DE102012200029A1 - Verfahren zum Vermeiden einer fehlerhaften Verbrennung in Motoren und Schutzsystem für einen Motor - Google Patents
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Abstract
In einem Verfahren zum Vermeiden einer fehlerhaften Verbrennung in Motoren mit wenigstens einem Zylinder wird der Abgasdruck im Abgassystem begrenzt. Hierzu kann ein Schutzsystem für einen Motor (2) mit einem Zylinder (3, 4, 5, 6) und einem mit dem Motor kommunizierenden Abgaskanal (7) Verwendung finden, das eine einen Druckbegrenzer (10) für den Abgasdruck aufweist, der zwischen dem Zylinder (3, 4, 5, 6) und einem ersten Strömungswiderstand (8) stromabwärts im Abgaskanal (7) angeordnet.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermeiden einer fehlerhaften Verbrennung in Motoren sowie ein Schutzsystem für einen Motor.
- In modernen Verbrennungsmotoren erfolg immer häufiger eine Aufladung der Ansaugluft durch einen mittels des Abgasrucks angetriebenen Turbolader. Diese Technologie, die in Dieselmotoren mittlerweile zum Standard gehört, kommt vermehrt auch bei Ottomotoren zum Einsatz. Außerdem erfolgt zum Senken der Schadstoffe im Abgas immer häufiger eine Rückführung eines Teils des Abgases in den Ansaugtrakt. Ein Turbolader-System ist bspw. in
DE 10 2005 062 681 A1 und eine Abgasrückführung bspw.DE 102 30 830 A1 beschrieben.DE 102 30 830 A1 zeigt insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen von Aussetzern und Rückführen unvollständig verbrannter Abgasgemische in Brennkraftmaschinen. Die Aussetzer werden erkannt durch Messung von Abgastemperatur und/oder Abgasdruck im Anschluß an einen Zündzeitpunkt. - Hoch aufgeladene Ottomotoren zeigen jedoch eine störende Tendenz zur fehlerhaften Verbrennung infolge einer nicht korrekten Zündung des Kraftstoffgemisches. Diese fehlerhafte Verbrennung hat das Potential, den Motor durch sehr hohe Drücke und Temperaturen in den Zylindern zu beschädigen. Die fehlerhafte Verbrennung infolge einer nicht korrekten Zündung soll daher vermieden werden.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, den Schutz von Verbrennungsmotoren in einfacher Weise zu verbessern.
- Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Schutzsystem nach Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
- Im erfindungsgemäßen Verfahren zum Schutz eines Motors mit wenigstens einem Zylinder vor einer fehlerhaften Verbrennung erfolgt ein Begrenzen des Abgasdruckes in einem an den wenigstens einen Zylinder angrenzenden Bereich des Abgassystems.
- Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Erkenntnis des Erfinders, dass die eingangs beschriebene fehlerhafte Verbrennung durch eine Rückströmung von heißem Abgas aus dem Abgassystem, insbesondere von im Abgassystem nachbrennendem Abgas, in die Zylinder verursacht wird. Die Rückströmung wird wiederum durch einen erhöhten Druck des Abgases in einem zwischen dem Zylinder und einem stromabwärts im Abgaspfad gelegenen Strömungswiderstand gelegenen Bereich des Abgassystems verursacht. Abhängig von der Zündreihenfolge des Motors und dem Zylinderdruck kann der erhöhte Abgasdruck das Abgasventil öffnen und so eine unkontrollierte Rückströmung des heißen Abgases auf hohem Druckniveau in den Zylinder ermöglichen, wo das rückströmende heiße Abgas die fehlerhafte Zündung des Brennstoffgemisches herbeiführen kann. Durch das Begrenzen des Abgasdruckes in einem an den Zylinder angrenzenden Bereich des Abgassystems läßt sich somit die eingangs beschriebene fehlerhafte Verbrennung in einfacher und kostengünstiger Weise vermeiden.
- Eine Begrenzung des Abgasdruckes im Abgassystem kann bspw. erfolgen, indem ein Grenzwert für den Abgasdruck vorgegeben wird und bei überschreiten des Grenzwertes ein Druckabbau in dem an den Zylinder angrenzenden Bereich des Abgassystems solange erfolgt, bis der Abgasdruck in diesem Bereich den Grenzwert nicht mehr überschreitet. Der Druckabbau kann dabei durch Abführen von Abgas in die Umgebung, durch Umleiten von Abgas innerhalb des Abgassystems oder durch Umleiten von Abgas in den Ansaugtrakt des Motors erfolgen.
- Gemäß der Erfindung wird außerdem eine Schutzvorrichtung für einen Motor mit wenigstens einem Zylinder und einem mit dem Motor kommunizierenden Abgaskanal zur Verfügung gestellt. Die Schutzvorrichtung umfaßt einen Druckbegrenzer, der in einem Bereich des Abgassystems angeordnet ist, der sich zwischen dem wenigstens einen Zylinder und einem stromabwärts im Abgaskanal gelegenen ersten Strömungswiderstand befindet.
- Mittels des Druckbegrenzers läßt sich der Abgasdruck in dem an den wenigstens einen Zylinder angrenzenden Bereich des Abgassystems begrenzen, so dass ein Rückströmen von heißem Abgas in den Zylinder vermieden werden kann.
- Der Druckbegrenzer kann ein mechanischer betriebener Druckbegrenzer sein, etwa ein einfaches Überdruckventil zur Umgebung. Mittels einer mechanischen Druckbegrenzung kann die Steuereinheit einfach und zuverlässig realisiert werden. Er kann aber auch ein elektrisch betriebener Druckbegrenzer sein.
- Zusätzlich oder Alternativ kann der Druckbegrenzer auch eine Steuereinheit oder eine Regeleinheit für ein gesteuertes Ablassen des Abgasdruckes bzw. ein Halten des Abgasdruckes auf einem bestimmten Wert oder in einem bestimmten Wertebereich umfaßt. Mit einem derartigen Druckbegrenzer kann eine komplexere Druckbegrenzung, etwa eine vom Betriebszustand des Motors abhängige Druckbegrenzung, erfolgen.
- Der Strömungswiderstand stromabwärts im Abgaskanal kann insbesondere ein Turbinenrad eines turbogeladenen Motors oder ein Katalysator sein. Als Strömungswiderstand sollen aber auch andere Bauteile im Strömungspfad des Abgases verstanden werden, die einen wesentlichen Widerstand für die Strömung des Abgases darstellen, etwa Partikelfilter, etc. Geringe Widerstände, zum Beispiel durch Rohrverengungen oder -krümmungen hervorgerufen, sollen nicht als Strömungswiderstand stromabwärts verstanden werden. Der Ausdruck stromabwärts ist in Richtung des strömenden Abgases gesehen, das heißt vom Zylinder in Richtung Auspuff.
- Der Druckbegrenzer kann insbesondere ein Ventil eines Abgassystems umfassen, bspw. ein Turbo-Abblasventil. Eine Steuereinheit oder eine Regeleinheit kann ein oder mehrere bereits vorhandene Ventile oder Klappen zur gezielten Steuerung bzw. Regelung des Abgasdrucks in dem zwischen dem wenigstens einen Zylinder und dem Strömungswiderstand befindlichen Abschnitt des Abgaskanals verwenden.
- Für jeden Zylinder des Motors kann ein eigener Druckbegrenzer vorgesehen sein. Je nach Motor und Abgassystem kann eine gezielte Anpassung des Abgasdrucks pro Zylinder durch mehrere Druckbegrenzer mit oder ohne zugehörige Steuereinheiten oder Regeleinheiten vorteilhaft sein.
- Der Druckbegrenzer kann aber auch nach einer Zusammenführung der Abgaskanäle der Zylinder zu einem gemeinsamen Abgaskanal angeordnet sein, was die Ausgestaltung des Systems vereinfacht. Es ist dann lediglich ein einziger, allen Zylindern gemeinsamer Druckbegrenzer vorhanden
- Falls eine Steuereinheit oder eine Regeleinheit vorhanden ist, kann eine einzige Steuereinheit für sämtliche Zylindervorhanden sein oder getrennte Steuereinheiten für die einzelnen Zylinder.
- Der Druckbegrenzer kann eine Austrittsöffnung zum Abführen des Abgases aus dem zwischen dem wenigstens einen Zylinder und dem Strömungswiderstand befindlichen Abschnitt des Abgaskanals in die Umgebung umfassen. Er kann aber auch einen Bypaß umfassen, der Abgas unter Umgehung des Strömungswiderstandes in einen anderen Bereich des Abgastrakts oder in den Ansaugtrakt umleitet.
- Das erfindungsgemäße Schutzsystem schützt den Motor vor fehlerhafter Verbrennung im Zylinder durch Begrenzen des Abgasdrucks im an den Zylinder angrenzenden Bereich des Abgastraktes. Mittels einer Austrittsöffnung oder Umleitung für das Abgas, deren Strömungsquerschnitt von einer Steuereinheit steuerbar oder einer Regeleinheit regelbar ist, kann zudem der Druck in dem an den Zylinder angrenzenden Bereich des Abgastraktes gesteuert bzw. geregelt werden.
- Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben, es zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung eines Motors mit einem erfindungsgemäßen Schutzsystem. - Die Zeichnung dient lediglich der Erläuterung der Erfindung und schränkt diese nicht ein. Die Zeichnung und die einzelnen Teile sind nicht notwendigerweise maßstäblich. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder ähnliche Teile.
-
1 zeigt ein Schutzsystem1 für den Verbrennungsmotor2 eines Kraftfahrzeugs. Von dem Motor2 , hier ein Ottomotor, sind vier Zylinder3 ,4 ,5 und6 dargestellt. Das Kraftfahrzeug umfaßt einen Abgastrakt7 , der in Kommunikation mit den Zylindern3 ,4 ,5 und6 steht. Der Abgastrakt7 besteht aus einem Hauptabgaskanal7a und mehreren Abschnitten7b ,7c ,7d und7e eines Abgaskrümmers, welche die einzelnen Zylinder3 ,4 ,5 und6 mit dem Hauptabgaskanal7a verbinden. In einer Zusammenführung7f treffen die Abschnitte7b ,7c ,7d und7e des Abgaskrümmers zusammen, um den Hauptabgaskanal7a zu bilden. - Stromabwärts von der Zusammenführung
7f ist ein Druckbegrenzer10 des Schutzsystems1 im Abgaskanal7a angeordnet. Weiter stromabwärts von dem Druckbegrenzer10 ist ein erster Strömungswiderstand8 im Abgaskanal7a angeordnet. Der Strömungswiderstand8 kann ein Turbinenrad eines turbogeladenen Motors (2 ), ein Katalysator, ein Filter wie ein Partikelfilter, etc. sein. An den Strömungswiderstand8 schließt sich ein weiterer Teil des Abgaskanals7 an, der nicht weiter dargestellt ist und zum Beispiel zum Auspuff des Kraftfahrzeugs führen kann. - Der Druckbegrenzer
10 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Überdruckventil ausgebildet eine, welches einerseits mit dem Abgaskanal7 und andererseits über eine Austrittsöffnung11 mit der Umgebung in Verbindung steht. Übersteigt der Druck in dem zwischen den Zylindern3 ,4 ,5 ,6 und dem Strömungswiderstand8 befindlichen Abschnitt des Abgaskanals7 einen vorgegebenen Schwellenwert, so öffnet das Überdruckventil um Druck abzubauen. Die Austrittsöffnung11 dient dabei zum Abführen von Abgas aus dem Abgaskanal7 , um dort den Druck des Abgases in dem zwischen den Zylindern3 ,4 ,5 ,6 und dem Strömungswiderstand8 befindlichen Abschnitt des Abgaskanals7 auf oder unter den vorgegebenen Schwellenwert abzusenken. - Die Austrittsöffnung
11 kann statt Teil eines speziellen Überdruckventils auch Teil eines üblicherweise eine andere Funktion ausübenden Ventils sein, zum Beispiel ein Turbolader-Abblasventil. - Der Druckbegrenzer
10 kann mechanisch und/oder elektrisch arbeiten. Im Falle einer Ausführung der Erfindung mit einem elektrischen Druckbegrenzer umfaßt dieser ein elektrisch betreiben zumindest zu öffnendes und vorteilhafter Weise auch elektrisch betrieben zu schließendes Ventil, eine Steuereinheit und einen Drucksensor. Der Drucksensor mißt ständig oder in bestimmten Abständen den Druck des Abgases in dem zwischen den Zylindern3 ,4 ,5 ,6 und dem Strömungswiderstand8 befindlichen Abschnitt des Abgaskanals7 und gibt ein den gemessenen Druck repräsentierendes Signal an die Steuereinheit aus. Ergibt sich aus dem Signal, dass ein bestimmter Schwellenwert des Abgasdrucks erreicht oder überschritten ist, greift die Steuereinheit ein und gibt ein Öffnungssignal an das Ventil aus, um eine Druckbegrenzung durch Abführen von Abgas über die Austrittsöffnung11 in die Umgebung herbeizuführen und so den Druck in dem zwischen den Zylindern3 ,4 ,5 ,6 und dem Strömungswiderstand8 befindlichen Abschnitt des Abgaskanals7 wieder auf oder unter den Schwellenwert abzusenken. Der Schwellwert für den Abgasdruck liegt hierbei unter einem Druckwert, der zu einem Aufdrücken der Abluftventile der Zylinder und infolge dessen zu einem Rückströmen von Abgas in den Zylinder führen könnte. Da dadurch die Ursache für die fehlerhafte Verbrennung beseitigt werden kann, ist der Motor mit einfachen Mitteln effektiv geschützt. - Die Steuereinheit
10 öffnet die Austrittsöffnung11 ganz oder teilweise, um den Druck des Abgases auf den Schwellwert abzusenken. Zudem kann ein zweiter Schwellwert für den Druck in dem zwischen den Zylindern3 ,4 ,5 ,6 und dem Strömungswiderstand8 befindlichen Abschnitt des Abgaskanals7 vorhanden sein, der eigens für den Schließvorgang der Austrittsöffnung11 vorgesehen ist und niedriger liegt als der zum Öffnen der Austrittsöffnung führenden Schwellenwert. Auf diese Weise läßt sich ein übermäßiger Druckabbau in dem zwischen den Zylindern3 ,4 ,5 ,6 und dem Strömungswiderstand8 befindlichen Abschnitt des Abgaskanals7 vermeiden. - Der Schwellwert kann von der Steuereinheit
10 an bestimmte Zustände und Situationen, zum Beispiel des Motors2 , anpaßbar sein, so dass je nach Situation ein höherer oder niedrigerer Schwellwert zum Tragen kommt. Informationen zur Anpassung des Schwellwerts kann die Steuereinheit10 zum Beispiel von einer Motorsteuerung erhalten. Gleiches gilt entsprechend auch für den zweiten, zum Schließen der Austrittsöffnung11 vorgesehenen Schwellenwert. - Die Steuereinheit
10 kann beispielsweise einen Computer aufweisen, um die Verarbeitung der Signale und Algorithmen durchzuführen. Die elektronische Steuerung kann wie in1 dargestellt direkt im Druckbegrenzer10 angeordnet sein. Alternativ kann sie aber auch an anderer Stelle im Abgaskanal7 angeordnet sein. Es ist auch möglich, die elektronische Steuerung in einem anderen Rechner durchzuführen, der dann mit der Steuereinheit10 kommuniziert. Insbesondere kann die elektronische Steuerung in die Motorsteuerung integriert sein. Die elektronische Steuerung kann zudem durch eine mechanische Steuerung ergänzt oder ersetzt werden, wobei die mechanische Steuerung vorteilhafter Weise direkt am oder im Abgaskanal7 angeordnet ist. - In einer Abwandlung des Schutzsystems für den Motor
2 ist die Steuereinheit durch eine Regeleinheit ersetzt, die mittels einer Rückkopplungsschleife den Druck im Abgassystem auf einem bestimmten Wert oder innerhalb eines bestimmten Wertebereiches hält. - Statt wie in der Figur dargestellt, den Druck im Abgassystem durch Ablassen von Abgas direkt an die Umgebung zu reduzieren, ist es auch Möglich, den Druck durch ein Umleiten innerhalb des Abgassystems oder, im Falle einer Abgasrückführung, in das Ansaugsystem es Motors zu reduzieren.
- 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
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- DE 102005062681 A1 [0002]
- DE 10230830 A1 [0002, 0002]
Claims (15)
- Verfahren zum Vermeiden einer fehlerhaften Verbrennung in Motoren (
2 ) mit wenigstens einem Zylinder (3 ,4 ,5 ,6 ), in dem der Abgasdruck in einem an den wenigstens einen Zylinder (3 ,4 ,5 ,6 ) angrenzenden Bereich des Abgassystems (7 ) begrenzt wird. - Verfahren nach Anspruch 1, in dem eine Begrenzung des Abgasdruckes im Abgassystem (
7 ) erfolgt, indem ein Grenzwert für den Abgasdruck vorgegeben wird und bei überschreiten des Grenzwertes ein Druckabbau in dem an den Zylinder (3 ,4 ,5 ,6 ) angrenzenden Bereich des Abgassystems (7 ) zumindest solange erfolgt, bis der Abgasdruck in diesem Bereich den Grenzwert nicht mehr überschreitet. - Verfahren nach Anspruch 2, in dem der Druck in dem an den Zylinder (
3 ,4 ,5 ,6 ) angrenzenden Bereich des Abgassystems (7 ) durch Abführen von Abgas in die Umgebung abgebaut wird. - Verfahren nach Anspruch 2, in dem der Druck in dem an den Zylinder (
3 ,4 ,5 ,6 ) angrenzenden Bereich des Abgassystems (7 ) durch Umleiten von Abgas innerhalb des Abgassystems (7 ) abgebaut wird. - Verfahren nach Anspruch 2, in dem der Druck in dem an den Zylinder (
3 ,4 ,5 ,6 ) angrenzenden Bereich des Abgassystems (7 ) durch Umleiten von Abgas in den Ansaugtrakt des Motors (2 ) abgebaut wird. - Schutzvorrichtung für einen Motor (
2 ) mit wenigstens einem Zylinder (3 ,4 ,5 ,6 ) und einem mit dem Motor (2 ) kommunizierenden Abgaskanal (7 ), aufweisend einen Druckbegrenzer (10 ), der in einem Bereich des Abgaskanals (7 ) angeordnet ist, der sich zwischen dem wenigstens einen Zylinder (3 ,4 ,5 ,6 ) und einem stromabwärts im Abgaskanal (7 ) gelegenen ersten Strömungswiderstand (8 ) befindet - Schutzvorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei der Druckbegrenzer (
10 ) ein mechanisch betriebener Druckbegrenzer ist. - Schutzvorrichtung gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei der Druckbegrenzer (
10 ) ein elektrisch betriebener Druckbegrenzer ist. - Schutzvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der Strömungswiderstand (
8 ) ein Turbinenrad eines turbogeladenen Motors ist. - Schutzvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der Strömungswiderstand (
8 ) ein Katalysator ist. - Schutzvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei der Druckbegrenzer (
10 ) ein Ventil eines Abgassystems umfaßt. - Schutzvorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei das Ventil ein Turbo-Abblasventil ist.
- Schutzvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 12, wobei der Druckbegrenzer (
10 ) eine Steuereinheit oder eine Regeleinheit für ein gesteuertes Ablassen des Abgasdruckes bzw. ein Halten des Abgasdruckes auf einem bestimmten Wert oder in einem bestimmten Wertebereich umfaßt. - Schutzvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 13, wobei ein eigner Druckbegrenzer (
10 ) für jeden Zylinder (3 ,4 ,5 ,6 ) des Motors (2 ) vorhanden ist. - Schutzvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 13, wobei ein für die Zylinder (
3 ,4 ,5 ,6 ) des Motors (2 ) gemeinsamer Druckbegrenzer (10 ) vorhanden ist.
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