DE3324807A1

DE3324807A1 - Aufgeladene brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3324807A1
Application number: DE3324807A
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl.-Ing. 5060 Bergisch Gladbach Tholen
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1983-07-09
Filing date: 1983-07-09
Publication date: 1985-01-17
Also published as: DE3324807C2

Description

Clöckner-Humboldt-Deutz AG

5000 Köln 80, den 8. Juli 1983 D 83/32 AE-ZPB P/B

Aufgeladene^ Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit einem Wärmetauscher zur Kühlung und/oder Vorwärmung der Ladeluft und mit einem die Vollastfördermenge einer Kraftstoffzumeßeinrichtung, insbesondere einer Kraftstoffeinsprit.zpumpe, in Abhängigkeit einer charakteristischen Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine steuerbaren Regelglied.

Derart gattungsgemäße aufgeladene Brennkraftmaschinen sind allgemein bekannt. Das Regelglied ist üblicherweise, insbesondere bei aufgeladenen Dieselbrennkraftmaschinen, als verstellbarer Regelstangenanschlag einer Kraftstoffeinspritzpumpe ausgebildet, der über ein druckbeaufschlagbares Stellglied in Abhängigkeit vom Ladeluftdruck in der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine gesteuert wird, so daß die insbesondere im Hinblick auf Überlastungen, Überhitzungen und dergl. der Brennkraftmaschine maximal zulässige Vollasteinspritzmenge längs einer vorgegebenen Vollastcharakteristik in Abhängigkeit des Belastungszu-Standes der Brennkraftmaschine verändert wird. Somit erfolgt die Steuerung der zulässigen Vollastfördermenge für die aufgeladene Brennkraftmaschine mit Ladeluftkühlung in analoger Weise wie bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen ohne Ladeluftkühlung bzw. Ladeluftvorwärmung. In bestimmten Belastungszuständen aber auch in bestimmten einsatzbedingten Betriebszuständen ist allerdings bei aufgeladenen

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Brennkraftmaschinen mit Ladeluftkühlung eine Angleichung der Vollastsfördermenge auch an die Kühlung bzw. Vorwärmung der Ladeluft insbesondere im Hinblick auf Abgasemmission, Weißrauchbildung und insbesondere auch thermische Belastung der Brennkraftmaschinenbauteile wünschenswert. Hierbei sollte aber berücksichtigt werden können, daß beispielsweise bei sofortiger sehr hoher Belastung und somit hoher Verdichtung der Ladeluft nach einem Kaltstart im Hinblick auf die thermische Belastung der Brennkraftmaschinenbauteile eine höhere Vollastfördermenge zugelassen werden kann als bei einem lange andauernden Vollastbetrieb. Des weiteren sollten einsatzbedingte Belastungszustä'nde, z. B. häufiger Lastwechselbetrieb, der charakteristisch ist für Brennkraftmaschinen, die beispielsweise in bauwirtschaftlichen Fahrzeugen, wie Bagger oder Hubstapler eingesetzt sind, bei der Vollastfördermengensteuerung Berücksichtigung finden können, was bei einer Steuerung über den Verbrennungsluftdruck nur bedingt möglich ist.

Es ist daher Aufgabe der vorliegende Erfindung, die Vollastfördermengensteuerung einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit Ladeluftkühlung bzw. -vorwärmung, die ' insbesondere relativ schnellen Laständerungen unterworfen ist, zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Regelglied zur Steuerung der Vollastfördermenge der Kraftstoffzumeßeinrichtung in Abhängigkeit der Temperatur und/oder des Druckes zumindest eines Kühl- oder Vorwärmmediums des Wärmetauschers steuerbar ist. Hierdurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, beispielsweise bei Vollast und somit hohem Ladeluftdruck und hoher Ladelufttemperatur nach einem Kaltstart dennoch eine relativ hohe Vollast fördermenge beispielsweise im Hinblick auf die thermisch noch

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belastbaren Brennkraftmaschinenbauteile zuzulassen, was insbesondere auch den Vorteil beinhaltet, daß die Warmlaufphase der Brennkraftmaschine verkürzt werden kann. Die erfindungsgemäße Vollastfördermengensteuerung ist somit auch gerade für Brennkraftmaschinen mit relativ schnellen Laständerungen geeignet,da das Kühlmedium des Wärmetauschers bei häufigem Lastwechselbetrieb über den gesamten Drehzahl- und Lastoereich der Brennkraftmaschine nur relativ geringen Schwankungen unterworfen ist, so daß die Vollastmengensteuerung in Abhängigkeit der Kühlmediumstemperatur beispielsweise wesentlich geeigneter ist als eine Steuerung der Vollastfördermenge in Abhängigkeit der Ladelufttemperatur.

In idealer Weise ist die erfindungsgemäße Vollastfördermengensteuerung insbesondere für Brennkraftmaschinen mit schnell wechselnden Belastungszuständen möglich, wenn entsprechend Anspruch 2 der Wärmetauscher zur Kühlung und/oder Vorwärmung der Ladeluft ein in sich abgeschlossenes Wärmespeichersystem mit einem Arbeitsmedium mit hoher Wärmekapazität und/oder einem Arbeitsmedium, das im Arbeitstemperaturbereich des Wärmetauschers als ein einen Phasenwechsel oder eine mit Wärmetönung verbundene chemisehe Reaktion aufweisender Latentspeicher aufweist, wobei das Regelglied in Abhängigkeit der Temperatur und/oder des Druckes des Arbeitsmediums steuerbar ist. Bei einem derartigen Wärmetauscher, der neben den Passagen für die Ladeluft in seiner einfachsten Ausführung nur noch Passagen für das Arbeitsmedium enthält, das je nach seinem Temperaturzustand entweder der Ladeluft Wärme entzieht bzw. ihr Wärme zuführt, so daß auf einfache bauliche Weise eine Vergleichmäßigung der Ladeluft stattfindet, kann somit die zulässige Vollastfördermenge auf sehr einfache Art je nach Lastkollektiv angeglichen werden. Als Arbeitsmedium des

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Wärmetauschers eignet sich beispielsweise Wasser, das in das Wärmespeichersystem eingeschlossen ist, oder aber beispielsweise Stearin, das im Arbeitstemperaturbereich des Wärmetauschers einen Phasenwechsel aufweist. Ein derartiger Wärmetauscher in seiner einfachsten Bauweise für eine aufgeladene Brennkraftmaschine ist Gegenstand der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung P 32 00 683.7 und in einer Bauweise, in der zusätzlich zu den Passagen der Ladeluft und des Arbeitsmediums noch Passagen für Kühlluft vorgesehen sind, Gegenstand der Patentanmeldung P 32 00 691.8, auf die ausdrücklich verwiesen wird. In einer derart ausgestalteten aufgeladenen Brennkraftmaschine ist es deshalb in optimaler Weise, für Hubstapler, Baggerbetrieb, elektrische Aggregate mit kurzzeitigen Lastspitzen, aber auch für Pkw's verwendbar, um die Vollastfördermenge an unterschiedliche Betriebszustände der Brennkraftmaschine anzugleichen. Des weiteren kann hierdurch die Speicherwirkung des Wärmespeichersystems voll ausgenutzt werden, indem auch bei hoher Belastung der Brennkraftmaschine erst nach Erreichen einer vorgebbaren Maximaltemperatur des Arbeitsmediums die Vollasteinspritz- ■ menge verringert wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind in den Unteransprüche angegeben, die im Zusammenhang mit der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung näher verdeutlicht werden. Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird deshalb auf die Zeichnungen verwiesen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung schemafisch dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 den schematischen Aufbau eines Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Regeleinrichtung zur Steuer rung der Vollastfördermenge einer Einspritzpumpe; 35

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Belastungsverringerung der Brennkraftmaschin nach langer andauerndem Vollastbetrieb in vorteilhafter Weise aufgrund des höheren Temperaturniveaus des Arbeitsmediums vorgewärmt werden kann. Das Thermostatventil 9 steuert den Elektromagneten 10 in der Weise, daß unterhalb einer vorgebbaren Temperatur des Arbeitsmediums des Wärmetauschers 4 der Elektromagnet 10 erregt ist und oberhalb dieser vorgebbaren Grer.zwurftempeeratur der Elektromagnet 10 ausgeschaltet wird, so daß das Regelglied unter Einwirkung eines Federelementss 12 verstellt und somit die Regelstange 7 in Richtung verringerter Vollasteinspritzmenge gesteuert wird.

In den Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird der Anschlag der Regelstange 7 der Einspritzpumpe 5 begrenzt durch ein Regelglied 8, das mit einem von der Ladeluft beaufschlagbaren Stellglied 13 über ein federbelastetes Übertragungsgestänge 14 in Wirkverbindung steht. Im wesentlichen ist das Stellglied 13 hierbei als bekannter ladedruckabhängiger Vollastanschlag aufgebaut, in dem zwischen zwei Gehäu- - seteilen 15 und 16 eine von einer Feder 17 belastete Steuermembran 18 luftdicht eingespannt ist, die bei Druckbeaufschlagung eine Verstellung des Stellgliedes 13 und über das Übertragungsgestänge 14 auch eine Veränderung der Lage des Regelgliedes 8 und somit des Anschlages der Regelstange 7 zur Vollastfördermengensteuerung bewirkt. Erfindungsgemäß sind in den Gehäuseteilen 15 und 16 zwei durch die Steuermembran 18 unterteilte Druckräume 19 und 20 vorgesehen, "wobei der Druckraum 19 über ein AnschluGelement 21 mit dem Druck im Wärmespeichersystem des Wärmetauschers 4 (im einzelnen nicht näher dargestellt) und der Druckraum 20 über ein Anschlußelement 22 mit dem Ladeluftdruck beaufschlagbar ist. Somit ist es in vorteilhafter Weise möglich, einen an sich bekannten ladedruckabhängigen Vollastanschlag hierbei zusätzlich in Abhängigkeit des Druckes

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Flg. 2 ein alternatives Ausführungsbcispiel einer erfindungsgemäßen Regeleinrichtung für eine aufgeladene

Brennkraftmaschine;

Fig. 3 und 4 weitere Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen aufgeladenen Brennkraftmaschine.

In den Figuren sind grundsätzlich gleichyirkende Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen. Soweit im einzelnen dargestellt, ist mit 1 eine Brennkraftmaschine mit Zylindern und mit 3 ein Abgasturbolader bezeichnet, wobei die verdichtete Ladeluft über einen Wärmetauscher 4 den Zylindern 2 der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Als Kraftstoffzumeßeinrichtung ist in den in den Figuren vorgesehenen Ausführungsbeispielen der Erfindung eine Kraftstoffeinspritzpumpe 5 vorgesehen, die über Einspritzleitungen 6 den Kraftstoff zu den Zylindern 2 der Brennkraftmaschine 1 fördert.

In den Fig. 1 und 2 ist auf die schematische Darstellung der Brennkraftmaschine 1 mit den dazugehörigen üblichen Brennkraftmaschinenbauteilen verzichtet worden, wobei schematisch lediglich die Kraftstoffeinspritzpumpe 5 angedeutet ist. Die Einspritzpumpe 5 weist eine Regelstange 7 auf, die zur Begrenzung der Vollastfördermenge mit einem als Regelstangenanschlag ausgebildeten Regelglied 8 zusammenwirkt. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist im Wärmetauscher 4 der Brennkraftmaschine 1 ein Thermostatelement und am Regelglied 8 ein Elektromagnet 10 vorgesehen. Im einzelnen nicht näher dargestellt soll der Wärmetauscher 4 ein in sich abgeschlossenes Wärmespeichersystem mit einem Arbeitsmedium, das im Arbeitstemperaturbereich des Wärmetauschers als Latentspeicher arbeitet, z. B. Stearin, aufweisen, so daß die schematisch angedeutete Ladeluft'11 beim Durchströmen des Wärmetauschers 4' gekühlt bzw. bei

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bzw. aufgrund der Volumenänderung in Abhängigkeit der Temperatur des Arbeitsmediums des Wärmetauschers 4 zu beeinflussen, so daß solange ein höherer Ladeluftdruck simuliert und somit die Vollastfördermenge in einfacher Weise erhöht werden kann, bis das Arbeitsmedium des Wärmetauschers 4 ein vorgebbares Niveau erreicht hat. Hat das Arbeitsmediums dabei einen Beharrungspunkt, z. B. Schmelzpunkt des einen Phasenwechsel aufweisenden Arbeitsmediums Stearin, so kann eine höhere Vollastfördermehrmenge vorzugsweise so lange zugelassen werden, wie die Temperatur nicht oder nur geringfügig überschritten ist.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wirkt das Thermostatventil 9 im Wärmetauscher 4 mit einer am Fahrpedal 23 vorgesehenen elektromagnetischen Stelleinrichtung 24 zusammen, wobei die elektromagnetische Stelleinrichtung 24 die Regelstange 7 der Kraftstoffeinspritzpumpe 5 derart steuert, daß unterhalb einer vorgebbaren Grenzwerttemperatur die Vollastfördermenge im Sinne einer kick-down-Schaltung erhöht wird.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist an der Brennkraftmaschine 1 eine elektrisch arbeitende Meßwertverarbeitungseinrichtung 25 vorgesehen, die neben, der durch das Thermostatelement 9 erfaßten Temperatur des Arbeitsmediums des Wärmetauschers 4 auch noch andere über geeignete Meßwertgeber 26 erfaßte Betriebsparameter der Brennkraftmaschine. 1, z. B. Drehzahl, Einspritzzeitpunkt, Fahrpedalstellung, anhand von vorgebbaren Daten, z. B. Vollastkennfelder, auswertet und das Regelglied 8, das hier als Stellmotor ausgebildet sein soll, in Abhängigkeit des Meßwertergebnisses steuert. Weiterhin ist in diesem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 noch die insbesondere bei Einsatz von elektrisch Meßwertverarbeitungseinrichtungen gegebene Möglichkeit angedeutet', in Abhängigkeit der erfaß—

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ten Betfiebsparameter, einschließlich der Temperatur des Arbeitsmediums des Wärmetauschers A den Einspritzbeginn der Kraftstoffeinspritzpumpe 5 zu verstellen. Hierzu ist ein weiterer von der Meßwertverarbeitungseinrichtung 25 gesteuerter Stellmotor 27 vorgesehen, der die Verstellung des Einspritzzeitpunktes bewirkt.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die vorHegende Erfindung zwar ausschließlich an Brennkraftmaschinen mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe als Kraftstoffzumeßeinrichtug erläutert worden ist. Es ist aber erfindungsgfneäß ebenso möglich, beispielsweise für fremdgezündete Brennkraftmaschinen, die Vollastfördermenge durch Steuerung eines in einer Ansaugluft- bzw. Ladeluftführung angeordneten Drosselelementes durchzuführen, wobei gegebenenfalls auch über die elektrisch arbeitende Meßwertverarbeitungseinrichtung 25 (Fig. 4) der Zündzeitpunkt unter Berücksichtigung der Temperatur bzw. des Druckes des Kühlmediums des Wärmetauschers regelbar ist.

Claims

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Patentansprüche

IJ Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) mit einem Wärme- :auscher (4) zur Kühlung und/oder Vorwärmung der Ladeluft und mit einem die Vollastfördermenge einer Kraftstoffzumeßeinrichtung (5), insbesondere einer Kraftstoffeinspritzpumpe, in Abhängigkeit einer charakteristischen Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine (1) steuerbaren Regelglied (8) ,

dadurch gekennzeichnet, daß das Regelglied (8) zur Steuerung der Vollastfördermenge der Kraftstoffzumeßeinrichtung

(5) in Abhängigkeit der Temperatur und/oder des Druckes zumindest eines Kühl- oder Vorwärmmediums des Wärmetauschers (4) steuerbar ist.
2. Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (4) zur Kühlung und/oder Vorwärmung der Ladeluft ein in sich abgeschlossenes Wärmespeichersystem mit einem Arbeitsmedium mit hoher Wärmekapazität und/oder einem Arbeitsmedium, das im Arbeitstemperaturbereich des Wärmetauschers als ein einen Phasenwechsel oder eine mit Wärmetönung verbundene

chemische Reaktion aufweisender Latentspeicher arbeitet, aufweist, wobei das Regelglied (8) in Abhängigkeit der Temperatur und/oder des Druckes des Arbeitsmediums steuerbar ist. ,
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3. Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regelglied (8) ein vom Arbeitsmedium des Wa'rmespeichersystems beaufschlagbares Themostatelement (9) zugeordnet ist, das das Regelglied (8) derart steuert, daß die Vollastfördermenge oberhalb einer vorgebbaren Grenzwerttemperatur verringerbar ist.
4. Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daßdas Regelglied (8) einen von dem Thermostatelement (9) ansteuerbaren Elektromagneten (10) aufweist.
5. Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche,'dadurch gekennzeichnet, daß das Regelglied (8) von einem Federelement (12) beaufschlagbar ist.
6. Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einem von einem Druckmittel,

insbesondere der Ladeluft, beaufschlagbaren und mit dem Regelglied (8) in Wirkverbindung stehenden Stellglied (15), ■ dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (13) mit dem im Wärmespeichersystem herrschenden Druck beaufschlagbar ist. 25
7. Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (13) zwei durch eine Steuermembran (18) unterteilte Druckräume (19, 20) aufweist, wobei der eine Druckraum (20) von dem Druckmittel und der andere Druckraum (19) mit dem Druck des Wärmespeichersystems beaufschlagbar ist.

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8. Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Temperatur des Arbeitsmediums darstellende optische Anzeigevorrichtung vorgesehen und das Regelglied (8) manueil betätigbar ist.
9. Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelglied (8) mit dem Fahrpedal (23) der Brennkraftmaschine (1) zusammenwirkt und vorzugsweise als thermostatisch gesteuerte elektromagnetische Stelleinrichtung (24) ausgebildet ist, wobei insbesondere über eine Veränderung des Fahrpedalweges die Vollastfördermenge beeinflußbar ist.
10. Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine elektrisch arbeitende Meßwertverarbeitungseinrichtung (25), die neben der Temperatur und/oder des Druckes des Arbeitsmediums andere über geeignete Meßwertgeber (26) erfaßte Betriebsparameter der Brennkraftmaschine (1), wie z. B. -Drehzahl, Abgastemperatur etc., anhand von vorgebbaren Daten, z. B. Vollastkennfelder, auswertet und das Regelglied (8) in Abhängigkeit des Meßwertergebnisses steuert.