladeluftstroms im einstufigen Betrieb ist anhand des Pfeils 38 und der Strömungsweg des Abgasstroms im einstufigen Betrieb ist anhand des Pfeils 39 in der 1 dargestellt.
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Der Verbrennungsmotor 10 weist ferner ein Abgasrückführsystem 40 auf, mittels welchem Abgas aus dem Abgastrakt 12 stromaufwärts der Hochdruckturbine 24 abzweigbar und in den Ansaugtrakt 11 stromabwärts des Hochdruckverdichters 26 einleitbar ist. Im Abgasrückführsystem 40 ist ferner ein Abgasrückführventil 41 angeordnet, mittels welchem der rückgeführte Abgasstrom bei ausreichend hoher Druckdifferenz zwischen Ansaugtrakt 11 und Abgastrakt 12 regelbar ist. Ferner sind am Verbrennungsmotor 10 noch eine Steuereinrichtung 50 und mit der Steuereinrichtung 50 verbundene Drucksensoren 51, 52 angeordnet. Der Drucksensor 51 ist dabei im Abgastrakt 12 stromaufwärts der Hochdruckturbine 24 und der Drucksensor 52 im Ansaugtrakt 11 stromabwärts des Hochdruckverdichters 26 angeordnet. Auch das Abgasrückführventil 41 ist mit der Steuereinrichtung 50 verbunden.
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Bei einer Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens mit dem beispielhaft gezeigten Verbrennungsmotor 10 ermittelt die Steuereinrichtung 50 im einstufigen Betrieb des Verbrennungsmotors eine Druckdifferenz zwischen dem am Drucksensor 52 anliegenden Druck im Ansaugtrakt 11 stromabwärts des Hochdruckverdichters 26 und dem am Drucksensor 51 anliegenden Druck im Abgastrakt 12 stromaufwärts der Hochdruckturbine 24. Stellt die Steuereinrichtung 50 dabei fest, dass eine Druckdifferenz vorliegt, welche eine vorgesehene Einleitung von Abgas über das Abgasrückführsystem 40 in den Ansaugtrakt 11 hemmt, wird folgender Verfahrensschritt eingeleitet: Das geöffnete Einstellelement 31 am Bypass 27 der Hochdruckturbine 24 erhält ein Steuersignal, den Durchflussquerschnitt des Hochdruckturbinenbypasses 24 zu verringern, damit der Druck im Abgastrakt 12 stromaufwärts der Hochdruckturbine 24 steigt. Dadurch erhöht sich die Druckdifferenz zwischen dem Ansaugtrakt 11 und dem Abgastrakt 12. Aufgrund des dadurch herbeigeführten ausreichend hohen Spülgefälles kann das Abgas aus dem Abgastrakt 12 mit einem ausreichend großen Massenstrom vom Abgasrückführsystem 40 zurück in den Ansaugtrakt 11 geführt werden. Über den Öffnungsgrad des Einstellelements 31 am Bypass 27 der Hochdruckturbine 24 ist die Druckdifferenz zwischen dem Ansaugtrakt 11 und dem Abgastrakt 12 regelbar.
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2 zeigt ein schematisches Kennfeld 60 eines beispielhaften Verbrennungsmotors 10. Im Kennfeld 60 ist das Drehmoment M über der Drehzahl n dargestellt und umfasst sowohl den einstufigen Betriebsbereich 61 als auch den zweistufigen Betriebsbereich 62 des beispielhaft gewählten zweistufigen Aufladesystems 20.
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Die Aufladung erfolgt abhängig vom Lastpunkt, in dem der Motor betrieben wird, im Beispiel einstufig oder zweistufig. Der Übergang 63 zwischen dem einstufigen Betriebsbereich 61 und dem zweistufigen Betriebsbereich 62 verläuft abgestuft im Wesentlichen abhängig von einem Motorlastpunkt 64 (beispielhaft dargestellt), der im beispielhaften Kennfeld 60 durch das Drehmoment M und die Drehzahl n definiert ist. Der Übergang 63 ist hier zwar schematisch als klare Linie dargestellt, aufgrund weiterer zu berücksichtigender Einflussfaktoren liegt allerdings tatsächlich ein Übergangsbereich vor.
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In 2 ist ein Sonderbereich 65 im Kennfeld 60 dargestellt. Dieser Sonderbereich 65 liegt im dem Bereich des Kennfelds 60, in dem der Verbrennungsmotor 10 im einstufigen Betriebsbereich 61 des Aufladesystems 20 betrieben wird. Dieser Sonderbereich 65 definiert einen Bereich des Kennfelds 60 mit mittlerer Motordrehzahl n. Damit definiert dieser Sonderbereich 65 Motorlastpunkte 64, bei welchen eine Verringerung des Durchflussquerschnitts des Hochdruckturbinenbypasses 27 bei einer Ausführungsform auch dann zweckmäßig ist, wenn aktuell keine Druckdifferenz vorliegt, welche eine vorgesehene Einleitung von Abgas über das Abgasrückführsystem 40 in den Ansaugtrakt 11 hemmt. Da der Verbrennungsmotor 10 bei Motorlastpunkten 64 im Sonderbereich 65 zu geringen Spülgefällen neigt, können diese durch eine Verringerung des Durchflussquerschnitts des Hochdruckturbinenbypasses 27 ausgehend vom Motorlastpunkt 64 vermieden werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungsmotor
- 11
- Ansaugtrakt
- 12
- Abgastrakt
- 19
- Zylinder
- 20
- Aufladesystem
- 21
- Abgasturbolader
- 22
- Abgasturbolader
- 23
- Turbine
- 24
- Hochdruckturbine
- 25
- Verdichter
- 26
- Hochdruckverdichter
- 27
- Bypass der Hochdruckturbine
- 28
- Bypass des Hochdruckverdichters
- 30
- Einstellelement
- 31
- Einstellelement
- 38
- Strömungsweg des Ladeluftstroms
- 39
- Strömungsweg des Abgasstroms
- 40
- Abgasrückführsystem
- 41
- Abgasrückführventil
- 50
- Steuereinrichtung
- 51
- Drucksensor
- 52
- Drucksensor
- 60
- Kennfeld
- 61
- einstufiger Betriebsbereich
- 62
- zweistufiger Betriebsbereich
- 63
- Übergang zwischen dem einstufigen und dem zweistufigen Betriebsbereich
- 64
- Motorlastpunkt
- 65
- Sonderbereich
- M
- Motordrehmoment
- n
- Motordrehzahl
