ABGASRÜCKFÜHRVENTIL

Die Erfindung betrifft ein Motorsteuerverfahren für einen Verbrennungsmotor mit Abgasturbolader und Abgasrückführung. Die Erfindung betrifft

insbesondere die Erhöhung des Abgasrückführstroms (oder der

Abgasrückführrate) bei bereits im Wesentlichen offenen Abgasrückführventil.

Aus dem Stand der Technik sind Verbrennungsmotoren bekannt, die einen Abgasturbolader mit Turbine und Verdichter und eine externe

Abgasrückführung mit Abgasrückführventil umfassen. Ein beispielhafter Verbrennungsmotor hierfür ist in dem Lehrbuch„Dieselmotor-Management", Robert Bosch GmbH, 4. Auflage, Vieweg-Verlag, Seiten 330-332

beschrieben. Die dort zur Abgasrückführung gemachten Ausführungen werden hiermit durch Bezugnahme in den Offenbarungsgehalt der

Anmeldung aufgenommen. Bei einem Verbrennungsmotor mit Abgasturbolader und Abgasrückführung kann sich eine instabile Einregelung bei Vorgabe der Zylinderfüllung

(Frischluftstrom und Abgasrückführstrom) ergeben, insbesondere in dem Fall, wenn der Abgasrückführstrom nur über eine Drosselung vom Luftstrom erreicht wird.

Die Menge des zurückgeführten Abgases hängt von dem Öffnungsgrad des Abgasrückführventils ab. Außerdem wird die Menge des zurückgeführten Abgases durch die Druckdifferenz zwischen dem abgasseitigen Druck stromaufwärts der Turbine (auch als Abgasgegendruck bezeichnet) und dem Saugrohrdruck beeinflusst. Zur Erhöhung vom Abgasrückführstrom (oder entsprechend der

Abgasrückführrate) bei im Wesentlichen offenen Abgasrückführventil kann der Druck auf der Ansaugseite über ein Verringern des Öffnungsgrads der Drosselklappe reduziert werden, da mit Verringern des Öffnungsgrads die Frischluft gedrosselt wird und so der Druck stromabwärts der Drossel reduziert wird, wodurch der Abgasrückführstrom zunimmt. Diese Erhöhung des Abgasrückführstroms über die Verstellung der Drosselklappe weist eine hohe Dynamik auf, d.h. bei Verringern des Öffnungsgrads der Drossel nimmt der Abgasrückführstrom in kurzer Zeit zu. Die mit der Verringerung des Öffnungsgrads der Drossel verbundene Reduzierung des Frischluftstroms und des Drucks stromabwärts der Drossel kann über den Ladedrucksteller, der die Leistungsaufnahme der Turbine beeinflusst, bei entsprechendem Wunsch nur langsam ausgeregelt werden. Der Ladedruckregler bemerkt nämlich die Reduzierung des Ladedrucks und steuert zum Ausgleich den Ladedrucksteller entsprechend an; die Kompensation dieser Reduzierung des saugseitigen Frischluftstroms und des saugseitigen Ladedrucks dauert jedoch länger, da der Ladedruckregler abgasseitig eingreift und der

Turbolader beschleunigt werden muss; durch die Ansteuerung des

Ladedruckstellers steigt zugleich der abgasseitige Druck stromaufwärts der Turbine und bewirkt eine schnelle Erhöhung vom Abgasrückführstrom; Durch das schnelle Reagieren vom Abgasrückführstrom auf die Drosselklappe und den Ladedrucksteller neigt das System bei Kopplung über die

Ladedruckregelung (Saugdruck) zum Schwingen.

Aus der Druckschrift DE 103 34 809 A1 ist eine Steuereinheit für einen Verbrennungsmotor mit Abgasrückführung und Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie bekannt, welche zur Erhöhung der Menge der

Abgasrückführung bei vollständig offenem Abgasrückführventil den

Verengungsgrad der Turbine erhöht, so dass der Abgasdruck in dem

Abgaskanal stromaufwärts der Turbine erhöht wird. Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Motorsteuerverfahren für einen

Verbrennungsmotor mit Abgasturbolader und Abgasführung anzugeben, wobei bei Erhöhung des Abgasrückführstroms oder der Abgasrückführrate bei bereits im Wesentlichen offenem Abgasrückführventil der langsame Ladedrucksteller keine oder nur eine geringe Schwingneigung aufweist. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes

Motorsteuergerät anzugeben.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Motorsteuerverfahren für einen Verbrennungsmotor. Der Verbrennungsmotor weist einen Abgasturbolader mit einer Turbine und einem Verdichter auf. Hierbei handelt es

beispielsweise um einen Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie. Dieser Abgasturboladertyp wird auch als VTG-Lader (Variable

Turbinengeometrie - VTG) oder VNT-Lader (variable nozzle turbocharger) bezeichnet. Alternativ kann auch anderer Abgasturbolader verwendet werden, beispielsweise ein sogenannter Wastegate-Lader.

Ferner ist ein Ladedrucksteller vorhanden, welcher den Ladedruck dadurch einstellt, indem die Leistungsaufnahme durch die Turbine beeinflusst wird. Mit anderen Worten: Durch den Ladedrucksteller wird also der Antrieb der Turbine beeinflusst. Indem der Antrieb der Turbine beeinflusst wird, stellt sich ein bestimmter abgasseitiger Druck stromaufwärts der Turbine ein. Bei dem Ladedrucksteller kann es sich beispielsweise um den Ladedrucksteller eines VGT-Laders oder den Ladedrucksteller eines Wastegate-Laders handeln.

Ferner ist eine Drossel mit einstellbarem Öffnungsgrad vorhanden; diese ist vorzugsweise im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors stromabwärts des Verdichters angeordnet. Der Verbrennungsmotor weist eine

Abgasrückführung mit Abgasrückführventil auf, welche Abgas stromaufwärts der Turbine abzweigt und stromabwärts der Drossel in den Ansaugtrakt zurückführt.

Zur Erhöhung des Abgasrückführstroms (insbesondere der Masse des Abgasrückführstroms) oder der Abgasrückführrate bei bereits im

Wesentlichen offenem Abgasrückführventil werden gemäß dem Verfahren folgende Schritte ausgeführt:

Der Ladedrucksteller wird derart angesteuert, dass der abgasseitige Druck stromaufwärts der Turbine erhöht wird. Durch die Erhöhung des

Abgasgegendrucks nehmen der Abgasrückführstrom und die

Abgasrückführrate zu. Diese Zunahme des Abgasgegendrucks und des Abgasrückführstroms weist eine hohe Dynamik auf, d.h. mit Ansteuerung des Ladedruckstellers, der zunächst abgasseitig eingreift, wird der abgasseitige Druck schnell erhöht und damit auch schnell der Abgasrückführstrom erhöht.

Gemäß dem Verfahren wird außerdem der Öffnungsgrad der Drossel verringert, so dass eine mit dem Ansteuern des Ladedruckstellers

verbundene Erhöhung des Frischluftstroms oder des ansaugtraktseitigen Ladedrucks stromabwärts der Drossel zumindest teilweise kompensiert oder verhindert wird. Die eine langsame Dynamik aufweisende Erhöhung im Frischluftstrom kann also über die schnell wirkende Drossel ausgeregelt werden. Die vorstehend beschriebene Problematik der erhöhten Schwingneigung des Systems tritt hier also nicht auf. Der Turbolader bewirkt in diesem Fall eine langsame Erhöhung des ansaugtraktseitigen Ladedrucks stromaufwärts der Drossel; der Ladedruck stromabwärts der Drossel kann mit der

Drosselklappe nahezu konstant gehalten werden und die Rückwirkung auf den Abgasrückführstrom ist gering. Auch die Drossel ist hier nicht von einer erhöhten Schwingneigung betroffen, da diese die vorstehend beschriebene Erhöhung im Frischluftstrom schnell ausgleichen kann. Bei dem Verfahren kann vorgesehen sein, dass der Ladedrucksteller eine Erhöhung des Frischluftstroms oder des ansaugtraktseitigen Drucks vornimmt und erst dann die Drossel die Erhöhung zumindest teilweise kompensiert. Vorzugsweise reagiert die Drossel schnell, so dass schon eine geringfügige Erhöhung erkannt wird und von der Drossel zumindest teilweise kompensiert wird. Alternativ könnte auch vorgesehen sein, dass eine etwaige Erhöhung bereits im Vorfeld verhindert wird, indem die Drossel gleichzeitig mit dem Ladedrucksteller, kurz danach angesteuert oder sogar kurz davor angesteuert wird, so dass überhaupt keine Erhöhung auftritt (die ansonsten erkannt wird und dann von der Drossel kompensiert werden müsste).

Bei dem Verfahren wird vorzugsweise die Abgasrückführung (insbesondere der Masse des Abgasrückführstroms oder die Abgasrückführrate) sowie der Ladedruck mit einem AGR-Regler (AGR - Abgasrückführung) bzw. einem Ladedruckregler geregelt. Erfindungsgemäß wird der Ladedrucksteller zur Erhöhung der Abgasrückführung im Fall eines im Wesentlichen offenen AGR-Ventils vorwendet; daher sieht die Erfindung vorzugsweise eine Kopplung von AGR-Regler und Ladedruckregler für den Fall von zu kleiner Abgasrückführmenge bei im Wesentlichen offenem AGR-Ventil vor.

Es wird darauf hingewiesen, dass ein im Wesentlichen offenes

Abgasrückführventil nicht zwingend vollständig offen sein muss; es reicht, wenn durch eine etwaige weitere Öffnung des Abgasrückführventils die Abgasrückführmenge überhaupt nicht oder nur vernachlässigbar steigen würde.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Verbrennungsmotor um einen

Dieselmotor, obgleich das Verfahren auch bei einem Ottomotor verwendet werden kann. Vorzugsweise wird ein VTG-Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie verwendet. Bei Dieselmotoren wird aufgrund der im Vergleich zu Ottomotoren geringeren thermischen Belastung üblicherweise ein VTG-Lader statt eines Wastegate-Laders verwendet. Bei einem VTG- Lader ist der Strömungsquerschnitt, durch den das Abgas auf die Turbine strömt, durch verstellbare Leitschaufeln veränderbar. Der Ladedrucksteller wird zur Erhöhung des abgasseitigen Drucks stromaufwärts der Turbine vorzugsweise derart angesteuert, dass durch Verstellung der Leitschaufeln der Strömungsquerschnitt verringert wird. Im Fall eines VTG-Laders umfasst der Ladedrucksteller beispielsweise eine Verstelldose mit Verstellhebel oder Verstellgestänge, der bzw. das über einen Verstellring die Stellung der Leitschaufeln beeinflusst.

Alternativ kann auch ein sogenannter Wastegate-Lader verwendet werden. Hier wird ein variabler Anteil des Abgases über ein Bypass-Ventil an der Turbine vorbei in die Abgasanlage geleitet. Dies ermöglicht eine Einstellung des Ladedrucks.

In beiden Fällen (VTG-Lader oder Wastegate-Lader) wird also der Ladedruck dadurch eingestellt, indem die Leistungsaufnahme der Turbine beeinflusst wird.

Bei dem otorsteuerverfahren werden vorzugsweise

- der Frischluftstrom oder der Ladedruck sowie

- der Abgasrückführstrom (insbesondere die Masse des

Abgasrückführstroms) oder die Abgasrückführrate

geregelt. Hierdurch wird die Zylinderfüllung (Frischluftstrom und

Abgasrückführstrom) vorgegeben. Die Regelung des Abgasrückführstroms bzw. der Abgasrückführrate erfolgt vorzugsweise über die Messung der Luftmasse und einer Modellierung der Zylinderfüllung. Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Motorsteuergerät für einen vorstehend beschriebenen Verbrennungsmotor. Das Motorsteuergerät ist eingerichtet, zur Erhöhung des Abgasrückführstroms oder der

Abgasrückführrate bei bereits im Wesentlichen offenem Abgasrückführventil folgende Schritte auszuführen: Der Ladedrucksteller wird derart angesteuert, dass der abgasseitige Druck stromaufwärts der Turbine erhöht wird.

Außerdem wird der Öffnungsgrad der Drossel verringert, so dass eine mit dem Ansteuern des Ladedruckstellers verbundene langsame Erhöhung des Frischluftstroms oder des ansaugtraktseitigen Drucks stromabwärts der Drossel zumindest teilweise kompensiert oder verhindert wird.

Die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung gelten in entsprechender Weise auch für die erfindungsgemäße Steuervorrichtung nach dem zweiten Aspekt der Erfindung.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem

vorstehend beschriebenen Verbrennungsmotor sowie einem

Motorsteuergerät nach dem zweiten Aspekt der Erfindung.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Zuhilfenahme auf die beigefügte Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben.

Die Zeichnung zeigt ein Beispiel für einen Verbrennungsmotor mit

Abgasturbolader und Abgasrückführung. Die Steuerung des

Verbrennungsmotors erfolgt über ein elektronisches Motorsteuergerät 10. Der Verbrennungsmotor umfasst einen Abgasturbolader mit Verdichter 1 und Turbine 2. Stromabwärts des Verdichters 1 ist ein Ladeluftkühler 3

vorgesehen, der die Frischluft auf eine bestimmte Temperatur abkühlt.

Stromabwärts des Ladeluftkühlers 3 befindet sich eine Drosselklappe 4 mit einstellbarem Öffnungsgrad, wobei die Frischluftmenge über den

Öffnungsgrad der Drosselklappe 4 eingestellt wird. Abgas wird über eine Abgasrückführung 5 stromaufwärts der Turbine 2 abgezweigt und

stromabwärts der Drosselklappe 4 zurückgeführt. Die Menge des

zurückgeführten Abgases hängt dabei von dem Öffnungsgrad eines

Abgasrückführventils 6 ab. Außerdem wird die Menge des zurückgeführten Abgases durch die Druckdifferenz zwischen dem abgasseitigen Druck P ₂ stromaufwärts der Turbine 2 (auch als Abgasgegendruck bezeichnet) und dem Saugrohrdruck Pi beeinflusst. Die Abgasrückführung 5 kann optional zwei parallele Pfade aufweisen: einen Pfad mit Kühler 7 und einen Bypass- Pfad ohne Kühler. Die Aufteilung des Abgases auf die zwei Pfade kann über ein Ventil 8 eingestellt werden.

Vorzugsweise wird ein VTG-Lader verwendet, welcher eine Turbine 2 mit variabler Turbinenengeometrie aufweist; alternativ könnte auch ein

Wastegate-Lader verwendet werden. Bei einem VTG-Lader ist der

Strömungsquerschnitt, durch den das Abgas auf die Turbine strömt, durch verstellbare Leitschaufeln veränderbar. Ein elektrisch angesteuerter

Ladedrucksteller 11 verschiebt beispielsweise über einen Verstellhebel oder ein Verstellgestänge (nicht dargestellt) einen Verstellring (nicht dargestellt), der wiederum die Stellung der Leitschaufeln beeinflusst.

Das Motorsteuergerät 10 dient unter anderem der Ansteuerung des

Ladedruckstellers 11 über ein Signal 12, der Ansteuerung des Aktors (nicht dargestellt) der Drosselklappe 4 über ein Signal 13 sowie der Ansteuerung des Aktors (nicht dargestellt) des Abgasrückführventils 6 über ein Signal 14. Zur Steuerung/Regelung von Motorparametern werden seitens des

Motorsteuergeräts 10 Sensorsignale entgegengenommen, beispielsweise ein Sensorsignal eines Luftmassenmessers (nicht dargestellt).

Das Motorsteuergerät 10 dient zur Regelung der Zylinderfüllung

(Frischluftanteil und Anteil aus zurückgeführtem Abgas). Hierzu regelt das Motorsteuergerät 10 die Masse des Abgasrückführstroms (AGR-Masse) oder die AGR-Rate (z. B. das Verhältnis der AGR-Masse zur Gesamtfüllung). Für diese Regel umfasst das Motorsteuergerät 10 einen AGR-Regler. Ferner regelt das Motorsteuergerät 10 den Ladedruck, beispielsweise den Druck P-i; hierzu umfasst das Motorsteuergerät 10 einen Ladedruckregler. Zur

Regelung des Ladedrucks wird der Druck Pi stromabwärts der Drossel 4 gemessen; der Ladedruck könnte aber auch stromaufwärts der Drossel 4 gemessen werden. Alternativ kann statt dem Ladedruck auch der

Frischluftstrom als Regelgröße geregelt werden.

Wie vorstehend ausgeführt, hängt die Menge des zurückgeführten Abgases sowohl von dem Öffnungsgrad eines Abgasrückführventils 6 als auch von der Druckdifferenz zwischen dem abgasseitigen Druck P2 stromaufwärts der Turbine 2 und dem Saugrohrdruck Pi ab.

Zur Erhöhung des Abgasrückführstroms oder der Abgasrückführrate bei bereits im Wesentlichen offenem Abgasrückführventil steuert das

Motorsteuergerät 0 den Ladedrucksteller 1 1 über eine Signal 12 derart an, dass der abgasseitige Druck P2 stromaufwärts der Turbine 2 erhöht wird. Der Ladedrucksteller 1 1 bewirkt eine Verstellung der Leitschaufeln der Turbine 2 derart, dass der Strömungsquerschnitt verringert wird. Der VTG-Lader und die Verstellung der Leitschaufeln hin zu einem kleineren

Strömungsquerschnitt sind in dem Lehrbuch„Dieselmotor-Management", Robert Bosch GmbH, 4. Auflage, Vieweg-Verlag auf den Seiten 54-55 beschrieben. Die dort gemachten Ausführungen werden hiermit durch

Bezugnahmen in den Offenbarungsgehalt der Anmeldung aufgenommen.

Durch die Erhöhung des Abgasgegendrucks P2 nehmen der

Abgasrückführstrom und die Abgasrückführrate zu. Diese Zunahme des Abgasgegendrucks und des Abgasrückführstroms weist eine hohe Dynamik auf, d.h. mit Ansteuerung des Ladedruckstellers 1 1 , der abgasseitig eingrifft, wird der abgasseitige Druck P ₂ schnell erhöht und damit auch schnell der Abgasrückführstrom erhöht. Durch die Kopplung zwischen Turbine und Verdichter kommt es zwar auch zu einer Erhöhung des Frischluftstroms (vor der Zuführung des Abgases; also vor der Drossel 4 oder direkt nach der Drossel 4) und des

ansaugtraktseitigen Drucks P-i. Diese Erhöhung findet jedoch erst nach einer gewissen Totzeit langsam statt, so dass im ersten Moment der

Frischluftstrom und der Druck Pt nahezu konstant bleiben.

Das Motorsteuergerät 10 steuert den Aktor der Drosselklappe 4 über ein Signal 13 derart an, dass der Öffnungsgrad der Drosselklappe 4 verringert wird, so dass eine mit dem Ansteuern des Ladedruckstellers 1 1 sich ansonsten ergebende langsame Erhöhung des Frischluftstroms (vor der Zuführung des Abgases; also vor der Drossel 4 oder direkt nach der Drossel 4) oder des ansaugtraktseitigen Drucks Pi sofort ausgeregelt wird. Bei dem Frischluftstrom handelt sich um Umgebungsluft, die über den Verdichter 1 kommt. Die langsame Erhöhung im Frischluftstrom oder des

ansaugtraktseitigen Drucks Pi wird also über die schnell wirkende

Drosselklappe 4 ausgeregelt.

Die Erfindung erlaubt also eine Kopplung von AGR-Regler und

Ladedruckregler für den Fall von zu kleiner Abgasrückführmenge bei im

Wesentlichen offenem AGR-Ventil. Da der Ladedrucksteller 1 1 in kurzer Zeit den Druck P ₂ auf der Abgasseite erhöhen kann und über die Drosselklappe 4 eine damit einhergehende langsame Erhöhung im Luftstrom schnell von der Drosselklappe 4 ausgeregelt werden kann, tritt keine Schwingung des Systems auf.

Die Erfindung ermöglicht also eine hohe Einregelqualität von Luft und Abgas und damit eine gute und stabile Einstellung, insbesondere Regelung, einer gewünschten Füllung (Luft und Abgas). Es ergeben sich hierdurch geringere Emissionen sowie Vorteile in der Fahrbarkeit.