DE19928523A1 - Ottomotor sowie Verfahren zum Betreiben eines Ottomotors - Google Patents

Ottomotor sowie Verfahren zum Betreiben eines Ottomotors

Info

Publication number
DE19928523A1
DE19928523A1 DE19928523A DE19928523A DE19928523A1 DE 19928523 A1 DE19928523 A1 DE 19928523A1 DE 19928523 A DE19928523 A DE 19928523A DE 19928523 A DE19928523 A DE 19928523A DE 19928523 A1 DE19928523 A1 DE 19928523A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
compressor
engine
recirculation valve
exhaust gas
air recirculation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE19928523A
Other languages
English (en)
Inventor
Juergen Hagmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HAGMANN GmbH
Original Assignee
HAGMANN GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HAGMANN GmbH filed Critical HAGMANN GmbH
Priority to DE19928523A priority Critical patent/DE19928523A1/de
Publication of DE19928523A1 publication Critical patent/DE19928523A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/44Passages conducting the charge from the pump to the engine inlet, e.g. reservoirs
    • F02B33/446Passages conducting the charge from the pump to the engine inlet, e.g. reservoirs having valves for admission of atmospheric air to engine, e.g. at starting
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/32Engines with pumps other than of reciprocating-piston type
    • F02B33/34Engines with pumps other than of reciprocating-piston type with rotary pumps
    • F02B33/36Engines with pumps other than of reciprocating-piston type with rotary pumps of positive-displacement type
    • F02B33/38Engines with pumps other than of reciprocating-piston type with rotary pumps of positive-displacement type of Roots type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/04Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/16Control of the pumps by bypassing charging air
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ottomotor, welcher einen Kompressor und einen Abgasturbolader aufweist, welche in Reihenschaltung zueinander angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Ansaugseite des Kompressors mit der Verdichterseite des Abgasturboladers verbunden ist und zwischen der Ansaugseite des Kompressors (Kompressoreingang) und der Druckseite des Kompressors (Kompressorausgang) ein Umluftventil vorgesehen ist, dessen Öffnungsgrad stufenlos einstellbar ist und daß ferner eine elektronische Steuer- und Regeleinheit zur Steuerung des Öffnungsgrades des Umluftventils in Abhängigkeit von Motorleistung und Motorlast vorgesehen ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Ottomotors, bei welchem der Öffnungsgrad des Umluftventils in Abhängigkeit von Motorleistung und Motorlast stufenlos eingestellt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ottomotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Ottomotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
Bei modernen PKW-Ottomotoren wird unter anderem der Reduzierung von CO2 und anderen Schadstoffen bei der motorischen, aber auch allgemeinen Verbrennung und der Senkung des Kraftstoffverbrauchs immer größeres Gewicht beigemessen. Dies ist neben anderen Maßnahmen verantwortlich, daß die heutigen PKW-Ottomotoren immer kleinere Hubraumvolumina aufweisen. Mit einer Hubraumverkleinerung geht aber normalerweise auch eine Leistungsverminderung des Motors einher. Um aber dennoch ansprechende Motorleistungen realisieren zu können, gewinnt die zwangsweise Aufladung dieser Motoren immer mehr an Bedeutung und wird nicht nur einigen we­ nigen Sondermodellen vorbehalten bleiben. Zur Aufladung kommen mechanische, vom Motor an­ getriebene Kompressoren oder vom Abgas des Motors angetriebene thermodynamisch arbeitende Turbolader zum Einsatz.
Sowohl die Verwendung von Kompressoren als auch von Abgasturboladern zur Aufladung von PKW-Ottomotoren hat jeweils spezifische Vor- und Nachteile. Der mechanisch angetriebene Kom­ pressor arbeitet schon ab Leerlauf, d. h. schon bei niedrigen Drehzahlen, mit zufriedenstellendem Aufladegrad, und im instationären, dynamischen Fahrbetrieb weist der Kompressor nur geringe Ver­ zögerungen beim Ladedruckaufbau und reagiert somit spontan und unmittelbar auf die vom Fahrer angeforderte Motorleistung. Der Kompressor arbeitet jedoch mit schlechtem Wirkungsgrad, da et­ wa 30% der durch die Aufladung erzielten Mehrleistung zum Antrieb des Kompressors benötigt werden, und der Ladeüberdruck steht nur in begrenzter Höhe zur Verfügung; dies gilt speziell bei hoher Motordrehzahl. Der Abgasturbolader hingegen arbeitet mit der typischen Charakteristik von Gasturbinen. Er weist im stationären Betrieb einen hohen Wirkungsgrad auf, da nur ein Bruchteil der erzielten Mehrleistung für den Antrieb benötigt wird, und es kann ein hoher Ladeüberdruck er­ zielt werden. Bei niedrigen Motordrehzahlen und/oder niedriger Motorlast wird aber nur ein schlechter Wirkungsgrad erzielt. Im instationären, dynamischen Fahrbetrieb wird der Ladedruck nur mit spürbarer Verzögerung aufgebaut.
Da mit einem Abgasturbolader bei niedriger Motordrehzahl überhaupt keine oder nur eine geringe Aufladung stattfindet, leidet aber auch der Gesamtwirkungsgrad des Motors. Der Kraftstoffver­ brauch steigt zudem in diesen Betriebsbereichen im Vergleich zu einem nicht aufgeladenen Motor unverhältnismäßig stark an, da Turbomotoren niedrigere geometrische Verdichtungsverhältnisse erfordern und einen erhöhten Abgasgegendruck erzeugen. Dies macht sich vor allem im Leerlauf und im Stadtverkehr bemerkbar. Moderne PKW-Ottomotoren mit Abgasturbolader arbeiten daher mit kleinen Abgasturbinen, um diese Nachteile auszugleichen. Kleine Abgasturbinen erzeugen aber bei hohen Lastdrehzahlverhältnissen einen sehr hohen Abgasgegendruck mit all den damit einher­ gehenden bekannten Nachteilen, insbesondere einer verringerten Motorleistung.
Von der Firma Lancia ist das für den Straßenverkehr zugelassene Rennfahrzeug Lancia Delta S4 be­ kannt, dessen Motor sowohl einen nach dem Roots-Prinzip arbeitenden Verdrängerkompressor als auch einen Abgasturbolader aufweist. Bei niedrigen Drehzahlen arbeitet nur der Kompressor. Bei höheren Drehzahlen wird der Kompressor abgeschaltet und der Abgasturbolader zugeschaltet. Die Umschaltung vom Kompressorbetrieb zum Abgasturboladerbetrieb dieses Motors wird über eine einfache mechanische Steuerung geregelt, wobei mechanische Ventile zum Einsatz kommen, die mittels Überdruck bzw. Unterdruck angesteuert werden. Diese mechanische Steuerung ist störan­ fällig und im heutigen Straßenverkehr nicht mehr zeitgemäß.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Ottomotor und ein Verfahren zum Betreiben eines Otto­ motors bereitzustellen, welche die beschriebenen Nachteile nicht aufweisen und die Vorteile der Kompressoraufladung mit den Vorteilen der Abgasturboaufladung vereinigt.
Die Lösung besteht in einem Ottomotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie in einem Ver­ fahren zum Betreiben eines Ottomotors mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, daß die Ansaugseite des Kompressors mit der Verdichterseite des Abgasturbola­ ders verbunden ist und zwischen der Ansaugseite des Kompressors (Kompressoreingang) und der Druckseite des Kompressors (Kompressorausgang) ein Umluftventil vorgesehen ist, dessen Öff­ nungsgrad stufenlos einstellbar ist und daß ferner eine elektronische Steuer- und Regeleinheit zur Steuerung des Öffnungsgrades des Umluftventils in Abhängigkeit von Motordrehzahl und Motorlast vorgesehen ist. Der Öffnungsgrad des Umluftventils wird je nach Motordrehzahl und Motorlast stufenlos geregelt.
Das erfindungsgemäße Zusammenwirken von mechanischem Kompressor und Abgasturbolader kann die jeweiligen Nachteile der einzelnen Systeme nahezu vollständig eliminieren. Mit der erfin­ dungsgemäßen Steuerung oder Regelung wird die angesaugte und verdichtete Verbrennungsluft dem Motor zugeführt, und die einzelnen Aufladegeräte werden zu- oder abgeschaltet. Wenn der Abgasturbolader zugeschaltet wird, wird der Kompressor nicht abgeschaltet, sondern läuft mecha­ nisch mit, liefert aber keinen Ladedruck mehr. Durch das zwischen Kompressoransaugseite und Kompressordruckseite vorgesehene Umluftventil kann die Regelung beider Aufladesysteme über das gesamte Lastdrehzahl-Kollektiv mittels eines vorher definierten Kennfeldes stufenlos gesteuert werden, wobei der Ladedruck auf einen konstanten Wert, bspw. 0,8 bar, festgelegt wird. Das Um­ luftventil regelt die Förderleistung des Kompressors, indem es im geschlossenen System die Druck­ verhältnisse an Kompressoreingang und Kompressorausgang in Abhängigkeit von Motordrehzahl und Motorlast stufenlos einstellt. Als Steuergröße zur Regelung des Öffnungsgrades des Umluft­ ventils dient ein von dem Steuergerät aufbereitetes Lastsignal, welches zusammen mit der Mo­ tordrehzahl das Kennfeld bzgl. des Öffnungsgrades des Umluftventils darstellt. Der Ladeüberdruck im Motorsaugtrakt entspricht immer der Summe aus den jeweiligen Einzelladedrücken, die vom Kompressor und vom Abgasturbolader erzeugt werden.
Auf diese Weise kann ein konstanter Ladedruck erzeugt werden, der in Abhängigkeit von der Mo­ torlast und der Motordrehzahl entweder allein vom Abgasturbolader oder allein vom Kompressor oder von beiden Aufladegeräten gemeinsam erzeugt wird. Somit kann bei allen denkbaren äußeren Bedingungen immer eine befriedigende Motorleistung angeboten werden, wobei der Ladedruck stets ohne merkliche Verzögerung aufgebaut wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Das Umluftventil kann bspw. in Form einer Drosselklappe realisiert sein. Die Auswerte- und Regelelektronik des Umluftventils kann entweder direkter Bestandteil der Fahrzeuggemischaufbereitung oder separat vorgesehen sein.
Als Kompressor kommt vorzugsweise ein Verdrängerkompressor zur Anwendung. Im inneren eines solchen Kompressors wird kein Innendruck erzeugt. Da die Innenverdichtung fehlt, wird diesbezüg­ lich auch keine Arbeit geleistet. Daraus resultiert ein Spareffekt, der sich in einer höheren Motor­ leistung bzw. in einem geringeren Treibstoffverbrauch niederschlägt. Geeignet ist bspw. ein nach dem Roots-Prinzip arbeitender Verdrängerkompressor.
Im Abgasstrang des Motors kann ferner ein sog. Wastegate, d. h. ein Abgasbypassventil, angeordnet sein, mit dem der Ladedruck im Ansaugrohr auf der Motoreinlaßseite begrenzt werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ottomotors;
Fig. 2 eine graphische Darstellung des Öffnungsgrades des Umluftventils in Abhängigkeit von der Motorlast für verschiedene Drehzahlen und einen Ladedruck von 0,8 bar (const.) in einem erfindungsgemäßen Ottomotor bei reiner Kompressoraufladung;
Fig. 3 eine graphische Darstellung analog Fig. 2 für einen erfindungsgemäßen Ottomotor mit kombinierter Aufladung durch Kompressor und Abgasturbolader.
Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Ottomotors. Die verwendeten Abkürzungen haben die folgende Bedeutung:
LUFI = Ansaugluftfilter
LMM = Luftmassenmesser
ULK = Umluftventil
ATL = Abgasturbolader
KOMP = Kompressor
KAT = Abgaskatalysator
WG = Wastegate (Abgasbypassventil)
LLK = Ladeluftkühler
DK = Drosselklappe Motor
Aus der Prinzipskizze ist ersichtlich, daß im erfindungsgemäßen Ottomotor 1 ein Kompressor 10 und ein Abgasturbolader 20 vorgesehen sind. Der Kompressor 10 wird in bekannter Weise mecha­ nisch mittels eines Riemenantriebs 3 über die Kurbelwelle 4 des Motors 2 angetrieben. Der Abga­ sturbolader 20 und der Kompressor 10 sind in Reihenschaltung miteinander verbunden, wobei die Ansaugseite 11 des Kompressors 10 mit der Verdichterseite 21 des Abgasturboladers 20 verbunden ist. Der Abgasturbolader 20 wird von dem vom Motor 2 erzeugten Abgas angetrieben und ist in üb­ licher, dem Fachmann bekannter Weise eingebaut und auf der Abgasseite 5 des Motors 2 angeord­ net. Er ist mit einem Ansaugrohr 6 verbunden, welches mit einem Ansaugluftfilter und einem Luft­ massenmesser versehen ist. Über das Ansaugrohr 6 wird Frischluft zur Verdichtung durch den Ab­ gasturbolader angesaugt. Dabei werden bekanntlich vier Zonen unterschieden, in denen ein unter­ schiedlicher Druck besteht. Im Ansaugrohr 6 besteht vor dem Abgasturbolader 20 der Druck P1, der dem Atmosphärendruck entspricht, während hinter dem Abgasturbolader der höhere Druck P2 herrscht, der dem vom Abgasturbolader erzeugten Ladedruck entspricht. Im Abgasstrang vor dem Abgasturbolader 20 herrscht hingegen der Druck P3 und vor dem Katalysator der Druck P4.
Der Abgasturbolader 20 arbeitet nach dem Prinzip des Schleudergebläses. Daher kann der Kom­ pressor 10 die von ihm angesaugte Luftmenge durch die Verdichterseite 21 des Abgasturboladers 20 beziehen, auch wenn das Gebläse des Abgasturboladers 20 still steht oder noch keinen bzw. nur einen geringen Ladedruck produziert. Umgekehrt könnte durch den mechanisch angetriebenen Kompressor 10 keine Luft angesaugt werden, da die Kompressorflügel oder -räder den Luftstrom bremsen bzw. bei stehendem Motor absperren, was den Motorstart unmöglich machen würde.
Zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Kompressors d. h. zwischen der Ansaugseite 11 und der Druckseite 12, ist ferner ein Umluftventil 30 angeordnet. Das Umluftventil 30 kann bspw. eine handelsübliche, durch einen Stellmotor bewegte und elektronisch gesteuerte Drosselklappe mit Aluminiumgehäuse sein, wie sie auch beim elektronischen Gaspedal zum Einsatz kommt. Es wird bevorzugt ein Verdrängerkompressor verwendet, bpsw. ein Verdrängkerkompressor, der nach dem Roots-Prinzip arbeitet. Ein solcher Kompressor funktioniert als Verdrängerlader, d. h. ohne innere Verdichtung. Dieses System besitzt den Vorteil, daß bei geöffnetem Umluftventil und angetriebe­ nem Kompressor keine Verdichterarbeit anfällt.
Im Abgasstrang des Motors ist ferner ein sog. Wastegate 7, d. h. ein Abgasbypassventil, angeordnet, mittels dessen der Ladedruck im Ansaugrohr 6 auf der Motoreinlaßseite 8 begrenzt werden kann. Bei geöffnetem Umluftventil 30, d. h. wenn nur der Abgasturbolader 20 arbeitet, übernimmt das Wastegate die komplette Ladedruckregelung wie bei einem konventionellen Turbomotor. Schließ­ lich ist zwischen der Druckseite 12 des Kompressors 10 und dem Motor 2 noch eine übliche Dros­ selklappe vorgesehen.
Der Ladeüberdruck im Motorsaugtrakt 6 entspricht bei dieser erfindungsgemäßen Anordnung der Summe aus den jeweiligen Einzelladedrücken des Abgasturboladers 20 und des Kompressors 10. Das Umluftventil 30 regelt die Förderleistung des Kompressors 10, indem es im geschlossenen Sy­ stem die Druckverhältnisse an Kompressoreingang 11 und Kompressorausgang 12 in Abhängigkeit von Motordrehzahl und Motorlast stufenlos einstellt. Die Auswerte- und Regelelektronik des Um­ iuftventils 30 kann entweder direkter Bestandteil der Einspritz- und Zündanlage sein, wie sie bspw. in der sog. "Bosch-Motronic" verwirklicht ist oder separat vorgesehen sein. Als Steuergröße zur Re­ gelung des Öffnungsgrades des Umluftventils dient das von der Auswerte- und Regelelektronik aufbereitete Lastsignal, welches zusammen mit der Motordrehzahl das Kennfeld bzgl. des Öff­ nungsgrades des Umluftventils 30 darstellt.
Die Regelung des Öffnungsgrades des Umluftventils 30 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird im folgenden anhand von Beispielen zu diversen Motorbetriebsbereichen näher beschrieben.
Bei niedriger Motordrehzahl und niedriger Motorlast (bspw. im Leerlauf oder bei Fahrten im Stadt­ verkehr) ist das Umluftventil vollständig geöffnet. Der Kompressor produziert keinen Überdruck, da die Druckverhältnisse an Eingang und Ausgang des Kompressors identisch sind. Der abgasbetriebe­ ne Turbolader kann noch keinen Ladedruck erzeugen. Der Motor arbeitet im reinen Saugbetrieb. Die Ladeantriebsleistung beschränkt sich auf den permanent mitlaufenden Riemenantrieb, denn der Kompressor befindet sich im Leerlaufmodus.
Bei niedriger Motordrehzahl und hoher Motorlast (bspw. beim Beschleunigen aus niedrigen Dreh­ zahlbereichen, also im instationären Betrieb) ist das Umluftventil vollständig geschlossen. Damit übernimmt der Kompressor alleine die gesamte Aufladung des Motors und sorgt für die geforderte Beschleunigung des Fahrzeuges. Der Abgasturbolader kann wegen seines Bauprinzips bei niedriger Motordrehzahl noch keinen Ladedruck erzeugen.
Bei hoher Motordrehzahl und hoher Motorlast (bspw. im stationären Betrieb) ist das Umluftventil wieder vollkommen geöffnet. Jetzt liefert der Abgasturbolader allein den gesamten Ladedruck. Die Druckverhältnisse an Eingang und Ausgang des Kompressors sind identisch. Die Antriebsleistung des Kompressors beschränkt sich daher auf den Riementrieb und die rotierenden Massen der Kom­ pressor-Verdichterflügel. Es fällt keine Verdichterleistung am Riementrieb an.
Bei hoher Motordrehzahl und niedriger Motorlast ist das Umluftventil ebenfalls geöffnet, d. h. es findet keine Aufladung statt, weil bei diesen Bedingungen der Abgasturbolader keinen Ladedruck aufbauen kann und es fällt keine Kompressor-Verdichterleistung an, weil die Druckverhältnisse an Eingang und Ausgang des Kompressors identisch sind.
Bei hoher Motordrehzahl und mittlerer Motorlast ist das Umluftventil dagegen teilweise geschlos­ sen, um einen bestimmten vorgesehenen bzw. gewünschten Ladedruck über weite Bereiche des Lastdrehzahl-Kollektives konstant zu halten. Der Kompressor ergänzt die bei diesen Bedingungen unvollständige Ladearbeit des Abgasturboladers. Der Ladedruck kann durch vorzugsweise stufenlo­ ses Zu- und Abschalten des Kompressors mittels des Umluftventils geregelt werden.
Mit dem in Fig. 1 als Prinzipskizze dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ottomotors 1 wurden Prüfstands- und Fahrversuche mit einem serienmäßigen Fahrzeug vom Typ Mercedes 230 SLK durchgeführt. Als Aufladekomponenten wurden verwendet:
  • - Abgasturbolader der Firma KKK/Frankenthal der Baureihe K 26 mit relativ großem Turbinenge­ häuse zur Minimierung des Abgasgegendrucks.
  • - Mechanischer Kompressor, der nach dem Roots-Prinzip arbeitet und über Poly-V-Riemen von der Motorkurbelwelle angetrieben wird, wie er serienmäßig im Mercedes 230 SLK verwendet wird. Da der Roots-Kompressor als Verdrängerlader ohne innere Verdichtung arbeitet, fällt bei geöffnetem Umluftventil und angetriebenem Lader keine Verdichterarbeit an.
  • - Wastegate-Ventil der Firma KKK/Frankenthal mit einem Ventildurchmesser von 35 mm. Das Wastegate-Ventil dient zur Begrenzung des Ladedruckes im Saugrohr auf der Motoreinlaßseite. Bei geöffnetem Umluftventil übernimmt der Abgasturbolader mit dem Wastegate-Ventil die Aufladung alleine.
Als Umluftventil diente eine handelsübliche, durch einen Stellmotor bewegte und elektronisch ge­ steuerte Drosselklappe mit Aluminiumgehäuse, wie sie auch beim elektronischen Gaspedal zum Einsatz kommt.
Die oben erläuterten Regelprinzipien betreffend den Öffnungsgrad des Umluftventils in Abhängig­ keit von Motorlast und Motordrehzahl sind am Beispiel dieses Versuchsfahrzeugs noch einmal in den Fig. 2 und 3 zusammengefaßt. Die beiden Diagramme zeigen den Öffnungsgrad des Um­ luftventils für den Motorbetrieb mit Kompressoraufladung (Fig. 2) bzw. für den Motorbetrieb mit kombinierter Aufladung (Fig. 3) an. Die Diagrammdaten stammen direkt aus dem Kennfeld für die Öffnung des Umluftventils im elektronischen Steuergerät (16×16 Matrix). 100% der y-Achse ent­ sprechen dem vollkommen geschlossenen Umluftventil, 100 % der X-Achse entsprechen Motorvol­ last.
Ferner wurden Messungen bzgl. der Motorleistung, der Kompressorantriebsleistung und der Kom­ pressor-Verdichterleistung mit dem Versuchsfahrzeug unter Vollast durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.
Tabelle 1
Die Messungen bei einer niedrigen Drehzahl von 1500 min-1 zeigen, daß bei offenem Umluftventil keine Aufladung stattfindet, da weder der Abgasturbolader noch der Kompressor arbeiten. Bei ge­ schlossenem Umluftventil arbeitet folglich der Kompressor alleine und liefert eine höhere Motor­ leistung, wobei wie üblich ein Teil dieser zusätzlichen Leistung zum Antrieb des Kompressors benö­ tigt wird. Bei einer mittleren Drehzahl von 3000 min-1 wird die höchste Motorleistung und der höchste Ladeüberdruck bei teilweise geöffnetem Umluftventil erreicht. Bei einer hohen Drehzahl von 5500 min-1 arbeitet bei geöffnetem Umluftventil nur der Abgasturbolader. Dies kann aus der Tatsache gefolgert werden, daß sich die Meßwerte bei geöffnetem Umluftventil und nach Ausbau des Kompressors praktisch nicht unterscheiden.
In einer weiteren Messung bei einer Drehzahl von 5000 min-1 mit geschlossenem bzw. geöffnetem Umluftventil wurde die Ladedruckregelung des Abgasturboladers modifiziert. Der Abblasedruck des Wastegate-Ventils (Abgasbypassventils) wurde für die Messung mit geschlossenem Umluftventil auf 0,5 bar reduziert bzw. für die Messung mit offenem Umluftventil auf 1,0 bar erhöht. Somit er­ gab sich für die kombinierte Aufladung und für die Aufladung nur mittels des Abgasturboladers der gleiche maximal erzielbare Ladedruck. Bei geöffnetem Umluftventil fällt die Verdichterleistung des Kompressors weg. Das Ergebnis ist in Tabelle 2 dargestellt.
Tabelle 2
Der gemessene Leistungsunterschied von etwa 12 kW stellt die Verdichter-Antriebsleistung des Kompressors für die Meßdrehzahl n = 5000 min-1 dar. Diese Differenz von etwa 12 kW wird also bei einem Betrieb mit alleiniger Aufladung durch den Abgasturbolader "eingespart" bzw. die Lei­ stungsabgabe des Motors steigt um diesen Betrag an. Die exakte Verlustleistung des Kompressors liegt sogar noch etwas höher als der am Gesamtmotor gemessene Betrag, da bei den Messungen mit verschiedenen Ladedruckverhältnissen am Turbolader, nämlich 0,5 bar bzw. 1,0 bar, der mit dem Ladedruck steigende Abgasgegendruck nicht berücksichtigt wurde.

Claims (16)

1. Ottomotor, welcher einen Kompressor und einen Abgasturbolader aufweist, welche in Rei­ henschaltung zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugseite des Kompressors mit der Verdichterseite des Abgasturboladers verbunden ist und zwischen der Ansaugseite des Kompressors (Kompressoreingang) und der Druckseite des Kompressors (Kompressorausgang) ein Umluftventil vorgesehen ist, dessen Öffnungsgrad stufenlos ein­ stellbar ist und daß ferner eine elektronische Steuer- und Regeleinheit zur Steuerung des Öffnungsgrades des Umluftventils in Abhängigkeit von Motorleistung und Motorlast vorge­ sehen ist.
2. Ottomotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umluftventil eine Drosselklap­ pe ist.
3. Ottomotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Regeleinheit eine separat vorhandene Einheit ist.
4. Ottomotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Regeleinheit in die elektronische Einrichtung zur Treibstoffaufbereitung integriert ist.
5. Ottomotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor ein Verdrängerkompressor ist.
6. Ottomotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ab­ gasbypassventil ("Wastegate") vorgesehen ist.
7. Verfahren zum Betreiben eines Ottomotors mit einem Kompressor und einem Abgasturbola­ der, welche in Reihenschaltung zueinander angeordnet sind, wobei die Ansaugseite des Kom­ pressors mit der Verdichterseite des Abgasturboladers verbunden ist, insbesondere für einen Ottomotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im geschlossenen System die Druckverhältnisse an Kompressoreingang und Kompressorausgang in Abhängig­ keit von Motordrehzahl und Motorlast stufenlos eingestellt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckverhältnisse über den Öffnungsgrad eines zwischen Kompressoreingang und Kompressorausgang vorgesehenen elektronisch gesteuerten Umluftventils in Abhängigkeit von Motorleistung und Motorlast stufenlos eingestellt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Regelgröße für den Öffnungsgrad des Umluftventils ein von einer elektronischen Meß- und Auswerteeinheit geliefertes und aufbereitetes Lastsignal verwendet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kennfeld bzgl. des Öffnungs­ grades des Umluftventils aus dem Lastsignal und der Motordrehzahl ermittelt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungs­ grad so gesteuert wird, daß bei niedriger Motordrehzahl und niedriger Motorlast das Umluft­ ventil geöffnet wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei niedriger Motordrehzahl und hoher Motorlast das Umluftventil geschlossen wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei hoher Mo­ tordrehzahl und hoher Motorlast das Umluftventil geöffnet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei hoher Mo­ tordrehzahl und niedriger Motorlast das Umluftventil geöffnet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei hoher Mo­ tordrehzahl und mittlerer Motorlast das Umluftventil teilweise geschlossen wird und ein konstanter Ladedruck aufrecht erhalten wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein im wesentli­ chen konstanter Ladedruck über den Lastdrehzahlbereich eingestellt wird.
DE19928523A 1999-06-22 1999-06-22 Ottomotor sowie Verfahren zum Betreiben eines Ottomotors Ceased DE19928523A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19928523A DE19928523A1 (de) 1999-06-22 1999-06-22 Ottomotor sowie Verfahren zum Betreiben eines Ottomotors

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19928523A DE19928523A1 (de) 1999-06-22 1999-06-22 Ottomotor sowie Verfahren zum Betreiben eines Ottomotors

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE19928523A1 true DE19928523A1 (de) 2001-01-11

Family

ID=7912120

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19928523A Ceased DE19928523A1 (de) 1999-06-22 1999-06-22 Ottomotor sowie Verfahren zum Betreiben eines Ottomotors

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19928523A1 (de)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1398470A1 (de) * 2002-09-10 2004-03-17 Volkswagen AG Verfahren zur Erkennung der Strömungsumkehr an der Verdichtungsdrosselklappe bei mehrfach aufgeladener Brennkraftmaschine
DE10261979A1 (de) * 2002-09-10 2004-05-27 Volkswagen Ag Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
FR2875849A1 (fr) * 2004-09-28 2006-03-31 Renault Sas Procede de fonctionnement d'un moteur a combustion interne comprenant un compresseur a ondes de pression
WO2006079403A1 (de) * 2005-01-28 2006-08-03 Volkswagen Ag Brennkraftmaschine mit doppelaufladungen und verfahren zu betreiben dieser
WO2006136790A2 (en) * 2005-06-20 2006-12-28 Ricardo Uk Limited Supercharged diesel engines
FR2899938A1 (fr) * 2006-04-12 2007-10-19 Renault Sas Moteur comportant un compresseur a ondes de pression pour une gestion simultanee du taux de recirculation de gaz d'echappement et d'une pression de suralimentation
DE102007019060A1 (de) 2007-04-23 2008-11-20 Audi Ag Brennkraftmaschine mit kombinierter Aufladung durch Abgasturbolader und mechanischer Lader
DE102007033175A1 (de) 2007-07-17 2009-01-22 Volkswagen Ag Brennkraftmaschine
US20150240826A1 (en) * 2012-09-11 2015-08-27 IFP Energies Nouvelles Method of determining a pressure upstream of a compressor for an engine equipped with double supercharging
US11408330B2 (en) 2018-06-29 2022-08-09 Volvo Truck Corporation Method of operating a four stroke internal combustion engine system

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58222919A (ja) * 1982-06-22 1983-12-24 Sanden Corp エンジン用複合過給装置
US5355677A (en) * 1991-09-10 1994-10-18 Detroit Diesel Corporation Method of operating a supercharged methanol fueled diesel cycle internal combustion engine
DE4210070C2 (de) * 1992-03-27 1996-10-17 Daimler Benz Ag Brennkraftmaschine mit kombinierter Aufladung

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58222919A (ja) * 1982-06-22 1983-12-24 Sanden Corp エンジン用複合過給装置
US5355677A (en) * 1991-09-10 1994-10-18 Detroit Diesel Corporation Method of operating a supercharged methanol fueled diesel cycle internal combustion engine
DE4210070C2 (de) * 1992-03-27 1996-10-17 Daimler Benz Ag Brennkraftmaschine mit kombinierter Aufladung

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1398470A1 (de) * 2002-09-10 2004-03-17 Volkswagen AG Verfahren zur Erkennung der Strömungsumkehr an der Verdichtungsdrosselklappe bei mehrfach aufgeladener Brennkraftmaschine
DE10261979A1 (de) * 2002-09-10 2004-05-27 Volkswagen Ag Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
FR2875849A1 (fr) * 2004-09-28 2006-03-31 Renault Sas Procede de fonctionnement d'un moteur a combustion interne comprenant un compresseur a ondes de pression
WO2006079403A1 (de) * 2005-01-28 2006-08-03 Volkswagen Ag Brennkraftmaschine mit doppelaufladungen und verfahren zu betreiben dieser
US7810329B2 (en) 2005-01-28 2010-10-12 Volkswagen Ag Dual-charged internal combustion engine and method for operating the same
WO2006136790A3 (en) * 2005-06-20 2008-07-17 Ricardo Uk Ltd Supercharged diesel engines
WO2006136790A2 (en) * 2005-06-20 2006-12-28 Ricardo Uk Limited Supercharged diesel engines
FR2899938A1 (fr) * 2006-04-12 2007-10-19 Renault Sas Moteur comportant un compresseur a ondes de pression pour une gestion simultanee du taux de recirculation de gaz d'echappement et d'une pression de suralimentation
DE102007019060A1 (de) 2007-04-23 2008-11-20 Audi Ag Brennkraftmaschine mit kombinierter Aufladung durch Abgasturbolader und mechanischer Lader
DE102007033175A1 (de) 2007-07-17 2009-01-22 Volkswagen Ag Brennkraftmaschine
WO2009010145A1 (de) 2007-07-17 2009-01-22 Volkswagen Aktiengesellschaft Brennkraftmaschine
US20150240826A1 (en) * 2012-09-11 2015-08-27 IFP Energies Nouvelles Method of determining a pressure upstream of a compressor for an engine equipped with double supercharging
US9739281B2 (en) * 2012-09-11 2017-08-22 IFP Energies Nouvelles Method of determining a pressure upstream of a compressor for an engine equipped with double supercharging
US11408330B2 (en) 2018-06-29 2022-08-09 Volvo Truck Corporation Method of operating a four stroke internal combustion engine system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60114987T2 (de) Regelung eines abgasturboladers mit variabler turbinengeometrie durch messung des abgasdrucks
DE69801891T2 (de) Steuervorrichtung für abgasrückführungssystem in einer brennkraftmaschine
WO2009097889A1 (de) Aufladungssystem für einen verbrennungsmotor und verfahren zum steuern desselben
EP2057362A1 (de) Einrichtung und verfahren zur frischluftversorgung einer turboaufgeladenen kolbenbrennkraftmaschine
DE102014215685A1 (de) Verfahren und systeme zur pumpsteuerung
DE102014219111A1 (de) Parallele saugvorrichtungsanordnung für die unterdruckerzeugung und kompressorumgehung
EP2196659A1 (de) Zweistufiges Aufladesystem für Abgaszirkulation
DE3807372A1 (de) Verbrennungsmotor mit zweistufigem abgasturbolader und nutzturbine
DE102016124468A1 (de) Verbrennungsmotorsystem
DE102011011637A1 (de) Antriebsstrang mit aufgeladenem Verbrennungsmotor und Turbocompoundsystem
DE102005052496A1 (de) Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader
EP2356328A1 (de) Zweistufiges aufladesystem für abgasrezirkulation
DE19929946A1 (de) Verfahren zur Einstellung der Verbrennungsluftmenge sowie Abgasturbolader und Brennkraftmaschine hierzu
DE102015216105A1 (de) Verfahren zur Regelung des Ladedrucks einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Verdichtern und Brennkraftmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens
DE19928523A1 (de) Ottomotor sowie Verfahren zum Betreiben eines Ottomotors
DE19913792A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer aufgeladenen Brennkraftmaschine
EP2058485B1 (de) Aufgeladene Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine
DE60309003T2 (de) Aufgeladener Verbrennungsmotor
DE102014211127B4 (de) Aufgeladene Brennkraftmaschine mit in Reihe angeordneten Abgasturboladern und Abgasrückführung und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine
EP3591185A1 (de) Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine mit einem dem verdichter zugeordneten trimmsteller
DE102015216685B3 (de) Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Aufladeeinrichtung
DE19543290C2 (de) Abgasrückführung an aufgeladenen Brennkraftmaschinen
DE202014102710U1 (de) Aufgeladene Brennkraftmaschine mit in Reihe angeordneten Abgasturboladern
DE19743751B4 (de) Turbo-Compound-Verbrennungsmotor mit Motorbremse
DE2647836A1 (de) Vorrichtung zur aufladung einer verbrennungskraftmaschine mittels eines abgasturboladers

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8131 Rejection