DE2814343C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelsystem für eine nach dem "Miller-Verfahren" mit Abgasturboaufladung ar­ beitende Diesel-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Hochaufgeladene Hubkolbenbrennkraftmaschinen, die mit Tur­ boladern ausgerüstet sind, haben ein schlechtes Dreh­ moment- und Teillastverhalten. Beim Erhöhen der Leistungs­ anforderungen im von der Brennkraftmaschine angetriebenen Anlageteil reagiert der Motorregler zunächst damit, daß er die Einspritzmenge erhöht und damit das Leistungsgleich­ gewicht wiederherstellt. Erreicht aber die Einspritzmenge ihren blockierten Größtwert, dann fällt bei weiterem An­ stieg des Leistungsbedarfs des Anlageteils die Drehzahl ab. In dieser Phase tritt entsprechend dem Abfall der ab­ gegebenen Leistung ein Abfall des Abgasmengenstromes ein, der ein rasches Absinken der Drehzahl des Turboladers zur Folge hat. Mit abfallender Laderdrehzahl sinkt auch der Ladedruck stark ab und das verfügbare Luftgewicht im Zy­ linder reicht zur Verbrennung der eingespritzten Kraft­ stoff-Größtmenge nicht mehr aus, so daß der Motor thermisch überlastet wird und zu rußen beginnt.

Um hohe mittlere Arbeitsdrücke zu erreichen, muß das Druckverhältnis der Turbolader entsprechend hoch sein. Dies setzt u. a. eine Abstimmung des Turboladers voraus, durch die erreicht wird, daß er im Vollast-Betriebsbereich mit größtmöglichen Wirkungsgraden arbeiten kann. Die Be­ triebskennfelder von Kreiselmaschinen liegen so, daß die Betriebspunkte mit hohen Wirkungsgraden nahe an der Pump­ grenze des Laders liegen. Damit ist bei der Abstimmung eine starke Annäherung der Vollastbetriebspunkte an die Pumpgrenze des Laders unvermeidbar. Diese Lage im Kennfeld hat wiederum zur Folge, daß bei Entlastung des Motors die Pumpgrenze sogar überschritten werden kann. Dadurch wird der Betriebszustand des Motors gefährdet. In noch stärkerem Maße tritt diese Empfindlichkeit dann auf, wenn zur Erreichung höchster mittlerer Arbeitsdrücke zwei Tur­ bolader hintereinandergeschaltet arbeiten (Doppelauf­ ladung).

Aus dem gattungsbildenden Fachaufsatz über das "Miller-Verfahren" in der Motortechnischen Zeitschrift (MTZ, 31. Jahrgang Nr. 1, Seiten 1 bis 10) ist es bekannt, den Schließzeitpunkt der Einlaßventile und damit den ef­ fektiv wirksam werdenden Ansaughub des Arbeitskolbens zu verkürzen. Damit lassen sich der Enddruck und die End­ temperatur der Verdichtung unabhängig von dem Druckver­ hältnis der Vorverdichtung beeinflussen.

Die DE-PS 10 01 049 betrifft eine nach dem "Miller-Verfahren" arbeitende Brennkraftmaschine, bei der oberhalb einer Teillast das Verdichtungsverhältnis im um­ gekehrten Verhältnis zur Belastung geändert wird und zwar so, daß der Verdichtungsdruck gleich bleibt, die Ver­ dichtungsendtemperatur mit zunehmender Last abnimmt.

Die US-PS 27 85 667 schließlich beschreibt eine Steuer­ einrichtung für eine nach dem "Miller-Verfahren" ar­ beitende Brennkraftmaschine, die die Ventilsteuerzeiten in Abhängigkeit des Ladedrucks regelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regelsystem so zu verändern, daß das Drehmoment- und Lastverhalten der Brennkraftmaschine verbessert wird.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Will man einen mit einer veränderlichen Ventilsteuereinrichtung versehenen Motor verbrennungstechnisch für alle Belastungszustände optimieren, dann muß man bestrebt sein, annähernd gleich hohe Verdichtungsendtemperaturen zu erreichen. Durch die Verstellung des Schließzeitpunktes des Einlaßventils in Abhängigkeit von der eingespritzten Kraftstoffmenge von "Früh" nach "Spät" wird erreicht, daß mit abnehmender Mo­ torbelastung das rasch abfallende Verdichtungsverhältnis der Vorverdichtung im Turbolader annähernd ausgeglichen wird durch Verlängern des effektiven Verdichtungshubes des Arbeitskolbens. Auf diese Weise wird einem zu raschen Ab­ fallen der Verdichtungsendtemperatur im Teillastbetrieb entgegenwirkt und dadurch das Betriebsverhalten des Mo­ tors verbessert, ohne daß er im Vollast-Betriebsbereich durch zu hohe Drücke und Temperaturen gefährdet wird.

Hat der Motorregler die Einspritzmenge bis zum blockierten Größtwert gesteigert, dann fällt wie oben beschrieben die Drehzahl ab. Dann aber setzt die zweite Regeleinrichtung in dem Maß ein, daß sie in den Verstellmechanismus des Mo­ torreglers eingreift und die Schließzeitpunktverschiebung der Einlaßventile durch den Motorregler über die Ein­ spritzmenge rückgängig macht und damit den wirksam werden­ den Ansaughub des Arbeitskolbens wieder erhöht. Dies ist empfehlenswert, da ab diesem Zeitpunkt die Drehzahl des Turboladers abzusinken beginnt und damit der Ladedruck ab­ nimmt. Durch die Verschiebung des Schließzeitpunktes nach "Spät" wird diese Wirkung vermindert und das verfügbare Luftgewicht erhöht. Weiterhin kann das Drehmomentverhalten des Motors durch Beeinflussung der Ladelufttemperatur des Ladeluftkühlers zusätzlich verbessert werden, indem bei diesem vorherrschenden Betriebszustand zugleich die Kühl­ mitteltemperatur des Ladeluftkühlers in der Weise variiert wird, daß bei abfallender Drehzahl die Ladelufttemperatur erniedrigt wird, so daß ein höheres Ladeluftgewicht einge­ bracht wird, das wiederum dem Drehmomentabfall entgegen­ wirkt.

Da zum Starten der Brennkraftmaschine der volle Ansaughub erforderlich ist, um eine hinreichende Zündtemperatur zu erreichen und zu diesem Zeitpunkt kein durch den Ab­ gasturbolader erhöhter Ladedruck zur Verfügung steht, wird gemäß Patentanspruch 2 vorgesehen, die Verbindung vom Motor­ regler zur Verstelleinrichtung beim Starten der Brenn­ kraftmaschine vorübergehend zu lösen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeich­ nung verwiesen, in der ein Ausführungsbeispiel der Er­ findung vereinfacht dargestellt ist.

In der einzigen Figur ist mit 1 eine Diesel-Brennkraftmaschine be­ zeichnet, die in üblicher Weise aufgebaut ist und eine Kurbelwelle, an diese angelenkte Arbeitskolben und einen oder mehrere Zylinderköpfe mit Gaswechselkanälen aufweist. Den Einlaßkanälen vorgelagert ist eine Verstelleinrichtung 2 zur Veränderung des Schließzeitpunktes der nicht dar­ gestellten Einlaßventile. Die Verstelleinrichtung kann aus vorgelagerten Drehschiebern bestehen, deren Winkellage zur Kurbelwelle veränderbar ist. Mit 3 ist weiterhin ein Ab­ gasturbolader bezeichnet, der in üblicher Weise aus­ gebildet ist und eine Turbine und einen mit dieser ge­ kuppelten Verdichter aufweist, der die verdichtete Luft einem Ladeluftkühler 4 zuführt. Der Ladeluftkühler 4 wird durch ein Kühlmittel gekühlt, das über Kühlmittelleitungen 5 zu- und abgeführt wird. Die Kühlmitteltemperatur ist über einen Thermostaten 6 regelbar, wobei eine Grundwert­ verstellung 7 des Thermostaten vorgesehen ist. Weiterhin wird eine Einspritzpumpe 8 von der Brennkraftmaschine 1 angetrieben. Die Einspritzpumpe 8 steht mit einem Motor­ regler 9 in Wirkverbindung, der die Einspritzpumpe der Einspritzpumpe 8 verstellt und ein freies Stellglied 10 aufweist. Mit 11 ist eine weitere Regeleinrichtung be­ zeichnet, die ebenfalls von der Brennkraftmaschine 1 an­ getrieben ist und ein Stellglied 10 a aufweist, das in Ab­ hängigkeit der Drehzahl wirksam ist. Mit 12 ist ein Waag­ balken bezeichnet, an dessen Enden einerseits die Ver­ stelleinrichtung 2 für die Steuerzeiten und andererseits eine Stange 13 angreift, die zum Stellglied 10 a der Regel­ einrichtung führt. Im mittleren Bereich des Waagbalkens 12 greift das Stellglied 10 des Motorreglers 9 an. Weiterhin greift am Stellglied 10 a der Regeleinrichtung 11 ein Ge­ stänge 14 an, das mit der Grundwertverstellung 7 des Thermostaten 6 verbunden ist.

Wird nun bei im wesentlichen konstanter Drehzahl - eine minimale Drehzahlabsenkung ist zum Ansprechen des Motor­ reglers erforderlich - die Leistungsanforderung angehoben, so erhöht der Motorregler 9 die Einspritzmenge und ver­ stellt gleichzeitig den Schließpunkt der Einlaßventile von "Spät" nach "Früh". Reicht diese Leistungserhöhung der Brennkraftmaschine 1 nicht aus und ist die Einspritzmenge an ihrem blockierten Höchstwert, so erfolgt ein Drehzahl­ abfall, so daß nunmehr die Regeleinrichtung 11 eingreift und eine Verringerung der Ladelufttemperatur über die Grundverstellung des Thermostaten 6 und eine Rückver­ stellung des Schließzeitpunktes der Einlaßventile von "Früh" nach "Spät" bewirkt, so daß eine Drehmomenterhöhung der Brennkraftmaschine 1 erfolgt. Die gleiche Wirkungs­ weise wie mit zwei getrennten Reglern 9, 11 kann auch durch einen kombinierten Regler mit zwei voneinander unab­ hängigen Verstellausgängen erreicht werden. Durch die An­ wendung des Regelsystems in Verbindung mit der Verstellung des wirksam werdenden Ansaughubes der Arbeitskolben wird das Drehmomentverhalten insbesondere bei hohen Auflade­ graden erheblich verbessert.

Claims (2)

1. Regelsystem für eine nach dem "Miller-Verfahren" mit Abgasturboaufladung arbeitende Diesel-Brennkraft­ maschine, wobei dem Abgasturbolader (3) ein Ladeluftküher (4) nachgeschaltet ist, dessen Kühlmitteltemperatur regel­ bar ist, wobei weiterhin eine Verstelleinrichtung (2) für die Steuerzeiten der Gaswechselventile, insbesondere des Schließzeitpunkts der Einlaßventile, vorgesehen ist und mit einem Motorregler (9), der die für die Erhaltung des Leistungsgleichgewichts erforderliche Einspritzmenge in Abhängigkeit von der Drehzahlveränderung einstellt, wobei der Motorregler (9) in Abhängigkeit von der eingespritzten Kraftstoffmenge die Verstelleinrichtung (2) für die Steuerzeiten der Gaswechselventile betätigt, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Regeleinrichtung (11) vorgesehen ist, die im Vollastzustand bei größter Einspritzmenge und abfallender Drehzahl infolge erhöhten Leistungsbedarfs in den Motorregler (9) derart eingreift, daß der Schließzeitpunkt der Einlaßventile im Sinne einer verlängerten Einlaßventilöffnungsdauer von "Früh" nach "Spät" verstellt wird, und daß bei diesem vorherrschenden Betriebszustand zugleich die Ladelufttemperatur erniedrigt werden kann.

2. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Start der Brennkraft­ maschine die Verbindung zwischen Motorregler (9) und Ver­ stelleinrichtung (2) vorübergehend gelöst und die Öffnungsdauer der Einlaßventile verlängert wird.