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Erfindung betrifft somit eine Vorrichtung, umfassend eine Rückführungsleitung, die einen Motor mit einer Ansaugleitung verbindet, wobei diese Ansaugleitung zwischen einem Verdichter und einem Luftfilter angeordnet ist sowie ein Verfahren zum Zuführen eines Gasgemischs über die Rückführungsleitung in den Motor der Vorrichtung.
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Ein Verbrennungsmotor ist eine Verbrennungskraftmaschine, die chemische Energie eines Kraftstoffs durch Verbrennung in mechanische Arbeit umwandelt. Die Verbrennung findet im Brennraum statt, in dem ein Gemisch aus Kraftstoff und Umgebungsluft gezündet wird. Die Wärmeausdehnung des durch die Verbrennung entstandenen heißen Gases wird genutzt, um einen Kolben zu bewegen. Geläufige Beispiele für Verbrennungsmotoren sind der Ottomotor und der Dieselmotor in Automobilen. Zur Wärmeübertragung ist ein Ladeluftkühler vorgesehen, der im Ansaugtrakt eines aufgeladenen Verbrennungsmotors die Temperatur der dem Motor zugeführten Verbrennungsluft verringert. Der Ladeluftkühler wird im Ansaugtrakt zwischen dem Verdichter und dem Einlassventil eingebaut und führt einen Teil der Wärme ab, die durch die Verdichtung der Luft im Abgasturbolader entsteht. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Motors erhöht. Durch die Verringerung der Temperatur der zugeführten Luft ist im gleichen Volumen somit eine größere Luftmasse enthalten, wodurch proportional mehr Kraftstoff verbrannt werden kann. Der Ladeluftkühler erhöht somit die mögliche Abgabeleistung.
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Insbesondere bei Gasmotoren ist jedoch problematisch, dass sich beim Startvorgang der Gasmotor als Saugmotor verhält. Beim Startvorgang herrscht daher im Gassystem Unterdruck, wodurch Schmieröl aus den Lager eines Abgasturboladers des Motors angesaugt und in die Luft bzw. in die Gemischleitung gelangen. Dieser Öleintrag in das Gasgemisch kann Fehlzündung sowie Klopfen verursachen. Ferner kann es zu ölhaltigen Ablagerungen auf hochbelasteten Motorteilen kommen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung bereitzustellen, bei der beim Startvorgang oder im Leerlaufbetrieb kein Schmieröl in das Gassystem, d. h. der Luft- bzw. der Gemischführung, gelangen kann sowie ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen, mit dem verhindert wird, dass Schmieröl in das Gassystem gelangt.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Rückführungsleitung ein Stellglied aufweist, mit dem eine in der Rückführungsleitung angeordnete Absperrvorrichtung während eines Startvorgangs des Motors oder in einem Leerlaufbetrieb des Motors derart einstellbar ist, dass das Gasgemisch, d. h. die Luft- bzw. die Gemischführung, über diese Rückführungsleitung in den Motor gelangen kann, ohne den Verdichter passieren zu müssen. Ferner wird die Aufgabe durch ein entsprechendes Verfahren gelöst, mit dem das Gasgemisch während eines Leerlaufbetriebs oder eines Startvorgangs des Motors direkt in den Motor gelangt, ohne den Verdichter passieren zu müssen.
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Die Erfindung betrifft somit eine Vorrichtung, umfassend eine Rückführungsleitung, die einen Motor mit einer Ansaugleitung verbindet, wobei diese Ansaugleitung einen Verdichter mit einem Luftfilter verbindet. Die Rückführungsleitung weist ein Stellglied auf, mit dem eine in der Rückführungsleitung angeordnete Absperrvorrichtung während eines Startvorgangs des Motors oder in einem Leerlaufbetrieb des Motors derart einstellbar ist, dass Ladeluft und/oder ein Luft-Brenngas-Gemisch über diese Rückführungsleitung direkt in den Motor gelangen kann.
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Dadurch wird verhindert, dass ein Unterdruck im Gassystem entsteht, durch den Schmieröl gesaugt wird, weil sich der Ansaugwiderstand während des Startvorgangs bzw. während des Leerlaufbetriebs verringert. Da in die Ladeluft bzw. in das Luft-Brenngas-Gemisch kein Schmieröl gelangen kann, kann die Lebensdauer des Verbrennungsmotors erheblich verlängert werden.
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Bei der Absperrvorrichtung handelt es sich vorzugsweise um ein Ventil.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Zuführen eines Gasgemischs über eine Rückführungsleitung in einen Motor einer Vorrichtung, wobei die Rückführungsleitung den Motor mit einer Ansaugleitung verbindet, wobei diese Ansaugleitung zwischen einem Verdichter und einem Luftfilter angeordnet ist, umfassend folgende aufeinanderfolgende Schritte:
- a) mittels eines Stellglieds wird eine in der Rückführungsleitung angeordnete Absperrvorrichtung, zum Beispiel ein Ventil, derart eingestellt, dass ein Gasgemisch von der Ansaugleitung über die Rückführungsleitung in den Motor gelangt, ohne den Verdichter passieren zu müssen;
- b) es wird ermittelt, ob ein bestimmter Grenzwert für den Druck des Gasgemischs überschritten wurde und/oder ein bestimmter Grenzwert für die Drehzahl des Motors überschritten wurde;
- c) nach Überschreiten des entsprechenden Grenzwertes wird die Absperrvorrichtung mittels des Stellglieds derart eingestellt, dass das Gasgemisch wieder von dem Motor über die Rückführungsleitung in die Ansaugleitung zurückgeführt werden kann. Von dort gelangt das Gasgemisch ausschließlich in den Verdichter, wo das Gasgemisch verdichtet und anschließend in Richtung des Motors strömen kann.
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Gerade beim Startvorgang aber auch beim Leerlaufbetrieb des Motors ist dieses Verfahren von Vorteil, da es nicht zu Fehlzündungen oder zum Klopfen kommt, womit verbesserte Abgaswerte beim Startvorgang bzw. im Leerlaufbetrieb erhalten werden können. Dadurch werden die Abgasemissionswerte verbessert und die Belastung der Motorbauteile verringert, was wiederum dazu führt, dass die Lebensdauer des Motors verlängert wird.
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Wird das Verfahren im Startvorgang durchgeführt, so wird der Startvorgang beendet, nachdem ein bestimmter Grenzwert für den Druck des Gasgemischs und/oder ein bestimmter Grenzwert für die Drehzahl des Motors überschritten wurden. Von Vorteil ist dabei, dass ein Abgasturbolader bereits angetrieben werden kann, bevor die Menge an Abgas den eigentlich dafür erforderlichen Grenzwert erreicht bzw. überschritten hat.
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Das Verfahren kann auch im Leerlaufbetrieb durchgeführt werden. Dabei wird der Leerlaufbetrieb beendet, nachdem ein bestimmter Grenzwert für den Druck des Gasgemischs und/oder ein bestimmter Grenzwert für die Drehzahl des Motors überschritten wurden.
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Bei dem Gasgemisch kann es sich Ladeluft und/oder ein Luft-Brenngas-Gemisch handeln.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Figuren gezeigt und im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung;
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2 einen Ablaufplan eines Verfahrens zur Rückführung eines Gasgemischs bei einem Startvorgang eines Motors und
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3 einen Ablaufplan eines Verfahrens zur Rückführung eines Gasgemischs bei einem Leerlaufbetrieb eines Motors.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1, die einen Motor 2, vorzugsweise einen Verbrennungsmotor umfasst. Bei diesem Motor 2 kann es sich um einen fremd- oder selbstzündenden Verbrennungsmotor handeln, wobei dieser mit einem flüssigen oder einem gasförmigen Kraftstoff betrieben werden kann. Die Vorrichtung 1 weist ferner einen Luftfilter 3 auf, der über eine Ansaugleitung 5 mit einem Verdichter 4 verbunden ist. In dem Verdichter 4 wird die Luft (Ladeluft) verdichtet, die von außen über den Luftfilter 3 in die Ansaugleitung 5 gelangt. Die in dem Verdichter 4 verdichtete Luft wird über eine Leitung 7 einem Ladeluftkühler 6 zugeführt, in dem die Ladeluft abgekühlt wird, bevor diese Ladeluft über eine weitere Leitung 8 in einen Brennraum des Motors 2 gelangt (Pfeil 12). Zu erkennen ist auch eine Turbine 9 eines Turboladers, der mit dem Verdichter 4 verbunden ist. Läuft der Motor 2, das heißt findet eine Verbrennung eines flüssigen oder gasförmigen Kraftstoffes im Verbrennungsraum des Motors 2 statt, so kann über eine Rückführungsleitung 10 das Luft-Brenngas-Gemisch in die Ansaugleitung 5 zur Regelung zurückgeführt werden. Diese Möglichkeit zur Rückführung des Gasgemischs über die Rückführungsleitung 10 in die Ansaugleitung 5 stellt den Normalbetrieb dar. Die Bewegungsrichtung des Gasgemischs im Normalbetrieb ist durch den Pfeil 13 angedeutet. In der Ansaugleitung 5 kann das Luft-Brenngas-Gemisch mit der aus dem Luftfilter 3 kommenden Ladeluft vermischt werden. Dabei kann sowohl die Ladeluft, das Luft-Brenngas-Gemisch als auch ein Gemisch aus Ladeluft und Luft-Brenngas-Gemisch allgemein als ein Gasgemisch bezeichnet werden. In der Ansaugleitung 5 wird das Gasgemisch vom Verdichter 4 angesaugt und in diesem Verdichter 4 wieder verdichtet, so dass das verdichtete Gasgemisch über die Leitungen 7 und 8 schließlich wieder in den Motor 2 gelangt. Diese Bewegungsrichtung des Gasgemischs wird durch den Pfeil 12 angedeutet.
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Befindet sich jedoch der Motor 2 im Leerlaufbetrieb oder befindet sich der Motor 2 im Startbetrieb, so besitzt der Motor 2 einen deutlich höheren Ansaugwiderstand. Dieser höhere Ansaugwiderstand führt dazu, dass Schmieröl aus den Lager des Abgasturboladers in das Gasgemisch angesaugt wird und so in den Motor 2 gelangt und dort verbrannt wird. Letztendlich wird dadurch die Lebensdauer des Motors 2 deutlich verringert.
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Um dies zu verhindern, ist an der Rückführungsleitung 10 ein Stellglied 11 angeordnet, mit dem die Rückführungsleitung 10 geöffnet bzw. geschlossen werden kann. Dadurch kann die Rückführungsleitung 10 derart eingestellt werden, dass das Gasgemisch über diese Rückführungsleitung 10 direkt in den Motor 2 gelangt, ohne vorher den Verdichter 4 passieren zu müssen. Das Gasgemisch wird somit direkt vom Motor 2 angesaugt und nicht mehr von dem Verdichter 4. Dabei kann in der Rückführungsleitung 10 eine Absperrvorrichtung 15 vorgesehen werden, die mittels des Stellglieds 11 verstellt werden kann. Bei dieser Absperrvorrichtung 15 kann es sich beispielsweise um ein Ventil, zum Beispiel um ein Zweiwegeventil, handeln. Befindet sich die Absperrvorrichtung 15 somit in einer ersten Stellung, so gelangt das Gasgemisch über die Rückführungsleitung 10 direkt in den Motor 2. Die Bewegungsrichtung des Gasgemischs im Leerlauf bzw. beim Starten des Motors ist durch den Pfeil 14 angedeutet. Ist der Startvorgang des Motors 2 oder der Leerlaufbetrieb beendet, so wird die Absperrvorrichtung 15 mittels des Stellglieds 11 wieder in eine Grundstellung (zweite Stellung) gebracht, so dass das Gasgemisch wieder vom Motor 2 in die Ansaugleitung 5 gelangen kann (Bewegungspfeil 13).
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Dadurch dass zumindest ein erheblicher Teil an Ladeluft und/oder an dem Luft-Brenngas-Gemisch während des Startvorgangs bzw. des Leerlaufbetriebs direkt in den Motor 2 geführt wird, verringert sich der Ansaugwiderstand des Motors 2 erheblich. Durch Verringerung des Ansaugwiderstands wird der Unterdruck im Gasgemisch deutlich verringert, so dass kein Schmieröl aus den Lager des Abgasturboladers in das Gasgemisch angesaugt wird. Dadurch können verbesserte Abgasemissionswerte erhalten und die Lebensdauer des Motors 2 deutlich verlängert werden.
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Von Vorteil ist, dass keine zusätzlichen Bauteile notwendig sind, da lediglich eine Rückführungsleitung mit einem Stellglied bereitgestellt werden muss, mit den die Zufuhr an Gasgemisch in den Motor (im Leerlaufbetrieb oder im Startbetrieb) oder die Zurückführung des Gasgemischs aus dem Motor in die Ansaugleitung (Normalbetrieb) geregelt werden kann. Da das Stellglied mittels Software gesteuert wird, handelt es sich um eine sehr preiswerte Lösung, da der Abgasturbolader bzw. der Motor nicht umgebaut werden muss, um den Ansaugwiderstand zu verringern. Vorteilhaft ist auch, dass der Abgasturbolader während des Startvorgangs bereits angedreht werden kann, ohne dass die Menge an Abgas bereits den dafür erforderlichen Grenzwert erreicht oder überschritten hat.
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2 zeigt einen Ablaufplan eines Verfahrens zur Zuführung eines Gasgemischs, das heißt von Ladeluft und/oder von einem Luft-Brenngas-Gemisch, bei einem Startvorgang des Motors der Vorrichtung. Die Zuführung des Gasgemischs in den Motor der Vorrichtung gemäß der 1 umfasst dabei folgende aufeinanderfolgende Schritte:
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Schritt 1: Mittels eines Stellglieds wird eine in der Rückführungsleitung angeordnete Absperrvorrichtung, zum Beispiel ein Ventil, derart eingestellt, dass ein Gasgemisch von der Ansaugleitung über die Rückführungsleitung in den Motor gelangt, ohne dass das Gasgemisch den Verdichter passieren muss.
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Schritt 2: Es wird ermittelt, ob ein bestimmter Grenzwert für den Druck des Gasgemischs überschritten wurde und/oder ein bestimmter Grenzwert für die Drehzahl des Motors überschritten wurde.
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Schritt 3: Nach Überschreiten des entsprechenden Grenzwertes wird die Absperrvorrichtung mittels des Stellglieds derart eingestellt, dass das Gasgemisch wieder von dem Motor über die Rückführungsleitung in die Ansaugleitung zurückgeführt werden kann.
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Vor dem Schritt 1 wird geprüft, ob der Motor, zum Beispiel ein Gasmotor, überhaupt gestartet wurde (Motorstart initiiert?). Wurde der Motor nicht gestartet, so wird das Verfahren abgebrochen. Ist der Motor gestartet worden, so wird in dem ersten Schritt (Schritt 1) mittels des Stellglieds (Stellglied = AN) eine in der Rückführungsleitung angeordnete Absperrvorrichtung, zum Beispiel ein Ventil, derart eingestellt, dass das Gasgemisch direkt in den Motor gelangen kann, ohne den Verdichter passieren zu müssen. Anschließend wird überprüft, ob durch Verstellen der Absperrvorrichtung die Rückführungsleitung tatsächlich für das Gasgemisch in dieser Richtung geöffnet ist und es erfolgt eine Rückmeldung an das Stellglied. Ist die Absperrvorrichtung nicht derart eingestellt, d. h. ist die Rückführungsleitung in dieser Richtung nicht geöffnet, so erfolgt eine Fehlermeldung und das Verfahren wird beendet. Es ist jedoch auch möglich, dass das Verfahren in diesem Stadium nicht beendet wird, sondern dass ein Ersatzprogramm gestartet wird und das Stellglied über dieses Ersatzprogramm gesteuert wird. Ist die Rückführungsleitung geöffnet, so wird überprüft (Schritt 2, erste Alternative), ob der Druck p des Gasgemisch, das heißt der Druck der Ladeluft und/oder der Druck des Luft-Brenngas-Gemischs, im Abgasturbolader einen bestimmten Grenzwert überschritten hat (pGas > Grenzwert?). Ist dies der Fall, d. h. wurde ein bestimmter Grenzwert überschritten, so wird der Startvorgang beendet. Alternativ kann überprüft werden (Schritt 2, zweite Alternative), ob die Drehzahl des Motors einen bestimmten Grenzwert überschritten hat (nMOT > Grenzwert?). In diesem Fall wird der Startvorgang ebenfalls beendet. Es ist jedoch auch möglich, dass überprüft wird, ob sowohl der Druck der Ladeluft als auch die Drehzahl des Motors einen bestimmten Grenzwert überschritten haben (Schritt 2, dritte Alternative). Die Überprüfung, ob diese Grenzwerte überschritten sind oder nicht, kann durch entsprechende Sensoren geschehen. Dabei erfolgt eine Überprüfung des entsprechenden Grenzwertes so lange, bis dieser überschritten wurde. Der Startvorgang wird beendet, wenn zumindest einer dieser Grenzwerte überschritten wurde. Anschließend wird mittels des Stellglieds die Absperrvorrichtung der Rückführungsleitung wieder derart eingestellt, dass das Gasgemisch über die Rückführungsleitung wieder vom Motor zurück in die Ansaugleitung geführt werden kann. Das Stellglied ist somit wieder in den Regelungsbetrieb (Schritt 3) überführt und das Verfahren ist beendet.
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In 3 ist ein Ablaufplan eines Verfahrens zur Zuführung eines Gasgemischs bei einem Leerlaufbetrieb des Motors gezeigt. Wie in 3 zu erkennen ist, unterscheidet sich das Verfahren zum Zuführen des Gasgemisch in einem Leerlaufbetrieb des Motors von dem in 2 gezeigten Verfahren nur dadurch, dass anstelle einer Überprüfung eines Motorstarts, überprüft wird, ob sich der Motor im Leerlauf befindet. Damit umfasst das Verfahren folgende aufeinanderfolgende Schritte:
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Schritt 1: Mittels eines Stellglieds wird eine in der Rückführungsleitung angeordnete Absperrvorrichtung derart eingestellt, dass ein Gasgemisch von der Ansaugleitung über die Rückführungsleitung in den Motor gelangt, ohne dass das Gasgemisch den Verdichter passieren muss.
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Schritt 2: Es wird ermittelt, ob ein bestimmter Grenzwert für den Druck des Gasgemischs überschritten wurde und/oder ein bestimmter Grenzwert für die Drehzahl des Motors überschritten wurde.
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Schritt 3: Nach Überschreiten des entsprechenden Grenzwertes wird die Absperrvorrichtung mittels des Stellglieds derart eingestellt, dass das Gasgemisch wieder von dem Motor über die Rückführungsleitung in die Ansaugleitung zurückgeführt werden kann.
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Befindet sich der Motor im Leerlauf und wurde mittels des Stellglieds die Absperrvorrichtung derart verstellt (Stellglied = AN), dass das Gasgemisch von der Ansaugleitung über die Rückführungsleitung in den Motor gelangt, ohne dass das Gasgemisch den Verdichter passieren muss, so erfolgt eine Rückmeldung an das Stellglied. Falls die Rückführungsleitung in dieser Richtung offen ist und das Gasgemisch direkt in den Motor gelangen kann, so erfolgt keine Fehleranzeige und das Verfahren wird nicht beendet bzw. ein Ersatzprogramm wird nicht gestartet. Ist ein bestimmter Grenzwert für den Druck des Gasgemischs (pGas > Grenzwert?) im Abgasturbolader und/oder ein bestimmter Grenzwert für die Drehzahl des Motors (nMOT > Grenzwert?) überschritten, so ist der Leerlaufbetrieb beendet und die Absperrvorrichtung wird durch das Stellglied wieder derart verstellt, dass das Gasgemisch nicht mehr durch die Rückführungsleitung in den Motor gelangen kann sondern über den Verdichter in den Motor geführt wird. Das Stellglied wieder damit wieder in den Regelungsbetrieb überführt und das Verfahren ist beendet. Nach Beendigung des Verfahrens kann das Gasgemisch deshalb wieder von dem Motor über die Rückführungsleitung in die Ansaugleitung zurückgeführt werden. In der Ansaugleitung wird das Gasgemisch dann vom Verdichter angesaugt und dort verdichtet. Dieses verdichtete Gasgemisch gelangt sodann über den Ladeluftkühler in den Brennraum des Motors, wo das Gasgemisch verbrannt wird.
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Das Verfahren zur Beförderung des Gasgemischs in den Motor über die Rückführungsleitung kann somit im Leerlauf sowie beim Startvorgang des Motors durchgeführt werden. Gerade im Leerlauf und Teillastbereichen aber auch beim Starten des Motors können somit Fehlzündungen oder Klopfen vermieden werden. Das Verfahren führt deshalb zu verbesserten Abgasemissionswerten.
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Ferner werden die Motorbauteile einer geringeren Belastung ausgesetzt, was wiederum dazu führt, dass die Lebensdauer des Motors verlängert wird.
