DE2607989A1

DE2607989A1 - Verfahren zum starten eines aufgeladenen verbrennungsmotors und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2607989A1
Application number: DE19762607989
Authority: DE
Inventors: Alain Dipl Ing Deprez; Reinhard Fried
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1975-12-31
Filing date: 1976-02-27
Publication date: 1977-07-14
Also published as: DK583676A; BE849952A; ES453320A1; NL7602819A; NL162717C; CH593422A5; JPS614977B2; US4154060A; FR2337257A1; SE7614585L; JPS5285649A; CA1063461A; NL162717B; YU275576A; YU275476A; IT1065830B; GB1563147A; AR216455A1; BR7608793A; FR2337257B1

Description

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri Se Cie., Baden (Schweiz)

Verfahren zum Starten eines aufgeladenen Verbrennungsmotors
und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten eines aufgeladenen Verbrennungsmotors, der zu Beginn der Startphase die Verbrennungsluft über ein Bypassventil erhält und während dieser Zeit eine Absperrklappe in einer Ladeluftleitung von einem Aufladegerät zum Motor geschlossen ist, ferner betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei aufgeladenen Verbrennungsmotoren bietet das Starten, aber auch der Lauf bei niederen Teillasten gewisse Schwierigkeiten. Ein Abgasturbolader liefert in den unteren Drehzahlbereichen
zuwenig Verbrennungsluft, so dass sich der Motor selbst die nötige Luft ansaugen muss oder eben nur eine ungenügende Menge
erhält, woraus eine schlechte Verbrennung resultiert. Bei Verwendung einer gasdynamischen Druckwellenmaschine als Aufladegerät tritt in den untersten Drehzahlbereichen eine zu starke Abgasrezirkulation auf, d.h. es gelangt zuviel Abgas in die Ver-

709828/0191

"brennungsluft, wodurch sich der Motor nur schwer oder überhaupt nicht starten lässt.

Abhilfe brachte die Anordnung einer Absperrklappe in der Ladeluft leitung vom Aufladegerät zum Motor, die z.B. während des Startens geschlossen ist, und eines Bypassventils, durch das der Motor während des Startens die Verbrennungsluft direkt aus der Umgebung ansaugt. Die Betätigung der Absperrklappe kann dabei automatisch erfolgen.

So ist es bekannt (US-PS 2 853 987), bei einem von einer Druckwellenmaschine aufgeladenen Motor die wechselweise Betätigung des Bypassventils und der Absperrklappe von einer Betriebsgrösse zu steuern, beispielsweise vom Differenzdruck zwischen der verdichteten Verbrennungsluft und den der Druckwellenmaschine zuströmenden Abgasen des Motors. Eine solche Konzeption der automatischen Steuerung ist nicht realistisch, denn schon bei etwa Halblast und darunter wird dieser Differenzdruck über den ganzen Drehzahlbereich negativ. Die Druckwellenmaschine wäre dann also ausgeschaltet und der Motor würde bloss als Saugmotor arbeiten.

Ein weiterer Nachteil bei Betätigung der Absperrklappe durch den Differenzdruck, aber auch bei Betätigung durch den erwähnten Luftdruck allein, durch den Druck oder die Temperatur der Motorabgase, durch den Regelstangenweg der Einspritzpumpe usw., besteht darin, dass eine solche Steuerung zu einem lästigen Klappern der Absperrklappe führt. Bei einem Fahrzeug-Dieselmotor z.B. ändern doch Last, Drehzahl und Abgastemperatur ständig,

709828/0191

also ändern auch ständig die genannten Steuergrössen, was sich direkt auf das zu betätigende Organ im Sinne eines unaufhörlichen öffnens und Schliessens auswirkt.

Es ist auch ein von einer Druckwellenmaschine aufgeladener Motor bekannt (CH-PS 399 077 )_t der während des Startens die Verbrennungsluft aus einer Zweigleitung erhält, die im Normalbetrieb geschlossen bleibt. Eine Absperrklappe in der Ladeluftleitung wird während des Startens durch den Anlasserstrom geschlossen und öffnet sich wieder, sobald der Anlasser nicht mehr betätigt wird. Einer solchen Steuerung fehlt jedoch ein vernünftiges Zeitglied. Bei sehr tiefen Ansaugtemperaturen soll die Klappe erst nach ca. 60-90 see zu öffnen beginnen, d.h. nachdem die Gastemperatur vor der Druckwellenmaschine etwa 100⁰C erreicht hat. Man kann jedoch den Anlasser nicht 60 oder gar 90 see lang betätigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Absperrklappe nach dem Starten im richtigen Zeitpunkt, d.h. ohne nachteilige Beeinflussung des Motorlaufs automatisch zu öffnen und das Zeitglied in der Steuerkette den typischen Kaltstarteigenschaften des Motors anzupassen.

Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass die Ansteuerung des Öffnungsvorganges der Absperrklappe am Ende der Startphase durch eine prozesstypische Steuergrösse oder einen Impuls derselben erfolgt, und die Betätigung der Absperrklappe durch eine mot or abhängige, nach der Startphase nicht unter einen festgelegten Minimalwert absinkende Betriebsgrösse

709828/0191

bewirkt wird.

Eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens weist ein Steuerorgan auf, auf welches über eine Steuerleitung die prozesstypische Steuergrösse einwirkt und welches durch Einwirkung auf ein Stellglied die Betätigung der Absperrklappe durch die motorabhängige Betriebsgrösse auslöst.

Der Vorteil dieses Verfahrens liegt in der Verwendung von zwei voneinander unabhängigen Betriebsgrößen, wobei die Wirkung derjenigen für die Betätigung der Absperrklappe erst durch die andere ausgelöst wird. Durch diese Trennung der beiden Punktionen ist die Möglichkeit gegeben, die Wirkschwelle jeder Grosse für sich festzulegen, wodurch sich eine breite Fächerung in der Anwendung und eine individuelle Abstimmung auf den gesamten Prozess erzielen lässt. Eine solcherart ermöglichte Betätigungssequenz der Absperrklappe lässt sich feinstufig und gesichert den jeweiligen Eigenschaften des Motors in der Startphase anpassen.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Absperrklappe - wenn sie in ihrer Ruhelage geschlossen ist, was nicht unbedingt sein muss - durch die selbe Betriebsgrösse, welche ihr öffnen bewerkstelligt, während des Motorlaufes offen gehalten werden und sie schliesst erst dann, wenn diese Betriebsgrösse unter den festgelegten Minimalwert absinkt, welcher sich so festlegen lässt, dass er erst beim Abstellen des Motors unterschritten wird. Es wird damit erreicht, dass die Absperrklappe bei allen Betriebsbedingungen und auch im Leer-

709828/0191

■t-

lauf des Motors offen bleibt, sie somit keinen störenden Lärm verursacht.

In der Zeichnung ist in Fig.1 ein Prinzipschema und in Fig.2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung teils schematisch, teils im Schnitt durch eine vereinfachte Konstruktion dargestellt. Die Bezugszeichen stimmen in beiden Figuren überein.

Nach Fig.1 wird der Verbrennungsmotor 1 vom Aufladegerät 2 über die Ladeluftleitung 3 aufgeladen. In der Ladeluftleitung sind die Absperrklappe 4 und das Bypassventil 5 angeordnet. Vom Motor 1 führt die Wirkleitung 6 zum Ventil 7, das in der Zuleitung 8 für ein Betätigungsmedium vorgesehen ist. Die Zuleitung endet beim Stellglied 9? welches das Schaltglied 10 aufweist, das den Durchfluss für das Betätigungsmedium absperrt oder freigibt zur Verbindungsleitung 11 und weiter zum Betätigungsorgan 12, das ebenfalls zum Stellglied 9 gehört und die Absperrklappe 4 betätigt.

Vom Aufladegerät 2 führt die Steuerleitung 13 zum Steuerorgan 14, das auf das Schaltglied 10 einwirkt. Statt vom Aufladegerät können auch vom Motor 1 die Steuerleitungen 15_t13 zum Steuerorgan 14 führen.

Die Wirkungsweise dieser Anlage ist die folgende: Eine motorabhängige Betriebsgrösse, die erst durch den Lauf des ^otors entsteht, öffnet über die Wirkleitung 6 das Ventil 7, womit für das Betätigungsmedium der Zufluss über die Zuleitung 8 bis zum Stellglied 9 freigegeben ist, dessen Schaltglied 10 jedoch den

709828/0191

Durchtritt sperrt. Erst wenn eine vom Motor 1 oder vom Aufladegerät 2 kommende, prozesstypische Steuergrösse, die über die Steuerleitung 13 auf das Steuerorgan 14 einwirkt, einen bestimmten, festlegbaren Wert erreicht hat, verstellt das Steuerorgan 14 das Schaltglied 10, das nun den Durchfluss für das Betätigungsmedium freigibt. Die bisher geschlossene Absperrklappe 4 wird durch das Betätigungsorgan 12 geöffnet und bleibt in dieser Lage. Wie nachstehend noch anhand der Fig.2 erläutert wird, kann das Schaltglied 10 direkt durch die motorabhängige Betriebsgrösse, aber auch indirekt durch dieselbe in seiner geöffneten Lage gehalten werden.

Das Bypassventil 5» das zweckmässigerweise nur durch den Saagzug des laufenden Motors öffnet, schliesst automatisch wieder, sobald verdichtete Luft durch die geöffnete Absperrklappe zum Motor strömt.

Das Ventil 7 wird durch eine motorabhängige Betriebsgrösse offen gehalten, die nach der Startphase, also während des Betriebes nicht unter einen festgelegten Minimalwert absinkt. Dieser ist so gewählt, dass er erst beim Abstellen des Motors unterschritten wird. In diesem Falle schliesst das Ventil 7 den Durchfluss. Es ist zweckmässigerweise so ausgebildet, dass es dabei nicht nur das Betätigungsmedium absperrt, sondern gleichzeitig einen Abfluss für die noch unter Druck stehenden Leitungen 8 und 11 öffnet. Durch diese Druckentlastung schliesst das Betätigungsorgan 12 die Absperrklappe 4 und das Schaltglied 10 geht in seine ursprüngliche, den Durchfluss des Betätigungsmediums sperrende Stellung zurück.

709828/0191

Statt eines motorfremden kann auch ein motoreigenes Betätigungsmedium verwendet werden, in welchem Falle das Ventil 7 überflüssig wird.

Beispiele für flüssige oder gasförmige Betätigungsmedien sind: Motorschmieröl, Hydrauliköl, Kühl-, Fremdwasser, nicht aus dem Tank kommende Bremsluft, bei Baumaschinen die Arbeitsluft. Als Beispiele für motorabhängige Betriebsgrössen sind zu nennen: Motorschmieröl-, Arbeitshydraulik-, Kühlwasserdruck, Druck von der Lenkhydraulik oder von einem Wandler; Bremsluftdruck, Arbeitsluftdruck; Batterie-, Anlasser-, Lichtmaschinenstrom.

Die Anwendung eines Betätigungsmediums kann auch mit einer elektrischen Einrichtung kombiniert werden. Es kann z.B. vorteilhaft sein, mit dem Betätigungsmedium einen elektrischen Druckschalter zu betätigen, welcher die Verstellung der Absperrklappe bewirkt. Als Betätigungsorgane kommen daher beispielsweise in Frage: Hydraulik-, Pneumatikzylinder, Axialkolbenschwenkmotor, Dreh-, Kippkolben, Drehflügel, Balg, Membran; Elektromotor mit Getriebe, Dreh-, Hubmagnet, Hubzugspindelantrieb mittels Elektromotor.

Beispiele für die prozesstypische Steuergrösse sind: Ladeluftdruck, Gasdruck vor dem Aufladegerät, Differenzdruck zwischen diesen beiden Drücken, Abgastemperatur des Motors, Drehzahl des Motors oder des Aufladegerätes, Fliehkraft aus der Drehzahl, Regelstangenweg der Einspritzpumpe, Impulse der vorgenannten Grossen.

Diese Steuergrössen können beispielsweise auf die folgenden

709828/0191

entsprechenden Steuerorgane einwirken: Impuls-, Druck-, Temperatur-, Drehzahlschalter, Magnetventil, Schieber, Drehschieber, Relais.

Eine der zahlreichen Ausfuhrungsmoglicbkeiten ist in der Fig.2 dargestellt. Das Aufladegerät 2 ist eine gasdynamische Druckwellenmaschine, welche über die Ladeluftleitung 3 den Motor 1 auflädt. Die Abgase des Motors strömen über die Leitung 16, die zu verdichtende Luft über die Leitung 17 zur Druckwellenmaschine, das Abgas strömt nach der Energieabgabe durch die Leitung 18 ab. Das Bypassventil 5 ist direkt in die Ladeluftleitung 3» in Strömungsrichtung geshen, nach der Absperrklappe 4- eingebaut.

Vom Motor führt die Zuleitung 8 für das Motorschmieröl, die im vorliegenden Fall an die Wirkleitung 6 anschliesst und auch deren Funktion erfüllt, zum Gehäuse 19, in welches das Steuerorgan und ein Teil des Stellgliedes eingebaut ist. Das Steuerorgan weist im wesentlichen das Steuerglied 20 auf, das durch die nachgiebige Membran 21 gehalten und in der Bohrung 22 des Gehäuses 19 geführt ist. Auf die Unterseite des Steuergliedes 20 und der Membran 21 wirkt über die Steuerleitung 13 der Druck in der Ladeluftleitung 3 als prozesstypische Steuergrösse. Wird das Steuerglied 20 bewegt, so verstellt es das Schaltglied, das als in der Bohrung 22 untergebrachter Schaltkolben 23 ausgebildet ist, entgegen der Druckkraft der Feder 24. Bei genügend grosser Verstellung des Schaltkolbens 23 wird durch den Kanal 25 in demselben die Kommunikation der Zuleitung 8 mit der Verbindungsleitung 11 bis zum Betätigungsorgan hergestellt. Als

709828/0191

solches dient hier der Druckzylinder 26, auf dessen -kolben 27 nun der Motorschmieröldruck als motorabhängige Betriebsgrösse direkt einwirkt. Der Kolben 27 wird dadurch entgegen der Kraft der Feder 28 (in der Zeichnung nach links) verschoben und öffnet die Absperrklappe 4.

Das Steuerorgan, insbesondere die Membran 21 ist so bemessen, dass sie erst bei einem Druck in der Ladeluftleitung 3 anspricht, der sich bei einer höheren als der sogenannten unteren Leerlaufdrehzahl ergibt. Das ist notwendig, weil sonst schon während der Startphase - worunter die Zeitspanne vom Beginn des Anlassens bis einschliesslich dem unteren Leerlauf des kalten Motors zu verstehen ist - die Absperrklappe öffnen würde. Das soll aber erst geschehen, wenn der Wert der Steuergrösse, also hier der Ladeluftdruck weiter ansteigt, was durch erhöhte Drehzahl, z.B. durch Gasgeben im Leerlauf, oder durch Belasten des Motors erreicht wird.

Bei wechselndem Betrieb kommt es immer wieder vor, dass bis auf die untere Leerlaufdrehzahl zurückgegangen wird. Damit in diesem Falle der Schaltkolben 23 nicht zurückgehen und die Absperrklappe 4 wieder schliessen kann, ist der Schaltkolben mit dem Selbsthalteglied 29 mechanisch verbunden, auf dessen eine Seite über den Kanal 30 der Druck in der Verbindungsleitung 11 wirkt, dem auf der anderen Seite der Druck der Feder 24 entgegenwirkt. So ist ständig die Wirkverbindung vom Motor bis zum Betätigungsorgan für die Absperrklappe sichergestellt. Selbstverständlich kann statt dem Kanal 30 auch eine Bohrung im Schaltkolben 23 oder eine Verbindung ausserhalb des Gehäuses

709828/0191

vorgesehen werden.

Das Betätigungsorgan ist so eingestellt, dass es die Absperrklappe offen hält, solange die motorabhängige BetriebsgrÖsse nicht unter einen festgelegten Minimalwert absinkt. Und dieser Minimalwert ist derart gewählt, dass er auch bei Leerlauf des Motors nicht unterschritten wird. Auf diese Weise wird das störende Klappern der Absperrklappe auch bei dauernden Wechsel der Betriebsverhältnisse, wie sie beispielsweise bei einem Fahrzeugmotor auftreten, verhindert.

Wird der Motor abgestellt, so sinkt der Schmieröldruck unter den festgelegten Minimalwert. Die Feder 2ö schiebt das im Druckzylinder 26 vorhandene Schmieröl aus und schliesst dabei die Absperrklappe 4. Der Druck in der Ladeluftleitung 3 sinkt ebenfalls ab, womit auch der Druck auf das Steuerglied 20 nachlässt und es durch die Rückfederung der Membran 21 oder durch die Feder 24, zusammen mit dem Schaltkolben 23, rückgestellt wird.

Ist wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel· das Motorschmieröl das Betätigungsmedium, so kann es, besonders bei kaltem Wetter, lange brauchen, bis das Schmieröl nach dem Abstellen des ^otors rückgeflossen ist. Damit der Schaltkolben 23 nicht vorzeitig den Durchfluss wieder absperrt, kann die Feder 24 so schwach bemessen sein, dass sie erst bei einem sehr starken Absinken des Druckes auf der anderen Seite des Selbsthaltegliedes 29 zur Wirkung kommt. Trotzdem könnte es sein, dass die Absperrklappe wegen zu rascher Sperrung des Rückflusses des Betätigungsmedi-

709828/0191

ums nicht ganz geschlossen wird, oder auch, dass die Druckentlastung in den Leitungen 8 und 11 zu langsam geht. In diesen Fällen kann das Schnellentlüftungsventil 31 in der Verbindungsleitung 11 von Vorteil sein.

Es sei noch vermerkt, dass bisher stillschweigend vorausgesetzt wurde, dass die Absperrklappe in der Ruhelage geschlossen ist und während des Betriebes in der beschriebenen oder einer ähnlichen Weise offengehalten wird. Das vorliegende Verfahren lässt sich aber sinngemäss ebenso anwenden, wenn die Absperrklappe in der Ruhelage offen ist und nur während der Startphase geschlossen wird. Sie kann beispielsweise gleichzeitig mit dem Einschalten des Anlasserstromes geschlossen werden und kehrt erst in ihre offene Ruhelage zurück, wenn durch die prozesstypische Steuergrösse die Betätigung der Absperrklappe mittels der motorabhängigen Betriebsgrösse ausgelöst wird.

Auch kann es vorteilhaft sein, wenn die Steuereinrichtung als elektrisches System ausgebildet ist, über das die motorabhängige Betriebsgrösse die Betätigung der Absperrklappe auslöst. Dies erfordert eine entsprechende Anpassung des gesamten Konzepts, prinzipiell ist jedoch der beschriebene Erfindungsgedanke gleicherweise anwendbar.

709828/0191

Claims

Patentansprüche

Il.)Verfahren zum Starten eines aufgeladenen Verbrennungsmotors, der zu Beginn der Startphase die Verbrennungsluft über ein Bypassventil erhält und während dieser Zeit eine Absperrklappe in einer Ladeluftleitung von einem Aufladegerät zum Motor geschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des Oeffnungsvorganges der Absperrklappe (4) am Ende der Startphase durch eine prozesstypische Steuergrösse oder einen Impuls derselben erfolgt, und die Betätigung der Absperrklappe (4) durch eine motorabhängige, nach der Startphase nicht unter einen festgelegten Minimalwert absinkende Betriebsgrösse bewirkt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrklappe (4) während des Motorlaufs unabhängig vom Wert der prozesstypischen Steuergrösse offen gehalten wird.
3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Steuerorgan (14), auf welches über eine Steuerleitung (13» 15) die prozesstypische Steuergrösse einwirkt und welches durch Einwirkung auf ein Stellglied (9)

709828/01 91 OTig.nal ,nspected

260798b

die Betätigung der Absperrklappe (4) durch die motorabhängige Betriebsgrösse auslöst.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die motorabhängige Betriebsgrösse über ein flüssiges oder gasförmiges Betätigungsmedium die Betätigung der Absperrklappe (4) auslöst.
5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die motorabhängige Betriebsgrösse über ein elektrisches System die Betätigung der Absperrklappe (4) auslöst.
6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerorgan (14) ein Steuerglied (20) aufweist, auf das über die Steuerleitung (13j 15) die prozesstypische Steuergrösse einwirkt und das mit zunehmendem Wert der Steuergrösse ein Schaltglied (10, 23) verstellt, wodurch die motorabhängige Betriebsgrösse das Oeffnen der Absperrklappe (4) über ein Betätigungsorgan (12, 26) auslöst.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltglied (10, 23) während des Motorlaufs unabhängig vom Wert der prozesstypischen Steuergrösse in der veränderten Lage verharrt, indem es direkt oder indirekt durch die

709828/0191

motorabhängige Betriebsgrösse in dieser Lage festgehalten wird und erst beim Absinken der Betriebsgrösse unter den festgelegten Minimalwert wieder in die ursprüngliche Lage zurückkehrt.
8» Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltglied (10, 23) mit einem Selbsthalteglied (29) mechanisch verbunden ist, welches durch die motorabhängige Betriebsgrösse in der veränderten Lage gehalten ist und das, zusammen mit dem Schaltglied (10, 23) beim Absinken der motorabhängigen Betriebsgrösse unter den festgelegten Minimalwert durch eine Gegenkraft in seine ursprüngliche Lage zurückkehrt.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Rückstellung des Schaltgliedes (10, 23) in seine Ausgangslage das Betätigungsorgan (12, 26) die Absperrklappe (¹O schliesst.
10. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Seite des Selbsthaltegliedes (29) mit dem Betätigungsmedium in Verbindung steht.
11. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, gekennzeichnet

709828/0191

durch ein Ventil (7) in einer Zuleitung (8) für das Betätigungsmedium, auf das die motorabhängige Betriebsgrösse einwirkt.
12. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsmedium auf einen elektrischen Druckschalter zur Betätigung der Absperrklappe (^) einwirkt.
13. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 und 6, gekennzeichnet durch ein Schnellentlüftungsventil (3D für das Betätigungsmedium in einer Verbindungsleitung (11) zwischen dem Schaltglied (10, 23) und dem Betätigungsorgan (12, 26).

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.

709828/0191