DE3324807C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brenn­ kraftmaschine mit einem Wärmetauscher zur Kühlung und/oder Vorwärmung der Ladeluft und mit einem die Vollastförder­ menge einer Kraftstoffzumeßeinrichtung, insbesondere einer Kraftstoffeinspritzpumpe, in Abhängigkeit einer charakte­ ristischen Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine steu­ erbaren Regelglied.

Derart gattungsgemäße aufgeladene Brennkraftmaschinen sind beispielsweise durch die DE-OS 29 08 792 bekannt.

Das Regelglied ist üblicherweise, ins­ besondere bei aufgeladenen Dieselbrennkraftmaschinen, als verstellbarer Regelstangenanschlag einer Kraftstoffein­ spritzpumpe ausgebildet, der über ein druckbeaufschlagba­ res Stellglied in Abhängigkeit vom Ladeluftdruck in der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine gesteuert wird, so daß die insbesondere im Hinblick auf Überlastungen, Über­ hitzungen und dergl. der Brennkraftmaschine maximal zuläs­ sige Vollasteinspritzmenge längs einer vorgegebenen Vollastcharakteristik in Abhängigkeit des Belastungszu­ standes der Brennkraftmaschine verändert wird. Somit er­ folgt die Steuerung der zulässigen Vollastfördermenge für die aufgeladene Brennkraftmaschine mit Ladeluftkühlung in analoger Weise wie bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen ohne Ladeluftkühlung bzw. Ladeluftvorwärmung. In bestimm­ ten Belastungszuständen aber auch in bestimmten einsatzbe­ dingten Betriebszuständen ist allerding bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen mit Ladeluftkühlung eine Angleichung der Vollastfördermenge auch an die Kühlung bzw. Vorwär­ mung der Ladeluft insbesondere im Hinblick auf Abgasemis­ sion, Weißrauchbildung und insbesondere auch thermische Belastung der Brennkraftmaschinenbauteile wünschenswert. Hierbei sollte aber berücksichtigt werden können, daß bei­ spielsweise bei sofortiger sehr hoher Belastung und somit hoher Verdichtung der Ladeluft nach einem Kaltstart im Hinblick auf die thermische Belastung der Brennkraftma­ schinenbauteile eine höhere Vollastfördermenge zugelassen werden kann als bei einem lange andauernden Vollastbe­ trieb. Des weiteren sollten einsatzbedingte Belastungszu­ stände, z. B. häufiger Lastwechselbetrieb, der charakteri­ stisch ist für Brennkraftmaschinen, die beispielsweise in bauwirtschaftlichen Fahrzeugen, wie Bagger oder Hubstapler eingesetzt sind, bei der Vollastfördermengensteuerung Be­ rücksichtigung finden können, was bei einer Steuerung über den Verbrennungsluftdruck nur bedingt möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vollastfördermengensteuerung einer aufgeladenen Brenn­ kraftmaschine mit Ladeluftkühlung bzw. -vorwärmung, die insbesondere relativ schnelle Laständerungen unterworfen ist, zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Regelglied zur Steuerung der Vollastfördermenge der Kraft­ stoffzumeßeinrichtung in Abhängigkeit der Temperatur und/oder des Druckes zumindest eines Kühl- oder Vorwärmme­ diums 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 Vollastför­ dermenge beispielsweise im Hinblick auf die thermisch noch belastbaren Brennkraftmaschinenbauteile zuzulassen, was insbesondere auch den Vorteil beinhaltet, daß die Warm­ laufphase der Brennkraftmaschine verkürzt werden kann. Die erfindungsgemäße Vollastfördermengensteuerung ist somit auch gerade für Brennkraftmaschinen mit relativ schnellen Laständerungen geeignet, da das Kühlmedium des Wärmetau­ schers bei häufigem Lastwechselbetrieb über den gesamten Drehzahl- und Lastbereich der Brennkraftmaschine nur rela­ tiv geringen Schwankungen unterworfen ist, so daß die Vollastmengensteuerung in Abhängigkeit der Kühlmediumstem­ peratur beispielsweise wesentlich geeigneter ist als eine Steuerung der Vollastfördermenge in Abhängigkeit der Lade­ lufttemperatur.

In idealer Weise ist die erfindungsgemäße Vollastförder­ mengensteuerung insbesondere für Brennkraftmaschinen mit schnell wechselnden Belastungszuständen möglich, wenn ent­ sprechend 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 Ar­ beitstemperaturbereich des Wärmetauschers als ein einen Phasenwechsel oder eine mit Wärmetönung verbundene chemi­ sche Reaktion aufweisender Latentspeicher aufweist, wobei das Regelglied in Abhängigkeit der Temperatur und/oder des Druckes des Arbeitsmediums steuerbar ist. Bei einem derar­ tigen Wärmetauscher, der neben den Passagen für die Lade­ luft in seiner einfachsten Ausführung nur noch Passagen für das Arbeitsmedium enthält, das je nach seinem Tempera­ turzustand 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 Wärmetauschers eignet sich beispielsweise Wasser, das in das Wärmespeichersystem eingeschlossen ist, oder aber bei­ spielsweise Stearin, das im Arbeitstemperaturbereich des Wärmetauschers einen Phasenwechsel aufweist. Ein derarti­ ger 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 La­ deluft und des Arbeitsmediums noch Passagen für Kühlluft vorgegeben sind, Gegenstand der Patentanmeldung P 32 00 691.8, auf die ausdrücklich verwiesen wird. In einer derart ausgestalteten aufgeladenen Brennkraftmaschi­ ne ist es deshalb in optimaler Weise, für Hubstapler, Bag­ gerbetrieb, elektrische Aggregate mit kurzzeitigen Last­ spitzen, aber auch für Pkw′s verwendbar, um die Vollast­ fördermenge an unterschiedliche Betriebszustände der Brennkraftmaschine anzugleichen. Des weiteren kann hier­ durch 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 Unteransprüchen angegeben, die im Zusammenhang mit der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung näher verdeut­ licht werden. Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird deshalb auf die Zeichnungen verwiesen, in denen Ausfüh­ rungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind. Es zeigt

Fig. 1 den schematischen Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Regeleinrichtung zur Steue­ rung der Vollastfördermenge einer Einspritzpumpe,

Fig. 2 ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfin­ dungsgemäßen Regeleinrichtung für eine aufgeladene Brennkraftmaschine und die

Fig. 3 und 4 weitere Ausführungsbeispiele einer erfin­ dungsgemäßen aufgeladenen Brennkraftmaschine.

In den Figuren sind grundsätzlich gleichwirkende Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen. Soweit im einzelnen dar­ gestellt, ist mit 1 eine Brennkraftmaschine mit Zylindern 2 und mit 3 ein Abgasturbolader bezeichnet, wobei die ver­ dichtete Ladeluft über einen Wärmetauscher 4 den Zylindern 2 der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Als Kraftstoffzu­ meßeinrichtung ist in den in den Figuren vorgesehenen Aus­ führungsbeispielen der Erfindung eine Kraftstoffeinspritz­ pumpe 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 ange­ deutet ist. Die Einspritzpumpe 5 weist eine Regelstange 7 auf, die zur Begrenzung der Vollastfördermenge mit einem als Regelstangenanschlag ausgebildeten Regelglied 8 zusam­ menwirkt. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist im Wärme­ tauscher 4 der Brennkraftmaschine 1 ein Thermostatelement 9 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 Wärme­ tauschers als Latentspeicher arbeitet, z. B. Stearin, auf­ weisen, so daß die schematisch angedeutete Ladeluft 11 beim Durchströmen des Wärmetauschers 4 gekühlt bzw. bei Belastungsverringerung der Brennkraftmaschine nach länger andauerndem Vollastbetrieb in vorteilhafter Weise aufgrund des höheren Temperaturniveaus des Arbeitsmediums vorge­ wärmt werden kann. Das Thermostatventil 9 steuert den Elektromagneten 10 in der Weise, daß unterhalb einer vor­ gebbaren Temperatur des Arbeitsmediums des Wärmetauschers 4 der Elektromagnet 10 erregt ist und oberhalb dieser vor­ gebbaren Grenzwerttemperatur der Elektromagnet 10 ausge­ schaltet wird, so daß das Regelglied unter Einwirkung eines Federelementes 12 verstellt und somit die Regelstange 7 in Richtung verringerter Vollasteinspritzmenge gesteuert wird.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird der Anschlag der Regelstange7 der Einspritzpumpe 5 begrenzt durch ein Regelglied 8, das mit einem von der Ladeluft beaufschlag­ baren Stellglied 13 über ein federbelastetes Übertragungs­ gestänge 14 in Wirkverbindung steht. Im wesentlichen ist das Stellglied 13 hierbei als bekannter ladedruckabhängi­ ger Vollastanschlag aufgebaut, in dem zwischen zwei Gehäu­ seteilen 15 und 16 eine von einer Feder 17 belastete Steu­ ermembran 18 luftdicht eingespannt ist, die bei Druckbe­ aufschlagung eine Verstellung des Stellgliedes 13 und über das Übertragungsgestänge 14 auch eine Veränderung der Lage des Regelgliedes 8 und somit des Anschlages der Regelstan­ ge 7 zur Vollastfördermengensteuerung bewirkt. Erfindungs­ gemäß sind in den Gehäuseteilen 15 und 16 zwei durch die Steuermembran 18 unterteilte Druckräume 19 und 20 vorgese­ hen, wobei der Druckraum 19 über ein Anschlußelement 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 be­ aufschlagbar ist. Somit ist es in vorteilhafter Weise mög­ lich, einen an sich bekannten ladedruckabhängigen Vollast­ anschlag hierbei zusätzlich in Abhängigkeit des Druckes bzw. aufgrund der Volumenänderung in Abhängigkeit der Tem­ peratur des Arbeitsmediums des Wärmetauschers 4 zu beein­ flussen, so daß solange ein höherer Ladeluftdruck simu­ liert und somit die Vollastfördermenge in einfacher Weise erhöht werden kann, bis das Arbeitsmedium des Wärmetau­ schers 4 ein vorgebbares Niveau erreicht hat. Hat das Ar­ beismedium dabei einen Beharrungspunkt, z. B. Schmelz­ punkt des einen Phasenwechsel aufweisenden Arbeitsmediums Stearin, so kann eine höhere Vollastfördermehrmenge vor­ zugsweise so lange zugelassen werden, wie die Temperatur nicht oder nur geringfügig überschritten ist.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wirkt das Thermo­ statventil 9 im Wärmetauscher 4 mit einer am Fahrpedal 23 vorgesehenen elektromagnetischen Stelleinrichtung 24 zu­ sammen, wobei die elektromagnetische Stelleinrichtung 24 die Regelstange 7 der Kraftstoffeinspritzpumpe 5 derart steuert, daß unterhalb einer vorgebbaren Grenzwerttempera­ tur die Vollastfördermenge im Sinne einer kick-down-Schal­ tung erhöht wird.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist an der Brenn­ kraftmaschine 1 eine elektrisch arbeitende Meßwertverar­ beitungseinrichtung 25 vorgesehen, die neben der durch das Thermostatelement 9 erfaßten Temperatur des Arbeitsmediums des Wärmetauschers 4 auch noch andere über geeignete Meß­ wertgeber 26 erfaßte Betriebsparameter der Brennkraftma­ schine 1, z. B. Drehzahl, Einspritzzeitpunkt, Fahrpedal­ stellung, anhand von vorgebbaren Daten, z. B. Vollastkenn­ felder, auswertet und das Regelglied 8, das hier als Stellmotor ausgebildet sein soll, in Abhängigkeit des Meß­ wertergebnisses steuert. Weiterhin ist in diesem Ausfüh­ rungsbeispiel nach Fig. 4 noch die insbesondere bei Ein­ satz von elektrischen Meßwertverarbeitungseinrichtungen ge­ gebene Möglichkeit angedeutet, in Abhängigkeit der erfaß­ ten Betriebsparameter, einschließlich der Temperatur des Arbeitsmediums des Wärmetauschers 4 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 vorliegende Erfindung zwar ausschließlich an Brennkraftmaschinen mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe als Kraftstoffzumeßeinrichtung er­ läutert worden ist. Es ist aber erfindungsgemäß ebenso möglich, beispielsweise für fremdgezündete Brennkraftma­ schinen, die Vollastfördermenge durch Steuerung eines in einer Ansaugluft- bzw. Ladeluftführung angeordneten Dros­ selelementes durchzuführen, wobei gegebenenfalls auch über die elektrisch arbeitende Meßwertverarbeitungseinrichtung 25 (Fig. 4) der Zündzeitpunkt unter Berücksichtigung der Temperatur bzw. des Druckes des Kühlmediums des Wärmetau­ schers regelbar ist.

Claims (10)

1. Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) mit einem Wärme­ tauscher (4) zur Kühlung und/oder Vorwärmung der Ladeluft und mit einem die Vollastfördermenge einer Kraftstoffzu­ meßeinrichtung (5), insbesondere einer Kraftstoffein­ spritzpumpe, in Abhängigkeit einer charakteristischen Be­ triebskenngröße der Brennkraftmaschine (1) steuerbaren Re­ gelglied (8), dadurch gekennzeichnet, daß das Regelglied (8) zur Steue­ rung der Vollastfördermenge der Kraftstoffzumeßeinrichtung (5) in Abhängigkeit der Temperatur und/oder des Druckes zumindest eines Kühl- oder Vorwärmmediums des Wärmetau­ schers (4) steuerbar ist.

2. Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (4) zur Küh­ lung und/oder Vorwärmung der Ladeluft ein in sich abge­ schlossenes 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 steuer­ bar ist.

3. Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regel­ glied (8) ein vom Arbeitsmedium des Wärmespeichersystems beaufschlagbares Thermostatelement (9) zugeordnet ist, das das Regelglied (8) derart steuert, daß die Vollastförder­ menge oberhalb einer vorgebbaren Grenzwerttemperatur ver­ ringerbar ist.

4. Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelglied (8) einen von dem Thermostatelement (9) ansteuerbaren Elektromagneten (10) aufweist.

5. Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelglied (8) von einem Federelement (12) beaufschlagbar ist.

6. Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 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.

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 (19) mit dem Druck des Wärme­ speichersystems beaufschlagbar ist.

8. Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Temperatur des Arbeitsmediums darstellende optische Anzeigevorrichtung vorgesehen und das Regelglied (8) manu­ ell betätigbar ist.

9. Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Regel­ glied (8) mit dem Fahrpedal (23) der Brennkraftmaschine (1) zusammenwirkt und vorzugsweise als thermostatisch ge­ steuerte elektromagnetische Stelleinrichtung (24) ausge­ bildet ist, wobei insbesondere über eine Veränderung des Fahrpedalweges die Vollastfördermenge beeinflußbar ist.

10. Aufgeladene Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine elek­ trisch arbeitende Meßwertverarbeitungseinrichtung (25), die neben der Temperatur und/oder des Druckes des Arbeits­ mediums andere über geeignete Meßwertgeber (26) erfaßte Betriebsparameter der Brennkraftmaschine (1), wie z. B. Drehzahl, Abgastemperatur, auswertet und das Regelglied (8) in Abhängigkeit des Meßwertergebnisses steuert.