DD153718A1

DD153718A1 - Arbeitsverfahren fuer eine selbstzuendende brennkraftmaschine

Info

Publication number: DD153718A1
Application number: DD80224720A
Authority: DD
Inventors: Hanns-Guenter Bozung; Jakob Bucher
Original assignee: Maschf Augsburg Nuernberg Ag
Priority date: 1979-10-30
Filing date: 1980-10-23
Publication date: 1982-01-27
Also published as: IT8025304A0; FR2468747B1; ES496128A0; GB2062752A; DE2943729A1; JPS5675922A; GB2062752B; DE2943729C2; JPH0140210B2; FR2468747A1; IT1133874B; ES8106958A1

Abstract

Die Erfindung bezweckt die Bereitstellung eines Arbeitsverfahrens fuer eine selbstzuendende Brennkraftmaschine, welches eine Betriebskostenreduzierung der Brennkraftmaschine ermoeglicht, wobei eine Reduzierung des Brennstoffverbrauchs ueber den gesamten Lastbereich ohne Ueberschreitung des fuer Vollast vorgegebenen maximalen Zuenddruckes erzielbar ist. Bei einer selbstzuendenden Brennkraftmaschine mit einem mit Stauaufladung arbeitenden Abgasturbolader,dessen in der Abgasturbine dem Turbinenrad in Abgasrichtuvorgeschalteter Leitapparat zwecks Aenderung des Durchlassquerschnittes verstellbar ist, ist nunmehr erfindungsgemaess vorgesehen, dass der Durchlassquerschnitt des Leitapparates derart eingestellt wird, dass er im unteren Lastbereich auf maximalen Durchlassquerschnitt gestellt, im mittleren Lastbereich auf minimalen Durchlassquerschnitt gestellt und im oberen Lastbereich wieder auf maximalen Durchlassquerschnitt gestellt wird und ausserdem in diesem Lastbereich gleichzeitig der Einspritzzeitpunkt gegenueber jenem des mittleren Lastbereiches spaeter gelegt wird.

Description

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Berlin, den 9.2.1981 WP P 02 B/224 720 58 094/27

Arbeitsverfaiiren für eine selbstzündende Brennkraftmaschine

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Arbeitsverfahren für eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit einem mit Stauaufladung arbeitenden Abgasturbolader, dessen in der Abgasturbine dem Turbinenrad in Abgasrichtung' vorgeschalteter Leitapparat zwecks Änderung des Durchlaßquerschnittes verstellbar ist*

Charakt eristik der bekannt en technischen Lösungen

Die CH-PS 107 453 offenbart beispielsweise in ihrer Pig. 4 eine Brennkraftmaschine mit einem mit Stauaufladung arbeitenden Abgasturbolader, bei dem der Zuströmquerschnitt von dessen Abgasturbine durch ein Stellorgan veränderbar ist· Dieses Stellorgan ist Teil einer Stelleinrichtung und einerseits unter Zwischenschaltung eines Gestänges an einen Drehzahlregler der Brennkraftmaschine sowie andererseits an einen vom Ladeluftdruck beeinflußten Druckregler _;J angekoppelt. Der Drehzahlregler bringt das Stellorgan dabei in eine Grobeinstell-Lage, in der jeweils einer bestimmten Drehzahl zugeordnet der Zuströmquerschnitt der Abgasturbine einen bestimmten Wert einnimmt, mithin die Zunahme oder Abnahme der Drehzahl unmittelbar zur Vergrößerung bzw» Verkleinerung des Zuströmquerschnittes führt, während der auf den Ladedruck ansprechende Regler das Stellorgan in seine jeweilige Endlage entsprechend dem momentanen Ladeluftdruck bringt. In einem bestimmten Lastbereich der Brennkraftmaschine ist somit ein bestimmter, größenmäßig' angepaßter Zuströmquerschnitt zur Abgasturbine freigegeben, wodurch sich

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in diesem Lastbereich, aufgrund der vorhandenen Abgasmenge und der daraus resultierenden Abgasenergie ein bestimmter Ladeluftdruck einstellt· In dieser Vorveröffentlichung ist jedoch weder etwas über das Verhalten der Brennkraftmaschine in Bezug auf den Brennstoffverbrauch noch etwas über eine bestimmte Art der Steuerung des Zuströmquerschnittes zur Erzielung eines minimalen Brennstoffverbrauches ausgesagt·

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Arbeitsverfahrens für eine selbstzündende Brennkraftmaschine, welches eine Betriebskostenreduzierung der Brennkraftmaschine er-•möglicht.

Darlegung des Wesens derjgrfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer selbstzündenden Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art ein Arbeitsverfahren anzugeben, durch das eine Reduzierung des Brennstoffverbrauchs über den gesamten Lastbereich ohne Überschreitung des für Vollast vorgegebenen maximalen Zünddruckes erzielbar ist.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Arbeitsverfahren für eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit einem mit Stauaufladung arbeitenden Abgasturbolader, dessen in der Abgasturbine dem Turbinenrad in Abgasrichtung vorgeschalteter Leitapparat zwecks Änderung des Durchlaßquerschnittes verstellbar ist, wobei erfindungsgemäß der Durchlaßquerschnitt des Leitapparates derart eingestellt wird, daß er

a) im unteren Lastbereich auf maximalen Durchlaßquerschnitt gestellt,

b) im mittleren Lastbereich auf minimalen Durchlaßquerschnitt gestellt und

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c) im oberen Lastbereich, wieder auf maximalen Durchlaßquerschnitt gestellt wird und außerdem in diesem Lastbereich gleichzeitig der Einspritzzeitpunkt gegenüber jenem des mittleren Lastbereiclies später gelegt wird·

Vorteilhafterweise ist dabei vorgesehen, daß der Übergang von einem Durchlaßquerschnitt des Leitapparates auf einen anderen, um einen Rückstau im Abgasturbolader mit der Folge eines etwaigen Pumpens desselben zu verhindern, stetig erfolgt. Zweckmäßig ist darüber hinaus, wenn die Verstellung des Leitapparates beim Übergang von einem Lastbereich in einen anderen automatisch in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine erfolgt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Verstellung des Leitapparates durch eine diesem zugeordnete Stelleinrichtung durchgeführt wird, die entsprechende Steuerbefehle von einer Steuereinrichtung, die die Steuerbefehle aufgrund von zwei in sie eingespeisten Betriebsparametern, nämlich dem Ladeluftdruck und der Lage des den Pumpenkolben einer Einspritzpumpe verstellenden Führungsgestänges bei Auftreten bestimmter Größen derselben abgibt, erhält.

Im Sinne der Erfindung ist außerdem, wenn der Ladeluftdruck durch eine Drucknießeinrichtung gemessen, in dieser in einen entsprechenden elektrischen Wert umgewandelt und in dieser Form der Steuereinrichtung zugeführt wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß die jeweilige Lage des Führungsgestänges durch in Abhängigkeit von dieser erzeugte elektrische Signale nachgebildet ist, die der Steuereinrichtung zur Weiterverarbeitung zugeführt werden«

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Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Arbeitsverfahrens ist ein Brennstoffverbrauch erzielbar, der erheblich unter dem einer Brennkraftmaschine liegt, die mit unverstellbarem Durchlaßquerschnitt des Leitapparates in der Hochdruckturbine des Abgasturboladers arbeitet₀ Pur die Brennstoffverbrauchsreduzierung im oberen Lastbereich ist die Einbindung der Einspritzpumpe in das erfindungsgemäße Verfahren mit der Möglichkeit der Änderung des Einspritzzeitpunktes maßgebend beteiligt. Die Brennstoffverbrauchsreduzierung und damit auch die hieraus resultierende erhebliche Betriebskostenreduzierung ist dabei in der Praxis weitgehend durch sinnfällige Ausnutzung der in der Brennkraftmaschine ohnehin vorhandenen Aggregate und ohne unzulässige Überschreitung bestimmter konstruktiv vorgegebener Grenzwerte realisiert, so daß für eine Anwendung des erfindungsgemäßen Arbeitsverfahrens auch bei bereits bestehenden Betriebseinheiten nur geringfügige Umbaumaßnahmen im Bereich der Steuerung und der Einspritzpumpe erforderlich sind«

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden« In der zugehörigen Zeichnung zeigern

Fig« 1: einen zweistufigen Abgasturbolader in schematischer Darstellung mit verschiedenen Einrichtungen zur Durchführung des Arbeitsverfahrens,

Pig. 2: ein Diagramm, das die Beeinflussung der Einspritzpumpe bei Anwendung des Arbeitsverfahrens zeigt,

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Fig. 3: ein Diagramm mit den Leistungsbereichen der Brennkraftmaschine und einer Abszisse, auf der die Leistung in Prozent aufgetragen ist und als Abszisse für die in den Fig. 3 bis 7 dargestellten v/eiteren Diagramme dient,

Fig. 4: ein Diagramm, das die Querschnittsveränderungen des Leitapparates bei Ausführung des Arbeitsverfahrens zeigt,

Fig» 5: ein Diagramm, das den Verlauf des Zünddruckes bei Ausführung des Arbeitsverfehrens zeigt,

Fig, 6.: ein Diagramm, das den Verlauf des Verbrennungsluftverhältnisses bei Anwendung des Arbeitsverfahrens zeigt,

Fig« 7; ein Diagramm, das die Kurve des effektiven Brennstoffverbrauches bei Anwendung des Arbeitsverfahrens zeigt.

Es sei eingangs erwähnt, daß das erfindungögemäße Arbeitsverfahren bei Brennkraftmaschinen mit ein- oder mehrstufigem Abgasturbolader anwendbar ist, die Erläuterung desselben jedoch anhand eines zweistufig ausgebildeten Abgasturboladers durchgeführt ist, da diese Art der Aufladung in stärkerem Maße bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen und insbesondere Großdieselmotoren angewandt ist.

Der in Fig« 1 dargestellte zweistufige Abgasturbolader besitzt eine Hochdruckstufe 1 mit einer Ilochdrucktrubine 2 und einem hiervon angetriebenen Hochdruckverdichter 3, sowie einer Niederdruckstufe 4 mit einer iiiederdruckturbine

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5 und einem hiervon angetriebenen Niederdruckverdichter β_β Die Hochdruchturbine 2 sowie die Hiederdruckturbine 5 sind als axial durchströmte Turbinen ausgebildet und koaxial nebeneinander angeordnet» Die Hochdruckturbine 2 und der Hochdruckverdichter 3 der Hochdruckstufe 1 sowie die iiiederdruckturbine 5 und der Niederdruckverdichter 6 der Hiederdruckstufe 4 sind jeweils auf einer zur andern axial fluchtenden Welle 7 bzw. 8 angeordnet; außerdem ist der Abgasauslaß 9 der Hochdruckturbine 2 ohne Zwischenschaltung einer Umlenkvorrichtung unmittelbar in den Abgaseinlaß 10 der entgegengesetzt gerichtet sich drehenden liederdruckturbine 5 einmündend angeordnet· Die Hochdruckturbine 2 der Hochdruckstufe 1 besteht aus einem Turbinenrad 11, einem Leitapparat 12 und einer Zuführspirale 13 mit Ansaugstutzen 14» der in nicht dargestellter, an sich bekannter Weise über einen Plansch direkt mit der Abgassammelleitung einer ebenfalls nicht dargestellten selbstzündenden Brennkraftmaschine verbunden ist· Die Hochdruckturbine 2 der Kochdruckstufe 1 v/ird im Betrieb mit durch einen Pfeil 15 gekennzeichneten Abgasen d.er Brennkraftmaschine beaufschlagt, wobei diese Abgase aus der AbgasSammelleitung kommend über den Ansaugstutzen 14 in die Zuführspirale 13 der Hochdruckturbine 2 eingespeist v/erden. Letztere dient zur gleichmäßigen Beaufschlagung der über den gesamten Umfang des Turbinenrades 11 der Hochdruckturbine 2 verteilten Schaufeln 16 durch die ankommenden Abgase sowie zur Erzeugung einer hohen Abgasgeschwindigkeit_e Der Hochdruckverdichter 3 besteht aus einem Radialverdichterrad 17 mit entsprechend angeordneten Schaufeln 18 und einem Radialverdichtergelläuse 19 mit Abführspirale 20, welches Radialverdichtergehäuse 19 eingangsseitig an einen dem Radialverdichterrad 17 vorverdichtete Luft - gemäß Pfeil 21 - zuführenden Zuführkanal 22 und ausgangsseitig über einen Auslaßstutzen 23 an einer Leitung 24 angeschlossen ist, durch welche letztere in Richtung des

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Pfeiles 70 den Brennräumen der Brennkraftmaschine jene im Hochdruckverdichter 3 hochverdichtete Ladeluft zuführbar ist. Die Leitung 24 ist dabei in nicht dargestellter Weise unter Zwischenschaltung eines ebenfalls nicht dargestellten Kühlers mit den entsprechenden Einlassen an den Zylindern der Brennkraftmaschine verbunden·

Der Abgasauslaß 9 der Hochdruckturbine 2 ist unter Zwischenschaltung eines Überleitkanales 25 mit dem Abgaseinlaß der Uiederdruckturbine 5 verbunden, die aus einem Turbinenrad 26 mit axial durchströmten, gleichmäßig am Umfang verteilten Schaufeln 27 und einem Axialverdichtergehäuse 28 mit Abführspirale 29 besteht. Das Axialverdichtergehäuse 28 ist über einen Auslaßstutzen 30 in nicht dargestellter Weise mit dem Auspuff der Brennkraftmaschine verbunden, dem nach vollständiger Auswertung ihrer kinematischen Energie die Abgase in Richtung des Pfeiles 31 zugeführt werden.

Der Mederdruckverdichter 6 besteht aus einem Radialverdichterrad 32 mit entsprechend ausgebildeten Schaufeln 33 und einem spiralig ausgebildeten Radialverdichtergehäuse 34· Die Ladeluft wird durch den Niederdruckverdichter 6 in Richtung des Pfeiles 35 über ein Gehäuse mit Schalldämpfer und Luftfilter angesaugt, durch das Radialverdichterrad 32 des liiederdruckverdichters 6 vorverdiciitet und ausgangsseitig des Radialverdichtergehäuses'34 über eine Leitung 37 in Richtung des Pfeiles 38 einem Zwischenkühler 39 zugeführt* Letzterer ist ausgangsseitig an den zum Hochdruckverdichter 3 führenden Luftzuführkanal 22 angeschlossen.

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Bei diesem vorbeschriebenen zweistufigem Abgasturbolader erfolgt die Verwertung der Abgasenergie sowie die Verdichtung der Ladeluft in zwei Stufen· Das von der Brennkraftmaschine über die Abgassananelleitung in Richtung des Pfeiles 15 ankommende Abgas wird in der Hochdruckstufe 1 erstmals ausgenutzt und von dort zur weiteren Verwertung der Niederdruckstufe 4 zugeführt. Die der Hochdruckturbine 2 der Hochdruckstufe 1 zugeführten Abgase verlieren in dieser Stufe einen ersten Teil ihrer Energie und treten ausgangsseitig derselben unmittelbar in den sich konisch erweiternden Überleitkanal 25 und von dort in den Abgaseinlaß 10 der Niederdruckstufe 4 ein. Aufgrund der Tatsache, daß die Hochdruckstufe 1 und die Niederdruckstufe 4 mit den Stirnseiten ihrer Turbinen 2 bzw. 5 aneinandergrenzen, ist der vom Abgas zwischen den beiden Turbinenstufen zurückzulegende Weg sehr kurz. Die konische Erweiterung des Überleitkanales 25 dient zur Anpassung der Durchflußquerschnitte an die Druckverhältnisse im Abgas. Das Turbinenrad 26 ist an seinem Umfang mit Schaufeln 27 bestückt, die gegenüber den Schaufeln 16 des Turbinenrades 11 der Hochdruckstufe 1 entgegengesetzt gerichtet und gegen die Strömung des Abgases angestellt sind, wodurch sich ein entgegengesetzter Lauf der Hochdruckstufe 1 gegenüber der Niederdruckstufe 4 ergibt; außerdem wird durch diese Anordnung dem Abgas beim Austritt aus der Hochdruckturbine 2 genau jene Richtung erteilt, die beim Eintritt in die Niederdruckturbine 5 erwünscht ist« Infolge nicht vorhandener Umlenkung sowie äußerst platzsparender Bauweise entfallen somit im Bez^eich zwischen den beiden Turbinenstufen Leistungsverluste nahezu vollständig» In der Niederdruckturbine 5 der liiederdruckstufe 4 v/erden die Strömungsenergie der eingespeisten Gase durch das Turbinenrad 26 in Bewegungsenergie umgesetzt und anschließend die Abgase über die Abführspirale 29 in Richtung des Pfeiles 31 der nicht darge-

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stellten Auspuffleitung zugeführt· Die Bewegungsenergie der Niederdruckturbine.5-wird im starr angekoppelten Uiederdruckverdichter 6 zur Vorverdichtung der in Richtung des Pfeiles angesaugten Ladeluft ausgenützt. Die vorverdichtete Ladeluft wird über die Leitung 37 dem Zwischenkühler 39 zugeführt, dort abgekühlt und anschließend über den Luftzuführkanal 22 dem Hochdruckverdichter 3 der Hochdruckstufe 1 zugeführt. Diese zugeführte, vorverdichtete Ladeluft wird im Hochdruckverdichter 3 durch das Radialverdichterrad 17 noch weiter verdichtet und anschließend über die Abführspirale 20 und den Auslaßstutzen 23 des Radialverdichtergehäuses 19 sowie über die Leitung 24 den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeführt·

Bei einem Abgasturbolader dieser Gattung ergeben sich unter der Voraussetzung eines über den gesamten Lastbereich gleichbleibenden Durchlaßquerschnittes des Leitapparates 12 - entsprechend der in Pig. 4 gestrichelt dargestellten Linie 40 und eines über den gesamten Lastbereich gleichbleibenden Einspritzzeitpunktes entsprechend der in Pig. 2 gestrichelt eingezeichneten Linie 41, die .in den Diagrammen der Pig. 5; 6 und 7 gestrichelt eingezeichnet en-Punktionskurven 42; 43; 44 für den Zünddruck p_z (Pig. 5), für das Verbrennungsluftverhältnis λ,_ν (Pig. 6) und für den effektiven Brennstoffverbrauch b (Pig. 7). In Pig. 3 sind dabei die Lastbereiche der Brennkraftmaschine eingezeichnet; ein unterer Lastbereich ULB ist dabei als von 0 bis ca.. 15 % der Vollast bezeichneter Lastbereich, in dem die Brennkraftmaschine mit einem mittleren effektiven Druck ρ von etwa 4>5 bis 5,5 bar gefahren wird, definiert. Der mittlere Lastbereich MLB ist als Bereich zwischen ca. 15 bis ca« 80 % der Leistung bei Vol3.ast definiert, während der obere Lastbereich OLB als der über ca, 80 f:·» der Vollastleistung liegende Lastbereich definiert ist· Pur den

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Pail, daß der Durchflußquerschnitt des Leitapparates 12 in der Hochdruckturbine 2 der Hochdruckstufe 1 des Abgasturboladers über den gesaraten Lastbereich entsprechend der in Pig· 4 gestrichelt eingezeichneten Linie 40 unverändert bleibt und auch der Einspritzzeitpunkt über dem gesamten Lastbereich ent- sprechend der in Pig. 2 gestrichelt eingezeichneten Linie 41 unverändert bleibt, stellt sich bei Vollast ein Ladeluftdruck ein, der höher ist als dies für den günstigsten Brennstoffverbrauch notwendig wäre. Durch diesen höheren Ladeluftdruck ergibt sich zwangsläufig insbesondere im oberen Lastbereich OLB ein für den Brennstoffverbrauch ungünstiges, relativ hohes Verbrennungsluftverhältnis Ä- entsprechend der in Pig. 6 gestrichelt eingezeichneten Linie 43. Der Zünddruck p„ steigt dabei entsprechend der in Pig· 5 gestrichelt eingezeichneten Linie 42 ausgehend von einem Minimum stetig bis zu einem durch die Konstruktion der Maschine vorgegebenen Maximum an· Aufgrund der in den Pig. 5 und 6 eingezeichneten charakteristischen Kurven 42; 43 für den Zünddruck p_z und für das Verbrennungsluftverhältnis 7L_ ergibt sich ein charakteristischer Brennstoffverbrauch b entsprechend der in

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Pig. 7 gestrichelt eingezeichneten Kurve 44. Dieser Brennstoffverbrauch ergibt sich aus den thermodynamischen Werten, die innerhalb der Arbeitsprozesse ablaufen, und insbesondere aus dem Verhältnis des Zünddruckes p„ zum mittleren effektiven Druck

Diesen in Pig. 7 durch die Kurve 44 dargestellten Brennstoffverbrauch galt es durch entsprechende Maßnahmen um einen nennensv/erten Betrag zu reduzieren· Zur Lösung dieses Problems sind an der Brennkraftmaschine folgende Maßnahmen vorgenommen, die anhand von Pig« I erläutert sind. ·

ΛΑ

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Der Leitapparat 12 in der Hochdruckturbine 2 der Hochdruckstufe 1 des Abgasturboladers ist verstellbar ausgebildet, so daß dessen wirksame· Durchlaßquerschnittsfläche QL veränderbar ist. Diesem verstellbaren Leitapparat 12 ist eine Stelleinrichtung 45 zugeordnet, deren Stellsignal, wie schematisch durch die Linie 46 dargestellt, in den Leitapparat 12 zu desden Verstellung einleitbar ist. Die Stelleinrichtung 45 wiederum reagiert auf Signale, die ihr von einer Steuereinrichtung 47 über einen Kanal 48 zugeführt werden. Die Steuereinrichtung 47 wiederum reagiert auf zwei verschiedene Signale, die ihr an zwei Eingängen, nämlich einem ersten Eingang 49 und einem zweiten Eingang 50, zugeführt werden« . An den ersten Eingang 49 ist eine Ladeluftdruckmeßeinrichtung

51 über einen Kanal 52 angeschlossen. Die Ladeluftdruckmeßeinrichtung 51 ist eingangsseitig über ein Meßrohr 53 mit der Leitung 24 verbunden, durch welche den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine ausgangsseitig des Hochdruckverdichters 3 hochverdichtete Ladeluft zuführbar ist. Die Ladeluftdruckmeßeinrichtung 51 nimmt den jeweiligen Ladeluftdruck auf und wandelt diesen anschließend in ein entsprechendes elektrisches Signal um, das der Steuereinrichtung 47 über den Kanal

52 zugeführt wird. Mit ihrem zweiten Eingang 50 ist die Steuereinrichtung 47 an ein schematisch dargestelltes Führungsgestänge 54 angeschlossen, das eingangsseitig von einem Regler 55 beeinflußt zur Verstellung des Pumpenkolbens einer nachgeordneten Brennstoffeinspritzpumpe 56 diente Letztere ist mit ihrer Zulaufleitung 57 in nicht dargestellter V/eise mit einem Brennstoffreservoir und mit ihrer Ausgangsleitung 58 an einen ebenfalls nicht dargestellten Hochdruckspeicher angeschlossen, von dem Brennstoffzuleitungen in an sich bekannter V/eise zu den Einspritzventilen an den Zylindern der Brennkraftmaschine wegführen« Der Steuerkolben der Brennstoffeinspritzpumpe 56 besitzt in nicht dargestellter Weise

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eine schräge Steuer-kante, durch die im oberen Lastbereich OTiB - siehe Pig. 3 - der Einspritzzeitpunkt gegenüber jenem des unteren und mittleren Lastbereiches später verlegbar ist, entsprechend der in Fig. 2 durchgezogenen Linie 57· Vom Pührungsgestange 54 werden in Abhängigkeit von dessen Verschiebung und momentaner Lage Signale abgeleitet, die dem zweiten Eingang 50 der Steuereinrichtung 47 über einen Kanal 59 zuführbar sind.

Unter Ausnutzung dieser vorbeschriebenen Einrichtungen ist bei der Brennkraftmaschine zum Erhalt eines reduzierten Brennstoffverbrauches das nachstehend beschriebene er-.findungsgemäße Arbeitsverfahren anwendbar» Der Durchlaßquerschnitt Qt des verstellbaren, in der Hochdruckturbine der Hochdruckstofe 1 des Abgasturboladers angeordneten Leitapparates 12 wird dabei derart eingestellt, daß er

a) im unteren Lastbereich ULB - entsprechend Pig. 3 auf maximalen Durchlaßquerschnitt Q, gestellt ist - siehe Fig. 4 das durchgezogene Linienteil 60 -,

b) im mittleren Lastbereich MLB auf minimalen Durchlaßquerschnitt Q_T . (ca. 60 bis 70 % des maximalen

.uQixn

Durchlaßquerschnittes Q-t^^) gestellt ist - siehe Pig. 4 das durchgezogene Linienteil 61 -, und

c) im oberen Lastbereich OLB auf maximalen Durchlaßquerschnitt Qj_1nP_1x gestellt wird - siehe das in Pig. durchgezogene Linienteil 62-,

Darüber hinaus wird im oberen Lastbereich OLB gleichzeitig · auch der Einspritzzeitpunkt- gegenüber jenem im mittleren Lastbereich später verlegt, was in Pig. 2 durch das schräge,

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durchgezogene Linienteil 63 dargestellt ist. Der Übergang von einem Durchlaßquerschnitt des Leitapparates 12 in einen anderen erfolgt vorzugsweise stetig, um einen Rückstau im Abgasturbolader mit der Folge eines etwaigen Pumpens desselben zu verhindern· Die Steuerung dieser Vorgänge erfolgt durch die Steuereinrichtung 47, die beim Übergang vom unteren in den mittleren Lastbereich aufgrund der ihren Eingängen 49 und 50 zugeführten Signale ein Steuersignal über den Kanal 48 an die Stelleinrichtung 45 abgibt, die den Leitapparat 12 daraufhin in verstetigter-V/eise - entsprechend dem durchgezogenen Linienteil 64 von Pig· 4 - vom vorherigen maximalen Durchlaßquerschnitt Q₁- „. auf minimalen Durchlaßauerschnitt Q,,.. * _ üiuax. * limin

und beim Übergang vom mittleren in den oberen Lastbereich wiederum verstetigt auf den maximalen Durchlaßquerschnitt einstellt. Durch das Späterlegen des Einspritzzeitpunktes und das Einstellen des Leitapparates auf maximalen Durchlaßquerschnitt, wobei·letzterer ein Absinken des Ladeluftdruckes hervorruft, ist in den Zylindern der Brennkraftmaschine ein Zünddruck erzielbar, der im oberen Lastbereich OLB konstant einen sich bei Vollast einstellenden Wert beibehält; dieser Zustand ist in Pig. 5 durch das durchgezogene Linienteilstück 65 gekennzeichnet« Darüber hinaus ergibt sich aufgrund dieser Maßnahme im oberen Lastbereich OLB ein sich von einem Maximum bis hin zum Vollastwert stetig verringerndes Verbrennungsluftverhältnis A» , das in Pig. 6 durch das durchgezogene gekrümmte Kurventeil 66 gekennzeichnet ist* Aufgrund dieser Verringerung des Verbrennungsluftverhältnisses λ. - hervorgerufen durch die Abnahme des Ladeluftdruckes - tritt im oberen Lastbereich zwangsläufig auch ein niedrigerer Kompressionsenddruck ρ beim Arbeitsprozeß auf. Der Brennstoffverbrauch ergibt sich aus den thermodynamischen Abläufen und Verhältnissen während des Arbeitsprozesses und insbesondere aus den Verhältnissen des Zünddruckes p« zum mitt-

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leren effektiven Druck ρ und dem Verhältnis p_v/p « Da das Verhältnis Pg/p^ bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgrund vorhandener thermodynamisch günstigerer Arbeitsprozeßparameter im betrachteten oberen Lastbereich OLB größer wird, ergibt sich ein niedrigerer Brennstoffverbrauch, der in Pig. 7 durch das durchgezogene Linienteil 67 gekennzeichnet ist. Bei Hennlast (100 %), wo p„ und ρ durch die Konstruktion festgelegt sind, gestattet das erfindungsgemäße Verfahren die Verbesserung des Brennstoffverbrauchs durch die Einstellung des optimalen Verhältnisses p₇/p · Aus dem Diagramm gemäß Pig. 7 ist außerdem ersichtlich_s daß bei Anwendung des erfindungsgemäßen Arbeitsverfahrens etwa in einem bei 80 % der Vollast liegenden Lastbereich - mithin beim Übergang vom mittleren Lastbereich MLB in den oberen Lastbereich OLB - die größte durch Pfeile markierte Brennstoffverbrauchsreduzierung gegenüber einer Brennkraftmaschine zu erzielen ist» deren Abgasturbolader einen Leitapparat mit unveränderbarem Querschnitt aufweist» Dieser niedrigere Brennstoffverbrauch tritt jedoch bei Anwendung des erfindungsgemäßen Arbeitsverfahrens nicht nur im oberen Lastbereich OLB, sondern, wie in Pig. 7 durch das durchgezogene Linienteil 68 gekennzeichnet, auch im mittleren Lastbereich MLB auf» Letzteres deshalb, weil in diesem mittleren Lastbereich MLB die Durchflußquerschnittsfläche des Leitapparates 12 auf minimalen Durchgang gestellt ist und somit den Brennräumen der Brennkraftmaschine trotz geringerer, dem Abgasturbolader zugeführter Abgasmenge, Ladeluft mit einem höheren Druck zuführbar ist, durch das sich ein Zünddruck Pg ergibt, der entsprechend dem in Pige 5 eingezeichneten durchgezogenen Linienteil 69 zwar gegenüber jenem Zünddruck bei Vollast abfällt, jedoch immer noch um ein gewisses Maß höher als jener durch die gestrichelte Linie 42 dargestellte Simddruck liegt, der sich bei einem in diesem Lastbereich auf maximalen Durchgang

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gestellten Leitapparat ergibt. Da demgegenüber somit auch im mittleren Lastbereich MLB bei Anwendung des erfindungsgemäßen Arbeitsverfahrens der Zünddruck p„ höher ist, ergibt sich zwangsläufig auch in diesem Bereich ein größeres Verhältnis des Zünddruckes zum mittleren effektiven Druck (p^/p _Λ)

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als Kriterium für den auch in diesem Lastbereich niedrigeren Brennstoffverbrauch b ♦

Im untersten Lastbereich - kleiner als 10 % Last - ist gegenüber bekannten Verfahren kein nennenswerter Vorsprung hinsichtlich des Brennstoffverbrauches realisierbar, da in diesem Lastbereich infolge der relativ geringen Abgasmenge, mithin mangels .hinreichend verwertbarer Abgasenergie, die Vorteile eines Abgasturboladers kaum sum Tragen kommen können*

Aus den vorstehenden Erläuterungen ist ersichtlich, daß sich bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Vorteile desselben insbesondere im mittleren und oberen Lastbereich sowie bei Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine - mithin von ca. 15 % bis 100 % Last - ergeben. Da es sich hierbei aber wie allgemein bekannt .um die am meisten benützten Lastbereiche einer Brennkraftmaschine handelt, kommen die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere der dadurch erzielbare niedrigere Brennstoffverbrauch, praktisch voll zum Tragen.

Claims

46 22 A 7 20 "Ι*- 9.2.1981 ' WP F 02 Β/224 58 094/27 Erfindungsanspruch.

1· Arbeitsverfahren für eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit einem mit Stauaufladung arbeitenden Abgasturbolader, dessen in der Abgasturbine dem Turbinenrad in Abgasrichtung vorgeschalteter Leitapparat zwecks Änderung des Durchlaßquerschnittes verstellbar ist, gekennzeichnet dadurch, daß der Durchlaßquerschnitt (Qt des Leitapparates (12) derart eingestellt wird, daß er

a) im unteren Lastbereich (ULB) auf maximalen Durchlaßquerschnitt (QiJ_nO_x) gestellt,

b) im mittleren Lastbereich (MLB) auf minimalen Durchlaßquerschnitt (QjJj₁₁J_n) gestellt und

6) im oberen Lastbereich (OLB) wieder auf maximalen Durchlaßquerschnitt (Q-. ) gestellt wird und außerdem in diesem Lastbereich gleichzeitig der Einspritzzeitpunkt gegenüber jenem des mittleren Lastbereiches (MLB) später gelegt wird·

2, Arbeitsverfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Übergang von einem Durchlaßquerschnitt des Leitapparat es (12) auf einen anderen, um einen Rückstau im Abgasturbolader mit der Folge eines etwaigen Pumpens desselben zu verhindern, stetig erfolgt,

3. Arbeitsverfahren nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Verstellung des Leitapparates (12) beim Übergang von einem Lastbereich in einen anderen automatisch in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern der

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Brennkraftmaschine erfolgt.

4· Arbeitsverfahren nach Punkt 3» gekennzeichnet dadurch, daß die Verstellung des Leitapparates (12) durch eine diesem zugeordnete Stelleinrichtung (45) durchgeführt wird, die entsprechende Steuerbefehle von einer Steuereinrichtung (47), die die Steuerbefehle aufgrund von zwei in sie eingespeisten Betriebsparametern, nämlich dem Lade luftdruck und der Lage des den Pumpenico lben einer Einspritzpumpe (56) verstellenden IMihrungsgestänges (54) bei Auftreten bestimmter Größen derselben abgibt, erhält.

5* Arbeitsverfahren nach Punkt 4» gekennzeichnet dadurch, daß der Ladeluftdruck durch eine Druckmeßeinrichtung (51) gemessen, in dieser in einen entsprechenden elektrischen Wert umgewandelt und in dieser Form der Steuereinrichtung (47) zugeführt wird»

6* Arbeitsverfahren nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die jeweilige Lage des Führungsgestänges (54) durch in Abhängigkeit von dieser erzeugte elektrische Signale nachgebildet ist, die der Steuereinrichtung (47) zur Weiterverarbeitung zugeführt werden«

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