EP3314111A1 - Steuerungsverfahren eines bypassventils und des zündzeitpunktes in einem turbogeladenen verbrennungsmotor - Google Patents

Steuerungsverfahren eines bypassventils und des zündzeitpunktes in einem turbogeladenen verbrennungsmotor

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EP3314111A1
EP3314111A1 EP16740928.3A EP16740928A EP3314111A1 EP 3314111 A1 EP3314111 A1 EP 3314111A1 EP 16740928 A EP16740928 A EP 16740928A EP 3314111 A1 EP3314111 A1 EP 3314111A1
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EP
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internal combustion
combustion engine
wastegate
ignition
piston
Prior art date
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Pending
Application number
EP16740928.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Herbert Kopecek
Nikolaus Spyra
Josef Thalhauser
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Innio Jenbacher GmbH and Co OG
Original Assignee
GE Jenbacher GmbH and Co OHG
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Filing date
Publication date
Application filed by GE Jenbacher GmbH and Co OHG filed Critical GE Jenbacher GmbH and Co OHG
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Pending legal-status Critical Current

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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine with the features of the preamble of claim 1.
  • the combustion center of gravity of combustion designates the state in which half of the fresh charge is burned and is expressed by the corresponding crankshaft angle. This is also known as MFB 50, which means that 50% of the mass is burned (mass fraction burned).
  • MFB 50 means that 50% of the mass is burned (mass fraction burned).
  • the entire exhaust gas of all piston-cylinder units or selected groups flows through the exhaust gas turbine, which causes a very high charge of the piston-cylinder units of the internal combustion engine via the compressor connected to the exhaust gas turbine. Due to the high compression of the propellant gas-air mixture increase both the pressure of the propellant gas-air mixture before the intake valves (boost pressure) and the mass flow, which can be introduced into the piston-cylinder units.
  • a leaner propellant gas-air mixture can be used, whereby a constant ignition timing can be selected with constant NOx emissions, which in turn increases the combustion efficiency.
  • Wastegate maximum open the pistons of the piston-cylinder units have to work against the very high back pressure of the exhaust gas turbine, which reduces the charge exchange efficiency. Wastegate maximum open:
  • a maximum possible amount of exhaust gas from all piston-cylinder units or selected groups is routed around the exhaust gas turbine via the wastegate so that only a small amount of drive of the compressor takes place through the exhaust gas turbine.
  • the piston has to do less charge change work, but at the cost of a lower charge (lower charge pressure).
  • a richer propellant gas-air mixture must be used, which in order to avoid an increase in NOx emissions, a later ignition must be selected, which in turn reduces the combustion efficiency.
  • the piston of the piston-cylinder units only have to work against a very low back pressure of the exhaust gas turbine, which increases the charge exchange efficiency.
  • the overall efficiency of the internal combustion engine (also referred to in the literature as "internal efficiency") is a product of various factors, of which Combustion efficiency and the charge interaction efficiency are two factors. The remaining factors are not affected by the invention and therefore can be considered constant in the present disclosure.
  • the object of the invention is to provide a generic internal combustion engine, in which the overall efficiency is optimized when changing the ignition timing.
  • the ignition timing of the ignition of the at least one piston-cylinder unit and the wastegate between the two extremes discussed above are adjusted so that the highest overall efficiency can be achieved for each operating condition of the internal combustion engine.
  • the procedure according to the invention is such that the ignition timing of the ignition device is brought to the optimum of the overall efficiency by the control device and the opening degree of the wastegate is changed to provide the required output power of the internal combustion engine.
  • both the ignition timing and the opening degree of the wastegate are changed so that the overall efficiency is optimized as a function of combustion efficiency and charge interaction efficiency.
  • the ignition timing of the ignition of the individual piston-cylinder units and the Adjusting the degree of opening of the wastegate may also be required to accommodate changed environmental conditions (eg, ambient temperature and pressure).
  • Aging of the internal combustion engine means, for example, a modified by wear or deposits operating characteristic of intake and exhaust valves, changed charge exchange by deposits, combustion chamber deposits, etc.
  • the adjustment of the ignition timing is slow and the operation of the wastegate quickly.
  • Ignition timing and the degree of opening of the wastegate can be changed simultaneously.
  • the functional relationship can be stored in the control device, preferably in the form of a map.
  • the control device can itself calculate at least parts of the functional relationship via a simulation.
  • the trial and error method described below may be used.
  • an internal combustion engine has a plurality of piston-cylinder units and each piston-cylinder unit is separated by the control device assigned controllable ignition device, so that the ignition timing can be selected individually for each piston-cylinder unit.
  • the controller may individually affect the degree of opening of each wastegate.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an inventive
  • Fig. 2 is an illustration of the overall efficiency over the ignition timing of an internal combustion engine for different aging states.
  • Fig. 1 Recognizable in Fig. 1 is a schematically illustrated internal combustion engine 1 with a plurality of piston-cylinder units 4 and a control device 2. It is a turbocharger 5 is provided, the output side of the piston-cylinder units 4, an exhaust gas turbine 7 and the input side piston-cylinder units 4 has a compressor 8. By engaging the control device 2 on a wastegate 6, the amount of exhaust gas can be adjusted, which flows around the exhaust gas turbine 7 and so does not contribute to a drive of the compressor 8.
  • Each piston-cylinder unit 4 is associated with an ignition device 3, for igniting a propellant-air mixture in the respective piston-cylinder unit 4.
  • the ignition of the ignition device 3 can be adjusted by the control device 2.
  • the control device 2 may be formed as part of an overall control of the internal combustion engine 1 or as a separate unit.
  • FIG. 2 shows a 2D representation of a family of curves, the family being shown for constant power and for constant NO x emission, where each curve shows the overall efficiency ⁇ , of the internal combustion engine 1 for a given state of aging and for certain boundary conditions (eg ambient pressure, ambient temperature ).
  • the curves are designated Aging 1, Aging 2 and Aging 3.
  • the overall efficiency ⁇ of the internal combustion engine 1 is plotted as a function of the control variables ignition timing and opening degree of the wastegate WG, which are independent of each other.
  • the ignition point is plotted as a variable on the x-axis. This does not mean that the opening degree of the wastegate WG is kept constant. Rather, a specific opening degree of the wastegate WG results for each ignition time.
  • the determination of the optimum overall efficiency ⁇ , for given boundary conditions / aging state can take place, for example, via a stored routine, according to which the internal combustion engine 1 changes the ignition timing at a specific operating point and measures in dependence thereon the quantity of propellant gas necessary to provide the required power and comparing this with the amount of LPG required prior to the ignition timing adjustment. If the amount of propellant gas required after the ignition timing adjustment is less than that required before the adjustment, the overall efficiency is higher than before and vice versa.
  • the internal combustion engine by a trial and eor-ror method ie by trial and error
  • search algorithms known to those skilled in the art can be used to find a maximum.
  • the overall efficiency ⁇ is a function of the charge interaction efficiency r
  • i fi (r
  • L w is in turn a function of a charging efficiency ⁇ ⁇ ⁇ , the exhaust gas temperature T 3 and the degree of opening WG of the wastegate 6:
  • the combustion efficiency ⁇ ⁇ is a function of the ignition timing, where the ignition timing can be expressed as the center of gravity MFB50: r
  • V f 3 (MFB50) It should be noted that there is a known relationship between the exhaust gas temperature T 3 and the ignition timing.
  • the supercharging efficiency ⁇ ⁇ ⁇ is present for each turbocharger in the form of two maps, namely as a map for the exhaust turbine 7 and as a map for the compressor. 8 Since the individual functions f- 1 , f 2 , f3 are known to the person skilled in the art and are accessible, it is possible using a customary simulation software, such as eg. B. GT Power ® Gamma Technologies GmbH a 2D representation (simplified in Fig. 2 shown) are created, the overall efficiency ⁇ , the internal combustion engine 1 is plotted on the two independent control variables ignition timing and opening degree of the wastegate WG.
  • the two manipulated variables are subject to boundary conditions, namely a predetermined output of the internal combustion engine to be delivered and a predetermined NOx emission.
  • boundary conditions namely a predetermined output of the internal combustion engine to be delivered and a predetermined NOx emission.

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Abstract

Brennkraftmaschine (1) mit einer Regeleinrichtung (2) und wenigstens einer Zündeinrichtung (3) für die Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in wenigstens einer Kolben-Zylinder-Einheit (4), wobei auslassseitig der wenigstens einen Kolben-Zylinder-Einheit (4) ein Turbolader (5) und ein Wastegate (6) vorgesehen sind, wobei durch das Wastegate(6) eine Abgasturbine (7) des Turboladers (5) umströmbarist und wobei die Abgasturbine (7) einen eingangsseitig der wenigstens einen Kolben-Zylinder-Einheit (4) angeordneten Verdichter (8) antreibt, wobei die Regeleinrichtung (2) bei Detektion einer vordefinierten Auslösebedingungeine Verstellung des Zündzeitpunkts und des Öffnungsgradsdes Wastegates (6) so vornimmt, dass der Gesamt-Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine (1) optimiert wird, wobeidurch die Regeleinrichtung (2) der Zündzeitpunkt der Zündeinrichtung (3) an das Optimum des Gesamt-Wirkungsgrades herangeführt wird und der Öffnungsgrad des Wastegates (6) verändert wird um die benötigte abgegebene Leistung der Brennkraftmaschine bereit zu stellen.

Description

STEUERUNGSVERFAHREN EINES BYPASSVENTILS UND DES ZÜNDZEITPUNKTES IN EINEM TURBOGELADENEN VERBRENNUNGSMOTOR
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 .
Bei gattungsgemäßen Brennkraftmaschinen wird der Turbolader dazu verwendet, Energie aus dem Abgas der Kolben-Zylinder-Einheit(en) zu gewinnen und in Verdichtungsarbeit für das der Kolben-Zylinder-Einheit(en) zugeführte Treibgas-Luft- Gemisch umzuwandeln. Eine Verstellung des Zündzeitpunktes wird eingesetzt um die Schwerpunktlage der Verbrennung in den einzelnen Kolben-Zylinder-Einheiten der Brennkraftmaschine zu beeinflussen.
Die Schwerpunktlage (engl.: combustion center of gravity) der Verbrennung bezeichnet den Zustand, in welchem die Hälfte der Frischladung verbrannt ist und wird über den entsprechenden Kurbelwellenwinkel ausgedrückt. Dies ist auch als MFB 50 bekannt, das heißt 50 % der Masse ist verbrannt (engl.: mass fraction burned). Für die Begriffe sei auf Lehrbücher zu Brennkraftmaschinen verwiesen, siehe im speziellen Heywood, John B., Internal Combustion Engine Fundamentals, New York, McGraw-Hill, 1988. Die Schwerpunktlage der Verbrennung beeinflusst den Verbrennungswirkungsgrad der Brennkraftmaschine und die Menge der erzeugten Emissionen.
Es ist weiters bekannt, über gezielte Umspülung von Abgasen um die Abgasturbine des Turboladers mittels des variablen Öffnungsgrades eines Wastegates die Leistung der Brennkraftmaschine zu regeln. Dies ist auch in der US 4,496,286 A ersichtlich. Durch eine Vergrößerung der Öffnung des Wastegates wird den Abgasen der Kolben-Zylinder- Einheiten ein vergrößerter freier Strömungsquerschnitt angeboten, wodurch der Abgasgegendruck , gegen den die Kolben der Kolben-Zylinder-Einheiten Arbeit verrichten müssen, gesenkt wird.
Nachteilig daran ist, dass die genannten Regeleingriffe (Veränderung des Zündzeitpunktes und Veränderung des Öffnungsgrades des Wastegates) individuell Einfluss auf unterschiedliche Wirkungsgrade der Brennkraftmaschine, nämlich den Verbrennungswirkungsgrad (in der Literatur auch„Hochdruck-Wirkungsgrad" genannt) und den Ladungswechselwirkungsgrad (in der Literatur auch „Niederdruck- Wirkungsgrad" genannt), haben.
Als Vorbereitung zur Diskussion der Erfindung seien eingangs zwei Extremfälle bzgl. des Öffnungsgrades des Wastegates betrachtet.
Wastegate vollkommen geschlossen:
Das gesamte Abgas aller Kolben-Zylinder-Einheiten oder ausgewählter Gruppen (z. B. einer Zylinderbank) durchströmt die Abgasturbine, was über den mit der Abgasturbine verbundenen Verdichter eine sehr hohe Aufladung der Kolben-Zylinder-Einheiten der Brennkraftmaschine bewirkt. Durch die hohe Verdichtung des Treibgas-Luft-Gemisches steigen sowohl der Druck des Treibgas-Luft-Gemisches vor den Einlassventilen (Ladedruck) als auch der Massenstrom, der in die Kolben-Zylinder-Einheiten einbringbar ist. Bei konstanter abgegebener Leistung der Brennkraftmaschine kann ein magereres Treibgas-Luft-Gemisch eingesetzt werden, wodurch bei konstanten NOx- Emissionen ein früherer Zündzeitpunkt gewählt werden kann, was wiederum den Verbrennungswirkungsgrad steigert.
Andererseits müssen die Kolben der Kolben-Zylinder-Einheiten gegen den sehr hohen Gegendruck der Abgasturbine arbeiten, was den Ladungswechselwirkungsgrad senkt. Wastegate maximal geöffnet:
Eine maximal mögliche Menge an Abgas aller Kolben-Zylinder-Einheiten oder ausgewählter Gruppen (z. B. einer Zylinderbank) wird über das Wastegate um die Abgasturbine herum geleitet, sodass nur ein geringer Antrieb des Verdichters durch die Abgasturbine erfolgt. Der Kolben muss eine geringere Ladungswechselarbeit verrichten, jedoch um den Preis einer niedrigeren Aufladung (niedrigerer Ladedruck). Bei konstanter abgegebener Leistung der Brennkraftmaschine muss ein fetteres Treibgas-Luft-Gemisch eingesetzt werden, wodurch zur Vermeidung einer Erhöhung der NOx-Emissionen ein späterer Zündzeitpunkt gewählt werden muss, was wiederum den Verbrennungs-Wirkungsgrad senkt. Andererseits müssen die Kolben der Kolben- Zylinder-Einheiten nur gegen einen sehr niedrigen Gegendruck der Abgasturbine arbeiten, was den Ladungswechselwirkungsgrad steigert.
Der Gesamt-Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine (in der Literatur auch „innerer Wirkungsgrad" genannt) ist ein Produkt verschiedener Faktoren, von denen der Verbrennungswirkungsgrad und der Ladungswechselwirkungsgrad zwei Faktoren darstellen. Die restlichen Faktoren werden durch die Erfindung nicht beeinflusst und können daher in der vorliegenden Offenbarung als konstant angesehen werden. Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer gattungsgemäßen Brennkraftmaschine, bei welcher der Gesamtwirkungsgrad bei Veränderung des Zündzeitpunktes optimiert ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Durch die Erfindung werden der Zündzeitpunkt der Zündeinrichtung der wenigstens einen Kolben-Zylinder-Einheit und das Wastegate zwischen den beiden oben diskutierten Extremen so eingestellt, dass für jeden Betriebszustand der Brennkraftmaschine der höchste Gesamtwirkungsgrad erreicht werden kann. Es findet sozusagen eine Zwei-Größen-Optimierung statt. Dabei wird erfindungsgemäß so vorgegangen, dass durch die Regeleinrichtung der Zündzeitpunkt der Zündeinrichtung an das Optimum des Gesamt-Wirkungsgrades herangeführt wird und der Öffnungsgrad des Wastegates verändert wird um die benötigte abgegebene Leistung der Brennkraftmaschine bereit zu stellen.
Würde ein (nicht-erfindungsgemäßer) isolierter Eingriff durch die Regeleinrichtung auf die Zündeinrichtung ohne Berücksichtigung des Öffnungsgrades des Wastegates stattfinden, welcher den Zündzeitpunkt so ändert, dass der Verbrennungswirkungsgrad optimiert wird (Ein-Größen-Optimierung), führt dies ohne Regeleingriff gemäß der Erfindung zu einem suboptimalen Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine.
Um dem zu begegnen, werden erfindungsgemäß sowohl der Zündzeitpunkt als auch der Öffnungsgrad des Wastegates so geändert, dass der Gesamtwirkungsgrad als Funktion von Verbrennungswirkungsgrad und Ladungswechselwirkungsgrad optimiert wird.
Es kann über die Lebensdauer einer Brennkraftmaschine vorteilhaft sein, den Zündzeitpunkt der Zündeinrichtung der einzelnen Kolben-Zylinder-Einheiten und den Öffnungsgrad des Wastegates zu verstellen, um Alterungseinflüsse auf den Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine möglichst gut zu kompensieren und den Gesamtwirkungsgrad über die Lebensdauer der Brennkraftmaschine möglichst hoch zu halten. Solche Maßnahmen können auch erforderlich sein, um geänderten Umgebungseinflüssen (z. B. Umgebungstemperatur und -druck) Rechnung zu tragen.
Als vordefinierte Auslösebedingung können Umgebungseinflüsse und/oder ein Alterungszustand der Brennkraftmaschine hinterlegt sein. Alterung der Brennkraftmaschine bedeutet beispielsweise eine durch Verschleiß oder Ablagerungen veränderte Betätigungscharakteristik von Ein- und Auslassventilen, veränderter Ladungswechsel durch Ablagerungen, Brennraumablagerungen etc.
Zusätzlich oder alternativ können als vordefinierte Auslösebedingungen Messergebnisse bezüglich interner Zustände der Brennkraftmaschine - vorzugsweise Zündverzug und/oder Verschmutzung des Turboladers - hinterlegt sein.
Vorzugsweise erfolgt die Verstellung des Zündzeitpunkts langsam und die Betätigung des Wastegates schnell.
Zündzeitpunkt und der Öffnungsgrad des Wastegates können gleichzeitig verändert werden.
Es besteht also ein funktionaler Zusammenhang zwischen Zündzeitpunkt, dem Öffnungsgrad des Wastegates und dem Gesamtwirkungsgrad.
Der funktionale Zusammenhang kann in der Regeleinrichtung hinterlegt sein, vorzugsweise in Form eines Kennfeldes. Alternativ kann die Regeleinrichtung im Betrieb zumindest Teile des funktionalen Zusammenhangs über eine Simulation selbst berechnen. Alternativ dazu kann das weiter unten beschriebene trial and error Verfahren eingesetzt werden.
In der Praxis weist eine Brennkraftmaschine mehrere Kolben-Zylinder-Einheiten auf und jeder Kolben-Zylinder-Einheit ist eine gesondert durch die Regeleinrichtung ansteuerbare Zündeinrichtung zugeordnet, sodass der Zündzeitpunkt für jede Kolben- Zylinder-Einheit individuell gewählt werden kann. In der Praxis ist üblicherweise nur ein Wastegate für die gesamte Brennkraftmaschine oder ein Wastegate pro Zylinderbank vorgesehen. Im letzteren Fall kann die Regeleinrichtung den Öffnungsgrad jedes Wastegates individuell beeinflussen.
Vereinfacht wird für alle Kolben-Zylinder-Einheiten derselbe Zündzeitpunkt oder ein gemeinsamer MFB50-Wert gewählt. Dies ist Voraussetzung für die Reduktion der Betrachtung auf nur drei Dimensionen.
Besonders bevorzugt ist eine Ausbildung der Brennkraftmaschine als insbesondere stationärer Gasmotor, welcher vorzugsweise als Teil eines Gensets der Erzeugung elektrischer Energie dient. Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Figuren diskutiert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Brennkraftmaschine,
Fig. 2 eine Darstellung des Gesamt-Wirkungsgrades über dem Zündzeitpunkt einer Brennkraftmaschine für verschiedene Alterungszustände.
Erkennbar ist in Fig. 1 eine schematisch dargestellte Brennkraftmaschine 1 mit mehreren Kolben-Zylinder-Einheiten 4 und eine Regeleinrichtung 2. Es ist ein Turbolader 5 vorgesehen, der ausgangsseitig der Kolben-Zylinder-Einheiten 4 eine Abgasturbine 7 und eingangsseitig Kolben-Zylinder-Einheiten 4 einen Verdichter 8 aufweist. Durch Eingriff der Regeleinrichtung 2 auf ein Wastegate 6 kann die Menge an Abgas eingestellt werden, welche die Abgasturbine 7 umströmt und so nicht zu einem Antrieb des Verdichters 8 beiträgt.
Jeder Kolben-Zylinder-Einheit 4 ist eine Zündeinrichtung 3 zugeordnet, zum Zünden eines Treibgas-Luft-Gemisches in der jeweiligen Kolben-Zylinder-Einheit 4. Der Zündzeitpunkt der Zündeinrichtung 3 kann durch die Regeleinrichtung 2 eingestellt werden. Die Regeleinrichtung 2 kann als Teil einer Gesamtsteuerung der Brennkraftmaschine 1 oder als eigene Einheit ausgebildet sein. Figur 2 zeigt eine 2D-Darstellung einer Kurvenschar, wobei die Schar für eine konstante Leistung und für eine konstante NOx-Emission gezeigt ist, wobei jede Kurve den Gesamtwirkungsgrad η, der Brennkraftmaschine 1 für einen bestimmten Alterungszustand und für bestimmte Randbedingungen (z.B. Umgebungsdruck, Umgebungstemperatur) darstellt. Die Kurven werden mit Alterungszustand 1 , Alterungszustand 2 und Alterungszustand 3 bezeichnet.
Der Gesamtwirkungsgrad η, der Brennkraftmaschine 1 ist in Abhängigkeit der an sich unabhängigen Stellgrößen Zündzeitpunkt und Öffnungsgrad des Wastegates WG aufgetragen. In der Darstellung ist auf der x-Achse der Zündzeitpunkt als Variable aufgetragen. Das bedeutet nicht, dass der Öffnungsgrad des Wastegates WG konstant gehalten wird. Vielmehr ergibt sich für jeden Zündzeitpunkt ein bestimmter Öffnungsgrad des Wastegates WG.
Durch Wahl eines bestimmten Zündzeitpunktes (und damit die Festlegung des sich aus dieser Wahl ergebenden Öffnungsgrades des Wastegates WG) ergibt sich für jede Kurve der Schar ein definierter Gesamtwirkungsgrad η,. Damit lässt sich jener Zündzeitpunkt bestimmen, der für die vorliegende Kurve der Schar den optimalen Gesamtwirkungsgrad η, ergibt. Man erkennt, dass dieser optimale Gesamtwirkungsgrad r|j für jede Kurve der Schar bei einem anderen Zündzeitpunkt liegt.
Das Auffinden des optimalen Gesamtwirkungsgrad η, für gegebene Randbedingungen / Alterungszustand kann beispielsweise über eine hinterlegte Routine erfolgen, wonach die Brennkraftmaschine 1 bei einem bestimmten Betriebspunkt den Zündzeitpunkt verändert und in Abhängigkeit davon jene Treibgasmenge misst, die notwendig ist, um die geforderte Leistung zu erbringen und diese mit jener Treibgasmenge vergleicht, die vor der Verstellung des Zündzeitpunkts erforderlich war. Ist die nach der Verstellung des Zündzeitpunkts erforderliche Treibgasmenge geringer als jene die vor der Verstellung notwendig war, liegt ein höherer Gesamtwirkungsgrad vor als vorher und umgekehrt. So kann die Brennkraftmaschine durch ein trial and e/ror-Verfahren (also durch Ausprobieren) zu einem optimalen Gesamtwirkungsgrad kommen. Hierfür können dem Fachmann bekannte Suchalgorithmen zum Auffinden eines Maximums eingesetzt werden. Durch Kenntnis der Öffnungscharakteristik(a) der Gasventile braucht nicht zwingend auf Messwerte zur zugemessenen Treibstoffmenge zurückgegriffen werden, sondern es kann aus der (bzw. den) Öffnungscharakteristik(a) der Gasventile auf die zugemessene Gasmenge geschlossen werden. Der Gesamtwirkungsgrad η, ist eine Funktion des Ladungswechselwirkungsgrads r|Lw und des Verbrennungswirkungsgrads ην : r|i = fi(r|LW, ην) Der Ladungswechselwirkungsgrads r|Lw wiederum ist eine Funktion aus einem Aufladewirkungsgrad ηΑτί, der Abgastemperatur T3 und des Öffnungsgrades WG des Wastegates 6:
r|LW = ί2(ηΑΤί, T3, WG) Der Verbrennungswirkungsgrad ην ist eine Funktion des Zündzeitpunkts, wobei der Zündzeitpunkt als Schwerpunktlage MFB50 ausgedrückt werden kann: r|V = f3(MFB50) Es sei erwähnt, dass zwischen der Abgastemperatur T3 und dem Zündzeitpunkt ein bekannter Zusammenhang besteht. Der Aufladewirkungsgrad ηΑτί liegt für jeden Turbolader in Form zweier Kennfelder vor, nämlich als ein Kennfeld für die Abgasturbine 7 und als ein Kennfeld für den Verdichter 8. Da die einzelnen Funktionen f-ι , f2, f3 dem Fachmann bekannt und zugänglich sind, kann unter Verwendung einer fachüblichen Simulationssoftware, wie z. B. GT Power® von Gamma Technologies GmbH eine 2D-Darstellung (vereinfacht in Fig. 2 gezeigt) erstellt werden, wobei der Gesamtwirkungsgrad η, der Brennkraftmaschine 1 aufgetragen ist über die beiden an sich unabhängigen Stellgrößen Zündzeitpunkt und Öffnungsgrad des Wastegates WG.
In der Praxis sind die beiden Stellgrößen aber Randbedingungen unterworfen, nämlich einer vorgegebenen abzugebenden Leistung der Brennkraftmaschine und einer vorgegebenen NOx-Emission. Dies bewirkt, dass eine„Wanderung" in der durch den Gesamtwirkungsgrad aufgespannten Landschaft nicht entlang beliebiger Wege sondern nur entlang ausgewählter Pfade erfolgen kann, die sich abhängig von verschiedenen Größen (z. B. Alterungszustand der Brennkraftmaschine, Umwelteinflüsse, ...) verändern können. Die Regeleinrichtung „wandert" auf dem ihr zum Zeit des Regeleingriffs möglichen Weg, bis zu jenem Maximum des Gesamtwirkungsgrades, der entlang des Weges liegt, nämlich durch Verändern der Stellgrößen Zündzeitpunkt und Öffnungsgrades des Wastegates unter Berücksichtigung der Randbedingungen.
Bezugszeichenliste:
1 Brennkraftmaschine
2 Regeleinrichtung
3 Zündeinrichtung
4 Kolben-Zylinder-Einheit
5 Turbolader
6 Wastegate
7 Abgasturbine
8 Verdichter r|j Gesamtwirkungsgrad
ηι_ Ladungswechsel-Wirkungsgrad ην Verbrennungs-Wirkungsgrad ηΑτί Aufladewirkungsgrad
T3 Abgastemperatur
MFB50 Schwerpunktlage der Verbrennung
WG Öffnungsgrad des Wastegates
IT Zündzeitpunkt (engl, ignition timing)

Claims

Patentansprüche
1 . Brennkraftmaschine (1 ) mit einer Regeleinrichtung (2) und wenigstens einer Zündeinrichtung (3) für die Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in wenigstens einer Kolben-Zylinder-Einheit (4), wobei auslassseitig der wenigstens einen Kolben-Zylinder-Einheit (4) ein Turbolader (5) und ein Wastegate (6) vorgesehen sind, wobei durch das Wastegate (6) eine Abgasturbine (7) des Turboladers (5) umströmbar ist und wobei die Abgasturbine (7) einen eingangsseitig der wenigstens einen Kolben-Zylinder-Einheit (4) angeordneten Verdichter (8) antreibt, wobei die Regeleinrichtung (2) bei Detektion einer vordefinierten Auslösebedingung eine Verstellung des Zündzeitpunkts und des Öffnungsgrads des Wastegates (6) so vornimmt, dass der Gesamt-Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine (1 ) optimiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Regeleinrichtung (2) der Zündzeitpunkt der Zündeinrichtung (3) an das Optimum des Gesamt-Wirkungsgrades herangeführt wird und der Öffnungsgrad des Wastegates (6) verändert wird um die benötigte abgegebene Leistung der Brennkraftmaschine bereit zu stellen.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 , wobei als vordefinierte Auslösebedingung Umgebungseinflüsse und/oder ein Betriebsalter der Brennkraftmaschine hinterlegt sind.
3. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei als vordefinierte Auslösebedingung Messergebnisse bezüglich interner Zustände der Brennkraftmaschine - vorzugsweise Zündverzug und/oder Verschmutzung des Turboladers - hinterlegt sind.
4. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei durch die Regeleinrichtung (2) der Zündzeitpunkt der Zündeinrichtung (3) und der Öffnungsgrad des Wastegates (6) gleichzeitig an das Optimum des Gesamt-Wirkungsgrades herangeführt werden.
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