DE10211166A1

DE10211166A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10211166A1
Application number: DE2002111166
Authority: DE
Inventors: Frank Schwabe
Original assignee: Alpina Burkard Bovensiepen GmbH and Co KG
Current assignee: Alpina Burkard Bovensiepen GmbH and Co KG
Priority date: 2002-03-14
Filing date: 2002-03-14
Publication date: 2003-09-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem mechanisch angetriebenen Lader und einem dem Lader nachgeordneten Ladeluftkühler, der auslaßseitig mit dem Saugrohrsystem der Brennkraftmaschine verbunden ist, wobei der Lader als ein von der Kurbelwelle angetriebener mechanischer Kompressor (5) ausgebildet ist, dessen Eingang über eine Drosselklappe (6) mit dem Luftfiltergehäuse (8) und dessen Ausgang über einen Ladeluftkühler (4) und eine Drosselklappe (3) mit dem Saugrohrsystem (2) verbunden ist. DOLLAR A Die Zuführung der Verbrennungsluft erfolgt in allen Lastbereichen über den mechanisch angetriebenen Kompressor (5), wobei Druck und Volumenstrom durch eine vor und eine nach dem Kompressor (5) angeordnete Drosselklappe (6), (3) einstellbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem mechanisch direkt von der Brennkraftmaschine angetriebenen Lader und einer variablen Ventilsteuerung.
Neue Motoren-Generationen weisen keine Drosselklappen mehr auf. Die Drosselklappe, im Ansaugtrakt eingebaut, bestimmt mit ihrer Öffnung das Volumen an Luft bzw. zündfähigem Gemisch, daß in den Zylinder gelangt. Über das Gaspedal regelt der Fahrer normalerweise die Stellung der Drosselklappe. Deren Funktion wird durch eine variable Ventilsteuerung, die auf das Einlaßventil wirkt, übernommen. Das Einlaßventil wird nicht starr von der Nockenwelle angetrieben, sondern mittels Exzenterwelle und Zwischenhebel. Bei Betätigung des Gaspedals wird die Exzenterwelle verdreht und der Zwischenhebel überträgt die Drehung der Nocken, abhängig von der Stellung dieser Welle, auf das Ventil. Bei wenig Gas hat das Ventil auch nur wenig Hub, bei Vollgas öffnet das Ventil weiter. Der Ventilhub ist variabel.

Aus der DE 198 40 616 C1 ist eine Brennkraftmaschine in V-Bauweise mit einem mechanisch angetriebenen Lader bekannt, bei dem Lader und. Ladeluftkühler eine vormontierte Baueinheit bilden und diese zwischen den Zylinderbänken der Brennkraftmaschine angeordnet sind.

Der Luftsammler liegt in der Mitte zwischen beiden Zylinderbänken, so daß die Zylinder beider Zylinderbänke von einem einzigen gemeinsamen Luftsammler mit Ladedruck versorgt werden. Durch den zentralen Luftsammler und die kurzen Saugrohre werden Reibungsverluste und Strömung minimiert und die Dynamik des Systems positiv beeinflußt, das Ansprechverhalten des Aufladesystems ist verbessert.

Vor der Luftzufuhrleitung verzweigt stromauf des Laders ein Bypass zum Luftsammler, wobei der Bypass über ein Absperrventil zu öffnen und zu schließen ist. In geöffneter Stellung wird die Luft direkt unter Atmosphärendruck in den Luftsammler geführt. Das Öffnen des Bypasses erfolgt mittels einer Steuereinrichtung, wenn die Brennkraftmaschine im niedrigen Lastbereich läuft.

Ein Verbrennungsmotoren-Ansaugsystem ist aus der DE 41 03 870 C2 bekannt, Diese weist eine Ansaugpassage auf, die ausgehend von einem stromaufwärtigen Ansaugpassagenende eine Drosselklappe, einen Kompressionsauflader und einen Zwischenkühler umfaßt, um von dem Kompressionsauflader abgegebene, aufgeladene Luft im Zylinder eines Verbrennungsmotors zu fördern, wobei eine Bypasspassage vorgesehen ist, die von der Ansaugpassage stromaufwärts von dem Auflader abzweigt und an die Ansaugpassage stromabwärts von dem Zwischenkühler angeschlossen ist, um den Auflader und den Zwischenkühler mit Ansaugluft zu umgeben, sowie eine Ventileinrichtung zum Öffnen und Schließen der Bypasspassage, mit einer Steuereinrichtung, um die Ventileinrichtung zu veranlassen, die Bypasspassage zu öffnen, wenn der Verbrennungsmotor in einem niedrigen Lastbereich läuft. Eine erste Bypasspassage umgeht den Kompressionsauflader und eine zweite Bypasspassage umgeht den Zwischenkühler, wobei zumindest die Auflader-Bypasspassage geöffnet wird, wenn der Verbrennungsmotor in einem mittleren Lastbereich läuft und beide Passagen geschlossen sind, wenn der Verbrennungsmotor in einem höheren Lastbereich läuft.

Diese Systeme sind für Brennkraftmaschinen mit variabler Ventilsteuerung, bei denen das Einlaßventil mittels Ventilsteuerung die dem Zylinder zuzuführende Luftmenge steuert, nicht oder nur bedingt geeignet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei Brennkraftmaschinen mit variabler Ventilsteuerung einen mechanisch angetriebenen Lader vorzusehen, der neben dem sicheren Erreichen der Nennleistung einen entsprechenden Ladedruckaufbau bei niedrigen Drehzahlen erreicht. Ziel ist ein früher Ladedruckaufbau, ein harmonischer Druck- und damit stetiger Drehmomentenverlauf über Drehzahl und Gaspedalstellung, wobei das Gaspedal die Einlaßventilbewegung und/oder den Ladedruck beeinflußt, sowie ein möglichst hoher Gesamtwirkungsgrad im gesamten Kennfeld.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die der Brennkraftmaschine zuzuführende Verbrennungsluft in allen Lastbereichen über den mechanisch angetriebenen Lader erfolgt, wobei Druck und Volumenstrom durch eine vor und eine nach dem Lader angeordnete Drosselklappe einstellbar sind.

Die Drosselklappen sind in Abhängigkeit von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ansteuerbar, und nicht wie bei den vorbekannten Brennkraftmaschinen durch das Gaspedal.

Im Teillastbereich regelt ein erster Regelkreis mit dem Stellglied (Drosselklappe vor Kompressor) den Druck vor der Saugrohrdrosselklappe auf Umgebungsdruck. Ein zweiter Regler stellt die Drosselklappe vor Saugrohrsystem so, daß der Saugrohrdruck um 50 mbar unter dem Umgebungsdruck liegt. Unter diesen Bedingungen wird das Fahrerwunschmoment über die variable Ventilsteuerung (Veränderung des Einlaßventilhubes) eingestellt und die Tank- wie auch die Kurbelgehäuseentlüftung über das Saugrohr realisiert. Der angedrosselte Kompressor arbeitet mit geringstmöglichen Verlusten, in dem der Luftmassenstrom genau dem Motorschluckvermögen entspricht.

Das Druckverhältnis ist nur geringfügig größer 1, um die Leitungsverluste auszugleichen, wenn der Druck vor der Drosselklappe vor Saugrohrsystem gleich dem Umgebungsdruck sein soll.

Im Vollastbereich, wenn der maximal mögliche Einlaßventilhub erreicht ist, kann das Fahrerwunschmoment nur durch Erhöhung des Druckes vor der Drosselklappe vor Saugrohrsystem erreicht werden. In diesem Fall wird das Fahrerwunschmoment in einen Soll-Luftmassenstrom und weiter in einen Soll-Ladedruck (Druck vor der Drosselklappe vor Saugrohrsystem gleich Saugrohrdruck größer Umgebungsdruck) überführt und vom Regelkreis mit dem Stellglied (Drosselklappe vor Kompressor) eingestellt. Die Drosselklappe vor Saugrohrsystem ist dabei voll geöffnet. Bei Überdruck im Saugrohrsystem sorgt ein druckabhängiges Umschaltsystem für die Umleitung der Regenerierungsluft (Tankentlüftung) bzw. Blow By (Kurbelgehäuseentlüftung) vor den Kompressor.

Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher beschrieben werden.

Die Fig. 1 zeigt das Luftführungskonzept an einer V8-Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine 1 ist mit einer variablen Ventilsteuerung ausgelegt; das heißt, im Hub und in der Steuerzeit verstellbare Einlaßventile ersetzen hier die herkömmlichen Luft- oder Gemischeinlaß steuernde Drosselklappen.

Die Brennkraftmaschine 1 weist einen mechanisch, beispielsweise über Zahnriemen, von der Kurbelwelle angetriebenen Kompressor 5 auf, der die Verbrennungsluft auf einen erhöhten Ladedruck verdichtet, welcher über das Saugrohrsystem 2 dem Einlaß der Zylinder zugeführt wird.

Nach der Verdichtung im Kompressor 5 wird Ladeluft einem Ladeluftkühler 4 zugeführt. Am Eingang des Saugrohrsystems 2 ist eine Drosselklappe 3 angeordnet. Der mechanisch angetriebene Kompressor 5 ist über eine Leitung, in der eine Drosselklappe 6 und ein Luftmassenmesser 7 eingesetzt sind, mit dem Luftfiltergehäuse 8 verbunden. Am Eingang des Luftfiltergehäuses 8 liegt der Umgebungsdruck (pu) an.

Mit dem Gaspedal regelt der Fahrer den Einlaßventilhub. Bei wenig Gas hat das Einlaßventil auch nur wenig Öffnungshub; bei Vollgas öffnet das Einlaßventil dagegen weiter bis hin zum maximal möglichen Hub.

In Abhängigkeit von den Laststufen und den entsprechenden Betriebsparametern der Brennkraftmaschine werden die Öffnungsbereiche der Drosselklappen 3 vor Saugrohrsystem 2 und Drosselklappe 6 vor Kompressor 5 geregelt. Jede der Drosselklappen 3 und 6 weist einen Regelkreis auf.

Im Teillastbereich regelt der erste Regelkreis über den Öffnungsgrad der Drosselklappe 6 vor Kompressor 5 den Druck pvdkvs vor der Drosselklappe 3 auf Umgebungsdruck pu. Der zweite Regelkreis regelt den Öffnungsgrad der Drosselklappe 3 vor dem Saugrohrsystem 2 derart, daß der Saugrohrdruck ps um 50 mbar unter dem Umgebungsdruck pu liegt.

Unter diesen Bedingungen wird das Fahrerwunschmoment über die variable Ventilsteuerung - Einstellung des Einlaßventilhubes - eingestellt und die Tank- und Kurbelgehäuseentlüftung über das Saugrohr realisiert.

Der Kompressor 5 arbeitet im angedrosselten Zustand mit geringstmöglichen Verlusten. Der geförderte Luftmassenstrom entspricht genau dem Motorschluckvermögen. Dabei ist das Druckverhältnis zwischen dem Druck vor Saugrohrdrosselklappe pvdkvs und Umgebungsdruck pu nur geringfügig > 1. Dadurch ist es möglich, Leitungsverluste auszugleichen, wenn der Druck pvdkvs gleich dem Druck pu sein soll.

Erreicht der Einlaßventilhub seine maximale Höhe, wird der Vollastzustand erreicht. In diesem Zustand kann eine Erhöhung des Fahrerwunschmomentes nur durch eine Erhöhung des Drucks pvdkvs vor der Drosselklappe 3 vor Saugrohrsystem 2 erreicht werden. In diesem Fall wird das Fahrerwunschmoment in einen Soll-Luftmassenstrom und weiter in einen Soll-Ladedruck unter der Bedingung - Druck pvdkvs ist gleich dem Saugrohrdruck, aber größer als der Umgebungsdruck pu - überführt. Vom ersten Regelkreis wird nun der Öffnungsgrad der Drosselklappe 6 vor Kompressor 5 eingestellt. Die Drosselklappe 3 vor Saugrohrsystem 2 ist dabei voll geöffnet.

Bei Überdruck im Saugrohr sorgt ein druckabhängiges Umschaltsystem für die Regenerierungsluft - Tank- und Kurbelgehäuseentlüftung vor dem Kompressor.

Die Drosselklappen 3 und 6 steuern die Zufuhr der Verbrennungsluft zur Brennkraftmaschine in allen Lastbereichen über den Kompressor 5 und den Ladeluftkühler 4, ohne daß Umgehungsleitungen (Bypass) und Steuerungsmechanismen dafür vorhanden sein müssen.

Diese werden nicht, wie bei anderen Brennkraftmaschinen üblich, vom Gaspedal angesteuert. Bezugszeichenaufstellung 1 Brennkraftmaschine
2 Saugrohrsystem
3 Drosselklappe
4 Ladeluftkühler
5 Kompressor
6 Drosselklappe
7 Luftmassenmesser
8 Luftfiltergehäuse
pu Umgebungsdruck
ps Saugrohrdruck
pvdkvs Druck vor Saugrohrdrosselklappe 3

Claims

1. Brennkraftmaschine mit einem mechanisch angetriebenen Lader und einem dem Lader nachgeordneten Ladeluftkühler, der auslaßseitig mit dem Saugrohrsystem der Brennkraftmaschine verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Lader als ein von der Kurbelwelle angetriebener mechanischer Kompressor (5) ausgebildet ist, dessen Eingang über eine Drosselklappe (6) mit dem Luftfiltergehäuse (8) und dessen Ausgang über einen Ladeluftkühler (4) und eine Drosselklappe (3) mit dem Saugrohrsystem (2) verbunden ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der Verbrennungsluft in allen Lastbereichen über den mechanisch angetriebenen Kompressor (5) erfolgt, wobei Druck und Volumenstrom durch eine vor und eine nach dem Kompressor (5) angeordnete Drosselklappe (6), (3) einstellbar sind.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappen (3) und (6) in Abhängigkeit von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine (1) ansteuerbar sind.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Drosselklappen (3) und (6) einen Regelkreis aufweisen.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Teillastbereich der Kompressor (5) durch verkleinern des Öffnungsgrades der Drosselklappen (3) und (6) drosselbar ist, wobei der zuzuführende Luftmassenstrom genau dem Motorschluckvermögen entspricht.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Vollastbereich bei voll geöffneter Drosselklappe (3) der Ladedruck über den Öffnungsgrad der Drosselklappe (6) vor Kompressor (5) einstellbar ist.

7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Vollastzustand das Fahrerwunschmoment in einen Solluftmassenstrom und weiter in einen Solladedruck überführt wird.

8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein druckabhängiges Umschaltsystem angeordnet ist, das bei Saugrohrüberdruck eine Umleitung der Tank- und Kurbelgehäuseentlüftung vor den Kompressor (5) vornimmt.