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Die
Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Ansaugleitung,
in der ein von der Brennkraftmaschine angetriebener mechanischer
Lader angeordnet ist, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten
Art. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben
einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 9.
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Eine
gattungsgemäße Brennkraftmaschine ist
aus der
DE 199 12
890 C2 bekannt. Dabei sind eine Umluftleitung, welche einen
Umluftsteller aufweist und die Saug- und Druckseite des Laders miteinander
verbindet, sowie eine stromaufwärts
oder stromabwärts
des Laders in der Ansaug- bzw. Ladeluftleitung angeordnete Drosselklappe
vorgesehen. Gemäß dem dort
beschriebenen Verfahren schließt der
Umluftsteller die Umluftleitung in einem vorgegebenen Teillastbereich
der Brennkraftmaschine, der außerhalb
des Aufladebetriebs liegt. Dadurch soll im Teillastbereich der Ruck
beim Zuschalten des Laders reduziert werden.
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Bei
solchen aufgeladenen Brennkraftmaschinen reicht jedoch während der
Warmlaufphase der Unterdruck in der Ansaugleitung bzw. in einem den
Abschluss der Ansaugleitung bildenden und die Verbindung zur Brennkraftmaschine
herstellenden Ansaug rohr nicht aus, um für den Bremskraftverstärker einen
ausreichenden Unterdruck bereitzustellen, da solche aufgeladenen
Brennkraftmaschinen aufgrund der hohen abzugebenden Last meist nahezu entdrosselt
betrieben werden. Dies gilt insbesondere bei solchen Brennkraftmaschinen,
die einen relativ geringen Hubraum aufweisen, da hier eine besonders
geringe Ansdrosselung möglich
bzw. notwendig ist. Diese starke Entdrosselung ist insbesondere
aufgrund der relativ hohen Reibleistung, die solche aufgeladenen
Brennkraftmaschinen aufweisen, erforderlich. In diesem Zusammenhang
dient der in der
DE
199 12 890 C2 verwendete Umluftsteller zusätzlich dazu,
die Verlustleistung zu minimieren.
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Die
beschriebene Problematik verschärft sich
vor allem bei Fahrzeugen mit Automatikgetriebe, da dort insbesondere
im Kaltstart ständig
eine höhere Leerlauflast
anliegt und das Getriebe kontinuierlich auf die Antriebsachse wirkt,
was beispielsweise beim Anhalten an Gefällen einen verstärkten Einsatz
der Betriebsbremse erfordert.
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Im
allgemeinen Stand der Technik wird das genannte Problem durch eine
von der Brennkraftmaschine, beispielsweise vom Nockenwellenantrieb derselben,
angetriebene Unterdruckpumpe gelöst, welche
in sämtlichen
Betriebszuständen
den Bremskraftverstärker
mit einem ausreichenden Unterdruck versorgt. Zwar werden hierdurch
die beschriebenen Schwierigkeiten ausgeräumt, eine solche Unterdruckpumpe
macht jedoch einen zusätzlichen
Leistungsbedarf erforderlich, der der Brennkraftmaschine entnommen
wird und zwangsläufig
zu einem höheren
Kraftstoffverbrauch führt.
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Eine
weitere Lösung
dieses Problems ist aus der
DE 100 05 011 A1 bekannt. Dort ist ein mittels
eines Laders aufgeladener Verbrennungsmotor beschrieben, bei dem
der Verbrennungsluft kanal mittels einer Drosselklappe motorseits
der Drosselklappe in einen Niederdruckabschnitt und laderseits der
Drosselklappe in einen Hochdruckabschnitt unterteilt ist. Um an
einem pneumatischen Bremskraftverstärker ein größeres Druckgefälle zu erzeugen,
wird auf denselben Überdruck
geleitet. Allerdings macht auch diese Lösung einen relativ hohen Aufwand
erforderlich.
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Ein
weiteres Problem, das bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen, wie
sie in der
DE 199
12 890 C2 beschrieben sind, auftritt, ist die Tatsache,
dass zur Entlüftung
eines Kraftstofftanks sowie zur Regenerierung eines mit dem Kraftstofftank
verbundenen Aktivkohlebehälters
ebenfalls Unterdruck erforderlich ist. Es ist nämlich in neueren Gesetzen,
insbesondere auch in Teilen der Vereinigten Staaten, erforderlich,
ein vollständig
geschlossenes Kraftstoffsystem zu schaffen, um eine Verdampfung
von Kraftstoff in die Atmosphäre
zu verhindern. Hierzu wird an den Kraftstofftank ein Aktivkohlebehälter angeschlossen, in
dem sich die flüchtigen
Bestandteile des Kraftstoffs absetzen. Allerdings ist es im Fahrbetrieb
in bestimmten Abständen
erforderlich, diesen Aktivkohlebehälter zu regenerieren, wozu
meist der in der Ansaugleitung herrschende Unterdruck verwendet
wird. Wie bereits oben beschrieben, steht gerade bei aufgeladenen
Brennkraftmaschinen mit geringem Hubraum ein solcher Unterdruck
nicht ausreichend zur Verfügung.
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Die
DE 43 12 720 A1 beschreibt
zur Lösung dieses
Problems eine Tankentlüftungsanlage
für ein Kraftfahrzeug
mit einem mechanisch aufgeladenen Motor, bei der die Belüftungsleitungseinrichtung
mit der Ausgangsleitung des Laders über eine Drucksteuerventileinrichtung
verbunden ist. Durch Ansdrosselung des Laders auf der Druckseite
soll ein einem Kraftstoffbehälter
zugeordneter Aktivkohlebehälter
gespült
werden.
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Allerdings
ist dadurch, dass zur Ableitung des Überdrucks der mechanische Lader
auf der Druckseite angedrosselt werden muss, eine Regenerierung
des Aktivkohlebehälters
bei hoher Motorlast nicht möglich,
da bei hoher Last kein ausreichender Überdruck bereitgestellt wird.
Ebenso sind eine Zuführ-
und eine Rückführleitung
notwendig.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine
mit einem mechanischen Lader zu schaffen, welche in einem möglichst weiten
Betriebsbereich der Brennkraftmaschine einen ausreichenden Unterdruck
zur Verfügung
stellt.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Durch
die erfindungsgemäß in der
Ansaugleitung angeordnete weitere Drosselklappe ist es möglich, in
sämtlichen
Betriebszuständen
der Brennkraftmaschine dadurch einen Unterdruck in der Ansaugleitung
zu erzeugen, dass die Drosselklappe in Richtung ihrer Schließstellung
gebracht wird. Dieser Unterdruck kann durch die von der Ansaugleitung
in dem Bereich zwischen der weiteren Drosselklappe und dem Lader
abzweigende Unterdruckleitung zu einer mit Unterdruck zu versorgenden
Einrichtung gefördert
werden. Hierbei kann der Abfall des Ansaugdruckes in der Ansaugleitung,
welcher durch das Androsseln mittels der erfindungsgemäßen weiteren
Drosselklappe entstehen kann, durch das Schließen des in der Umluftleitung
angeordneten Umschaltorgans auf einen höheren Wert kompensiert werden.
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Durch
die erfindungsgemäße Lösung kann auf
eine zusätzliche
Unterdruckpumpe verzichtet werden, wodurch sich an der Brennkraftmaschine eine
geringere Reibleistung ergibt, was zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch
führt.
Durch die Androsse lung des mechanischen Laders in Teillastzuständen der
Brennkraftmaschine kann durch den geringeren umgewälzten Luftmassenstrom
die Leistungsaufnahme abgesenkt und zusätzlich der Kraftstoffverbrauch
reduziert werden.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann
vorgesehen sein, dass die Unterdruckleitung mit einem Bremskraftverstärker verbunden
ist.
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Dadurch
kann der mittels der erfindungsgemäßen Drosselklappe in der Ansaugleitung
erzeugte Unterdruck an den Bremskraftverstärker weitergeleitet werden,
wodurch es möglich
ist, auch in Betriebszuständen,
in denen die Brennkraftmaschine keinen ausreichenden Unterdruck
zum Betrieb desselben zur Verfügung
stellt, den Betrieb der Fahrzeugbremse sicherzustellen.
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In
einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann
vorgesehen sein, dass die zwischen der Drosselklappe und dem mechanischen
Lader abzweigende Unterdruckleitung zu einem mit einem Kraftstofftank
verbundenen Aktivkohlebehälter
geführt
ist.
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Auf
diese Weise wird die Regeneration dieses Aktivkohlebehälters und
gegebenenfalls auch die Entlüftung
des Kraftstofftanks ebenfalls in denjenigen Betriebszuständen sichergestellt,
in denen die Brennkraftmaschine nur einen unzureichenden Unterdruck
erzeugt. Dies führt
gerade bei mittels eines mechanischen Laders aufgeladenen Brennkraftmaschinen
dazu, dass eine umso bessere Regeneration des Aktivkohlebehälters und
damit eine Zufuhr der dort enthaltenen gasförmigen Kraftstoffmoleküle zu der
Brennkraftmaschine möglich
ist, je höher
die Last der Brennkraftmaschine ist. Des weiteren kön nen auf diese
Weise kürzere
Regenerierungszeiten realisiert werden.
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Ein
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine ist in Anspruch
9 angegeben.
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Mit
diesem Verfahren kann sichergestellt werden, dass gerade während der
kritischen Warmlaufphase der Brennkraftmaschine ein zu geringer Unterdruck
in der Ansaugleitung durch das Bewegen der vor dem Lader angeordneten
Drosselklappe in Richtung ihrer Schließstellung kompensiert wird,
um dem Bremskraftverstärker
und/oder dem Aktivkohlebehälter
einen entsprechenden Unterdruck zuzuführen.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den restlichen Unteransprüchen.
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Nachfolgend
ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
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Die
einzige Figur zeigt eine Schemadarstellung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.
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Eine
Brennkraftmaschine 1 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel
Fall mehrere Zylinder 2 und zu den jeweiligen Zylindern 2 führende Einlasskanäle 3 auf.
Die Einlasskanäle 3 gehen
von einem Saugrohr 4 aus, welches wie die Einlasskanäle 3 Teil einer
Ansaugleitung 5 ist. In der Ansaugleitung 5 befinden
sich von der Brennkraftmaschine 1 ausgehend neben den Einlasskanälen 3 und
dem Saugrohr 4 außerdem
eine motornahe Drosselklappe 6, ein Ladeluftkühler 7 und
ein mechanisch angetriebener Lader 8, der im Allgemeinen
auch als Kompressor bezeichnet wird und über eine Antriebsverbindung 9 von
der Brennkraftmaschine 1 angetrieben wird. Die Bezeichnung „motornah" für die Drosselklappe 6 bedeutet
in diesem Zusammen hang in erster Linie, dass dieselbe dem Lader 8 nachgeschaltet
ist. Der mechanische Lader 8 dient in an sich bekannter
Weise dazu, den Zylindern 2 der Brennkraftmaschine 1 eine größere Luftmenge
zuzuführen
und so die Leistung der Brennkraftmaschine 1 zu steigern.
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Des
weiteren ist eine vor dem mechanischen Lader 8 von der
Ansaugleitung 5 abzweigende und nach dem mechanischen Lader 8 wieder
in die Ansaugleitung 5 einmündende Umluftleitung 10 vorgesehen,
welche auf diese Weise die Druckseite mit der Saugseite des Laders 8 verbindet
und in welcher ein Umschaltorgan 11 angeordnet ist, das
vorzugsweise in Form einer Drosselklappe ausgeführt ist. Das Umschaltorgan 11 wird
hauptsächlich
in denjenigen Betriebszuständen,
an denen an der Brennkraftmaschine 1 Teillast anliegt,
geöffnet,
so dass derjenige Anteil der über
die Ansaugleitung 5 angesaugten Luft, der nicht durch den
Lader 8 verdichtet werden soll, über die Umluftleitung 10 wieder
der Saugseite des Laders 8 zugeführt wird. Dadurch kann die
motornahe Drosselklappe 6 auch während der Teillast relativ weit
geöffnet
werden, so dass die Verlustleistung gering bleibt.
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Von
der Seite eines der Brennkraftmaschine 1 gegenüberliegenden
Einlasses 12, über
den die Luft angesaugt wird, betrachtet sind in der Ansaugleitung 5 außerdem ein
Luftfilter 13 und ein Luftmassenmesser 14 angeordnet.
Vor dem Ladeluftkühler 7 zweigt
von der Ansaugleitung 5 eine Sekundärluftleitung 15 ab,
die der Brennkraftmaschine 1 im Bereich einer Abgasanlage 16 in
an sich bekannter und daher hierin nicht näher erläuterten Art und Weise Sekundärluft zuführt.
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In
der Ansaugleitung 5 ist vor dem Lader 8 eine weitere
Drosselklappe 17 angeordnet, die unabhängig von der motornahen Drosselklappe 6 und dem
Umschaltorgan 11 betätigt
werden kann. Wenn die Drosselklappe 17 in Richtung ihrer
Schließstellung
gebracht wird, kann in der Ansaugleitung 5 vor dem Lader 8 unabhängig von
der Stellung der motornahen Drosselklappe 6 ein Unterdruck
erzeugt werden. Um diesen Unterdruck zu nutzen, zweigen von der
Ansaugleitung 5 in dem Bereich zwischen der weiteren Drosselklappe 17 und
dem Lader 8 zwei Unterdruckleitungen 18a und 18b ab.
Dadurch kann der von der Drosselklappe 17 erzeugte Unterdruck
für im Folgenden
näher beschriebene
Einrichtungen eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs, in dem die
Brennkraftmaschine 1 angeordnet ist, genutzt werden.
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In
der dargestellten Ausführungsform
mündet
die Unterdruckleitung 18a in eine weitere, von dem Saugrohr 4 abzweigende
Unterdruckleitung 19, die zu einem Bremskraftverstärker 20 einer
Fahrzeugbremse 21 führt.
Dadurch ist es möglich,
den Bremskraftverstärker 20 auch
dann mit einem ausreichenden Unterdruck zu versorgen, wenn, beispielsweise
aufgrund der sehr weit geöffneten
Stellung der motornahen Drosselklappe 6, in dem Saugrohr 4 bzw.
in der Ansaugleitung 5 ein zu hoher Druck und eine somit
zu geringer Unterdruck herrscht. Um den Druck in dem Saugrohr 4 nicht
zu beeinflussen, ist in der Unterdruckleitung 19 ein Rückschlagventil 22 angeordnet.
Dasselbe gilt für
ein in der Unterdruckleitung 18a angeordnetes Rückschlagventil 23.
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In
einer nicht dargestellten Ausführungsform der
Brennkraftmaschine 1 wäre
es auch möglich,
die Unterdruckleitung 18a direkt zu dem Bremskraftverstärker 20 zu
führen
und auf die Unterdruckleitung 19 zu verzichten. In einem
solchen Fall müsste
jedoch der Unterdruck für
den Bremskraftverstärker 20 stets durch
die Drosselklappe 17 erzeugt werden, wohingegen in der
dargestellten Ausführungsform
bei entsprechender Stellung der motornahen Drosselklappe 6 der
Unterdruck dem Brems kraftverstärker 20 über die
Unterdruckleitung 19 zugeführt wird.
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Die
Ansteuerung der Drosselklappe 17 erfolgt im vorliegenden
Fall über
eine von der zu dem Bremskraftverstärker 20 führenden
Unterdruckleitung 19 abzweigenden Steuerleitung 24,
die zu der Drosselklappe 17 führt. Durch die Steuerleitung 24 wird
der Druck in der Unterdruckleitung 19 erfasst und an die
Drosselklappe 17 weitergegeben, so dass diese bei einem
zu geringen Unterdruck in der Unterdruckleitung 19 in Richtung
ihrer Geschlossenstellung bewegt und somit der benötigte Unterdruck
erzeugt werden kann.
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Alternativ
zu der Druckerfassung mittels der Steuerleitung 24 wäre es auch
möglich,
den in der Unterdruckleitung 19 herrschenden Druck abzunehmen,
in elektronische Signale umzuwandeln und einem nicht dargestellten
Steuergerät
zuzuführen,
um auf diese Weise die Drosselklappe 17 zu steuern.
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Von
der Ansaugleitung 5 zweigt in dem Bereich zwischen der
weiteren Drosselklappe 17 und dem Lader 8 die
weitere Unterdruckleitung 18b ab, die zu einem Aktivkohlebehälter 25 geführt ist,
der einem Kraftstofftank 26 zugeordnet ist. Dadurch kann der
durch das Schließen
der Drosselklappe 17 in der Ansaugleitung 5 erzeugte
Unterdruck für
eine Regenerierung des Aktivkohlebehälters 25 genutzt werden,
der sich, wie dem Fachmann bekannt ist, mit flüchtigen Kraftstoffbestandteilen
füllt und
dessen Regeneration in bestimmten Zeitabständen erforderlich ist.
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Zur
Steuerung der Regeneration ist in der zu dem Aktivkohlebehälter 25 führenden
Unterdruckleitung 18b ein Umschaltventil 27 angeordnet,
welches zur Regeneration des Aktivkohlebehälters 25 in seine geöffnete Stellung
gebracht wird. Bei der Regeneration des Aktivkohlebehälters 25 führt der
Unterdruck in der Unterdruckleitung 18b dazu, dass der
Inhalt des Aktivkohlebehälters 25 über die
Unterdruckleitung 18b der Ansaugleitung 5 und
somit letzten Endes der Brennkraftmaschine 1 zugeführt wird.
Eine solche Regeneration des Aktivkohlebehälters 25 ist gerade
dann möglich
bzw. sinnvoll, wenn die Brennkraftmaschine 1 bei höherer Motorlast
betrieben wird, da der Brennkraftmaschine 1 in diesem Betriebspunkt
sehr große
Mengen an in dem Aktivkohlebehälter 25 enthaltenem,
flüchtigen
Kraftstoff zugeführt werden
können.
Dadurch kann in einem erheblichen kürzeren Zeitraum dieselbe Menge
an flüchtigen Kraftstoffbestandteilen
regeneriert werden als in Betriebsbereichen mit niedriger Belastung
der Brennkraftmaschine 1. Die Anforderung von Unterdruck über die
Unterdruckleitung 18b kann somit je nach Beladungsgrad
des Aktivkohlebehälters 25 und
in Abhängigkeit
der an der Brennkraftmaschine 1 anliegenden Last erfolgen.
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In
der dargestellten Ausführung
der Brennkraftmaschine 1 sind zwei Unterdruckleitungen 18a und 18b vorgesehen.
Selbstverständlich
wäre es auch
möglich,
auf eine der beiden Unterdruckleitungen 18a oder 18b zu
verzichten und auf diese Weise entweder nur den Bremskraftverstärker 20 oder
nur den Aktivkohlebehälter 25 mit
Unterdruck versorgen zu können.
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In
einer nicht dargestellten Ausführungsform wäre es des
weiteren möglich,
lediglich eine der beiden Unterdruckleitungen 18a oder 18b vorzusehen, wobei
von der dann vorgesehenen einen Unterdruckleitung zwei Zweigleitungen
abzweigen könnten,
von denen die erste Zweigleitung zu dem Bremskraftverstärker 20 und
die zweite Zweigleitung zu dem Aktivkohlebehälter 25 geführt wäre, und
wobei zur Umschaltung zwischen den beiden Zweigleitungen ein Umschaltventil
vorgesehen wäre.
Eine sol che Ausführungsform
ist für
den Fachmann auf dem Gebiet der Brennkraftmaschinen problemlos nachvollziehbar.