DE102011052749B4

DE102011052749B4 - Differential pressure measurement on a pressure wave loader

Info

Publication number: DE102011052749B4
Application number: DE102011052749.4A
Authority: DE
Inventors: Marc Sens; Emanuel Binder; Fabian Fricke; Oliver Lang
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH; IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH; IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2011-08-16
Filing date: 2011-08-16
Publication date: 2017-06-14
Anticipated expiration: 2031-08-17
Also published as: DE102011052749A1

Abstract

Verfahren zur Einstellung eines Ladedruckes einer Verbrennungskraftmaschine (A), wobei der Ladedruck durch einen Druckwellenlader (B) aufgebaut wird, welcher einen Zellrotor (C) und ein Zellrotorgehäuse aufweist und an den Druckwellenlader (B) ein Kanal 1 (1) zum Ansaugen von Frischluft, ein Ladeluftkanal 2 (2) zum Abführen der komprimierten Frischluft, ein Kanal 3 (3) zum Zuführen von Abgas und ein Kanal 4 (4) zum Abführen von Abgas angeschlossen sind und der Druckwellenlader (B) ein Kaltgasgehäuse, an dem Kanal 1 (1) und Ladeluftkanal 2 (2) angeschlossen sind, aufweist, und im Kaltgasgehäuse (11) ein Stellelement (D) zur Einstellung von Steuerzeiten der Kanalöffnungen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (D) in Abhängigkeit einer Druckdifferenz gesteuert wird, wobei die Druckdifferenz zwischen einem Absolutdruck im Ladeluftkanal 2 (2) und einem Absolutdruck (pzelle) an dem ladeluftseitigen Zellende (17) im Bereich einer Öffnungskante (16) des Ladeluftkanals 2 (2) vor Eintritt der komprimierten Frischluft in. den Ladeluftkanal 2 (2) gemessen wird.A method for adjusting a boost pressure of an internal combustion engine (A), wherein the charge pressure by a pressure wave supercharger (B) is constructed, which has a cell rotor (C) and a cell rotor housing and to the pressure wave supercharger (B) a channel 1 (1) for the intake of fresh air a charge air duct 2 (2) for discharging the compressed fresh air, a duct 3 (3) for supplying exhaust gas and a duct 4 (4) for discharging exhaust gas are connected, and the pressure wave loader (B) is a cold gas housing, on the duct 1 (FIG. 1) and charge air duct 2 (2) are connected, and in the cold gas housing (11) an adjusting element (D) for adjusting control times of the channel openings is arranged, characterized in that the adjusting element (D) is controlled in response to a pressure difference, wherein the pressure difference between an absolute pressure in the charge air duct 2 (2) and an absolute pressure (pzelle) at the charge air side cell end (17) in the region of an opening edge (16) of the charge tkanals 2 (2) before entering the compressed fresh air in. the charge air duct 2 (2) is measured.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung eines Ladedruckes einer Verbrennungskraftmaschine gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.The present invention relates to a method for adjusting a boost pressure of an internal combustion engine according to the features in the preamble of patent claim 1.

Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus einen Druckwellenlader für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 6.The present invention further relates to a pressure wave charger for an internal combustion engine according to the features in the preamble of claim 6.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Verbrennungskraftmaschinen aufzuladen, um bei gleichbleibendem Hubraum, höhere Leistungsraten oder aber bei sinkendem Hubraum gleichbleibende Leistungsraten zu erzielen. Hierbei wird die angesaugte Frischluft über einen Verdichter komprimiert und anschließend dem Verbrennungsvorgang zugeführt. Als Verdichtertypen sind aus dem Stand der Technik Abgas-Turbolader, Kompressoren oder aber auch Druckwellenlader bekannt.It is known from the prior art to charge internal combustion engines in order to achieve constant power rates while maintaining the same displacement, higher power rates or with decreasing displacement. Here, the intake fresh air is compressed by a compressor and then fed to the combustion process. Compressor types known from the prior art exhaust turbocharger, compressors or pressure wave superchargers.

Beim Einsatz eines Druckwellenladers ist es seit einiger Zeit möglich, diesen durch aktive Vorgabe von Betriebsparametern auf den jeweiligen Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine anzupassen. Hierdurch erfolgt eine Optimierung und somit ein höherer Wirkungsgrad in den einzelnen Betriebspunkten und/oder ein besseres und agileres Ansprechverhalten der aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine.When using a pressure wave loader, it has been possible for some time to adapt this by active specification of operating parameters to the respective operating point of the internal combustion engine. This results in an optimization and thus a higher efficiency in the individual operating points and / or a better and more agile response of the supercharged internal combustion engine.

Insgesamt lässt sich so der direkte Gaskontakt von Frischgas und Abgas im Druckwellenlader, was ein großer Nachteil sein kann, bestmöglich kompensieren und stellt den Druckwellenlader somit insbesondere in Bezug auf die aktuelle Forderung des Downsizing im Motorenbau als interessante Alternative zum Turbolader oder aber Kompressor dar. Die bisher bekannten Regelungsmodelle basieren auf statischer Veränderung einzelner Betriebsparameter, die aufgrund von Sensorik oder aber Rechentableaus bzw. hinterlegten Kennfeldern über ein Steuergerät an die Aktuatoren weitergegeben werden.Overall, the direct gas contact of fresh gas and exhaust gas in the pressure wave supercharger, which can be a great disadvantage, compensate as best as possible and thus represents the pressure wave supercharger in particular in relation to the current requirement of downsizing in engine construction as an interesting alternative to the turbocharger or compressor Previously known control models are based on a static change of individual operating parameters, which are passed on to the actuators via a control unit on the basis of sensors or computation boards or stored maps.

Aus der DE 10 2006 020 522 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine bekannt, bei dem Frischluft durch einen Druckwellenlader komprimiert wird, wobei mindestens ein Betriebsparameter des Druckwellenladers, abhängig von mindestens einer Ist-Betriebsgröße der Verbrennungskraftmaschine, gesteuert oder geregelt wird. Das dort offenbarte Verfahren bedeutet insofern eine Abkehr von den bisherigen starren und im Wesentlichen ungesteuerten bzw. ungeregelten Betriebskonzepten von Druckwellenladern.From the DE 10 2006 020 522 A1 a method for operating an internal combustion engine is known in which fresh air is compressed by a pressure wave supercharger, wherein at least one operating parameter of the pressure wave supercharger, depending on at least one actual operating variable of the internal combustion engine is controlled or regulated. The method disclosed therein means a departure from the previous rigid and essentially uncontrolled or uncontrolled operating concepts of pressure wave loaders.

Durch die Anpassung des jeweiligen Betriebszustandes des Druckwellenladers an den Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine, werden Pumpverluste der Verbrennungskraftmaschine minimiert. Auch kann auf diese Weise das Ansprechverhalten des Druckwellenladers und somit der Verbrennungskraftmaschine verbessert werden und es können die Bedingungen für eine Abgasnachbehandlung optimiert werden.By adapting the respective operating state of the pressure wave supercharger to the operating state of the internal combustion engine, pumping losses of the internal combustion engine are minimized. Also, in this way the response of the pressure wave supercharger and thus of the internal combustion engine can be improved and the conditions for exhaust aftertreatment can be optimized.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Regelungs- und Steuerungsverfahren für Druckwellenlader benötigen jedoch den Einsatz einer Vielzahl von Sensoren und Steuergeräten, die für einen Serieneinsatz, gerade im Kleinfahrzeugsegment, uninteressant sind. Ebenfalls wird durch die vielfach verbaute Sensorik eine hohe Störanfälligkeit bedingt. Der Einsatz von redundanten Sensorsystemen würde hier zu noch höheren Herstellungs- und Wartungskosten führen.However, known from the prior art control and control method for pressure wave superchargers require the use of a variety of sensors and control devices that are uninteresting for a series production, especially in the small vehicle segment. Likewise, the frequently installed sensors cause a high susceptibility to interference. The use of redundant sensor systems would lead to even higher manufacturing and maintenance costs.

Aufgrund der Druckunterschiede zwischen Ansaugtrakt und Abgastrakt bildet sich ein gasdynamischer Vorgang in den Rotorzellen des Druckwellenladers selber, der eine schier unendliche Zahl von thermodynamischen Zustandsgrößen hervorbringt. Da diese oft nur durch sehr lange und sehr komplexe Zahlenwertgleichungen berechenbar sind, ist eine detaillierte Modellierung eines Druckwellenladers, die auf einem Steuergerät implementiert werden könnte, mit den heutigen CAE-Methoden nicht möglich.Due to the pressure differences between the intake tract and the exhaust gas tract, a gas-dynamic process is formed in the rotor cells of the pressure wave supercharger itself, which produces a virtually infinite number of thermodynamic state variables. Since these are often only calculable through very long and very complex numerical equations, a detailed modeling of a pressure wave loader, which could be implemented on a control unit, is not possible with today's CAE methods.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Steuerung und Regelung eines Druckwellenladers bereitzustellen, welche das Emissionsverhalten, das Ansprechverhalten, die Dauerhaltbarkeit und den Wirkungsgrad eines Druckwellenladers für eine Verbrennungskraftmaschine optimiert und gleichzeitig einen von äußeren Einflüssen weitestgehend unabhängigen. Serieneinsatz ermöglicht. Gleichzeitig ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen entsprechenden Druckwellenlader bereitzustellen, mit dem ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist.Object of the present invention is therefore to provide a method for controlling and regulating a pressure wave supercharger, which optimizes the emission behavior, the response, the durability and the efficiency of a pressure wave supercharger for an internal combustion engine and at the same time largely independent of external influences. Series use possible. At the same time, the object of the present invention is to provide a corresponding pressure wave loader with which a method according to the invention can be carried out.

Die zuvor genannte Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Einstellung eines Ladedruckes einer Verbrennungskraftmaschine gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.The above object is achieved by a method for adjusting a boost pressure of an internal combustion engine according to the features in claim 1.

Die zuvor genannte Aufgabe wird weiterhin mit einem Druckwellenlader für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 6 gelöst.The aforementioned object is further achieved with a pressure wave charger for an internal combustion engine according to the features in claim 6.

Vorteilhafte Ausführungsvarianten und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der abhängigen Patentansprüche.Advantageous embodiments and developments of the present invention are part of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Einstellen eines Ladedruckes einer Verbrennungskraftmaschine, wobei der Ladedruck durch einen Druckwellenlader aufgebaut wird, welcher einen Zellrotor und Zellrotorgehäuse aufweist und an dem Druckwellenlader ein Kanal 1 zum Ansaugen von Frischluft, ein Ladeluftkanal 2 zum Abführen der komprimierten Frischluft, ein Kanal 3 zum Zuführen von Abgas und ein Kanal 4 zum Abführen von Abgas angeschlossen sind und der Druckwellenlader ein Kaltgasgehäuse, an dem Kanal 1 und Ladeluftkanal 2 angeschlossen sind, aufweist und im Kaltgasgehäuse ein Steuerelement zur Einstellung von Steuerzeiten der Kanalöffnungen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement in Abhängigkeit einer Druckdifferenz gesteuert wird, wobei die Druckdifferenz zwischen einem Absolutdruck im Ladeluftkanal 2 und einem Absolutdruck (pzelle) an dem ladeluftseitigen Zellende im Bereich einer Öffnungskante des Ladeluftkanals 2 vor Eintritt der komprimierten Frischluft in den Ladeluftkanal 2 gemessen wird.The inventive method for adjusting a boost pressure of an internal combustion engine, wherein the boost pressure by a Pressure wave supercharger is constructed, which has a cell rotor and cell rotor housing and on the pressure wave supercharger a channel 1 for the intake of fresh air, a charge air duct 2 for discharging the compressed fresh air, a channel 3 for supplying exhaust gas and a channel 4 connected to the discharge of exhaust gas and the pressure wave supercharger a cold gas housing, on the channel 1 and charge air duct 2 are connected, and arranged in the cold gas housing, a control for setting of control times of the channel openings, characterized in that the adjusting element is controlled in response to a pressure difference, wherein the pressure difference between an absolute pressure in the charge air duct 2 and an absolute pressure (pzelle) at the charge air side end of the cell in the region of an opening edge of the charge air channel 2 before entry of the compressed fresh air into the charge air duct 2 is measured.

Im Rahmen der Erfindung ist das Stellelement insbesondere ein Kantenschieber, wobei in dem Kantenschieber Öffnungen sind, welche im Zusammenspiel mit den Kanalöffnungen von Kanal 1 und Ladeluftkanal 2 sowie den jeweils im Bereich der Öffnung befindlichen Zellen des Zellrotors ein Durchtritt für die eingesaugte Frischluft im Fall von Kanal 1 oder die komprimierte Frischluft im Fall von Ladeluftkanal 2 bilden. Im Rahmen der Erfindung wird der Kantenschieber durch relatives Verdrehen in dem Kaltgasgehäuse verstellt, sodass sich die Steuerzeiten der Kanalöffnungen verändern, insbesondere vergrößern und/oder verkleinern. Hierdurch können die Wellenlaufzeiten beeinflusst werden, sodass ein Angleich bzw. Ausgleich auf den jeweiligen Betriebszustand durchgeführt wird. Erfindungsgemäß wird das Stellelement in Abhängigkeit der Druckdifferenz gesteuert, welche durch direkte Messung des Drucks am ladeluftseitigen Zellende innerhalb des Zellrotors zu einem Druck im Kaltgasgehäuse, nahe der Öffnungskante des Ladeluftkanals 2 bestimmt wird. Erreicht der Zellendruck am ladeluftseitigen Zellenende den des Ladeluftkanals 2, so liegt der optimale Öffnungszeitpunkt für die Kanalöffnung des Ladeluftkanals 2 vor. Demnach sollte ab hier beginnend die komprimierte Frischluft in den Ladeluftkanal ausströmen. Diese Steuerzeiten können durch das Stellelement geregelt werden.In the context of the invention, the actuator is in particular an edge slider, wherein in the edge slide openings are, which in conjunction with the channel openings of channel 1 and charge air duct 2 as well as the cells of the cell rotor located in each case in the region of the opening, a passage for the fresh air taken in in the case of the channel 1 or the compressed fresh air in the case of charge air duct 2 form. In the context of the invention, the edge slider is adjusted by relative rotation in the cold gas housing, so that change the timing of the channel openings, in particular increase and / or decrease. As a result, the shaft transit times can be influenced, so that an adjustment or compensation is carried out to the respective operating state. According to the invention the control element is controlled in dependence of the pressure difference, which by direct measurement of the pressure at the charge air end of the cell inside the cell rotor to a pressure in the cold gas housing, near the opening edge of the charge air duct 2 is determined. If the cell pressure reaches the charge air side of the charge air channel 2 , so is the optimal opening time for the channel opening of the charge air duct 2 in front. Accordingly, starting from here, the compressed fresh air should flow into the charge air duct. These timing can be controlled by the actuator.

In der Folge der Druckwelle innerhalb der Zelle des Druckwellenladers erfolgt am Zellende noch ein Druckanstieg, der dann in den Ladeluftkanal ausströmt und hier zu einer Erhöhung des Ladedruckes und somit der Füllmenge zur Zuführung in den Verbrennungsraum der Verbrennungskraftmaschine führt. Ein Rückströmen von Ladeluft in die Zelle wird hierdurch weitestgehend vermieden. In Abhängigkeit der Druckdifferenzmessung wird das Stellelement gesteuert, sodass stets eine Öffnung zum Ausströmen der komprimierten Frischluft in den Ladeluftkanal 2 in Abhängigkeit der gemessenen Druckdifferenz erfolgt.As a result of the pressure wave within the cell of the pressure wave supercharger, there is still a pressure increase at the end of the cell, which then flows out into the charge air duct and leads here to an increase in the boost pressure and thus the charge for feeding into the combustion chamber of the internal combustion engine. A backflow of charge air into the cell is thereby largely avoided. Depending on the pressure difference measurement, the control element is controlled so that there is always an opening for the outflow of the compressed fresh air into the charge air duct 2 takes place as a function of the measured pressure difference.

Im Rahmen der Erfindung wird somit ein besserer Verdichterwirkungsgrad des Druckwellenladers erreicht. Darüber hinaus kann durch das erfindungsgemäße Verfahren eine ideale Abstimmung des Hochdruckprozesses eines Druckwellenladers unter allen erdenklichen Randbedingungen erfolgen. Ebenfalls ist die Regelungs- und Steuerungsmethode mit Hilfe der Differenzdruckmessung auch bei unvollständiger Restgasausspülung im Niederdruckprozess oder unterschiedlicher Kantengeometrie anwendbar.In the context of the invention thus a better compressor efficiency of the pressure wave supercharger is achieved. In addition, by the method according to the invention, an ideal tuning of the high-pressure process of a pressure wave charger can take place under all imaginable boundary conditions. Also, the control and control method using the differential pressure measurement is also applicable to incomplete residual gas flushing in the low pressure process or different edge geometry.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung wird die Messung der Druckdifferenz über einen Differenzdrucksensor durchgeführt. Hierbei kann aktiv und reaktionsschnell jeweils in der vor der Öffnung befindlichen Zelle eine Absolutdruckmessung durchgeführt werden und vorzugsweise in Echtzeit eine Regelung über das Stellelement, insbesondere den Kantenschieber derart erfolgen, dass immer ein optimaler Öffnungszeitpunkt eingestellt ist. Bei dem verwendeten Differenzdrucksensor kann es sich beispielsweise um einen Membransensor handeln, dessen Messwerte dann an eine Auswerteelektronik weitergegeben werden und dort, in ein Messsignal umgewandelt werden. Als Alternative kann auch ein Siliziumdrucksensor eingesetzt werden, wobei die Verformung über an der Membran des Drucksensors angebrachte Widerstände aufgenommen wird und als Messsignal an eine Auswerteeinheit bzw. ein Steuergerät weitergegeben wird.In a preferred embodiment of the present invention, the measurement of the pressure difference is carried out via a differential pressure sensor. In this case, an absolute pressure measurement can be carried out actively and responsively in each case in the cell located in front of the opening and, preferably in real time, control via the adjusting element, in particular the edge slide, can be carried out in such a way that an optimal opening time is always set. The differential pressure sensor used may be, for example, a membrane sensor whose measured values are then forwarded to evaluation electronics where they are converted into a measurement signal. As an alternative, a silicon pressure sensor can also be used, wherein the deformation is absorbed by means of resistors attached to the membrane of the pressure sensor and passed on as measuring signal to an evaluation unit or a control unit.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante wird das Messverfahren der Druckdifferenz als zeitlich hoch aufgelöste Differenzdruckmessung durchgeführt. Hierdurch kann eine Echtzeitregelung des Stellelementes erfolgen, da die jeweiligen Betriebszustandsänderungen der Druckwellen aufgrund verschiedener Betriebszustände der Verbrennungskraftmaschine schnellstmöglich erfasst werden. Die Messung muss dabei indiziert werden, bei circa 120 kHz, dies entspricht circa einem Grad bei 20.000 Umdrehungen pro Minute.In a further preferred embodiment, the measuring method of the pressure difference is performed as a high-resolution differential pressure measurement. In this way, a real-time control of the control element can take place, since the respective operating state changes of the pressure waves are detected as quickly as possible due to different operating states of the internal combustion engine. The measurement must be indexed at about 120 kHz, which corresponds to about one degree at 20,000 revolutions per minute.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung wird der Absolutdruck an dem ladeluftseitigen Zellende des Zellrotors im Bereich einer Öffnungskante des Ladeluftkanals 2 gemessen. Im Rahmen der Erfindung kann dabei der Bereich der Öffnungskante in dem Kaltgasgehäuse direkt im Bereich der Öffnungskante von Ladeluftkanal 2 angeordnet sein, es kann jedoch auch eine Messung vor dem Stellelement, insbesondere vor dem Kantenschieber stattfinden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung wird der Absolutdruck kurz vor der Öffnungskante gemessen.In a further preferred embodiment of the present invention, the absolute pressure at the charge air-side cell end of the cell rotor in the region of an opening edge of the charge air channel 2 measured. In the context of the invention, the area of the opening edge in the cold gas housing can be directly in the region of the opening edge of the charge air duct 2 be arranged, but it can also take a measurement before the actuator, in particular before the edge slider. In a particularly preferred embodiment of the According to the present invention, the absolute pressure is measured just before the opening edge.

Im Rahmen der Erfindung wird das Verfahren zur Einstellung des Ladedruckes derart geregelt, dass das Stellelement ein Einströmen der komprimierten Frischluft von der Zelle des Zellrotors in den Ladeluftkanal 2 derart regelt, dass stets ein höherer Absolutdruck am Zellende gegenüber dem Absolutdruck im Ladeluftkanal 2 eingestellt wird. Insbesondere wird der höhere Absolutdruck am Zellenede gegenüber dem Absolutdruck im Ladeluftkanal 2 derart eingestellt, dass bei gleichem Druckverhältnis ein Öffnen der Zelle in den Ladeluftkanal 2 erfolgt sowie ein sich an die Öffnung unmittelbar anschließender Zeitraum mit ansteigendem Druck im Bereich des Zellendes gegenüber dem Druck im Ladeluftkanal. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Druckwelle vollständig zur Komprimierung der Ladeluft beiträgt und somit ein besonders hoher Zylinderfüllgrad seitens der komprimierten Frischluft erfolgt. Ein Rückströmen von komprimierter Frischluft in den Zellrotor wird hierdurch weitestgehend vermieden. Es findet auch kein Rückströmen in die Zelle statt.In the context of the invention, the method for adjusting the boost pressure is controlled such that the control element an inflow of compressed fresh air from the cell of the cell rotor in the charge air duct 2 thus regulates that always a higher absolute pressure at the end of the cell compared to the absolute pressure in the charge air duct 2 is set. In particular, the higher absolute pressure at the cell end is compared to the absolute pressure in the charge air duct 2 set such that at the same pressure ratio opening the cell in the charge air duct 2 takes place as well as an immediately adjoining the opening period with increasing pressure in the region of the cell end against the pressure in the charge air duct. This ensures that the pressure wave completely contributes to the compression of the charge air and thus a particularly high degree of cylinder filling occurs on the part of the compressed fresh air. A return flow of compressed fresh air into the cell rotor is thereby largely avoided. There is also no backflow into the cell.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante. der vorliegenden Erfindung wird die Öffnung von der Zelle des Zellrotors in den Ladeluftkanal 2 derart geregelt, dass diese während des Drucküberschusses des durch die in der Zelle befindlichen Druckwelle anwesenden Drucküberschusses geöffnet ist und spätestens bei Gleichheit des Druckes in der Zelle mit dem Druck im Ladeluftkanal geschlossen wird, vorzugsweise bereits bei nur geringem Drucküberschuss des Drucks in der Zelle gegenüber dem Druck im Ladeluftkanal 2 geschlossen wird.In a further preferred embodiment. In accordance with the present invention, the opening from the cell of the cell rotor into the charge air duct 2 regulated so that it is open during the pressure surplus of the present in the cell pressure wave pressure surplus and at least equal to the pressure in the cell with the pressure in the charge air duct is closed, preferably already at only a slight pressure surplus of pressure in the cell over the Pressure in the charge air duct 2 is closed.

Im Rahmen der Erfindung herrscht an der Kaltgasseite bei geschlossener Zelle ein nahezu doppelt so hoher Druck, als es nach dem Durchlauf des ersten Verdichtungsstoßes der Fall ist. Dies wird durch eine Reflexion an der Wand hervorgerufen.In the context of the invention prevails at the cold gas side with a closed cell, almost twice as high pressure, as it is the case after the passage of the first compaction shock. This is caused by a reflection on the wall.

Weiterer Bestandteil der Erfindung ist ein Druckwellenlader für eine Verbrennungskraftmaschine, welche einen Zellrotor und ein Zellrotorgehäuse aufweist und an dem Druckwellenlader ein Kanal 1 zum Ansaugen von Frischluft, ein Ladeluftkanal 2 zum Abführen der komprimierten Frischluft, ein Kanal 3 zum Zuführen von Abgas und ein Kanal 4 zum Abführen von Abgas angeschlossen sind und in dem Druckwellenlader ein Kaltgasgehäuse, an dem Kanal 1 und Ladeluftkanal 2 angeschlossen sind aufweist und im Kaltgasgehäuse ein Steuerelement zur Einstellung von Steuerzeiten der Kanalöffnungen angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist der Druckwellenlader dadurch gekennzeichnet, dass ein Differenzdrucksensor im Bereich des Kaltgasgehäuses angeordnet ist, wobei mit dem Differenzdrucksensor eine Druckdifferenz zwischen dem Ladeluftkanal und einem ladeluftseitigen Zellende messbar ist, wobei eine Zellmessöffnung des Differenzdrucksensors an dem ladeluftseitigen Zellende im Bereich einer Öffnungskante ausgebildet ist.Another component of the invention is a pressure wave charger for an internal combustion engine, which has a cell rotor and a cell rotor housing and on the pressure wave supercharger a channel 1 for the intake of fresh air, a charge air duct 2 for discharging the compressed fresh air, a channel 3 for supplying exhaust gas and a channel 4 connected to the discharge of exhaust gas and in the pressure wave supercharger a cold gas housing, on the channel 1 and charge air duct 2 connected and in the cold gas housing, a control for adjusting the timing of the channel openings is arranged. According to the invention, the pressure wave loader is characterized in that a differential pressure sensor is arranged in the region of the cold gas housing, with the differential pressure sensor, a pressure difference between the charge air duct and a charge air side cell end is measurable, wherein a Zellmessöffnung the differential pressure sensor is formed on the charge air side cell end in the region of an opening edge.

Unter dem ladeluftseitigen Zellende ist im Rahmen der Erfindung das Ende einer jeden Zelle des Zellrotors zu verstehen, zu dem Zeitpunkt unmittelbar bevor die in der Zelle befindliche komprimierte Frischluft in den Ladeluftkanal 2 entlassen wird. Vorzugsweise ist der Differenzdrucksensor derart angeordnet, dass im Kaltgasgehäuse, insbesondere durch das Steuerelement hinweg, der Absolutdruck in der Zelle derart gemessen wird, dass die in der Zelle befindliche Druckwelle während oder nach der Messung in den Ladeluftkanal 2 eintritt. Mit Hilfe der durch den Differenzdrucksensor gewonnen Messergebnisse wird dann das Stellelement, welches vorzugsweise ein Kantenschieber ist, derart positioniert, dass jeweils ein optimales Druckniveau zum Öffnungszeitpunkt anliegt und eine entsprechende Entladung der in der Zelle komprimierten Frischluft in den Ladeluftkanal erfolgt. Hierdurch wird der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Druckwellenladers optimiert und es erfolgt bei kostengünstigem Einsatz von Sensorik eine Möglichkeit zur schnellen aktiven Echtzeitregelung des Druckwellenladers.In the context of the invention, the end of each cell of the cell rotor is to be understood as the end of the charge air side of the cell, at the moment immediately before the compressed fresh air in the cell enters the charge air channel 2 is dismissed. Preferably, the differential pressure sensor is arranged such that in the cold gas housing, in particular by the control away, the absolute pressure in the cell is measured such that the pressure wave located in the cell during or after the measurement in the charge air duct 2 entry. With the help of the measurement results obtained by the differential pressure sensor, the adjusting element, which is preferably an edge slider, is positioned such that an optimal pressure level is applied at the opening time and a corresponding discharge of the fresh air compressed in the cell takes place in the charge air channel. As a result, the efficiency of the pressure wave supercharger according to the invention is optimized and it is cost-effective use of sensors a way to fast active real-time control of the pressure wave supercharger.

Im Rahmen der Erfindung ist eine Zellmessöffnung des Differenzdrucksensors an dem ladeluftseitigen Zellende im Bereich einer Öffnungskante des Ladeluftkanals 2 angeordnet.In the context of the invention, a cell measuring opening of the differential pressure sensor at the charge air end of the cell is in the region of an opening edge of the charge air duct 2 arranged.

Weitere Vorteile, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der folgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausführungsformen werden anhand der schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung.Further advantages, characteristics and aspects of the present invention are part of the following description. Preferred embodiments are illustrated by the schematic figures. These are for easy understanding of the invention.

Es zeigen:Show it:

1 eine Prinzipdarstellung des Kreislaufes von Ansaugluft über die Verbrennungskraftmaschine bis zur Abgasführung unter Einbindung eines Druckwellenladers; 1 a schematic diagram of the circuit of intake air via the internal combustion engine to the exhaust system with the involvement of a pressure wave supercharger;

2 eine schematische Sensorpositionierung anhand des Skelettprozess und 2 a schematic sensor positioning based on the skeletal process and

3 ein Druckverlauf über der Zeit während der Öffnung einer Zelle des Druckwellenladers in den Ladeluftkanal. 3 a pressure variation over time during the opening of a cell of the pressure wave supercharger in the charge air duct.

In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.In the figures, the same reference numerals are used for the same or similar components, even if a repeated description is omitted for reasons of simplicity.

Die 1 zeigt einen Teilbereich einer Verbrennungskraftmaschine A in einer hier dargestellten Ausführungsversion als Ottomotor. Der Druckwellenlader B weist vier an diesem angeschlossene Kanäle (1, 2, 3, 4) auf. Dieses sind der Kanal 1 im Bereich der angesaugten Frischluft, der Ladeluftkanal 2 im Bereich der komprimierten Frischluft zur Zuführung zu einem Ladeluftkühler J und einer sich daran anschließenden Drosselklappe K nach der die komprimierte Frischluft dem Brennraum 10 zugeführt wird. Weiterhin ein Kanal 3, der nach dem Auslassventil 6 und einem Katalysator vor dem Druckwellenlader B angeordnet ist, um das Abgas in den Druckwellenlader B einzuführen. Ebenfalls im Kanal 3 angeordnet ist ein Gastaschenventil mit einem Gastaschenventilstellmotor F. Im Bereich des Abgasstranges S weist der Druckwellenlader B den Kanal 4 zur Abführung des Abgases nach dem Kompressionsvorgang im Druckwellenlader B auf. Der Kanal 4 weist ebenfalls einen Oxidationskatalysator M auf. The 1 shows a portion of an internal combustion engine A in an embodiment shown here as gasoline engine. The pressure wave loader B has four channels connected to it ( 1 . 2 . 3 . 4 ) on. This is the channel 1 in the area of the intake fresh air, the charge air duct 2 in the region of the compressed fresh air for feeding to a charge air cooler J and an adjoining throttle K after the compressed fresh air to the combustion chamber 10 is supplied. Continue a channel 3 , after the exhaust valve 6 and a catalyst in front of the pressure wave supercharger B to introduce the exhaust gas into the pressure wave supercharger B. Also in the channel 3 is arranged a gas pocket valve with a gas pocket valve motor F. In the area of the exhaust line S, the pressure wave supercharger B, the channel 4 for discharging the exhaust gas after the compression process in the pressure wave supercharger B. The channel 4 also has an oxidation catalyst M.

Dargestellt ist weiterhin eine Schnittansicht durch den Zylinder, wobei ein Einlassventil 5, ein Auslassventil 6, ein Kolben 7, eine Zündkerze 8, eine Einspritzdüse 9 und ein Brennraum 10 dargestellt sind. An die Brennkraftmaschine A ist ein Druckwellenlader B angeschlossen.Shown is further a sectional view through the cylinder, wherein an inlet valve 5 , an outlet valve 6 , a piston 7 , a spark plug 8th , an injector 9 and a combustion chamber 10 are shown. To the internal combustion engine A, a pressure wave supercharger B is connected.

Der Druckwellenlader B weist weiterhin eine Kaltgasgehäuseseite 11 sowie eine Heißgasgehäuseseite 12 auf. In der Kaltgasgehäusehälfte 11 ist eine Steuerscheibe D angeordnet. Die Steuerscheibe wird durch einen Steuerscheibenstellmotor angesteuert. Der in dem Druckwellenlader B angeordnete Rotor C wird über einen elektrischen Rotormotor E angesteuert.The pressure wave loader B further has a cold gas housing side 11 and a hot gas housing side 12 on. In the cold gas housing half 11 a control disk D is arranged. The control disk is controlled by a Steuerscheibenstellmotor. The arranged in the pressure wave supercharger B rotor C is driven by an electric rotor motor E.

Die angesaugte Frischluft folgt einem Weg durch den Kanal 1 (1) in die jeweils am Kanal 1 (1) anliegende Rotorzelle 13 und wird im Druckwellenlader B komprimiert. Die komprimierte Luft wird dann im Auslassbereich des Kanals 2 (2) über den Kanal 2 (2) dem Einlassventil 1 zugeführt. Hierbei ist dem zwischengeschaltet noch ein Umluftventil mit dazugehörigem Stellmotor H in Kanal 2 (2) angeordnet, um den Ladeluftkühler und den Brennraum 10 durch eine Bypassleitung zu umgehen. Im Ladeluftkühler J wird die komprimierte und erhitzte Luft abgekühlt, so dass sich ihr Volumen verkleinert, was zu einem höheren Zylinderfüllungsgrad im Brennraum 10 führt.The sucked fresh air follows a path through the channel 1 ( 1 ) in each case on the channel 1 ( 1 ) adjacent rotor cell 13 and is compressed in the pressure wave supercharger B. The compressed air is then in the outlet of the channel 2 ( 2 ) over the canal 2 ( 2 ) the inlet valve 1 fed. Here is the interposed still a recirculation valve with associated actuator H in channel 2 ( 2 ) arranged to the intercooler and the combustion chamber 10 to bypass by a bypass line. In the intercooler J, the compressed and heated air is cooled, so that their volume decreases, resulting in a higher degree of cylinder filling in the combustion chamber 10 leads.

Es folgt der Einlasstakt, gefolgt von dem Kompressionstakt, dem Verbrennungstakt und dem Auslasstakt am Beispiel des Viertaktmotors. Im Rahmen der Erfindung ist aber auch die Verwendung für einen anders getakteten Motor vorstellbar.This is followed by the intake stroke, followed by the compression stroke, the combustion stroke and the exhaust stroke using the example of the four-stroke engine. In the context of the invention, however, the use for a different clocked engine is also conceivable.

Im Auslasstakt wird das im Brennraum 10 gebildete Abgas durch den Kanal 3 (3) dem Druckwellenlader B wieder auf der Heißgasseite zugeführt. Dabei ist ein Katalysator L zwischengeschaltet, der eine erste Abgasnachbehandlung vornimmt. Im Kanal 3' befindet sich das Gastaschenventil F, das angetrieben über einen Gastaschenventilstellmotor F einen vermehrten Eintritt von Restgas in die Rotorzellen 13 über die Einlassöffnung des Kanals 3' ermöglicht und/oder Abgas vorbei am Rotor direkt in Kanal 4 führt. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich das Abgas direkt über das Gastaschenventil von Kanal 3' in Kanal 4 zu leiten.In the exhaust stroke, this is in the combustion chamber 10 formed exhaust gas through the channel 3 ( 3 ) fed back to the pressure wave supercharger B on the hot gas side. In this case, a catalyst L is interposed, which carries out a first exhaust aftertreatment. In the channel 3 ' is the gas pocket valve F, driven via a gas pocket valve actuator motor F increased entry of residual gas into the rotor cells 13 over the inlet opening of the canal 3 ' allows and / or exhaust past the rotor directly into channel 4 leads. Within the scope of the invention it is also possible for the exhaust gas directly via the gas pocket valve of channel 3 ' in channel 4 to lead.

Die Druckwelle komprimiert die durch den Kanal 1 angesaugte Frischluft und sorgt dafür, dass die komprimierte Frischluft in den Kanal 2 strömt und wird anschließend durch die Auslassöffnung der Rotorzellen am Kanal 4 in den Abgasstrangs überführt. Das Abgas durchströmt dann gegebenenfalls weitere Abgasnachbehandlungskomponenten, beispielsweise in Form eines Oxidationskatalysators M.The pressure wave compresses the through the channel 1 sucked fresh air and ensures that the compressed fresh air into the channel 2 flows and is then through the outlet opening of the rotor cells on the channel 4 transferred to the exhaust system. The exhaust gas then flows through optionally further exhaust aftertreatment components, for example in the form of an oxidation catalyst M.

2 zeigt eine Sensorpositionierung mit einem schematisch angedeuteten Druckwellenlader B, wobei hier der Skelettprozess der ablaufenden Druckwelle schematisch skizziert ist. Der Differenzdrucksensor 14 ist dabei auf der Seite des Kaltgasgehäuses 11 angeordnet. Eine erste Ladeluftkanalmessöffnung 15 dient der Druckmessung des Drucks p2 im Ladeluftkanal 2. Zwischen der ersten Ladeluftkanalmessöffnung 15 und der Öffnungskante 16 ist ein Abstand a vorgesehen, sodass die Druckwelle zunächst ein Stück in den Kanal 2 hineinläuft, bevor sie von der Ladeluftkanalmessöffnung 15 erfasst wird. Eine Zellmessöffnung ist im Kaltgasgehäuse 11 derart angeordnet, dass sie das ladeluftseitige Zellende 18 kurz vor Öffnen der Zelle 13 in den Ladeluftkanal 2 erfasst. Der Differenzdrucksensor 14 gibt dann die Druckdifferenz Δp aus. 2 shows a sensor positioning with a schematically indicated pressure wave loader B, here the skeleton process of the running pressure wave is sketched schematically. The differential pressure sensor 14 is on the side of the cold gas housing 11 arranged. A first charge air duct measuring opening 15 serves the pressure measurement of the pressure p2 in the charge air duct 2 , Between the first charge air duct measuring opening 15 and the opening edge 16 a distance a is provided, so that the pressure wave first a piece in the channel 2 runs in, before leaving the charge air duct 15 is detected. A Zellmessöffnung is in the cold gas housing 11 arranged so that they the cargo side cell end 18 just before opening the cell 13 in the charge air duct 2 detected. The differential pressure sensor 14 then outputs the pressure difference Ap.

3 zeigt ein Druck Öffnungswinkeldiagramm, in dem zum einen der Druck p2 im Ladeluftkanal 2 als Konstante eingezeichnet ist, zum anderen der Druckverlauf pzell am ladeluftseitigen Zellende 18 der Zelle 11 des Zellrotors. Nimmt dieser zu, ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Regelung derart vorgesehen, dass das Stellelement die Öffnung φ2 zum Ladeluftkanal freigibt, sodass die komprimierte Frischluft aus der Zelle in den Ladeluftkanal strömen kann, wenn ein gleiches Druckniveau zwischen Ladeluftkanal und ladeluftseitigem Zellende 18 besteht. Kurz nach der Öffnung φ2 findet ein weiterer Druckanstieg 19 statt, der zu einem Drucküberschuss 20 führt. Dieser Drucküberschuss 20 wirkt sich positiv auf die Entladung der Druckwelle in den Ladeluftkanal aus, sodass es zu einem hohen Wirkungsgrad des Aufladeprozesses kommt. 3 shows a pressure opening angle diagram in which on the one hand the pressure p2 in the charge air duct 2 is drawn as a constant, on the other hand, the pressure curve pzell on the intercooler end of the cell 18 the cell 11 of the cell rotor. If this is the case, a control is provided by the method according to the invention such that the actuating element releases the opening φ 2 to the charge air channel so that the compressed fresh air can flow out of the cell into the charge air channel if a same pressure level exists between the charge air channel and the charge air side cell end 18 consists. Shortly after the opening φ2 there is a further increase in pressure 19 instead, that leads to a surplus of pressure 20 leads. This pressure surplus 20 has a positive effect on the discharge of the pressure wave into the charge air duct, resulting in a high efficiency of the charging process.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Kanal 1 channel 1
22: Kanal 2 channel 2
33: Kanal 3 channel 3
3'3 ': Kanal 3' channel 3 '
44: Kanal 4 channel 4
55: Einlassventilintake valve
66: Auslassventiloutlet valve
77: Kolbenpiston
88th: Zündkerzespark plug
99: Einspritzdüseinjection
1010: Brennraumcombustion chamber
1111: KaltgasgehäuseseiteCold gas housing side
1212: HeißgasgehäuseseiteHot gas housing side
1313: Rotorzellerotor cell
1414: DifferenzdrucksensorDifferential Pressure Sensor
1515: LadeluftkanalmessöffnungCharge air channel measurement opening
1616: Öffnungskanteopening edge
1717: ZellmessöffnungCell measurement aperture
1818: ladeluftseitiges Zellendecharge-air-side cell end
1919: Druckanstiegpressure rise
2020: DrucküberschussExcess pressure
ΔpAp: Druckdifferenzpressure difference
p2p2: Druck zu 2Pressure to 2
pzellepzelle: Druck zu 13 Pressure too 13
aa: Abstanddistance
φ2φ2: Öffnungopening
AA: VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
BB: DruckwellenladerPressure wave supercharger
CC: Rotorrotor
DD: Steuerscheibecontrol disc
Ee: Rotormotorrotor motor
FF: Gastaschenventil + MotorGas pocket valve + engine
GG: SteuerscheibenmotorControl disc motor
HH: Umluftventil + MotorRecirculation valve + motor
II: Luftfilterair filter
JJ: LadeluftkühlerIntercooler
KK: Drosselklappethrottle
LL: Katalysatorcatalyst
MM: Oxidationskatalysatoroxidation catalyst
NN: Fahrpedalaccelerator
SS: Abgasstrangexhaust gas line

Claims

A method for adjusting a boost pressure of an internal combustion engine (A), wherein the boost pressure is built up by a pressure wave supercharger (B) having a cell rotor (C) and a cell rotor housing and to the pressure wave supercharger (B) a channel 1 ( 1 ) for the intake of fresh air, a charge air duct 2 ( 2 ) for discharging the compressed fresh air, a channel 3 ( 3 ) for supplying exhaust gas and a passage 4 ( 4 ) are connected to the discharge of exhaust gas and the pressure wave supercharger (B) a cold gas housing, on the channel 1 ( 1 ) and charge air duct 2 ( 2 ) are connected, and in the cold gas housing ( 11 ) is arranged an adjusting element (D) for adjusting control times of the channel openings, characterized in that the adjusting element (D) is controlled in dependence of a pressure difference, wherein the pressure difference between an absolute pressure in the charge air duct 2 ( 2 ) and an absolute pressure (pzelle) at the charge air side cell end ( 17 ) in the region of an opening edge ( 16 ) of the charge air duct 2 ( 2 ) before entry of the compressed fresh air into the charge air duct 2 ( 2 ) is measured.

A method according to claim 1, characterized in that the measurement of the pressure difference via a differential pressure sensor ( 14 ) is carried out.

A method according to claim 2, characterized in that the measurement of the pressure difference is performed as temporally high-resolution differential pressure measurement.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the absolute pressure (p2) in the charge air duct 2 ( 2 ), preferably after less than 50 mm after flowing the compressed fresh air into the charge air duct 2 ( 2 ), is measured.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that via the adjusting element, an inflow of the compressed fresh air into the charge air duct 2 ( 2 ) is regulated such that always a higher absolute pressure (pzelle) at the end of the cell relative to the absolute pressure (p2) in the charge air duct 2 ( 2 ) is set.

Pressure wave charger for an internal combustion engine (A), which has a cell rotor and a cell rotor housing and wherein the pressure wave supercharger (B) a channel 1 ( 1 ) for the intake of fresh air, a charge air duct 2 ( 2 ) for discharging the compressed fresh air, a channel 3 ( 3 ) for supplying exhaust gas and a passage 4 ( 4 ) are connected to the discharge of exhaust gas and the pressure wave supercharger (B) a cold gas housing, on the channel 1 ( 1 ) and charge air duct 2 ( 2 ) are connected, and in the cold gas housing ( 11 ) an actuator for adjusting control times of the channel openings is arranged, characterized in that a differential pressure sensor ( 14 ) in the region of the cold gas housing ( 11 ), wherein with the differential pressure sensor ( 14 ) a pressure difference between the charge air duct 2 ( 2 ) and a charge air side cell end ( 18 ) is measurable, wherein a Zellmessöffnung ( 17 ) of the differential pressure sensor ( 14 ) at the charge air side cell end ( 18 ) in the region of an opening edge ( 16 ) is trained.

Pressure wave charger according to claim 1, characterized in that, the Zellmessöffnung ( 17 ) immediately before the opening edge ( 16 ) of the charge air duct 2 ( 2 ) is arranged.