DE10130065A1 - Aufgeladene Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Bei einer derartigen Brennkraftmaschine wird die verdichtete Ladeluft in Abhängigkeit von Betriebsparametern klappengesteuert durch den Ladeluftkühler oder eine Umgehungsleitung zu dem Ladeluftkühler dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugeführt und das Stellelement für die Klappe ist als ladeluftdruckbeaufschlagte Membran ausgebildet, die gegen ein als Druckfeder ausgebildetes Federelement verstellbar ist. Dabei wird die Druckfeder zusätzlich von der Saugluft beaufschlagt. Das System ist so abgestimmt, dass die Druckfeder bei niedriger Temperatur der Ansaugluft eine höhere Vorspannkraft aufweist und die Membran die Hebeleinrichtung zur Umsteuerung der Klappe erste bei höherem Druck betätigt. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist das Stellelement 6 von einer Memoryfeder 16 unterstützend zu dem Ladeluftdruck in eine Betriebsstellung bewegbar, in der die Klappe 11 den Zugang zu der Umgehungsleitung 4a absperrt sowie gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch, dass das Stellelement 6 von einer Memoryfeder 16 unterstützend zu dem Ladeluftdruck in eine Betriebsstellung bewegbar ist. Durch diese Ausbildung bzw. dieses Verfahren wird ganz gezielt die Ladelufttemperatur für den genau definierten Umschaltvorgang, den ein Memoryelement bietet, eingesetzt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit einem Ladeluftkühler, wobei die verdichtete Ladeluft in Abhängigkeit von Betriebsparametern klappengesteuert durch den Ladeluftkühler oder eine Umgehungsleitung zu dem Ladeluftkühler dem Brennraum der Brennkraftmaschine zuführbar ist, wobei die Klappe über eine Hebeleinrichtung mit einem ladeluftdruckbeaufschlagten Stellelement verbunden ist, das entgegen dem Ladeluftdruck von einem Federelement in eine Startstellung, in der die Klappe vor dem Zugang zu dem Ladeluftkühler anliegt, bewegbar ist und ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkraftmaschine.
• Eine derartige Brennkraftmaschine und ein derartiges Verfahren sind aus der DE 42 42 010 A1 bekannt. In einem Ausführungsbeispiel dieses Dokumentes ist das Stellelement als ladeluftdruckbeaufschlagte Membran ausgebildet, die gegen ein als Druckfeder ausgebildetes Federelement verstellbar ist. Dabei wird die Druckfeder zusätzlich von der Saugluft beaufschlagt. Das System ist so abgestimmt, dass die Druckfeder bei niedriger Temperatur der Ansaugluft eine höhere Vorspannkraft aufweist und die Membran die Hebeleinrichtung zur Umsteuerung der Klappe erst bei höherem Druck betätigt. Als Folge des höheren Druckgefälles erhöht sich das Temperaturgefälle und die Temperatur der Luft erreicht nach dem Verdichter auch bei niedriger Umgebungstemperatur vor dem Umschalten der Klappe wieder das gewünschte Temperaturniveau.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Umschaltverhalten gegenüber dem Stand der Technik zu verbessern.
• Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Stellelement von einer Memoryfeder unterstützend zu dem Ladeluftdruck in eine Betriebsstellung bewegbar ist, in der die Klappe den Zugang zu der Umgehungsleitung absperrt sowie gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch, dass das Stellelement von einer Memoryfeder unterstützend zu dem Ladeluftdruck in eine Betriebsstellung bewegbar ist, sodass oberhalb eines vorgegebenen Ladeluftdruckes und/oder oberhalb einer vorgegebenen Ladelufttemperatur ein Umschalten der Klappe in die Betriebsstellung, in der die Ladeluft den Ladeluftkühler durchströmt, erfolgt. Durch diese Ausbildung bzw. dieses Verfahren wird ganz gezielt die Ladelufttemperatur für den genau definierten Umschaltvorgang, den ein Memoryelement bietet, eingesetzt.
• Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist es möglich, das System so abzustimmen, dass bei kalter Ladeluft die Umschaltung auf Ladeluftkühlung bei hohem Nutzmitteldruck erfolgt, hingegen bei einer Ladelufttemperatur höher als 40°C die Umstellung bei niedrigem Nutzmitteldruck getätigt wird. Dabei erfolgt unabhängig von den herrschenden Temperaturen eine Umschaltung auf Ladeluftkühlung bei ca. 0,4-0,6 bar, vorzugsweise bei 0,45-0,5 bar Ladeluftdruck und eine Rückschaltung auf die Startstellung bei 0,1-0,3 bar, vorzugsweise bei 0,15-0,2 bar Ladeluftdruck.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Memoryfeder so ausgebildet, dass sie einen Umschaltpunkt zwischen 30°C und 40°C, vorzugsweise bei 35°C hat. Dieser Temperaturbereich bzw. diese Temperatur hat sich als günstig für ein definiertes Umschalten erwiesen. Die Wahl der Temperatur erfolgt nach den Auslegungskriterien der jeweiligen Brennkraftmaschine.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Federelement eine Schenkelfeder, die dann vorteilhaft außen an dem Stellelement angeordnet ist.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung greift an die Hebeleinrichtung ein Halteelement derart an, dass die Klappe in der Startstellung und/oder in der Betriebsstellung mit einer definierten Haltekraft festgelegt ist. Dadurch ist sichergestellt, dass die jeweils gewünschte Stellung sicher und zuverlässig eingestellt ist und keine unerwünschten Leckageströmungen auftreten.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben sind. Es zeigen:
• Fig. 1 einen Schnitt durch eine Klappensteuerung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
• Fig. 2 ein Halteelement,
• Fig. 3 eine Klappensteuerung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
• Fig. 4 eine Detailansicht des Stellelementes gemäß Fig. 3 und
• Fig. 5 einen Schnitt durch das Stellelement gemäß Fig. 4.
• Die Klappensteuerung 1 gemäß Fig. 1 weist ein rohrförmiges Gehäuse 2 mit einem Einlassanschluss 3, einen Anschluss 4 für eine Umgehungsleitung 4a sowie einen Anschluss 5 für eine Ladeluftleitung 5a auf. Der Einlassanschluss 3 ist mit einer Verbindungsleitung von dem Verdichter eines Abgasturboladers verbunden, während die Ladeluftleitung 5a durch den Ladeluftkühler hindurchführend über Gaswechselventile mit dem Brennraum der Brennkraftmaschine verbunden ist. Die Umgehungsleitung 4a ist entsprechend unter Umgehung des Ladeluftkühlers über die Gaswechselventile mit dem Brennraum der Brennkraftmaschine verbunden. Gegenüberliegend zu dem Einlassleitungsanschluss 3 ist ein Stellelement 6 an dem Gehäuse 2 angeordnet, das in einen Gehäusefortsatz 2a eingesetzt ist. Dieser Gehäusefortsatz 2a ist zylinderförmig ausgebildet und weist eine bearbeitete Bohrung 7 auf, in die ein Kolben 8 eingesetzt ist. Der Kolben 8 ist über eine Hebeleinrichtung 9 mit einem Kniehebel 10 einer Klappe 11 verbunden. Die Klappe 11 ist auf einer in dem Gehäuse 2 bzw. dem Gehäusefortsatz 2a gelagerten Welle 12 gelagert. Der Kolben 8 wird von einem als Druckfeder ausgebildeten Federelement 13a, das sich an einem in die Bohrung 7 eingesetzten Deckel 14 abstützt, in die dargestellte Startstellung gedrückt. In dieser Startstellung liegt die Klappe 11 an einem ringförmigen Anschlag 15a in dem Gehäuse 2 an und verschließt den Zutritt in der Ladeluftleitung 5a. Die über den Einlassanschluss 3 einströmende Ladeluft strömt folglich durch die Umgehungsleitung 4a und gelangt über die Gaswechselventile in den Brennraum der Brennkraftmaschine. Gleichzeitig gelangt die Ladeluft auf die dem Federelement 13a abgewandte Seite des Kolbens 8 und drückt diesen bei genügend hohem Ladeluftdruck gegen den Deckel 14. Dadurch wird die Klappe 11 von der Startstellung in eine Betriebsstellung (strichliniert dargestellt) geschwenkt, in der die Klappe 11 den Zugang zu der Umgehungsleitung 4a verschließt und die Ladeluft über die Ladeluftleitung 5a in den Ladeluftkühler strömt. Unterstützt wird die von dem Ladeluftdruck bewirkte Verstellbewegung des Kolbens 8 durch eine Memoryfeder 16, die auf der dem Federelement 13a gegenüberliegenden Seite auf den Kolben 8 einwirkt. Die Memoryfeder 16 wird von der Ladeluft beaufschlagt bzw. dauernd umströmt, so dass die in der Ladeluft herrschende Temperatur auf die Memoryfeder 16 übertragen wird. Dabei weist die Memoryfeder 16 einen Umschaltpunkt von vorzugsweise 35°C auf, bei der sich die Längenänderung der Memoryfeder 16 einstellt. Folglich stellt sich ein Betriebsverhalten so ein, dass bei kalter Ladeluft die Umschaltung auf Ladeluftkühler bei hohem Nutzmitteldruck erfolgt, hingegen bei einer Ladelufttemperatur höher als 35°C-40°C die Umstellung bei niedrigem Nutzmitteldruck der Ladeluft getätigt wird.
• In Fig. 2 ist ein Halteelement 17 dargestellt, dass an die Hebeleinrichtung 9 vorzugsweise im Bereich der Welle 12 angreift. Das Halteelement 17 weist einen federbelasteten Haltekolben 18 auf, der mit einer abgerundeten Nase 19 gegen eine Rolle 20, die mit der Welle 12 verbunden ist, drückt. Die Klappe 11 ist in der dargestellten Position wie in Fig. 1 in der Startstellung festgelegt und kann beispielsweise bei einem Schwanken des Ladeluftdruckes im Bereich des Umschaltpunktes nicht unerwünscht geringfügig "auf und zu" bewegt werden, sondern schaltet erst bei einem definierten Umschaltladeluftdruck in die Strichlinien dargestellte Betriebsstellung um. Dabei wird dann der Haltekolben 18 von der Rolle 20 zurückgedrückt, bis die Rolle 20 auf die gegenüberliegende Seite verfahren ist und der Haltekolben 18 wieder in die dargestellte Position zurückgefahren ist.
• Das in den Fig. 3-5 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung ist funktionsmäßig wie das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ausgebildet, so dass bei funktionell gleichen Bauteilen die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 angegeben sind. Dargestellt ist in Fig. 3 die Ansicht auf den Einlassanschluss 3 in das Gehäuse, wobei der Umgehungsleitungsanschluss 4 der nach unten weisende Rohrbogen auf der rechten Bildseite ist, während der Ladeluftleitungsanschluss 5 der Rohrstutzen auf der linken Seite ist.
• Durch den Einlassanschluss 3 ist die Klappe 11 erkennbar, die an der Welle 12 (Fig. 5) befestigt ist. Das Stellelement 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel als komplett externes und separates Bauteil an dem Gehäuse 2 befestigt und ragt nur mit der Welle 12 zur Befestigung der Klappe 11 in das Gehäuse 2 hinein. Angeordnet ist das Stellelement 6 auf einer Grundplatte 21, die an dem Gehäuse 2 festgeschraubt wird. Dabei weist das Stellelement 6 einen Zylinder 22 auf, in dem der Kolben 8 in der Bohrung 7 bewegbar ist. An dem Kolben 8 ist die auf die Welle 12 einwirkende Hebeleinrichtung 9 befestigt, die bei einer Verschiebung des Kolbens 8 in der Bohrung 7 die Welle 12 verdreht. In die Startposition wird die Welle 12 von einem als Schenkelfeder 13b ausgebildeten Federelement gebracht, das direkt an der Hebeleinrichtung 9 angreift. Die Memoryfeder 16 ist in dem Zylinder 22 angeordnet, wobei die Ladeluft durch einen Schlauchanschluss 23 dem Zylinderinneren und der Memoryfeder 16 zugeführt wird. Durch eine gegebenenfalls vorhandene kleine Abströmöffnung aus dem Zylinder 22 ist sichergestellt, dass eine dauernde Strömung von Ladeluft besteht, so dass auch Temperaturänderungen an die Memoryfeder 16 übertragen werden.

Claims (6)

1. Aufgeladene Brennkraftmaschine mit einem Ladeluftkühler, wobei die verdichtete Ladeluft in Abhängigkeit von Betriebsparametern klappengesteuert durch den Ladeluftkühler oder eine Umgehungsleitung zu dem Ladeluftkühler dem Brennraum der Brennkraftmaschine zuführbar ist, wobei die Klappe über eine Hebeleinrichtung mit einem ladeluftdruckbeaufschlagten Stellelement verbunden ist, das entgegen dem Ladeluftdruck von einem Federelement in eine Startstellung, in der die Klappe vor dem Zugang zu dem Ladeluftkühler anliegt, bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (6) von einer Memoryfeder (16) unterstützend zu dem Ladeluftdruck in eine Betriebsstellung bewegbar ist, in der die Klappe (11) den Zugang zu der Umgehungsleitung (4a) absperrt.

2. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Memoryfeder (16) einen Umschaltpunkt bei 30°C bis 40°C, vorzugsweise bei 35°C aufweist.

3. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (13a, 13b) eine Schenkelfeder ist.

4. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an die Hebeleinrichtung (9) ein Halteelement derart angreift, dass die Klappe in der Startstellung und/oder in der Betriebsstellung mit einer definierten Haltekraft festgelegt ist.

5. Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit einem Ladeluftkühler, wobei die verdichtete Ladeluft klappengesteuert durch den Ladeluftkühler oder eine Umgehungsleitung zu dem Ladeluftkühler der Brennkraftmaschine zuführbar ist, wobei der Ladeluftdruck auf ein Stellelement einwirkt, das über eine Hebeleinrichtung mit der Klappe verbunden ist, wobei das Stellelement beim Start der Brennkraftmaschine von einem Federelement in einer Startstellung gehalten ist, in der die Klappe die Zugangsleitung zu dem Ladeluftkühler verschließt und den Eintritt in die Umgehungsleitung freischaltet, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (6) von einer Memoryfeder (16) unterstützend zu dem Ladeluftdruck in eine Betriebsstellung bewegbar ist, so dass oberhalb eines vorgegebenen Ladeluftdruckes und/oder oberhalb einer vorgegebenen Ladelufttemperatur ein Umschalten der Klappe (11) in die Betriebsstellung, in der die Ladeluft den Ladeluftkühler durchströmt, erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das System so abgestimmt ist, dass bei kalter Ladeluft die Umschaltung auf Ladeluftkühlung bei hohem Nutzmitteldruck erfolgt, hingegen bei einer Ladelufttemperatur höher als 40°C die Umstellung bei niedrigem Nutzmitteldruck getätigt wird.