DE3313679A1

DE3313679A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3313679A1
Application number: DE19833313679
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 4060 Viersen Baumgartner; Rainer Dipl.-Ing. 5143 Wassenberg Südbeck
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 1983-04-15
Filing date: 1983-04-15
Publication date: 1984-10-18
Also published as: DE3313679C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer die Verbrennungsluft ansaugenden Brennkraftmaschine mit einem von der; Verbrennungsluft angetriebenem Gasmotor sowie eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.

Bei Brennkraftmaschinen wird im Saugbetrieb der Druck der Ansaugluft an der Drosselklappe von etwa atmosphärischem auf den im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine herrschenden Unterdruck gesenkt. Die dabei entstehenden Energieverluste können vermindert werden, wenn statt einer Drosselklappe ein Gasmotor vom Ansauggas durchströmt und angetrieben wird. Dieser Gasmotor kann Arbeit leisten, indem er entweder mechanisch mit der Brennkraftmaschine gekoppelt ist oder etwa als Drucklufterzeuger für andere Zwecke im Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine oder des von ihr angetriebenen Gerätes dient. Die Befüllungsregelung der Brennkraftmaschine erfolgt dann durch eine unterschiedlich hohe Leistungsabnähme und damit unterschiedlich starkes Bremsen des Gasmotors; eine Drosselklappe entfällt also in aller Regel. Bei höheren Lastanforderungen an die Brennkraftmaschine kann ein solcher Gasmotor wahlweise auch als Verdichter für die Verbrennungsluft betrieben werden (Deutsche Offenlegungsschrift 30 42 163).

Derartige Gasmotoren haben den Nachteil, daß unvermeidbare Leckagen vor allem in den unteren Lastzuständen der Brennkraftmaschine zu einer Uberproportionalen Verschlechterung des Wirkungsgrades des Gasmotors führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die den Wirkungsgrad des Gasmotors vor allem im Bereich der unteren Lastzustände der Brennkraftmaschine verbessern. Diese Aufgabe wird für das eingangs genannte Ver-

<) I OU / Cf

-A-

fahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verbrennungsluft stromauf des Gasmotors mit abnehmender Lastanforderung an die Brennkraftmaschine zunehmend erwärmt wird.

Die Erfindung beruht also auf dem Grundgedanken, dem Gasmotor zwecks Verringerung der Leckgasmengen ein umso wärmeres Gas zuzuführen je höher diese Leckverluste sind. Da die Leckverluste mit größer werdender Druckdifferenz vor und hinter dem Gasmotor ansteigen, sind sie im untersten Lastzustand (Leerlaufbetrieb) der Brennkraftmaschine am höchsten, so daß dann dem Gasmotor das wärmste Verbrennungsgas zugeführt wird. Bei höheren Gastemperaturen verringert sich die Gasdichte und vermindert so die den Gasmotor durchströmende Leckgasmasse.

Durch die Erfindung werden mehrere Vorteile erreicht:

Die der Brennkraftmaschine stromab des Gasmotors zugeführte Verbrennungsluft wird unabhängig von der Lastanforderung an die Brennkraftmaschine temperaturkonstant gehalten, weil durch die mit abnehmender Lastanforderung zunehmende Verbrennungslufterwärmung der stärkeren Gasabkühlung im Gasmotor aufgrund der Expansion entgegenwirkt; diese Abkühlung ist nämlich bei geringen Lastanforderungen, also hohen Differenzdrücken am Gasmotor, am höchsten.

Der Gasmotor kann seine Aufgabe als Füllungsregler der Brennkraftmaschine nunmehr exakter erfüllen, da die zu Ungenauigkeiten der Verbrennungsluftfüllung der Brennkraftmaschine führenden Leckgasmengen weitgehend ausgeschaltet sind.

- Die der Brennkraftmaschine zugeführte Verbrennungsluft wird nicht höher als unbedingt notwendig erwärmt, so daß eine optimale Abgasqualität erzielt wird.

Da die Temperatur der dem Gasmotor zugeführten Verbrennungsluft entsprechend den unterschiedlichen Lastanforderungen an die Brennkraftmaschine äußerst schnell geändert werden muß, ist es von besonderem Vorteil, die Erwärmung der Verbrennungsluft durch Mischen von unmittelbar aus der Atmosphäre angesaugter, mit durch einen Wärmeaustauscher angesaugter Verbrennungsluft durchzuführen. Hierdurch wird die Trägheit von Wärmeaustauschern gegen Temperaturänderungen völlig ausgeschaltet.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich zwar unabhängig davon durchführen, wie die von dem Gasmotor abgegebene Energie genutzt wird, doch ist es für den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine am günstigsten, wenn der Gasmotor erfindungsgemäß als ein die Drosselenergie nutzbar machender Befüllungsregler der Brennkraftmaschine betrieben wird. Eine weitere Wirkungsgradsteigerung des Gesamtsystems wird dadurch erreicht, daß der Gasmotor bei hohen Lastanforderungen an die Brennkraftmaschine als Verdichter für das Verbrennungsgas betrieben wird. - Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es nicht entscheidend, ob die Temperaturänderung der dem Gasmotor zugeführten Verbrennungsluft linear, nicht linear, kontinuierlich oder stufenweise in Abhängigkeit von .der Lastanforderung an die Brennkraftmaschine mit abnehmender Last zunehmend erwärmt wird; dies hängt von den Einzelumständen des jeweiligen Anwendungsfalles ab und kann auf einfache Weise mit üblichen Mitteln bestimmt werden. Ebenso ist es für die Erfindung nicht entscheidend, ab welcher Lastanforderung und in welchem Umfang der Gasmotor als Verdichter betrieben wird; auch dies hängt von den Umständen des Einzelfalles ab und kann auf einfache Weise festgestellt werden.

Eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem durch die von der Brennkraftmaschine angesaugte Verbrennungsluft angetriebenen Gasmotors löst die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch ein mit einem Füllungsregler der Brennkraftmaschine gemeinsam betätigtes Stellorgan zum Mischen von unmittelbar aus der Atmosphäre angesaugter Verbrennungsluft mit durch einen vom Abgas der Brennkraftmaschine erhitzten Wärmeaustauscher angesaugter und erwärmter Verbrennungsluft. Ein derartiges Stellorgan kann eine einfache Klappe sein, die wahlweise kalte und/ oder erwärmte Verbrennungsluft in den Gasmotor einläßt und direkt vom Lasthebel der Brennkraftmaschine gemeinsam mit dem als Füllungsregler betriebenen Gasmotor betätigt wird. Es ist möglich, den Füllungsregler und das Stellorgan in beliebiger an den Einzelfall angepaßter Weise miteinander zu koppeln, um einer Vielzahl unterschiedlicher Ausgangssituationen Rechnung zu tragen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Eine Brennkraftmaschine 1 weist einen Ansaugstutzen 2 und einen Abgasstutzen 3 auf. Die von der Brennkraftmaschine angesaugte Verbrennungsluft treibt - zumindest im unteren Lastbereich der Brennkraftmaschine - einen Gasmotor 4 stromauf des Ansaugstutzens 2 an. Der Gasmotor 4 kann seine mechanische Energie über eine gegebenenfalls variable oder auch abkuppelbare Antriebsverbindung 5 an die Brennkraftmaschine 1 oder eines ihrer Aggregate abgeben. Eine an sich bekannte Steuereinheit 6 kann in an sich bekannter Weise den Gasmotor 4 als Befüllungsregler für die Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von einem nicht dargestellten Lastschalter der Brennkraftmaschine betreiben und insbesondere

den Gasmotor bei Bedarf umschalten, so daß er z.B. mittels der Verbindung 5 angetrieben wird und als Verdichter für die der Brennkraftmaschine zugeführte Verbrennungsluft arbeitet .

Stromauf des Gasmotors 4 ist die Zuführleitung für Verbrennungsluft geteilt: ein Ansaugrohr 7 steht über einen nicht dargestellten Luftfilter unmittelbar mit der Atmosphäre in Verbindung und führt dem Gasmotor Verbrennungsluft mit Atmosphären-Temperatur zu. Das zweite Ansaugrohr 8 steht ebenfalls mit der Atmosphäre hinter dem Luftfilter in Verbindung, aber unter Zwischenschaltung eines Wärmeaustauschers 9, der primärseitig von den Abgasen stromab des Abgasstutzens 3 der Brennkraftmaschine 1 erhitzt wird. An der Zweigstelle der Ansaugrohre 7 und 8 ist ein Stellorgan 10 vorgesehen, dessen Luftklappe 11 den Gasmotor 4 wahlweise mit dem Ansaugrohr 7 oder dem Ansaugrohr 8 verbindet und in Zwischenstellungen eine unterschiedliche Mischung der Luftströme beider Ansaugstutzen gestattet. Eine die Luftklappe 11 betätigende Steuereinheit 12 des Stellorgans 10 ist mit dem Lastschalter der Brennkraftmaschine sowie dem Gasmotor über die Steuereinheit 6 gekoppelt.

- Leerseite

Claims

Dr.-!ng. Reimar Kö^jg. .*·. .·Ε3ΐρ.ΗΡ9: Klaus Bergen

Wilhelm-Tell-Str. 1·4 -aOOO.DcfefeeliSorfil i-CeleJdni337O£e Patentanwälte

14. April 19Θ3 34 818 B

Pierburg GmbH & Co. KG, Leuschatraße

4040 N e u s s

3S«Kaaaios8aaa3«3

w Verfaforen und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine"

Patentansprüche;

Verfahren zuia Betreiben einer die Verbrennungsluft ansaugenden Brennkraftmaschine mit einem von der Verbrennungsluft angetriebenen Gasmotor, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft stromauf des Gasmotors Jait abnehmender Lastanforderung an die Brennkraftmaschine zunehmend erwärmt wird.
2. Verfahren naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung durch Mischen von unmittelbar aus der Atmosphäre angesaugter, mit durch einen Wärmeaustauseher angesaugter Verbrennungsluft erfolgt.

3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daS der Gasmotor als ein die Drosselenergie nutzbar machender BefUllungsregler der Brennkraftmaschine betrieben wird.

4„ Verfahre» nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzelehnet, daß der Gasmotor bei hohen Lastanforderungen an die Brennkraftmaschine als Verdichter betrieben wird.

-Z-

Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 mit einem durch die von der Brennkraftmaschine (1) angesaugte Verbrennungsluft angetriebenen Gasmotor, gekennzeichnet durch ein mit einem Füllungsregler (4,5,6) der Brennkraftmaschine (1) gemeinsam betätigtes Stellorgan (10) zum Mischen von unmittelbar aus der Atmosphäre angesaugter Verbrennungsluft mit durch einen vom Abgas der Brennkraftmaschine (1) erhitzten Wärmeaustauscher (9) angesaugter und erwärmter Verbrennungsluft.