DE102007059145A1 - Dynamischer Booster - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine selbstzündende Brennkraftmaschine, bei der die Frischgasleitung und die Abgasleitung über einen Abgasturbolader verschaltet sind und wobei eine innere Abgasrückführeinrichtung vorhanden ist, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine. Erfindungsgemäß wird eine selbstzündende Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine angegeben, bei der beim Übergang von dem Betriebszustand "niedriger Leerlauf" zu dem Betriebszustand "hoher Leerlauf" kein Rauchstoß auftritt. Dies wird dadurch erreicht, dass ein Druckluftspeicher 9 über eine ein Regelventil aufweisende Leitung mit der Frischgasleitung 5 und/oder der Turbine 6 des Abgasturboladers 7 verbunden ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein einen Kolben tragendes Pleuel angelenkt ist, wobei der Kolben in einem von einem Zylinderkopf unter Bildung eines Arbeitsraum abgedeckten Zylinder bewegbar ist, wobei in den Zylinderkopf mit dem Arbeitsraum sowie einer extern an den Zylinderkopf angeordneten Frischgasleitung und Abgasleitung kommunizierende Gaswechseleinrichtungen und ein mit dem Arbeitsraum in Kontakt stehendes Einspritzventil eines Einspritzsystems eingesetzt sind, wobei weiterhin die Frischgasleitung und die Abgasleitung über einen Abgasturbolader verschaltet sind und wobei eine innere Abgasrückführeinrichtung vorhanden ist, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine.
- Derartige Brennkraftmaschinen werden gebaut und sind in vielfältiger Weise zum Antrieb von Fahrzeugen, Arbeitsgeräten und Maschinen im Einsatz. Problematisch bei derartigen Brennkraftmaschinen mit dieser angegebenen Konstellation ist der Zustand beim Beschleunigen der Brennkraftmaschine aus niedrigen Drehzahlen. Es wird beobachtet, dass bei derartigen Zuständen ein kurzzeitiger Rauchstoß aus dem Abgassystem der Brennkraftmaschine auftreten kann. Ein solcher Rauchstoß entsteht durch einen kurzfristigen Luftmangel im Brennraum, der zu einer Verzögerung des Leistungsanstiegs führen kann. Dieser dynamische Luftmangel entsteht einerseits durch die dynamisch erhöhte Abgasrückführrate, wenn die innere Abgasrückführung nicht abgeschaltet werden kann, und zusätzlich durch den verzögerten Druckaufbau des Turboladers infolge der Massenkräfte.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine selbstzündende Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine anzugeben, bei dem die geschilderten Nachteile nicht auftreten.
- Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Druckluftspeicher über eine ein Regelventil aufweisende Leitung mit der Frischgasleitung und/oder der Turbine des Abgasturboladers verbunden ist. Das entsprechende Verfahren sieht vor, dass aus einem Druckluftspeicher bei einem bevorstehenden Beschleunigungsvorgang der Brennkraftmaschine gespeicherte Druckluft in das Ansaugrohr hinter dem Verdichter und/oder auf die Schaufeln der Turbine des Abgasturboladers geleitet wird.
- Wenn die Steuerelektronik eine bevorstehende Beschleunigung der Brennkraftmaschine erkennt, wird die Zuführung einer geeigneten Menge von gespeicherter Druckluft entweder direkt in die Frischgasleitung oder zu der Turbine des Abgasturboladers freigegeben. Sobald der Beschleunigungsvorgang beendet ist bzw. die Brennkraftmaschine und/oder der Abgasturbolader eine Drehzahl erreicht hat, die über einem Grenzwert liegt, wird die Zuführung von Druckluft beendet. Durch diese Ausgestaltung bzw. dieses Verfahren wird der dynamische Luftmangel kompensiert, die Dynamik der Brennkraftmaschine insgesamt verbessert und ein Rauchstoß vermieden. Die Größe des Druckspeichers hängt vom Hubvolumen der Brennkraftmaschine und der Häufigkeit der Beschleunigungsvorgänge (Lastkollektiv) ab. Der maximale Druck des Behälters entspricht dem höchsten Ladedruck der Brennkraftmaschine bei Volllast.
- In Weiterbildung ist der Druckluftspeicher über eine ein Füllventil aufweisende Verdichterfüllleitung mit der Frischgasleitung verschaltet. In diesem Fall entspricht der maximale Druck des Behälters dem höchsten Ladedruck der Brennkraftmaschine bei Volllast und entsprechend wird der Druckluftspeicher während des Betriebs der Brennkraftmaschine ab einer mittleren Last gefüllt.
- In weiterer Ausgestaltung ist der Druckluftspeicher über eine ein Verdichterfüllventil aufweisende Verdichterfüllleitung mit einer elektrisch, mechanisch oder hydraulisch betriebenen Luftverdichter-Einrichtung verschaltet. Eine solche Luftverdichter-Einrichtung ist bei vielen Brennkraftmaschinen schon vorhanden und stellt dementsprechend kein zusätzlich zu montierendes Bauteil bzw. Einrichtung dar. Diese Luftverdichter-Einrichtung ist dann so geschaltet, dass diese den Druckspeicher füllt.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel näher beschrieben ist.
- Es zeigen:
-
1 in schematischer Darstellung den Erfindungsgegenstand, -
2 das Verbrennungsluftverhältnis beim Beschleunigungsvorgang aufgetragen über der Zeit, -
3 die Abgastrübung aufgetragen über der Zeit und -
4 die Brennkraftmaschinendrehzahl bei freier Beschleunigung aufgetragen über der Zeit. -
1 zeigt in schematischer Darstellungsweise eine Brennkraftmaschine1 mit vier Zylindern2 , wobei in die Zylinderköpfe Gaswechselventileinrichtungen3a ,3b eingelassen sind. Die Gaswechselventileinrichtungen3a sind mit einer Abgasleitung4 und die Gaswechselventileinrichtungen3b mit einer Frischgasleitung5 verschaltet. Die Abgasleitung4 mündet in die Turbine6 eines Abgasturboladers7 , wobei die Turbine6 mit einem Verdichter drehverbunden ist. Der Verdichter8 ist seinerseits mit der Frischgasleitung5 verschaltet. - Weiterhin ist ein Druckspeicher
9 vorhanden, der von einer als Pumpe ausgebildeten Luftverdichter-Einrichtung10 über eine Verdichterfüllleitung11 befüllbar ist. Die Pumpe kann mechanisch, elektrisch oder hydraulisch angetrieben sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Verdichterfüllleitung11 über ein Ventil mit der Frischgasleitung5 verschaltet sein. - Von dem Druckspeicher
9 ist die gespeicherte Druckluft entweder der Turbine6 zuführbar oder aber in die Frischgasleitung5 einführbar. Gesteuert wird dieses gesamte System von einer entsprechend modifizierten Motorsteuerung. -
2 zeigt das Verbrennungsluftverhältnis beim Beschleunigungsvorgang aufgetragen über der Zeit. Die ausgezogene Linie lässt erkennen, dass das Verbrennungsluftverhältnis beim Beschleunigen der Brennkraftmaschine aus niedrigen Drehzahlen für eine begrenzte Zeit (schraffierte Fläche) unter einen Wert von 1,2 fallen kann. Dies wird durch die Zuführung einer geeigneten Menge von gespeicherter Druckluft entweder direkt in die Frischgasleitung oder zu der Turbine des Abgasturboladers vermieden (strichlinierte Linie). -
3 zeigt die Abgastrübung aufgetragen über der Zeit, die bei Unterschreitung eines Luftverhältnisses von 1,2 einen akzeptierten Grenzwert überschreitet. Die strichlinierte Linie zeigt, dass diese Überschreitung durch die Zuführung von Druckluft vermieden wird. -
4 . zeigt schließlich die Brennkraftmaschinendrehzahl, beginnend bei niedriger Leerlaufdrehzahl, bei freier Beschleunigung aufgetragen, über der Zeit. Ersichtlich ist, dass durch die Zuführung der Druckluft die hohe Leerlaufdrehzahl früher und somit schneller erreicht wird. -
- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Zylinder
- 3a, 3b
- Gaswechselventileinrichtung
- 4
- Abgasleitung
- 5
- Frischgasleitung
- 6
- Turbine
- 7
- Abgasturbolader
- 8
- Verdichter
- 9
- Druckspeicher
- 10
- Luftverdichter-Einrichtung
- 11
- Verdichterfüllleitung
Claims (4)
- Selbstzündende Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein einen Kolben tragendes Pleuel angelenkt ist, wobei der Kolben in einem von einem Zylinderkopf unter Bildung eines Arbeitsraum abgedeckten Zylinder bewegbar ist, wobei in den Zylinderkopf mit dem Arbeitsraum sowie einer extern an den Zylinderkopf angeordneten Frischgasleitung und Abgasleitung kommunizierende Gaswechseleinrichtungen und ein mit dem Arbeitsraum in Kontakt stehendes Einspritzventil eines Einspritzsystems eingesetzt sind, wobei die Frischgasleitung und die Abgasleitung über einen Abgasturbolader verschaltet sind und wobei eine innere Abgasrückführeinrichtung vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckluftspeicher (
9 ) über eine ein Regelventil aufweisende Leitung mit der Frischgasleitung (5 ) und/oder der Turbine (6 ) des Abgasturboladers (7 ) verbunden ist. - Selbstzündende Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckluftspeicher (
9 ) über eine ein Füllventil aufweisende Verdichterfüllleitung (11 ) mit der Frischgasleitung (5 ) verschaltet ist. - Selbstzündende Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckluftspeicher (
9 ) über eine ein Verdichterfüllventil aufweisende Verdichterfüllleitung (11 ) mit einer elektrisch, mechanisch oder hydraulisch betriebenen Luftverdichter-Einrichtung (10 ) verschaltet ist. - Verfahren zum Betreiben einer selbstzündenden Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein einen Kolben tragendes Pleuel angelenkt ist, wobei der Kolben in einem von einem Zylinderkopf unter Bildung eines Arbeitsraum abgedeckten Zylinder bewegbar ist, wobei in den Zylinderkopf mit dem Arbeitsraum sowie einer extern an den Zylinderkopf angeordneten Frischgasleitung und Abgasleitung kommunizierende Gaswechseleinrichtungen und ein mit dem Arbeitsraum in Kontakt stehendes Einspritzventil eines Einspritzsystems eingesetzt sind, wobei die Frischgasleitung und die Abgasleitung über einen Abgasturbolader verschaltet sind und wobei eine innere Abgasrückführeinrichtung vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem Druckluftspeicher (
9 ) bei einem bevorstehenden Beschleunigungsvorgang der Brennkraftmaschine gespeicherte Druckluft in die Frischgasleitung (5 ) hinter dem Verdichter (8 ) und/oder auf die Schaufeln der Turbine (6 ) das Abgasturboladers (7 ) geleitet wird.
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