DE2541371A1

DE2541371A1 - Aufgeladene brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2541371A1
Application number: DE19752541371
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl Ing Dorsch
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1975-09-17
Filing date: 1975-09-17
Publication date: 1977-03-24
Also published as: FR2324867A1; US4091620A

Description

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Aufgeladene Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit einem aus einem Ladegebläse und einer Abgasturbine bestehenden Abgas-Turbolader, wobei von dem Ladegebläse über eine Ladeluftleitung zur Brennkraftmaschine Verbrennungsluft gefördert wird und das Ladegebläse von der Abgasturbine angetrieben wird, der die Abgase der Brennkraftmaschine über eine Abgasleitung zugeführt werden, und wobei der Brennkraftmaschine zur Nachverbrennung der Abgase eine Sekundärluftpumpe zugeordnet ist.

Es ist eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit einem aus einem Ladegebläse und einer Abgasturbine bestehenden Abgas-Turbolader bekannt (DT-AS 2 021 663), bei der der Abgasturbine eine Nachverbrennungskammer nachgeschaltet ist, der zur Nachverbrennung der Abgase Zusatzluft zugeführt wird. Die Zusatzluft wird dabei durch eine Strahlpumpe aus der Atmosphäre angesaugt. Der Zweck einer solchen Anlage ist, die giftigen nachverbrennbaren Anteile von Kohlenmonoxyd und Kohlenwasserstoffen in den Abgasen der Brennkraftmaschine durch Nachverbrennung zu beseitigen. Auf die Leistung der Abgasturbine hat diese Anlage jedoch keinen Einfluß.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit einem aus einem Ladegebläse und einer Abgasturbine bestehenden Abgas-Turbolader sowie einer Sekundärluftpumpe zu schaffen, bei der durch eine geeignete Anwendung der von der Sekundärluftpumpe geförderten Sekundärluft die Schadstoffe in

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Vorsitzender des AufsicMsrats: Dr. Ing. h. c. Far jinand Pors*e · Vorstand: Dr. Errsr Fuhrmann, HeTpz BranTtzfc^ L 3 Γ S O C Π ΙΏ Ί Q U SKr der Ge:sl^J--3«f: Stuttgart · Registergerecht: Amtsgericht Stuttgart, HRB-Nr. -^iI ■ TeIe^o . Q7\ !/3202-1 · Telex C7-2! 871 Pori Jteouto Stuttgart · Postfadi -1006 -0

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den Abgasen der Brennkraftmaschine nachverbrannt werden und die Leistung der Abgasturbine in jedem Betriebszustand der Brennkraftmaschine optimiert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein von dem Verbrennungsluftdruck beaufschlagtes Abblaseumschaltventil, das in der in die Abgasleitung vor der Abgasturbine mündende Sekundärluftleitung angeordnet ist und in Abhängigkeit von dem Verbrennungsluftdruck ein Zuführen der Sekundärluft in die Abgasleitung oder ein Abblasen in die Atmosphäre bewirkt. Als zweckmässiges Ausführungsbeispiel hat sich erwiesen, daß das Abblaseumschaltventi1 ein mit einer vom Verbrennungsluftdruck beaufschlagten Membrane verbundenes, doppelseitig wirkendes Kegelventil aufweist, dessen einer Ventilteller die in die Abgasleitung mündende Sekundärluftleitung und dessen anderer Ventilteller eine in die Atmosphäre mündende Sekundärluftleitung regelt, wobei die Stellung des Kegelventiles durch eine entgegen dem Verbrennungsluftdruck auf die Membrane wirkende Druckfeder beeinflußt wird.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltenen Schadstoffe (Kohlenmonoxyd und Kohlenwasserstoffe) vor der Abgasturbine verbrannt werden. Den dazu erforderlichen Sauerstoff liefert die Sekundärluftpumpe. Da Brennkraftmaschinen bei Vollastbetrieb mit einigen Volumenprozent Kohlenmonoxyd betrieben werden und durch Verbrennung von einem Prozent Kohlenmonoxyd eine Erhöhung der Abgastemperatur um ca. 50° C entsteht, kann die Temperatur des dem Abgas-Turbolader zugeführten Abgases um einige 100° C erhöht werden. Etwa im gleichen Maße wie die absolute Abgastemperatur ansteigt, steigt auch die von der Abgasturbine aus thermischer in mechanische umgewandelte Energie an, d.h., die Abgasturbinen- und Ladegebläse-Drehzahl werden erhöht. Bei gleicher Drehzahl der Brennkraftmaschine steigt durch den höheren Ladedruck die Füllung an, wodurch das Drehmoment der

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erf ι ndungsgemäßen Brennkraftmaschine gegenüber Brennkraftmaschinen ohne die vorgeschlagene Sekundär]uftsteuerung bei gleicher Drehzahl erhöht wird. Da die Abgastemperatur mit zunehmender Drehzahl der Brennkraftmaschine ansteigt, wird die zulässige Temperaturanhebung durch Nachverbrennung der Abgase kleiner, In der Nähe des Nennleistungsbetriebes wird die Abgastemperatur so hoch, daß keine Nachverbrennung mehr stattfinden darf. Dies erfolgt durch die erfindungsgemäße Sekundärluftsteuerung, so daß eine überlastung des Abgasturboladers mit Sicherheit vermieden wird.

In der Zeichnung, die eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader und einer Sekundär 1uftpumpe zeigt, ist der Erfindungsgegenstand i-n einer beispielsweisen Ausführungsform schematisch dargestellt.

Einer mit 1 bezeichneten Brennkraftmaschine wird durch ein Ladegebläse 2 eines Abgas-Turboladers 3 Verbrennungsluft über eine Ladeluftleitung 4 zugeführt, in der das Leistungsregelorgan der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Das Ladegebläse wird durch eine Abgasturbine 6 angetrieben, die vom Abgasstrom der Abgasleitung 7 beaufschlagt wird. Von der Brennkraftmaschine 1 wird über einen z.B. Riementrieb 8 eine Sekundärluftpumpe 9 angetrieben, die Frischluft aus der Atmosphäre ansaugt und über eine Sekundarluftleitung 10 einem Abblaseumschaltventi1 11 zugeführt wird, Das Abblaseumschaltventi1 ist in einer vor der Abgasturbine 6 in die Abgasleitung 7 mündende Sekundärleitung 12 angeordnet und wird über eine vor dem Leistungsregelorgan 5 der Brennkraftmaschine 1 abzweigende Steuerleitung 13 durch den Verbrennungs1uftdruck der Brennkraftmaschine 1 beaufschlagt. Das Abblaseumschaltventi1 11 weist ein mit einer Membrane 14 verbundenes, doppelseitig wirkendes Kegelventil 15 auf, dessen einer Ventilteller 16 die Sekundärleitung 12 und dessen anderer Ventilteller 17 eine in die Atmosphäre mündende Sekundärleitung 18 regelt. Zwischen der Membrane 14 und einer einen Teil der in die Atmosphäre mündenden Sekundärluftleitung 18 bildende Trennwand 19 in dem Abblaseumscha1tventi1 11 ist eine Druckfeder 20 angeordnet, durch deren

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Federkraft in bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine 1 die Sekundärluftleitung 18 durch den Ventilteller 17 verschlossen wird.

Die Funktion der Erfindung ist folgende:

Nach Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine 1 ist zunächst der Verbrennungsluftdruck in der Ladeluftleitung 4 so gering, daß der über die Steuerleitung 13 dem Abblaseumschaltventi1 zugeführte Ladeluftdruck nicht ausreicht, entgegen der Federkraft der Druckfeder 20 die Sekundärluftleitung 18 zu öffnen, so daß die gesamte von der Sekundärluftpumpe 9 angesaugte Sekundärluft über die Sekundärluftleitung 12 der Abgasleitung zugeführt wird. Der in der Sekundärluft enthaltene Sauerstoff bewirkt eine Nachverbrennung der Abgase, wodurch die Abgastemperatur erhöht wird. Da die Kennlinien konstanter Abgastemperatur im Kennfeld einer aufgeladenen Brennkraftmaschine ähnlich den Linien konstanten Ladedruckes verlaufen, wird das Abblaseumschaltventi1 11 durch eine entsprechende Dimensionierung der Druckfeder 20 derart ausgelegt, daß in der Nähe des Nennleistungsbetriebes der Brennkraftmaschine durch den Verbrennungsluftdruck entgegen der Federkraft der Druckfeder 20 die Sekundärluftleitung 12 zur Abgasleitung 7 durch den Ventilteller 16 verschlossen unddie in die Atmosphäre mündende Sekundärluftleitung 18 geöffnet wird. Dadurch erfolgt keine Abgasnachverbrennung mehr und die Leistung des Abgasturboladers 3 bleibt im wesentlichen konstant.

Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist z.B. auch eine Abgastemperaturabhängige Sekundärluftsteuerung denkbar. Die Anpassung der der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffmenge an die zugeführte Verbrennungsluftmenge ist maßgebend für die im Brennkraftmaschinenabgas enthaltenen Schadstoffmengen und somit für die wirklich durch Nachverbrennung erreichbare Temperaturerhöhung. Darüber hinaus ist es auch möglich, ein Steuerventil in der Steuerleitung 13 anzuordnen, das die Steuerleitung 13 zum Abblaseumschaltventi1 11 erst nach dem Erreichen eines vorbestimmten Verbrennungsluftdruckes freigibt, so daß eine exakte Steuerung des Abblaseumschal tventi Is 11 möglich ist.

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Leerseite

Claims

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Patentansprüche

-fl./Aufgeladene Brennkraftmaschine mit einem aus einem Ladegebläse und einer Abgasturbine bestehenden Abgas-Turbolader, wobei von dem Ladegebläse über eine Ladeluftleitung zur Brennkraftmaschine Verbrennungsluft gefördert wird und das Ladegebläse von der Abgasturbine angetrieben wird, der die Abgase der Brennkraftmaschine über eine Abgasleitung zugeführt werden, und wobei der Brennkraftmaschine zur Nachverbrennung der Abgase eine Sekundärluftpumpe zugeordnet ist, gekennzeichnet durch ein von dem Verbrennungsluftdruck beaufschlagtes Abblaseumschaltventil (11), das in der in die Abgasleitung (7) vor der Abgasturbine (6) mündende Sekundärluftleitung (12) angeordnet ist und in Abhängigkeit von dem Verbrennungsluftdruck ein Zuführen der Sekundärluft in die Abgasleitung (7) oder ein Abblasen in die Atmosphäre bewirkt.
2. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abblaseumschaltventi1 (11) ein mit einer vom Verbrennungsluftdruck beaufschlagten Membrane (14) verbundenes, doppelseitig wirkendes Kegelventil (15) aufweist, dessen einer Ventilteller (16) die in die Abgasleitung (7) mündende Sekundärluftleitung und dessen anderer Ventilteller (17) eine in die Atmosphäre mündende Sekundärluftleitung (18) regelt, wobei die Stellung des Kegelventils (15) durch eine entgegen dem Verbrennungsluftdruck auf die Membrane (14) wirkende Druckfeder (20) beeinflußt wird.

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ORIGINAL INSPECTED