DE102010035364B4 - Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Aufladung der Verbrennungsluft, insbesondere in Kraftfahrzeugen, wobei ein Verdichter der Brennkraftmaschine über eine stromab des Verdichters verlaufende Ladedruckleitung mit einem Ladeluftkühler Verbrennungsluft zuführt, sowie mit einer Abgasrückführeinrichtung mit wenigstens einer Abgasrückführleitung, wobei zumindest in der Ladedruckleitung ein Sauerstoffsensor zur Messung der Sauerstoffkonzentration angeordnet ist, der mit einem Motorsteuergerät gekoppelt ist, wobei die Abgasrückführleitung stromauf des Verdichters in eine zum Verdichter geführte Ansaugleitung oder stromab des Verdichters in die vom Verdichter wegführende Ladedruckleitung einmündet, und wobei der Sauerstoffsensor in der Ladedruckleitung sowohl stromab einer Einmündungsstelle der Abgasrückführleitung als auch stromab des Verdichters angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffsensor (36) weiter stromauf des Ladeluftkühlers (38) in der Ladedruckleitung (34) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Aufladung der Verbrennungsluft gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Zur sehr exakten Steuerung der Kraftstoffeinspritzung und der Abgasrückführrate von Brennkraftmaschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen und transienten Betriebsbedingungen sind außer der üblichen Messung der Sauerstoffkonzentration im Abgas der Brennkraftmaschine auch Vorschläge bekannt ( DE 197 34 494 C1 oder EP 1 705 354 B1 ), einen weiteren Sauerstoffsensor (auch als Lambdasonde bezeichnet) auf der Ansaugseite vorzusehen, deren beider Messsignale in einem Motorsteuergerät verwertet werden. Der weitere Sauerstoffsensor ist bei den bekannten Vorschlägen stromab des Abgasrückführventils und des Ladeluftkühlers in Nähe des Ansaugverteilers angeordnet.
  • Ferner ist eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aus der Druckschrift DE 60 2004 012 986 T2 bekannt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Vorrichtung der gattungsgemäßen Art mit einfachen Mitteln weiter zu verbessern.
  • Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte und besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Abgasrückführleitung stromauf des Verdichters in eine zum Verdichter geführte Ansaugleitung und/oder stromab des Verdichters in die vom Verdichter wegführende Ladedruckleitung einmündet, wobei der Sauerstoffsensor sowohl stromab einer Einmündungsstelle der Abgasrückführleitung als auch stromab des Verdichters sowie weiter stromauf des Ladeluftkühlers in der Ladedruckleitung angeordnet ist. Es wurde erfindungsgemäß erkannt, dass in dem genannten Bereich der Ladedruckleitung ein für eine exakte Messung über die gesamten Betriebssituationen der Brennkraftmaschine günstigeres Temperaturniveau vorliegt. Insbesondere kann eine schnellere Aufheizung der Lambdasonde auf Betriebstemperatur erfolgen; ferner herrscht eine gleichmäßigere Temperaturbeaufschlagung vor, die zu exakteren Messergebnissen führt.
  • Insbesondere kann der Sauerstoffsensor nahe dem Verdichter in der Ladedruckleitung positioniert sein, wodurch insbesondere bei ausgedehnteren Ladedruckleitungen geringere Abkühlungen erfolgen bzw. eine höhere Beharrungstemperatur erzielbar ist.
  • Der Verdichter (Kompressor) kann mechanisch von der Brennkraftmaschine angetrieben sein; bevorzugt wird jedoch vorgeschlagen, den Verdichter über die Abgasturbine eines Abgasturboladers anzutreiben, weil hier in der Regel höhere Temperaturen stromab des Verdichters auftreten.
  • Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Abgasrückführleitung stromab eines Vorkatalysators und eines Partikelfilters von der Abgasleitung abzweigt, weil hier bereits eine vorhergehende Reinigung des Abgases erfolgt ist und somit einer genauere Messung der Sauerstoffkonzentration und eine entsprechend angepasste Kraftstoffzumessung und Abgasrückführrate gegebenenfalls kennfeldgesteuert einstellbar ist.
  • Dazu kann es ferner vorteilhaft sein, wenn in an sich bekannter Weise stromab der Abzweigung der Abgasrückführleitung von der Abgasleitung eine Abgasklappe zur Rückstausteuerung in der Abgasleitung vorgesehen ist.
  • Schließlich kann in der Abgasleitung stromauf des Vorkatalysators ein weiterer Sauerstoffsensor (Lambdasonde) angeordnet sein, dessen Signale mit den Signalen des ersten Sauerstoffsensors in dem elektronischen Motorsteuergerät verarbeitet werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt als Blockschaltbild eine aufgeladene Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge mit einem Abgasturbolader und zwei Sauerstoffsensoren in der Abgasleitung und in der Ladedruckleitung.
  • In der Zeichnung ist mit 10 eine hier beispielhaft gewählte Sechszylinder-V-Brennkraftmaschine bezeichnet, mit zwei Zylinderreihen 12, 14, an die saugseitig zwei Ansaugverteiler 16, 18 und abgasseitig zwei Abgaskrümmer 20, 22 angeschlossen sind.
  • Die Versorgung der Brennkraftmaschine 10 mit Verbrennungsluft erfolgt über einen Verdichter 24 eines nicht näher dargestellten Abgasturboladers, dessen Abgasturbine 26 über eine Welle 28 den Verdichter 24 antreibt.
  • Der Verdichter 24 saugt über einen Luftfilter 30 und eine Saugleitung 32 Verbrennungsluft an und fördert sie mit einem definierten Ladedruck über eine Ladedruckleitung 34 zu den Saugrohrverteilern 16, 18, die in der konstruktiven Ausführung bei V-Brennkraftmaschinen bevorzugt zu einem Saugrohrverteiler zusammengebaut sind.
  • In der Ladedruckleitung 34 sind in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft ein Sauerstoffsensor bzw. eine Lambdasonde 36, ein nur angedeuteter Ladeluftkühler 38 und in unmittelbarer Nähe der Saugrohrverteiler 16, 18 eine die Ansaugluftmenge steuernde Drosselklappe 40 vorgesehen. Die Lambdasonde 36 ist dabei wie ersichtlich in unmittelbarer Nähe des Verdichters 24 angeordnet.
  • Abgasseitig ist an die Abgaskrümmer 20, 22 ein einheitlich mit 42 bezeichnetes Abgasleitungssystem angeschlossen, in das wiederum in Strömungsrichtung der Abgase eine weitere Lambdasonde 44, die Abgasturbine 26, ein Vorkatalysator 46, ein Dieselpartikelfilter 48 und eine die Abgasmenge bei Bedarf drosselnde Abgasklappe 50 eingeschaltet ist. Das weitere Abgassystem der Brennkraftmaschine 10 ist nicht dargestellt.
  • Die Abgasturbine 26 kann zur Regelung des Ladedruckes in der Ladedruckleitung 34 mittels einer Bypassleitung 52 mit einem Bypassventil 54 teilweise kurzgeschlossen werden.
  • Des Weiteren ist eine Abgasrückführleitung 56 vorgesehen, die von der Abgasleitung 42 stromab des Dieselpartikelfilters 48 abzweigt und die stromauf des Verdichters 24 in die Saugleitung 32 mündet. Alternativ oder zusätzlich zu dieser Niederdruck-Abgasrückführung könnte die oder eine zusätzliche Abgasrückführleitung für eine Hochdruck-Rückführung auch in die Ladedruckleitung 34 einmünden, und zwar stromauf des Sauerstoffsensors 36, was hier aber nicht dargestellt ist. In der Abgasrückführleitung 56 ist in Abgasströmungsrichtung eine Partikelfalle 58, ein nur angedeuteter Abgaskühler 60 und ein Abgasrückführventil 62 angeordnet. Über das Abgasrückführventil 62 wird die jeweilige Abgasrückführrate gesteuert.
  • Es sei bemerkt, dass der Einfachheit halber die Kraftstoffzuführeinrichtung mit Kraftstoffförderung, Einspritzventilen, etc. nicht dargestellt ist.
  • Die Kraftstoffzuführeinrichtung, die Drosselklappe 40 in der Ladedruckleitung 34 sowie das Abgasrückführventil 62 und das Bypassventil 54 werden von einem nur angedeuteten, elektronischen Motorsteuergerät 64 angesteuert, in welchem sämtliche fahrspezifische und betriebsspezifische Daten wie Lastsignale, Motordrehzahl, Motortemperatur, Ladedruck über einen nicht dargestellten Ladedrucksensor, etc. eingegeben und verarbeitet werden.
  • Ferner werden dem Motorsteuergerät 64 die Messsignale der Sauerstoffsensoren bzw. Lambdasonden 36 und 44 zugeführt, deren Messsignale die einzusteuernde Abgasrückführrate über das Abgasrückführventil 62 und die zuzumessende Kraftstoffmenge der Kraftstoffzuführeinrichtung entsprechend beeinflussen.
  • Mit einem derartigen Aufbau gelingt bei Brennkraftmaschinen mit einer Abgasrückführung, insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit einer Niederdruck-Abgasrückführung, bei der die Abgasrückführleitung stromauf des Verdichters in die Saugleitung einmündet, eine sehr exakte Bestimmung des Sauerstoffgehalts, weil das Temperaturniveau an dem erfindungsgemäßen Einbauort des O2-Sensors 36 sowohl das Aufheizverhalten der Sonde positiv beeinflusst als auch das Risiko eines Wasserschlags, bei dem Wassertröpfchen auf die Sonde treffen, minimiert ist.

Claims (6)

  1. Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Aufladung der Verbrennungsluft, insbesondere in Kraftfahrzeugen, wobei ein Verdichter der Brennkraftmaschine über eine stromab des Verdichters verlaufende Ladedruckleitung mit einem Ladeluftkühler Verbrennungsluft zuführt, sowie mit einer Abgasrückführeinrichtung mit wenigstens einer Abgasrückführleitung, wobei zumindest in der Ladedruckleitung ein Sauerstoffsensor zur Messung der Sauerstoffkonzentration angeordnet ist, der mit einem Motorsteuergerät gekoppelt ist, wobei die Abgasrückführleitung stromauf des Verdichters in eine zum Verdichter geführte Ansaugleitung oder stromab des Verdichters in die vom Verdichter wegführende Ladedruckleitung einmündet, und wobei der Sauerstoffsensor in der Ladedruckleitung sowohl stromab einer Einmündungsstelle der Abgasrückführleitung als auch stromab des Verdichters angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffsensor (36) weiter stromauf des Ladeluftkühlers (38) in der Ladedruckleitung (34) angeordnet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffsensor (36) in unmittelbarer Nähe des Verdichters (24) in der Ladedruckleitung (34) positioniert ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (24) über eine Abgasturbine (26) eines Abgasturboladers angetrieben ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung (56) stromab eines Vorkatalysators (46) und/oder eines Partikelfilters (48) von der Abgasleitung (42) abzweigt.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromab der Abzweigung der Abgasrückführleitung (56) von der Abgasleitung (42) eine Abgasklappe (50) zur Rückstausteuerung in der Abgasleitung (42) vorgesehen ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasleitung (42) stromauf des Vorkatalysators (46) und einer Abgasturbine (26) eines Abgasturboladers ein weiterer Sauerstoffsensor (44) angeordnet ist, dessen Signale mit den Signalen des ersten, in der Ladedruckleitung (34) angeordneten Sauerstoffsensors (36) in dem elektronischen Motorsteuergerät (64) verarbeitet werden.
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DE19734494C1 (de) * 1997-08-08 1998-10-08 Daimler Benz Ag Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine
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DE602004012986T2 (de) * 2004-06-15 2009-06-04 C.R.F. Società Consortile per Azioni, Orbassano Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung der Ansaugluftmenge einer Brennkraftmaschine basierend auf der Messung der Sauerstoffkonzentration in einem der Brennkraftmaschine zugeführten Gasgemisch

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