DE102008000325A1

DE102008000325A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Druckluftversorgung einer Brennkraftmaschine und anderer Einrichtungen

Info

Publication number: DE102008000325A1
Application number: DE102008000325A
Authority: DE
Inventors: Roland Dr. Mair; Thomas Dr. Jäger; Christoph Dr. Rüchardt
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2008-02-18
Filing date: 2008-02-18
Publication date: 2009-08-20
Also published as: WO2009103590A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstranges (1) mit einer Brennkraftmaschine (2), mit einem dieser Brennkraftmaschine zugeordneten Turbolader (22) und mit einer Einrichtung zum Einblasen von zusätzlicher Druckluft in Einrichtungen im Bereich der Brennkraftmaschine (2). Um die Abgasemission sowie den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine (2) eines derart ausgestatteten Fahrzeugs zu reduzieren, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass dann zusätzliche Druckluft in Einrichtungen (8, 100) im Bereich der Brennkraftmaschine (2) eingeblasen wird, wenn dies in Abhängigkeit von der aktuellen Betriebssituation des Fahrzeugs zu einem vorteilhaften Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine (2) und/oder von Fahrzeugeinrichtungen führt, die im Abgasstrom derselben angeordnet sind. Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, wobei vorgesehen ist, dass die Einrichtung zum Einblasen von zusätzlicher Druckluft derart ausgebildet und angeordnet ist, dass mit ihr Druckluft in den Luftansaugtrakt (8) und unmittelbar vor bzw. in die Abgasbehandlungsanlage (100) der Brennkraftmaschine (2) einblasbar ist, dass diese Einblaseinrichtung mit einem Schalt- und/oder Regelventil (65) im Bereich des Luftansaugtrakts (8) und mit einem Schalt- und/oder Regelventil (102) im Bereich der Abgasbehandlungsanlage (100) steuerbar ist und dass diese Schalt- und/oder Regelventile (65, 102) von wenigstens einem Steuergerät (38, 66) ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstranges mit einer Brennkraftmaschine, mit einem dieser Brennkraftmaschine zugeordneten Turbolader, mit einer Einrichtung zum Einblasen von zusätzlicher Druckluft in Einrichtungen im Bereich der Brennkraftmaschine sowie mit einer Abgasbehandlungsanlage und einem Anlasser.
Beispielsweise aus den Patentanmeldungen WO 2006/037564 A1 , WO 2006/089779 A1 und WO 2006/089780 A1 ist es bekannt, dass eine mit einem Turbolader ausgestattete Kolbenbrennkraftmaschine in ihrem unteren Drehzahlbereich ein vergleichsweise geringes Drehmoment abgibt, da die von einem konventionellen Turboauflader zur Drehmomenterhöhung in den Einsaugtrakt des Motors gelieferte Luftmenge systembedingt von demjenigen Abgasstrom der Brennkraftmaschine abhängt, welcher die Turbine des Turbolader antreibt. Dieses als Turboloch bekannte Phänomen kann hinsichtlich seiner Ausprägung von Turboladern mit variabler Geometrie abgemildert werden, bei denen die Turbinenschaufeln in Abhängigkeit vom zur Verfügung stehenden antreibenden Abgasstrom verstellbar ausgebildet sind. Da Turbolader mit variabler Geometrie vergleichsweise teuer in der Herstellung sowie nur mit komplexen Steuerungs- und Regelungsverfahren ansteuerbar sind, besteht in der Kraftfahrzeugindustrie ein Bedarf, mit einfacheren Einrichtungen und/oder Verfahren auch bei niedrigen Motordrehzahlen ein relativ hohes Antriebsdrehmoment der Brennkraftmaschine zu erzielen.
Vor diesem Hintergrund ist aus der DE 39 06 312 C1 sowie aus der DE 199 44 946 A1 jeweils eine Methode und eine Einrichtung zur Verkleinerung des genannten Turbolochs bekannt, bei denen während der Beschleunigung eines mit einem Turbolader ausgestatteten Dieselmotors aus einem Druckluft speicher eine bestimmte Luftmenge in das Saugrohr des Motors eingeblasen und die Kraftstoff-Einspritzmenge dementsprechend angepasst wird. Die für den Motor benötigte Druckluft kann dabei aus einem Druckluftspeicher eines Druckluftbremssystems des Fahrzeugs entnommen werden.
Aus den eingangs genannten Druckschriften WO 2006/089779 A1 und WO 2006/089780 A1 ist es zudem bekannt, zur Verkleinerung des erwähnten Turbolochs bei einer turboaufgeladenen Brennkraftmaschine eine gesonderte Einrichtung zur Frischgas- bzw. Druckluftversorgung zu verwenden. Diese im Ansaugbereich der Brennkraftmaschine angeordnete Einrichtung verfügt über einen Luftansaugtrakt als Saugrohr, der eine verstellbare Drosselklappe und einen ersten Endanschluss zur Einströmung der Ansaugluft sowie einen zweiten Endanschluss zur Ausströmung in Richtung zu den Zylindern des Motors aufweist. Die Drosselklappe ist zum Verstellen an eine von einem Steuergerät ansteuerbare Verstellvorrichtung angekoppelt. Zwischen der Drosselklappe und dem zweiten Endanschluss ist ein Druckluftanschluss mit einer Öffnung ausgebildet, die in den rohrartigen Innenraum der Einrichtung mündet. Weiter ist vorgesehen, dass der Druckluftanschluss mit einer ein Ventil mit einer gesperrten und beliebig geöffneten Stellungen aufweisenden Druckluft-Mengenregelvorrichtung zusammenwirkt, die über einen elektrischen Eingang von einem elektrischen Steuergerät ansteuerbar ist. Die Verstellvorrichtung der Drosselklappe ist von der Mengenregelvorrichtung und/oder dem Steuergerät derart zwangsbetätigt, dass zu einer voll geöffneten Stellung der Drosselklappe eine voll gesperrte Stellung der Mengenregelvorrichtung zugeordnet ist.
Zur Steuerung dieser aus der WO 2006/089779 A1 und der WO 2006/089780 A1 bekannten Einrichtungen zur Drucklufteindüsung in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine nutzt das Steuergerät Drehmomentanforderungssignale, die von dem Fahrpedal, einer Antriebsschlupfregelung, einer Geschwindigkeitsregeleinrichtung und/oder einem elektrischen Stabilisations programm stammen, oder von Mitteln, welche dem Motorsteuersystem eine externe Drehmomentanforderung zuleiten.
Außerdem ist es aus der WO 2006/089779 A1 bekannt, dass bei der optimalen Steuerung der Einrichtung zur Versorgung der turboaufgeladenen Brennkraftmaschine mit Druckluft – oder wie dort formuliert mit Frischgas – das Steuerungsprogramm des Steuergerätes dieser Einrichtung vorbestimmte Angaben über die Bedingungen kennt, ab wann eine Lufteinblasung durchgeführt oder beendet werden soll. So kann beispielsweise berücksichtigt sein, dass berufliche Fernfahrer oder Autobusfahrer jeweils individuelle Fahrweisen haben, die durchschnittliche Beschleunigungswerte verlangen. So kann ein solcher Fahrer bestimmte Schaltpunkte beim Schalten des Getriebes bevorzugen. Diese können von dem genannten Steuergerät festgestellt, gespeichert und ausgearbeitet werden. Diese Daten werden von dem Steuergerät beispielsweise für die Bestimmung der Dauer der Drucklufteinblasung und für die Betätigung der Drosselklappe verwendet. Durch diese Vorgehensweise soll verhindert werden, dass der Druckluftverbrauch unnötig sowie unvorteilhaft hoch ist. Insbesondere ist hierbei vorgesehen, dass die Dauer der Drucklufteinblasung und Drosselklappenbetätigung von der Häufigkeit des Fahrerwunsches für eine Beschleunigung adaptiv von der Steuerungssoftware geregelt wird.
Weiter ist aus der WO 2006/037564 A1 eine gattungsgemäße Einrichtung bekannt, bei der die aus einem Druckluftspeicher entnommene Druckluft auch unmittelbar vor das Einlassventil eines Zylinders der Brennkraftmaschine zugeführt werden kann.
Da das Zusammenwirken einer gattungsgemäßen Einrichtung zur Versorgung einer turboaufgeladenen Brennkraftmaschine mit zusätzlicher Druckluft gemäß der WO 2006/089779 A1 und der WO 2006/089780 A1 mit anderen Einrichtungen im Bereich der Brennkraftmaschine und im weiteren Fahrzeugantriebsstrang recht komplex ist, bedarf es zur optimalen Verwendung einer sol chen Einrichtung in einem Kraftfahrzeug, ob nun Nutzfahrzeug oder Personenfahrzeug, spezieller Steuerungsverfahren und Steuerungseinrichtungen, welche die jeweiligen Eigenarten sowie Anforderungen auch dieser Antriebstrangkomponenten berücksichtigen. Einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasemission eines derart ausgestatteten Fahrzeugs kommt dabei außerdem eine besondere Bedeutung zu.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum aufeinander abgestimmten Steuern und/oder Regeln des Einblasens von zusätzlicher Druckluft in Einrichtungen im Bereich der Brennkraftmaschine vorzustellen, die auf den Kraftstoffverbrauch und/oder die Abgasemission der Brennkraftmaschine Einfluss haben.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich für das Verfahren und die Vorrichtung aus den jeweils unabhängigen Patentansprüchen, während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den zugeordneten Unteransprüchen entnehmbar sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es zur optimalen Steuerung und/oder Regelung einer an sich bekannten Einrichtung zur Versorgung einer turboaufgeladenen Brennkraftmaschine mit zusätzlicher Druckluft notwendig ist, auch diejenigen Einrichtungen und/oder Aggregate mit zu berücksichtigen, die den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemission der Brennkraftmaschine beeinflussen. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem betriebsoptimalen Zusammenwirken von Einrichtungen im Bereich der Brennkraftmaschine, die den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemission der Brennkraftmaschine beeinflussen, mit einer Einrichtung zur Versorgung einer turboaufgeladenen Brennkraftmaschine mit zusätzlicher Druckluft.
Unter dem Begriff „Getriebe" werden in dieser Beschreibung alle Arten von Getrieben verstanden, also beispielsweise Handschaltgetriebe, automati sierte Schaltgetriebe, Lastschaltgetriebe, Doppelkupplungsgetriebe, Stufenautomatgetriebe und auch stufenlos schaltende Getriebe.
Unter dem Begriff „Einrichtung zum Einblasen von zusätzlicher Druckluft in einen Luftansaugtrakt der Brennkraftmaschine" werden die eingangs geschilderten Einrichtungen verstanden, unabhängig davon, ob die Druckluft bzw. das Frischgas aus einem Druckluftbehälter eines Druckluftbremssystems oder einer anderen Fahrzeugeinrichtung entnommen wird, oder ob die Druckluft bedarfgerecht unmittelbar von einer elektromotorisch betriebenen Luftpumpe erzeugt wird. Die genannte Einrichtung umfasst alle zu deren Betrieb notwendigen Bauteile und Aggregate.
Zudem ist die Erfindung für alle Einrichtungen zur Versorgung der turboaufgeladenen Brennkraftmaschine mit Druckluft geeignet, unabhängig davon, ob die Druckluft weit vor den Zylindern der Brennkraftmaschine in deren Einsaugtrakt eingeblasen wird, ob diese unmittelbar vor dem Einlassventil eines solchen Zylinders in den Einlassbereich desselben eingedüst wird, oder ob dieses Einblasen von Druckluft in den Abgasstrom der Brennkraftmaschine erfolgt.
Bei den verwendeten Abgasturboladern (kurz: Turbolader) kann es sich um konventionelle Abgasturbolader oder um einstellbare Abgasturbolader handeln, wobei letztere in ihrem Einlassbereich verstellbare Leitschaufeln haben oder über ein Bypassventil verfügen, mit denen die Durchströmungseigenschaften des Turboladers aktiv beeinflussbar sind.
Die Erfindung geht zunächst aus von einem Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstranges mit einer Brennkraftmaschine, mit einem dieser Brennkraftmaschine zugeordneten Turbolader und mit einer Einrichtung zum Einblasen von zusätzlicher Druckluft in Einrichtungen im Bereich der Brennkraftmaschine. Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung verfahrensgemäß vor, dass dann zusätzliche Druckluft in die Einrichtungen im Bereich der Brennkraftmaschine eingeblasen wird, wenn dies in Abhängigkeit von der aktuellen Betriebssituation des Fahrzeugs zu einem vorteilhaften Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine und/oder von Fahrzeugeinrichtungen führt, die im Abgasstrom derselben angeordnet sind.
Demnach besteht die Möglichkeit, an unterschiedlichen Stellen im Bereich der Brennkraftmaschine zusätzliche Druckluft einzublasen, also unabhängig davon, welche Luftmenge die Brennkraftmaschine im reinen Saugbetrieb ansaugt und/oder durch den Abgasturbolader zugeführt bekommt. Damit die zusätzlich einzublasende Druckluft auch tatsächlich zu einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine und/oder zur Reduzierung der Abgasemission derselben führt, ist diese Drucklufteinblasung im Bereich von Einrichtungen, Vorrichtungen oder Komponenten vorzunehmen, die im Bereich der Brennkraftmaschine angeordnet sind und den Verbrennungs- und/oder Abgasumwandlungsprozess beeinflussen.
So ist gemäß einer ersten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die zusätzliche Druckluft direkt vor oder in die Abgasbehandlungseinrichtung eingeblasen wird, derart, dass sich das Abgasreinigungsverhalten der Abgasbehandlungseinrichtung verbessert.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die zusätzliche Druckluft direkt in den Ansaugtrakt der als Dieselmotor ausgebildeten Brennkraftmaschine und/oder direkt vor oder in die Abgasbehandlungseinrichtung eingeblasen wird, derart, dass sich die Rauchgasemission der Brennkraftmaschine selbst und/oder der Abgasbehandlungseinrichtung reduziert.
Sofern die Abgasbehandlungseinrichtung als Partikelfilter zum Filtern von Russpartikeln aus dem Abgas ausgebildet ist, wird gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung die Druckluft direkt vor oder in die Abgasbehandlungseinrichtung eingeblasen, und zwar derart, dass in einer Regenerationsphase derselben das Freibrennen von Russablagerungen durch den gegenüber dem Abgas erhöhten Sauerstoffanteil in der Frisch- bzw. Druckluft begünstigt wird.
Zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und damit mittelbar auch zur Verringerung der Abgasemission kann weiter vorgesehen sein, dass bei einem Startvorgang der Brennkraftmaschine zur Bereitstellung eines hohen Ladedrucks ein Einblasen von zusätzlicher Druckluft in den Luftansaugtrakt der Brennkraftmaschine dann erfolgt, wenn die Brennkraftmaschine kurz vor deren Start noch nicht läuft oder von dem Anlasser angetrieben mit geringer Drehzahl dreht. Durch die Bereitstellung eines beim Anlassen der Brennkraftmaschine schon anfänglich sehr hohen Ladedrucks kann davon ausgegangen werden, dass bei entsprechender Anpassung der Kraftstoffeinspritzung der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine in dieser Betriebsphase merklich reduzierbar ist.
In diesem Zusammenhang kann auch vorgesehen sein, dass bei einem Startvorgang der Brennkraftmaschine ein Einblasen von zusätzlicher Druckluft in den Luftansaugtrakt der Brennkraftmaschine bei geschlossener Drosselklappe derart stark – also mit so hohem Druck – erfolgt, dass die Brennkraftmaschine bis zum eigenen verbrennungsgestütztem Anlaufen zusätzlich zu dem Drehmoment des Anlassers von der eingeblasenen und auf die Kolben der Brennkraftmaschine wirkenden Druckluft im Sinne eine Druckluftmotors angetrieben wird. Bei dieser Verfahrensweise kommt der geschlossenen Drosselklappe eine besondere Bedeutung zu, um zu verhindern, dass Luftdruck über den Kanal von dem Abgasturbolader zum Luftansaugtrakt verloren geht.
Die gerade beschriebene Verfahrensweise führt offenbar zu einer Entlastung des üblicherweise elektromotorischen Anlassers. Es ist daher gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass diese Entlastung des Anlassers beim Starten der Brennkraftmaschine durch ein vergleichsweise starkes Einblasen von zusätzlicher Druckluft in den Luftansaugtrakt der Brennkraftmaschine bevorzugt während eines Start-Stopp-Betriebes des Fahrzeugs erfolgt. Da durch die Einblasung von Druckluft in den Luftansaugtrakt der Brennkraftmaschine zur Entlastung des Anlassers der Startvorgang schneller als üblich durchführbar ist, hat dies bei den vielen Startvorgängen bei einem Start-Stopp-Betrieb des Fahrzeugs eine messbare Verringerung des Kraftstoffverbrauchs sowie eine erkennbare Reduzierung der Abgasemission zur Folge.
Weiter kann vorgesehen sein, dass ein Einblasen von zusätzlicher Druckluft in den Luftansaugtrakt der Brennkraftmaschine dann erfolgt, wenn von dem Fahrer des Fahrzeugs durch eine entsprechend schnelle oder starke Auslenkung des Fahrpedals der Wunsch nach einem schnellen Wechsel zwischen einem Teillastbetrieb und einem Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine signalisiert wird. Wegen der bei einer zusätzlichen Drucklufteinblasung schnelleren Reaktion der Brennkraftmaschine mit einem erhöhten Motordrehmoment kann davon ausgegangen werden, dass sofort nach der schnellen Fahrpedalauslenkung (zum Beispiel „Kickdown") zu dem sofort der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff auch gleich die richtige Luftmenge zur Verfügung steht. In deren Folge ist mit einer sauberen Kraftstoffverbrennung sowie mit einem jedenfalls vergleichsweise geringeren Kraftstoffverbrauch zu rechnen.
Außerdem kann gemäß der Erfindung vorgesehen sein, dass zur Durchführung eines Schubbetriebs des Fahrzeugs mit abgeschalteter Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine die Drosselklappe im Luftansaugtrakt der Brennkraftmaschine geschlossen wird und ein Einblasen von zusätzlicher Druckluft unterbleibt. Dadurch ist erreichbar, dass die Bremswirkung der Brennkraftmaschine im Schubbetrieb des Fahrzeugs gesteigert wird.
Eine andere Weiterbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung sieht vor, dass zur Einsparung von Kraftstoff sowie zur Reduzierung der Abgasemission der Brennkraftmaschine bei der Verwendung eines Abgasturboladers mit verstellbarer Geometrie ein Einblasen von zusätzlicher Druckluft in den Luftansaugtrakt der Brennkraftmaschine mit der Einstellung des Abgasturboladers koordiniert wird.
Es ist bekannt, dass bei der Einstellung des verstellbaren Abgasturboladers dessen Leitschaufeln so eingestellt werden können, dass bei wenig Gasdurchsatz aber hohem Leistungsbedarf das Abgas durch reduzierte Strömungsquerschnitte im Turbolader beschleunigt und sodann auf die Turbinenschaufeln desselben geleitet wird, welches die Drehzahl der Turbine und damit die Leistung des Turboladers auf dessen Pumpenseite erhöht. Umgekehrt kann bei hohem Gasdurchsatz und geringem Leistungsbedarf durch eine Einstellung der Leitschaufeln im Sinne großer Strömungsquerschnitte im Turbolader die Strömungsgeschwindigkeit verringert werden, welches die Pumpenleistung desselben vermindert.
Diese zuvor genannte Verfahrensweise lässt sich dahingehend weiterbilden, dass zur Erzielung eines maximalen Drehmoments der Brennkraftmaschine die Leitschaufeln im Turbineneintritt des verstellbaren Abgasturboladers vor einem Einblasen von zusätzlicher Druckluft in den Luftansaugtrakt der Brennkraftmaschine in Richtung eines möglichst geringen Strömungswiderstandes verstellt werden, wodurch sich wie erläutert die Pumpleistung des Abgasturboladers erhöht. In Summe mit der Wirkung der zusätzlich eingeblasenen Druckluft ergibt sich das genannte maximale Drehmoment der Brennkraftmaschine.
Weiter kann bei der Verwendung eines Abgasturboladers mit verstellbarer Geometrie und einer Einrichtung zur Einblasung von zusätzlicher Druckluft in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine vorgesehen sein, dass ein Druckabfall bei der zusätzlich in den Ansaugtrakt einzublasenden Druckluft unter einen vorbestimmten Druck-Grenzwert erfasst wird, und dass die Leitschaufeln des Abgasturboladers so eingestellt werden, dass bei dem Ende des Einblasens der zusätzlichen Druckluft der vom Abgasturbolader gelieferte Ladedruck dem Normaldruck des Abgasturboladers bei der dann aktuellen Drehzahl der Brennkraftmaschine entspricht.
Schließlich ist bei der Verwendung eines technisch weniger anspruchsvollen Abgasturboladers mit einem Bypassventil, einem so genannten „Wastegate", und einer Einrichtung zur Einblasung von zusätzlicher Druckluft in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zur Einstellung eines maximalen Motordrehmoment vorgesehen, dass das Bypassventil bei einem Einblasen von zusätzlicher Druckluft in den Luftansaugtrakt der Brennkraftmaschine so geschaltet wird, dass der Strömungswiderstand im Abgaskanal minimiert ist.
Letztlich kann auch bei diesem technisch einfacheren Abgasturbolader mit Bypassventil gemäß der Erfindung vorgesehen sein, dass ein Druckabfall bei der zusätzlich in den Ansaugtrakt einzublasenden Druckluft unter einen vorbestimmten Druck-Grenzwert erfasst wird, und dass das Bypassventil des Abgasturboladers so eingestellt wird, dass bei dem Ende des Einblasens der zusätzlichen Druckluft der vom Abgasturbolader gelieferte Ladedruck dem Normaldruck des Abgasturboladers bei der dann aktuellen Drehzahl der Brennkraftmaschine entspricht.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstranges mit einer Brennkraftmaschine, mit einem dieser Brennkraftmaschine zugeordneten Turbolader und mit einer Einrichtung zum Einblasen von zusätzlicher Druckluft in Einrichtungen im Bereich der Brennkraftmaschine, insbesondere zur Durchführung des oben genannten Verfahrens. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Einblasen von zusätzlicher Druckluft derart ausgebildet und angeordnet ist, dass mit ihr Druckluft in den Luftansaugtrakt und unmittelbar vor bzw. in die Abgasbehandlungs anlage der Brennkraftmaschine einblasbar ist, dass diese Einblaseinrichtung mit einem Schalt- und/oder Regelventil im Bereich des Luftansaugtrakts und/oder mit einem Schalt- und/oder Regelventil im Bereich der Abgasbehandlungsanlage steuerbar ist, und dass diese Schalt- und/oder Regelventile von wenigstens einem Steuergerät ansteuerbar sind, das mit Sensoren zur Erfassung der Betriebssituation der Brennkraftmaschine, des Antriebsstrangs und des Fahrzeugs verbunden ist.
Die Erfindung wird nachfolgend ausführlich anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Dazu ist der Beschreibung eine Zeichnungsfigur beigefügt, in der eine schematische Darstellung eines Fahrzeugantriebsstrangs mit einer Einrichtung zum Einblasen von Druckluft in Einrichtungen im Bereich der Brennkraftmaschine gezeigt ist.
Zu dem in der Figur dargestellten Fahrzeugantriebsstrang 1 gehört ein mit einem Turbokompressor 17 ausgestatteter Dieselmotor 2 mit sechs in einer Reihe im Zylinderblock 6 angeordneten Zylindern 3. Die Saugleitungen 4 der Zylinder 3 sind an einer Sammelleitung 5 angeschlossen, welche einen Anschlussflansch 7 aufweist, woran ein Luftansaugtrakt 8 mit seinem zweiten Endanschluss 9 zum Ausströmen von Luft angeschlossen ist. Der erste Endanschluss 10 zum Einströmen von Luft ist durch eine Leitung 11 mit der Ausströmöffnung 12 eines Ladeluftkühlers 13 gekoppelt, deren Einströmöffnung 14 durch eine Leitung 15 mit der Ausströmöffnung 16 des Turbokompressors 17 verbunden ist. An die Einströmöffnung 18 des Turbokompressors 17 ist ein Luftfilter 19 mit einer Leitung 20 angeschlossen. Der Turbokompressor 17 bildet einen Teil des Turboladers 22, dessen Abgasturbine 23 mit seiner Einströmöffnung 24 an die Ausströmöffnung 25 des Auspuffsammelrohrs 26 angeschlossen ist. Der Turbokompressor 17 und die Abgasturbine 23 sind an einer drehbar gelagerten Welle 21 befestigt. Die Zylinder 3 sind durch Auspuffleitungen 27 an das Auspuffsammelrohr 26 angeschlossen und die Ausströmöffnung 28 der Abgasturbine 23 ist mit dem Abgasrohr 29 strömungswirksam verbunden.
Die Kraftstoffversorgung der Zylinder 3 erfolgt über Einspritzdüsen 30, deren Regelung durch die Leitung 31 vom ersten Ausgang 32 der elektronischen Steuereinheit (EDC) 38 durchgeführt wird. An den Eingang 37 der elektronischen Steuereinheit 38 ist der Ausgang 34 der elektronischen Steuereinheit 33 durch die Leitung 36 angeschlossen. Diese zuletzt genannte Steuereinheit 33 ist mit einem Betätigungsorgan versehen, das in diesem Ausführungsbeispiel als Fahrpedal 35 ausgebildet ist. Der elektrische Anschluss 39 der elektronischen Steuereinheit 38 ist durch die Sammelleitung 40 mit dem elektrischen Anschluss 41 des Luftansaugtrakts 8 gekoppelt. Die gestrichelte Steuerleitung an dem Luftansaugtrakt 8 verdeutlicht, dass die elektronische Steuereinheit 38 einen nicht dargestellten Stellmotor zur Betätigung der Drosselklappe 63 ansteuert. Mit dieser Drosselklappe 63 ist die von dem Dieselmotor 2 ansaugbare Luftmenge einstellbar.
Der Luftansaugtrakt 8 besitzt einen Druckluftanschluss 42, der durch die Leitung 43 an den Auslassanschluss 44 eines Druckluftbehälters 45 angeschlossen ist. Der Speiseanschluss 46 des Druckluftbehälters 45 ist durch die Leitung 47 an den Druckluftanschluss 48 eines Druckluftkompressors 49 angeschlossen. In die Leitung 47 sind auch ein Druckregler 50 und ein Lufttrockner 51 eingebaut. Der Druckluftkompressor 49 besitzt einen Saugstutzen 52, der mit einem Luftfilter 53 versehen ist. Die Welle 54 des Druckluftkompressors 49 ist durch einen Riemenantrieb 55 mit der Hauptwelle 56 des turboaufgeladenen Dieselmotors 2 verbunden. Die Erfindung erfasst aber auch solche Druckluftkompressoren, die von einem durch beispielsweise die elektronische Steuereinheit 38 ansteuerbaren Elektromotor angetrieben werden (nicht dargestellt).
Weiter zeigt die Figur, dass der Druckluftkompressor 49 über eine von dem genannten elektronischen Steuergerät 38 über eine Steuerleitung 73 an steuerbare Kupplung 71 mit dem Riementrieb 55 an der Brennkraftmaschine 2 verbindbar ist, so dass dieser Druckluftkompressor 49 nur dann von dem Steuergerät 38 aktiviert wird, wenn der Druck im Druckluftbehälter 45 aufgefüllt werden muss. Zur Ermittlung des aktuellen Drucks in dem Druckbehälter 45 ist dort ein Drucksensor 79 angeordnet, dessen Messsignal über eine Sensorleitung 80 an das Steuergerät 38 und/oder an das Getriebesteuergerät 66 leitbar ist.
Die Aktivierung des Druckluftkompressors 49 erfolgt beispielsweise dann sehr vorteilhaft, wenn sich das Fahrzeug im Schubbetrieb an einem abwärts gerichteten Hang befindet, um durch die Leistungsaufnahme des Druckluftkompressors 49 die Bremswirkung des Antriebsstrangs 1 zu erhöhen.
Überdies zeigt die Figur, dass die Brennkraftmaschine 2 von einem vorzugsweise elektromotorischen Anlasser 59 antreibbar und damit startbar ist, der mit seinem Ritzel 58 in einen Zahnkranz 57 der Schwungscheibe der Brennkraftmaschine 2 eingreifen kann. Die Schwungscheibe ist mit dem Zahnkranz 57 in bekannter Weise an der Hauptwelle 56 der Brennkraftmaschine 2 befestigt. Der Anlasser 59 ist über eine Steuerleitung 72 mit dem elektronischen Steuergerät 38 der Einblaseinrichtung für zusätzliche Druckluft verbunden und durch dieses Steuergerät 38 daher ein- und ausschaltbar.
Außerdem ist ein von der elektronischen Steuereinheit 38 ansteuerbares elektromagnetisches Steuer- und Regelventil 65 in der Leitung 43 angeordnet, mit dem ein Eindüsen oder Einblasen von zusätzlicher Druckluft aus dem Druckluftbehälter 45 in den Luftansaugtrakt 8 möglich ist, wenn dies zur Beeinflussung, insbesondere zur Anhebung des Drehmoments des Dieselmotors 2 sinnvoll erscheint. Das Steuerventil 65 wird von dem elektronischen Steuergerät 38 über die Sammelleitung 40 angesteuert, die sich im Bereich des Luftansaugtraktes 8 in eine Steuerleitung (klein gestrichelt gezeichnet) zur Ansteue rung des Stellmotors der Drosselklappe 63 und in eine Steuerleitung (groß gestrichelt gezeichnet) zur Ansteuerung des Steuerventils 63 aufzweigt.
Ferner zeigt die Figur schematisch, dass die Brennkraftmaschine 2 abtriebsseitig über deren Hauptwelle 56 mit der Eingangsseite einer Anfahr- und Schaltkupplung 60 drehfest verbunden ist, während die Ausgangsseite dieser Anfahr- und Schaltkupplung 60 mit der Getriebeeingangswelle 61 eines Automatgetriebes 62 gekoppelt ist. Die Anfahr- und Schaltkupplung 60 ist als eine automatisiert betätigbare Kupplung ausgebildet und daher mit einem Kupplungsaktuator 74 ausgestattet, der über eine Steuerleitung 75 mit dem Getriebesteuergerät 66 verbunden ist und von diesem befehligt wird.
Sofern es das Betriebsverhalten der dieselmotorischen Brennkraftmaschine 2 erfordert, kann eingangsseitig vor der Anfahr- und Schaltkupplung 60 auch noch ein hier nicht dargestellter Drehschwingungsdämpfer angeordnet sein, welches jedoch an sich bekannt ist. Das Automatgetriebe 62 verfügt über eine Ausgangswelle 64, die über nicht gezeigte Antriebswellen und ein Differentialgetriebe mit den Fahrzeugrädern 78 verbunden ist.
Das Automatgetriebe 62 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als automatisiertes Schaltgetriebe ausgebildet, dessen bekannte Gangaktuatoren 70 über Steuerleitungen 69 mit dem Getriebesteuergerät 66 verbunden sind. Mit Hilfe dieser Gangaktuatoren 70 können in bekannter Weise Getriebegänge ein- und ausgelegt bzw. ganz allgemein Übersetzungsänderungen durchgeführt werden. Das Getriebesteuergerät 66 ist zudem über Sensorleitungen 68 mit Sensoren 67 am Getriebe 62 verbunden, mittels denen das Getriebesteuergerät 66 schaltrelevante Informationen ermittelt. Bei solchen Informationen handelt es sich zunächst um die Drehzahlen der Getriebeeingangswelle 61 und der Getriebeausgangswelle 64 sowie um Weg- und/oder Positionssignale der Gangaktuatoren 70. Außerdem wird von dem Getriebesteuergerät 66 und/oder dem Steuergerät 38 mit Hilfe eines Drehzahlsensors 77 an der Getriebeabtriebswelle 64 oder einem Fahrzeugrad 78 die Fahrzeuggeschwindigkeit sowie mit einem nicht dargestellten Drehzahlsensor an der Hauptwelle 56 der Brennkraftmaschine 2 die Motordrehzahl ermittelt. Auf der Grundlage dieser sowie anderer Informationen werden die Vorgänge zur Übersetzungsänderung im Automatgetriebe 62 vorbereitet und durchgeführt.
Der Antriebsstrang 1 funktioniert hinsichtlich der Basisfunktionen der Einrichtung 8 zur Versorgung des Dieselmotors 2 mit zusätzlicher Druckluft zunächst wie folgt:
Die Zylinder 3 des turboaufgeladenen Dieselmotors 2 werden mit Frischgas durch die Saugleitungen 4, die Sammelleitung 5, den Luftansaugtrakt 8, die Leitung 11, den Ladeluftkühler 13, die Leitung 15, den Turbokompressor 17 und den Luftfilter 19 gespeist, wenn die Motordrehzahl konstant ist. Die Abgase verlassen die Zylinder 3 durch die Auspuffleitungen 27, das Auspuffsammelrohr 26, die Abgasturbine 23, das Abgasrohr 29 und eine Abgasbehandlungsanlage 100.
Wenn der Fahrer das Fahrpedal 35 schnell nieder drückt, damit das Motordrehmoment bzw. die Motordrehzahl rasch erhöht werden soll, benötigt der Dieselmotor 2 mehr Kraftstoff und mehr Frischgas bzw. Luft als kurz zuvor. Der zusätzliche Kraftstoff wird in die Zylinder 3 geführt, aber die Erhöhung der Frischgasmenge, die vom Turbolader 22 geliefert wird, bleibt unzureichend. Zudem ist bei geringen Motordrehzahlen der Druck des Frischgases im Ansaugtrakt 8 niedrig, der im Innenraum ständig durch einen nicht dargestellten Drucksensor ermittelt und zur elektronischen Steuereinheit 38 geleitet wird. In diesem Betriebszustand ist die Drosselklappe 63 voll geöffnet. Die elektronische Steuereinheit 38 stellt sodann mit Hilfe eines Steuerungsprogramms fest, dass sich der Druck im Innenraum des Luftansaugtrakts 8 nicht genügend schnell erhöht und eine zusätzliche Lufteinblasung durchgeführt werden soll.
Das Steuerungsprogramm hat vorbestimmte Angaben über die Bedingungen, wann die zusätzliche Lufteinblasung zu beginnen hat. Zum Beginn wird die Drosselklappe 63 in Richtung Schließen verstellt und die Drucklufteinblasung durch Öffnen des Ventils 65 von dem Druckluftbehälter 45 in den Luftansaugtrakt 8 freigegeben. Die Dauer der Lufteinblasung wird ebenfalls vom Steuerungsprogramm vorgegeben, das die Druckdifferenz und den absoluten Druck in dem Luftansaugtrakt 8 berücksichtigt.
Durch das Steuerungsprogramm soll zunächst verhindert werden, dass der Druckluftverbrauch vom Druckluftbehälter 45 so hoch ist, dass die Bremssicherheit eines an den Druckluftbehälter 45 angeschlossenen Druckluftbremssystems negativ beeinflusst wird.
Weiter ist in der einzigen Figur erkennbar, dass das Getriebesteuergerät 66 über die Datenleitung 76 des CAN-Bus-Systems mit dem Steuergerät 38 der Einrichtung zum Einblasen von zusätzlicher Druckluft verbunden ist, wobei letzteres auch als Motorsteuergerät bezeichnet werden kann. Zwischen diesen beiden Steuergeräten 38, 66 findet ständig ein Informationsaustausch darüber statt, ob und wenn ja wann sowie in welchem Umfang ein Einblasen von zusätzlicher Druckluft in den Ansaugtrakt 8 der Brennkraftmaschine 2 zur Anhebung des Motordrehmoments und zur Unterstützung einer Getriebeschaltung erfolgen kann und/oder erfolgen soll.
Erst durch diesen Informationsaustausch sind Anfahrvorgänge mit der Anfahr- und Schaltkupplung 60 sowie die Übersetzungsänderungsvorgänge bzw. Gangschaltvorgänge im Automatgetriebe 62 sinnvoll in einem Fahrzeug durchführbar, in dem eine solche Einrichtung zum Einblasen von zusätzlicher Druckluft in den Luftansaugtrakt 8 der Brennkraftmaschine 2 implementiert ist. Zudem ermöglicht die exakte Koordinierung der Steuerung des Einblasens von zusätzlicher Druckluft in den Ansaugtrakt 8 der Brennkraftmaschine 2 zur Vorbereitung und Durchführung von Übersetzungsänderungsvorgängen im Auto matgetriebe 2 sehr vorteilhaft Betriebsweisen des Fahrzeugantriebsstrangs 1, welches so bisher nicht möglich war und worauf weiter vorne bereits eingegangen wurde.
Vor diesem Hintergrund kommt auch dem Anfahrvorgang eines derart ausgestatteten Fahrzeugs eine besondere Bedeutung zu, da dieser üblicherweise mit so geringen Motordrehzahlen beginnt, dass eine Anhebung des Motordrehmoments durch die Wirkung des Abgasturboladers 22 noch nicht eintritt. Dies ist vor allem dann ungünstig, wenn beispielsweise ein schwach motorisiertes Personenfahrzeug oder ein schwer beladenes Nutzfahrzeug am Hang angefahren werden soll. Zudem gibt es noch andere, auch sicherheitsrelevante Randbedingungen, die ein koordiniertes Zusammenwirken der Anfahr- und Schaltkupplung 60 mit dem Steuergerät 38 zur Steuerung des Einblasens von Druckluft in den Ansaugtrakt 8 der Brennkraftmaschine 2 erfordern.
So kann vorgesehen sein, dass nur dann zusätzliche Druckluft in einen Luftansaugtrakt 8 der Brennkraftmaschine 2 eingeblasen wird, wenn dies in Abhängigkeit von der aktuellen Betriebssituation des Fahrzeugs für die Sicherheit des Fahrers, den Kraftstoffverbrauch und/oder den Fahrkomfort zu einem vorteilhaften Betriebsverhalten des Fahrzeugs führt.
Insbesondere kann dazu vorgesehen sein, dass bei einem Anfahrvorgang die koordinierte Betätigung der Anfahr- und Schaltkupplung 60 und der Einrichtung zum Einblasen von zusätzlicher Druckluft in den Luftansaugtrakt 8 der Brennkraftmaschine 2 derart erfolgt, dass die Stellgeschwindigkeit eines Kupplungsaktuators 74 sowie der Zeitpunkt, der Druck und die Dauer des Einblasens von zusätzlicher Druckluft aufeinander abgestimmt erfolgen.
Weiter ist es von Vorteil, wenn die koordinierte Betätigung der Anfahr- und Schaltkupplung 60 und der Einrichtung zum Einblasen von zusätzlicher Druckluft durch Verstellen des Steuerventils 65 in Abhängigkeit von der Fahr zeugmasse, dem Fahrwiderstand, der Fahrbahnneigung, dem bevorstehenden Streckenverlauf, der Umgebungstemperatur, dem vom Fahrer erwarteten oder zuvor festgelegten und in einem Steuergerät 38, 66 abgespeicherten Anfahrzeitraum, dem Leistungswunsch des Fahrers und/oder dem dynamischen Verhalten der Einrichtung zum Einblasen von zusätzlicher Druckluft und des Kupplungsaktuators 74 gesteuert wird.
Dabei können die genannten Streckeninformationen von einem satellitengestützten Navigationssystem stammen, während die Werte für die Fahrzeugmasse von einem Fahrzeugmassesensor, die Umgebungstemperatur von einem Temperatursensor, die Fahrbahnneigung von einem Neigungssensor oder dem Navigationssystem, der Leistungswunsch des Fahrers von einem Stellwinkelsensor am Fahrpedal 35 und der aktuelle Fahrwiderstand von einem Fahrwiderstandsermittlungsprogramm stammen.
Die genannten Betriebsbedingungen werden in dem CAN-Bus-System (Leitung 76) den beiden Steuergeräten 38 für die Drucklufteinblasung und 66 für die Getriebe- und Kupplungssteuerung zur Verfügung gestellt, die das Steuerventil 65 der Einblaseinrichtung zu dessen Betätigung ansteuern können. Wie nicht gesondert dargestellt stehen auch andere Steuergeräte über den CAN-Bus mit den beiden Steuergeräten 38 und 66 für die Drucklufteinblasung und das Automatgetriebe 62 ebenso in Verbindung wie der Aktuator 74 der Anfahr- und Schaltkupplung 60, der Druckluftkompressor 49 und eine Anzeige- sowie Einstelleinrichtung für den Fahrer, worauf weiter unten noch eingegangen wird.
Hinsichtlich eines optimalen Betriebs des Antriebsstrangs 1 ist zudem vorgesehen, dass die Einrichtung zum Einblasen von zusätzlicher Druckluft bei einem Anfahrvorgang gezielt nicht aktiviert wird, wenn das vom Fahrer angeforderte Motordrehmoment kleiner oder gleich ist wie das Motordrehmoment im anfänglich reinen Saugbetrieb der Brennkraftmaschine 2.
Weiter wird es als vorteilhaft beurteilt, wenn vorgesehen ist, dass bei einem Anfahrvorgang ein Einblasen von zusätzlicher Druckluft in den Luftansaugtrakt 8 der Brennkraftmaschine 2 dann sofort erfolgt, wenn aufgrund von Streckeninformationen klar ist, dass das Fahrzeug an einer Steigung anzufahren ist oder eine solche Steigung in der Fahrstrecke unmittelbar bevorsteht.
Weiter kann eine Betriebsweise derart vorgesehen sein, dass vor einem Anfahrvorgang ein Druckluftkompressors 49 zur Erzeugung der benötigten Druckluft sofort gestartet wird, wenn aufgrund von Streckeninformationen klar ist, dass das Fahrzeug an einer Steigung anzufahren ist oder eine solche Steigung in der Fahrstrecke unmittelbar bevorsteht, sowie ein Druckluftbehälter 45 einen vorbestimmten unteren Befüllzustand unterschreitet.
Zudem kann ein Einblasen von zusätzlicher Druckluft in den Luftansaugtrakt 8 der Brennkraftmaschine 2 bei einem Anfahrvorgang derart erfolgen, dass durch ein erhöhtes Motordrehmoment die Schlupfzeit der Anfahr- und Schaltkupplung 60 sowie die Anfahrdrehzahl der Brennkraftmaschine 2 reduziert wird.
Außerdem kann der Antriebsstrang 1 und die Steuerungseinrichtung so betrieben werden, dass ein Einblasen von zusätzlicher Druckluft in den Luftansaugtrakt 8 der Brennkraftmaschine 2 bei einem Anfahrvorgang derart erfolgt, dass beim Anlassen der Brennkraftmaschine 2 mittels eines Anlassers 59 dieser durch anfänglich hohe Gasdrücke im Brennraum der Brennkraftmaschine 2 entlastet wird, worauf weiter unten nochmals eingegangen wird.
Weiter kann vorgesehen sein, dass das Einblasen von zusätzlicher Druckluft in den Luftansaugtrakt 8 der Brennkraftmaschine 2 von einem Antiblockiersystem, einem Antriebsschlupfregelungssystem, einem Wankstabilisierungsprogramm, einem Off-Road-Programm und/oder von einem Abstandsre gelprogramm in Abhängigkeit von sicherheitsrelevanten Entscheidungskriterien aktiviert oder deaktiviert wird.
Schließlich kann mittels einer nicht gezeigten Eingabe- und Anzeigeeinrichtung das Einblasen von zusätzlicher Druckluft in den Luftansaugtrakt 8 der Brennkraftmaschine 2 von dem Fahrer manuell aktiviert oder deaktiviert werden, wenn er dazu berechtigten Anlass hat.
Zur Einsparung von Kraftstoff sowie zur Reduzierung der Abgasemission der Brennkraftmaschine 2 sieht die Erfindung nun vor, dass dann zusätzliche Druckluft in Einrichtungen 8 und/oder 100 im Bereich der Brennkraftmaschine 2 eingeblasen wird, wenn dies in Abhängigkeit von der aktuellen Betriebssituation des Fahrzeugs zu einem vorteilhaften Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine 2 und/oder von Fahrzeugeinrichtungen führt, die im Abgasstrom derselben angeordnet sind.
Wie das Ausführungsbeispiel gemäß der Figur zeigt, ist in dem Abgasrohr 29 stromab vom Abgasturbolader 22 die bereits erwähnte Abgasbehandlungsanlage 100 installiert, durch die das von der Brennkraftmaschine 2 und dem Turbolader 22 kommende Abgas geleitet wird. Die Abgasbehandlungsanlage 100 ist ausgehend von dem Druckluftbehälter 45 über eine hier unterbrochen gezeichnete Druckluftleitung 101, ein Regelventil 102 und eine kurze Druckluftleitung 104 gesteuert und/oder geregelt mit Druckluft versorgbar. Das Regelventil 102 ist dazu über eine Steuerleitung 103 mit dem elektronischen Steuergerät 38 verbunden, welches auch die Betätigung des Steuer- und Regelventils 65 an dem Ansaugtrakt 8 der Brennkraftmaschine 2 ansteuert. Dadurch ist ein Aufbau geschaffen, mittels dem gesteuert und geregelt sowohl Druckluft in den Ansaugtrakt 8 der Brennkraftmaschine 2 als auch in oder vor die Abgasbehandlungsanlage 100 in das Abgasrohr 29 einspeisbar ist. Weil das Steuergerät 38 beide Ventile 65 und 102 ansteuert, kann deren Betätigung koordiniert erfolgen, und zwar derart, dass deren Betätigung in Abhängigkeit von der aktuellen Betriebssituation des Fahrzeugs zu einem vorteilhaften Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine 2 und/oder der Abgasbehandlungsanlage 100 führt.
So ist gemäß dem in der einzigen Figur gezeigten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die zusätzliche Druckluft direkt vor oder in die Abgasbehandlungseinrichtung 100 eingeblasen wird, derart, dass sich das Abgasreinigungsverhalten dieser Abgasbehandlungseinrichtung 100 verbessert. Wenn es sich bei der Abgasbehandlungseinrichtung 100 um einen Partikelfilter handelt, so ist vorgesehen, dass die zusätzliche Druckluft direkt vor oder in die Abgasbehandlungseinrichtung 100 eingeblasen wird, derart, dass in einer Regenerationsphase derselben das Freibrennen von Russablagerungen begünstigt wird.
Weiter ist es mit der in der Figur gezeigten Vorrichtung möglich, dass die zusätzliche Druckluft in den Ansaugtrakt 8 der als Dieselmotor ausgebildeten Brennkraftmaschine 2 und/oder direkt vor oder in die Abgasbehandlungseinrichtung 100 eingeblasen wird, derart, dass die Rauchgasemission der Brennkraftmaschine 2 und/oder der Abgasbehandlungseinrichtung 100 reduziert wird.
Außerdem lässt sich durch die dargestellte Vorrichtung erreichen, dass bei einem Startvorgang der Brennkraftmaschine 2 zur Bereitstellung eines hohen Ladedrucks ein Einblasen von zusätzlicher Druckluft in den Luftansaugtrakt 8 der Brennkraftmaschine 2 dann erfolgt, wenn die Brennkraftmaschine 2 kurz vor deren Start noch nicht läuft oder von dem Anlasser 59 angetrieben mit geringer Kurbelwellendrehzahl dreht.
Weiter ermöglicht diese Vorrichtung, dass bei einem Startvorgang der Brennkraftmaschine 2 ein Einblasen von zusätzlicher Druckluft in den Luftansaugtrakt 8 der Brennkraftmaschine 2 bei geschlossener Drosselklappe 63 derart stark erfolgt, dass die Brennkraftmaschine 2 bis zum eigenen verbrennungsgestütztem Anlaufen zusätzlich zu dem Drehmoment des Anlassers 59 von der eingeblasenen Druckluft, etwa im Sinne eines Druckluftmotors, unterstützt angetrieben wird.
Diese Entlastung des Anlassers 59 beim Starten der Brennkraftmaschine 2 erfolgt bevorzugt durch ein vergleichsweise starkes Einblasen von zusätzlicher Druckluft in den Luftansaugtrakt 8 der Brennkraftmaschine 2 während eines Start-Stopp-Betriebes des Fahrzeugs.
Außerdem ist mit der dargestellten Vorrichtung eine Verfahrensweise derart möglich, dass ein Einblasen von zusätzlicher Druckluft in den Luftansaugtrakt 8 der Brennkraftmaschine 2 dann erfolgt, wenn von dem Fahrer des Fahrzeugs durch eine entsprechend schnelle oder starke Auslenkung des Fahrpedal 35 der Wunsch nach einen schnellen Wechsel zwischen einem Teillastbetrieb und einem Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine 2 signalisiert wird.
Gemäß einer anderen Betriebsweise der Vorrichtung ist vorgesehen, dass zur Durchführung eines Schubbetriebs des Fahrzeugs mit abgeschalteter Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine 2 die Drosselklappe 63 im Luftansaugtrakt 8 der Brennkraftmaschine 2 geschlossen wird und ein Einblasen von zusätzlicher Druckluft unterbleibt.
Bei der Verwendung eines Abgasturboladers 22 mit verstellbarer Geometrie, also mit fremdkraftbetätigt verstellbaren Leitflächen am Kompressoreingang, oder mit einem Bypassventil, kann ein Einblasen von zusätzlicher Druckluft in den Luftansaugtrakt 8 der Brennkraftmaschine 2 mit der Einstellung des Abgasturboladers 22 vorteilhaft koordiniert werden. So kann eine Betriebsweise vorgesehen sein, gemäß der zur Einstellung eines maximalen Motordrehmoments die Leitschaufeln im Turbineneintritt des verstellbaren Abgasturboladers 22 vor oder bei einem Einblasen von zusätzlicher Druckluft in den Luftansaug trakt 8 der Brennkraftmaschine 2 in Richtung eines möglichst geringen Strömungswiderstandes verstellt werden.
Demgemäß ist zur Einstellung eines maximalen Motordrehmoments bei der Verwendung eines technisch einfacher aufgebauten Abgasturboladers 22 mit einem Bypassventil an demselben das Bypassventil vor oder bei einem Einblasen von zusätzlicher Druckluft in den Luftansaugtrakt 8 der Brennkraftmaschine 2 so geschaltet wird, dass der Strömungswiderstand im Abgaskanal ebenfalls minimiert ist.
Schließlich kann mit der Vorrichtung das Verfahren gemäß der Erfindung in der Art durchgeführt werden, dass bei der Verwendung eines Abgasturboladers 22 mit verstellbarer Geometrie oder mit einem Bypassventil ein Druckabfall bei der zusätzlich in den Ansaugtrakt 8 einzublasenden Druckluft unter einen vorbestimmte Druck-Grenzwert erfasst wird, und dass die Leitschaufeln des Abgasturboladers 22 bzw. das Bypassventil so eingestellt werden, dass bei dem Ende des Einblasens der zusätzlichen Druckluft der vom Abgasturboladers 22 gelieferte Ladedruck dem Normaldruck des Abgasturboladers 22 bei der dann aktuellen Drehzahl der Brennkraftmaschine 2 entspricht.
Gemäß der Erfindung ist die Vorrichtung zur Durchführung des oben geschilderten Verfahrens sowie seiner verschiedenen Varianten dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Einblasen von zusätzlicher Druckluft derart ausgebildet und angeordnet ist, dass mit ihr Druckluft in den Luftansaugtrakt 8 und unmittelbar vor bzw. in die Abgasbehandlungsanlage 100 der Brennkraftmaschine 2 einblasbar ist, dass diese Einblaseinrichtung mit einem Schalt- und/oder Regelventil 65 im Bereich des Luftansaugtrakts 8 und mit einem Schalt- und/oder Regelventil 102 im Bereich der Abgasbehandlungsanlage 100 steuerbar ist, und dass diese Schalt- und/oder Regelventile 65, 102 von wenigstens einem Steuergerät 38, 66 ansteuerbar sind, welches mit Sensoren 67, 74, 77, 79 zur Erfassung der Betriebssituation der Brennkraftmaschine 2, des Antriebsstrangs 1 und des restlichen Fahrzeugs verbunden sind.

1: Fahrzeugantriebsstrang
2: Brennkraftmaschine, Dieselmotor
3: Zylinder
4: Saugleitung
5: Sammelleitung
6: Zylinderblock
7: Anschlussflansch
8: Luftansaugtrakt
9: Zweiter Endanschluss, Ausströmbereich
10: Erster Endanschluss, Einströmbereich
11: Leitung
12: Ausströmöffnung
13: Ladeluftkühler
14: Einströmöffnung
15: Leitung
16: Ausströmöffnung
17: Turbokompressor
18: Einströmöffnung
19: Luftfilter
20: Leitung
21: Welle
22: Turbolader, Abgasturbolader
23: Abgasturbine
24: Einströmöffnung
25: Ausströmöffnung
26: Auspuffsammelrohr
27: Auspuffleitung
28: Ausströmöffnung
29: Abgasrohr
30: Einspritzdüse
31: Leitung
32: Ausgang
33: Steuereinheit
34: Ausgang
35: Fahrpedal
36: Leitung
37: Eingang
38: Elektronische Steuereinheit
39: Anschluss
40: Sammelleitung
41: Anschluss
42: Druckluftanschluss
43: Leitung
44: Auslassanschluss
45: Druckluftbehälter
46: Speiseanschluss
47: Leitung
48: Druckluftanschluss
49: Druckluftkompressor
50: Druckregler
51: Lufttrockner
52: Saugstutzen
53: Luftfilter
54: Welle
55: Riemenantrieb
56: Hauptwelle
57: Zahnkranz
58: Ritzel des Anlassers
59: Anlasser
60: Anfahr- und Schaltkupplung
61: Getriebeeingangswelle
62: Getriebe, Automatgetriebe
63: Drosselklappe
64: Getriebeausgangswelle
65: Steuer- und Regelventil
66: Getriebesteuergerät
67: Sensor am Getriebe
68: Sensorleitung
69: Steuerleitung zum Getriebeaktuator 70
70: Aktuator am Getriebe
71: Aktuator an der Kupplung des Druckluftkompressors
72: Steuerleitung zum Anlasser
73: Steuerleitung zum Aktuator 71
74: Kupplungsaktuator
75: Steuerleitung zum Kupplungsaktuator
76: Datenleitung, CAN-Bus
77: Drehzahlsensor
78: Fahrzeugrad
79: Drucksensor
80: Sensorleitung
100: Abgasbehandlungsanlage
101: Druckluftleitung vom Druckluftbehälter 45
102: Regelventil
103: Steuerleitung zum Steuergerät 38
104: Druckluftleitung vom Regelventil 102 zur Abgasbehandlungsanlage 100

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- WO 2006/037564 A1 [0002, 0007]
- WO 2006/089779 A1 [0002, 0004, 0005, 0006, 0008]
- WO 2006/089780 A1 [0002, 0004, 0005, 0008]
- DE 3906312 C1 [0003]
- DE 19944946 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstranges (1) mit einer Brennkraftmaschine (2), mit einem dieser Brennkraftmaschine zugeordneten Turbolader (22) und mit einer Einrichtung zum Einblasen von zusätzlicher Druckluft in Einrichtungen im Bereich der Brennkraftmaschine (2), dadurch gekennzeichnet, dass dann zusätzliche Druckluft in Einrichtungen (8, 100) im Bereich der Brennkraftmaschine (2) eingeblasen wird, wenn dies in Abhängigkeit von der aktuellen Betriebssituation des Fahrzeugs zu einem vorteilhaften Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine (2) und/oder von Fahrzeugeinrichtungen führt, die im Abgasstrom derselben angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Druckluft direkt vor oder in die Abgasbehandlungseinrichtung (100) eingeblasen wird, derart, dass sich das Abgasreinigungsverhalten dieser Abgasbehandlungseinrichtung (100) verbessert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Druckluft direkt vor oder in eine als Partikelfilter ausgebildete Abgasbehandlungseinrichtung (100) eingeblasen wird, derart, dass in einer Regenerationsphase derselben das Freibrennen von Russablagerungen begünstigt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Druckluft in den Ansaugtrakt (8) der als Dieselmotor ausgebildeten Brennkraftmaschine (2) und/oder direkt vor oder in die Abgasbehandlungseinrichtung (100) eingeblasen wird, derart, dass sich die Rauchgasemission der Brennkraftmaschine (2) und/oder der Abgasbehandlungseinrichtung (100) reduziert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Startvorgang der Brennkraftmaschine (2) zur Bereitstellung eines hohen Ladedrucks ein Einblasen von zusätzlicher Druckluft in den Luftansaugtrakt (8) der Brennkraftmaschine (2) dann erfolgt, wenn die Brennkraftmaschine (2) kurz vor deren Start noch nicht läuft oder von dem Anlasser (59) angetrieben mit geringer Drehzahl dreht.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Startvorgang der Brennkraftmaschine (2) ein Einblasen von zusätzlicher Druckluft in den Luftansaugtrakt (8) der Brennkraftmaschine (2) bei geschlossener Drosselklappe (63) derart stark erfolgt, dass die Brennkraftmaschine (2) bis zum eigenen verbrennungsgestützten Anlaufen zusätzlich zu dem Drehmoment des Anlassers (59) von der eingeblasenen Druckluft angetrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entlastung des Anlassers (59) beim Starten der Brennkraftmaschine (2) durch ein vergleichsweise starkes Einblasen von zusätzlicher Druckluft in den Luftansaugtrakt (8) der Brennkraftmaschine (2) während eines Start-Stopp-Betriebes des Fahrzeugs erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einblasen von zusätzlicher Druckluft in den Luftansaugtrakt (8) der Brennkraftmaschine (2) dann erfolgt, wenn von dem Fahrer des Fahrzeugs durch eine entsprechend schnelle oder starke Auslenkung des Fahrpedals (35) der Wunsch nach einen schnellen Wechsel zwischen einem Teillastbetrieb und einem Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine (2) signalisiert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung eines Schubbetriebs des Fahrzeugs mit abgeschalteter Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine (2) die Drosselklappe (63) im Luftansaugtrakt (8) der Brennkraftmaschine (2) geschlossen wird und ein Einblasen von zusätzlicher Druckluft unterbleibt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verwendung eines Abgasturboladers (22) mit verstellbarer Geometrie oder mit einem Bypassventil ein Einblasen von zusätzlicher Druckluft in den Luftansaugtrakt (8) der Brennkraftmaschine (2) mit der Einstellung des Abgasturboladers (22) koordiniert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung eines maximalen Motordrehmoments die Leitschaufeln im Turbineneintritt des verstellbaren Abgasturboladers (22) vor oder bei einem Einblasen von zusätzlicher Druckluft in den Luftansaugtrakt (8) der Brennkraftmaschine (2) in Richtung eines möglichst geringen Strömungswiderstandes verstellt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung eines maximalen Motordrehmoments bei der Verwendung eines Abgasturboladers (22) mit einem Bypassventil (Wastegate) an demselben das Bypassventil vor oder bei einem Einblasen von zusätzlicher Druckluft in den Luftansaugtrakt (8) der Brennkraftmaschine (2) so geschaltet wird, dass der Strömungswiderstand im Abgaskanal minimiert ist.
Verfahren einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verwendung eines Abgasturboladers (22) mit verstellbarer Geometrie oder einem Bypassventil ein Druckabfall bei der zusätzlich in den Ansaugtrakt (8) einzublasenden Druckluft unter einen vorbestimmten Druck-Grenzwert erfasst wird, und dass die Leitschaufeln des Abgasturboladers (22) bzw. das Bypassventil so eingestellt werden, dass bei dem Ende des Einblasens der zusätzlichen Druckluft der vom Abgasturboladers (22) gelieferte Ladedruck dem Normaldruck des Abgasturboladers (22) bei der dann aktuellen Drehzahl der Brennkraftmaschine (2) entspricht.
Vorrichtung zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstranges (1) mit einer Brennkraftmaschine (2), mit einem dieser Brennkraftmaschine zugeordneten Turbolader (22) und mit einer Einrichtung zum Einblasen von zusätzlicher Druckluft in Einrichtungen im Bereich der Brennkraftmaschine (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Einblasen von zusätzlicher Druckluft derart ausgebildet und angeordnet ist, dass mit ihr Druckluft in den Luftansaugtrakt (8) und unmittelbar vor bzw. in die Abgasbehandlungsanlage (100) der Brennkraftmaschine (2) einblasbar ist, dass diese Einblaseinrichtung mit einem Schalt- und/oder Regelventil (65) im Bereich des Luftansaugtrakts (8) und/oder mit einem Schalt- und/oder Regelventil (102) im Bereich der Abgasbehandlungsanlage (100) steuerbar ist, und dass diese Schalt- und/oder Regelventile (65, 102) von wenigstens einem Steuergerät (38, 66) ansteuerbar sind, das mit Sensoren (67, 74, 77, 79) zur Erfassung der Betriebssituation der Brennkraftmaschine (2), des Antriebsstrangs (1) und des Fahrzeugs verbunden ist.