DE3740803A1

DE3740803A1 - Dieselbrennkraftmaschine, insbesondere fuer fahrzeuge

Info

Publication number: DE3740803A1
Application number: DE19873740803
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Stumpp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1987-12-02
Filing date: 1987-12-02
Publication date: 1989-06-15
Also published as: WO1989005395A1; EP0350500A1; DE3740803C2; US5036808A; DE3865015D1; EP0350500B1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Dieselbrennkraftmaschine, insbesondere für Fahrzeuge, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Wird bei einer solchen Dieselbrennkraftmaschine für Fahrzeuge aufgrund von Störungen den Verbrennungszylindern mehr brennbares Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt als von dem Fahrer per Fahrpedalbetätigung vorgesehen ist, so kann ein gefährlicher Betriebszustand entstehen. Dabei kann es durch Überschreiten der zulässigen Höchstdrehzahl zu Schäden an der Brennkraftmaschine oder durch nicht mögliches "Gaswegnehmen" ("automatisches Gasgeben") zu Unfällen kommen.

Für Dieselmotoren mit Kraftstoffeinspritzpumpen ist es bereits bekannt, in solchen Fällen mittels einer Notstoppeinrichtung die Kraftzufuhr zu der Kraftstoffeinspritzpumpe abzustellen, so daß der Motor nach Leersaugen des Pumpeninnenraums der Kraftstoffeinspritzpumpe ausgeht (DE-OS 30 04 335). Bei Kraftstoffeinspritzpumpen mit großem Pumpeninnenraum ist dabei die Reaktionszeit, d. h. die Zeit vom Auftreten der Störung bis zum Stillstand des Motors, relativ lang. Durch zusätzliche Maßnahmen kann die Entleerung des Pumpeninnenraums beschleunigt und damit die Reaktionszeit der Notstoppeinrichtung verkürzt werden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Dieselbrennstoffmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß bei zu hoher ungewollter Kraftstoffzuführung die Brennkraftmaschine nicht abgeschaltet sondern nur in der Drehzahl begrenzt wird. Die hierzu erforderliche Sicherheitseinrichtung ist konstruktiv sehr einfach aufgebaut und läßt sich mit einfachen Mitteln realisieren. Zudem läßt sich ihre Funktion während des Motorbetriebs, und zwar im Leerlauf, laufend oder von Zeit zu Zeit überprüfen, so daß ein höherer Sicherheitsgrad gegeben ist. Die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung zeichnet sich durch eine extrem kurze Reaktionszeit aus.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Dieselbrennkraftmaschine möglich.

Bei einem gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erfolgenden Aufbau des Klappenantriebs aus einer in Schließrichtung der Drosselklappe wirkenden Antriebsfeder und einen in Öffnungsrichtung der Drosselklappe wirkenden elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Motor, wird ohne Hilfsenergie immer ein sicherer Betriebszustand der Brennkraftmaschine erreicht. Ein Defekt in der Sicherheitseinrichtung läßt automatisch den sicheren Betriebszustand der Brennkraftmaschine eintreten.

Durch die gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehene Überwachungseinheit, die im Falle ihres Einschaltens ein Schließsignal für den Klappenantrieb, d. h. bei der Ausbildung des Klappenantriebs wie vorstehend angegeben, ein Abschaltsignal für den Motor, dann ausgibt, wenn bei betriebswarmer Brennkraftmaschine absolute Leerlaufbedingungen, wie Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine, Leerlaufstellung des Fahrpedals, den Verbrennungszylindern zugeführte Leerlauf-Kraftstoffeinspritzmenge, herrschen, kann ohne Beeinträchtigung des Fahrbetriebs und unbemerkt von dem Fahrer die Funktion der Sicherheitseinrichtung überprüft werden. Falls bei Leerlaufbedingungen und Ausgabe des Schließsignals für den Drosselklappenantrieb die Drosselklappe nicht ihre vorgegebene Schließstellung einnimmt, wird eine Warnlampe eingeschaltet, die dem Fahrer den Ausfall der Sicherheitseinrichtung signalisiert und ihn zum Aufsuchen einer Werkstatt veranlaßt. Dabei ist es ausreichend, wenn die Funktionsüberprüfung der Sicherheitseinrichtung durch die Überwachungseinheit einmal nach jedem Neustart der Brennkraftmaschine bei betriebswarmer Brennkraftmaschine durchgeführt wird. Möglich ist auch die laufende Überprüfung in jeder Leerlaufphase der Brennkraftmaschine.

Der für die Überwachungseinrichtung erforderliche Sensor zur Erkennung der Schließstellung der Drosselklappe kann in verschiedener Weise ausgebildet werden. Als Druckfühler wird er die Schließstellung der Drosselklappe dann erkennen, wenn der Druck absinkt. Als Luftmengenmesser wird er die Schließstellung der Drosselklappe dann signalisieren, wenn die stromabwärts der Drosselklappe gemessene Luftmenge pro Zeiteinheit unter einen Grenzwert absinkt. Als Lambda-Sonde im Abgasstrom kann er die Schließstellung der Drossel dann erkennen, wenn der λ-Wert unter einen Grenzwert absinkt. In der Ausbildung des Sensors als Abgastemperatur-Fühler kann dieser die Schließstellung der Drossel daran erkennen, daß die Abgastemperatur einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Schließlich kann der Sensor auch als einfacher elektrischer Schalter ausgebildet sein, der von der Drosselklappe in ihrer Schließstellung betätigt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Drosselklappe möglichst dicht an den Einlaßventilen der Verbrennungszylinder, und zwar stromabwärts einer Kurbelgehäuseentlüftung, angeordnet, damit das Luftvolumen zwischen Drosselklappe und Einlaßventilen möglichst klein ist und damit sehr kurze Reaktionszeiten erreicht werden.

Bei Dieselmotoren mit Turboladern ist die Drosselklappe stromabwärts des Luftkompressors des Turboladers anzuordnen.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt die Zeichnung eine schematische Darstellung einer Dieselbrennkraftmaschine mit einer Sicherheitseinrichtung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Bei der in Fig. 1 schematisch dargestellten Dieselbrennkraftmaschine ist mit 10 der Zylinderblock bezeichnet, in welchem die Verbrennungszylinder zusammengefaßt sind. Den Verbrennungszylindern wird vorzugsweise mittels einer Kraftstoffeinspritzpumpe Kraftstoff zugeführt, was durch einen Pfeil 11 symbolisiert ist. Die für die Verbrennung des Kraftstoffes erforderliche Verbrennungsluft gelangt über die nicht dargestellten Einlaßventile in die Verbrennungszylinder. Den Einlaßventilen wird die Luft durch ein Luftansaugrohr 12 zugeführt. Die von den Verbrennungszylindern ausgestoßenen Abbrandgase werden über ein Abgassammelrohr in die Umgebung ausgelassen. Bei Dieselbrennkraftmaschinen mit Turboladern ist die Antriebsturbine 14 des Turboladers im Abgassammelrohr 13 angeordnet, während der mit der Antriebsturbine 14 starr gekoppelte Luftkompressor 15 im Luftansaugrohr 12 sitzt.

Im Luftansaugrohr 12 ist stromabwärts des Luftkompressors 15, den Einlaßventilen der Verbrennungszylinder unmittelbar vorgeordnet, eine Drosselklappe 16 schwenkbeweglich gehalten, die von einem Klappenantrieb 17 aus einer strichliniert angedeuteten Schließstellung in eine ausgezogen dargestellte Öffnungsstellung und umgekehrt überführbar ist. In der Öffnungsstellung gibt die Drosselklappe 16 den vollen Luftdurchtrittsquerschnitt des Luftansaugrohrs 12 frei, der in der Schließstellung auf einen Querschnitt reduziert ist, bei welchem die durch den verbleibenden Luftspalt hindurchtretende Verbrennungsluft soweit gedrosselt ist, daß die Brennkraftmaschine einerseits bei Leerlaufdrehzahl noch sicher läuft und andererseits bei Zufuhr einer beliebigen Kraftstoffmenge in die Verbrennungszylinder eine vorgegebene Drehzahl nicht überschreitet.

Der Klappenantrieb 17 besteht aus einer in Schließrichtung der Drosselklappe 16 wirkenden Antriebsfeder 18 und aus einem in Öffnungsrichtung der Drosselklappe 16 wirkenden pneumatischen Motor 19. Ein solcher Motor 19 besteht in bekannter Weise z. B. aus einem Membranantrieb mit einer druckbeaufschlagbaren Membran oder aus einem Arbeits zylinder 20 mit einem darin axial geführten Arbeitskolben 21, die mit der Drosselklappe 16 verbunden sind. Arbeitszylinder 20 und Arbeitskolben 21 begrenzen eine Arbeitskammer 22, die über eine Druckluftleitung 23 an einem Druckluftspeicher 24 angeschlossen ist. In der Druckluftleitung 23 ist ein Druckluft-Steuerventil, vorzugsweise ein 3/2-Wege-Magnetventil 25, zum Be- und Entlüften der Arbeitskammer 22 angeordnet. Das Magnetventil 25 wird von einer Steuervorrichtung angesteuert, die zusammen mit einer noch im einzelnen ausgeführten Überwachungseinheit zu einem Steuergerät 26 zusammengefaßt ist.

Drosselklappe 16, Klappenantrieb 17 und Steuervorrichtung des Steuergeräts 26 bilden eine Sicherheitseinrichtung, die dafür sorgt, daß den Verbrennungszylindern aufgrund von Störungen nicht mehr brennbares Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird, als von dem Fahrer per Fahrpedalbetätigung vorgegeben ist. Dadurch wird das Auftreten eines gefährlichen Zustandes für die Brennkraftmaschine, wie Überschreiten der Höchstdrehzahl, vermieden. Im einzelnen arbeitet die Sicherheitseinrichtung wie folgt:

Bei ordnungsgemäßem Betrieb der Brennkraftmaschine nimmt die Drosselklappe 16 ihre in der Zeichnung dargestellte Öffnungsstellung ein, da das bestromte Magnetventil 25 die Arbeitskammer 22 des pneumatischen Motors 19 mit dem Druckluftspeicher 24 verbindet. Tritt eine Störung auf, z. B. Klemmen der Regelstange der Kraftstoffeinspritzpumpe, die zu einer ungewollten und unkontrollierten Erhöhung der Drehzahl der Brennkraftmaschine führt, so wird die Störung erkannt und ein Störungssignal der Steuervorrichtung im Steuergerät 26 zugeführt. Ein solches Störsignal kann beispielsweise aus einer bleibenden Regelabweichung zwischen der errechneten Soll-Einspritzmenge und der Ist-Einspritzmenge ermittelt werden, wie dies in der DE-OS 33 04 335 beschrieben ist. Mit Auftreten des Störungssignals wird über das Steuergerät 26 das Magnetventil 25 stromlos geschaltet. Dieses schaltet in seine Arbeitsstellung um, in welcher die Arbeitskammer 22 des pneumatischen Motors 19 entlüftet wird. Die gespannte Schließfeder 18 des Klappenantriebs 17 bewegt den Arbeitskolben 21 in der Zeichnung nach unten, wodurch die Drosselklappe 16 in ihre in der Zeichnung strichliniert dargestellte Schließstellung überführt wird. In dieser Schließstellung ist die über die Einlaßventile in die Verbrennungszylinder gelangende Verbrennungsluft soweit gedrosselt, daß bei Zufuhr einer beliebigen Kraftstoffmenge in die Verbrennungszylinder eine vorgegebene Drehzahl nicht überschritten wird. Zugleich wird aber noch soviel Verbrennungsluft zugeführt, daß die Brennkraftmaschine in ihrer Leerlaufdrehzahl noch sicher und rund läuft. Sobald die Störung beseitigt ist und das Störungssignal wegfällt, kehrt das Magnetventil 25 nach der Bestromung der Erregerwicklung in seine Grundstellung zurück und verbindet die Arbeitskammer 22 mit dem Druckluftspeicher 24. Die in die Arbeitskammer 22 einströmende Druckluft verschiebt den Arbeitskolben 21 unter Spannen der Schließfeder 18 in der Zeichnung nach oben, und der Arbeitskolben 21 schwenkt die Drosselklappe 16 in ihre Öffnungsstellung.

Zur Funktionskontrolle der Sicherheitseinrichtung ist in dem Steuergerät 26 eine Überwachungseinheit integriert. Diese Überwachungseinheit gibt ein Schließsignal an den Klappenantrieb 17, wenn bei betriebswarmer, mit Leerlaufdrehzahl laufender Brennkraftmaschine das Fahrpedal in Leerlauf steht und die den Verbrennungszylindern zugeführte Kraftstoffmenge der Leerlauf-Kraftstoffeinspritzmenge entspricht. Die Schließstellung der Drosselklappe 16 wird von einem Sensor 27 erfaßt und dem Steuergerät 26 zugeführt. Tritt bei Ausgabe eines Schließsignals kein die Schließstellung der Drosselklappe 16 meldendes Sensorsignal auf, so schaltet die Überwachungseinheit eine Warnleuchte 28 ein, die dem Fahrer die Funktionsstörung der Sicherheitseinrichtung signalisiert. Die Aktivierung der Überwachungseinheit wird nach jedem Neustart der Brennkraftmaschine nur einmal betrieben.

Zur Durchführung dieser Überwachungsfunktion sind an dem Steuergerät 26 drei Signalleitungen 1, 2 und 3 angeschlossen. Über die Signalleitung 1 wird dem Steuergerät 26 die Stellung des Fahrpedals angezeigt. Die Signalleitung 2 ist mit einem Drehzahlgeber verbunden, der ein der Drehzahl der Brennkraftmaschine proportionales Signal liefert. Die Signalleitung 3 ist mit einem Temperaturfühler verbunden, der die Temperatur des Zylinderblocks 10 mißt und als elektrisches Signal ausgibt. Der die Schließstellung der Drosselklappe 16 sensierende Sensor 27 ist in dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel als Druckfühler 28 ausgebildet, der den Ladedruck im Luftansaugrohr 12 stromabwärts der Drosselklappe 16 mißt. Ein dem Druck proportionales elektrisches Signal wird dem Steuergerät 26 zugeführt und hier mit einem Vorgabewert verglichen. Wird der Vorgabewert unterschritten, so wird die Sicherheitseinrichtung als funktionsfähig erkannt. Im anderen Fall wird die Warnleuchte 28 eingeschaltet.

Der Sensor 27 kann auch als Luftmengenmesser ausgebildet werden, der die Luftmenge mißt, die durch den von der Drosselklappe 16 freigegebenen Luftströmungsquerschnitt hindurchtritt. Als weitere Möglichkeit kann als Sensor eine im Abgassammelrohr 13 angeordnete Lamda-Sonde oder eine Abgastemperatur-Sonde verwendet werden; unterschreitet der λ-Wert bzw. überschreitet die Abgastemperatur einen Grenzwert, ist dies ein Hinweis auf die Schließstellung der Drosselklappe 16. In der einfachsten Ausführungsform kann der Sensor 27 als elektrischer Schalter ausgebildet werden, der von der Drosselklappe 16 in ihrer Schließstellung betätigt wird und mit Schließen ein Signal an das Steuergerät 26 liefert.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann die Motorkomponente des Klappenantriebs 17 nicht nur pneumatisch sondern auch hydraulisch oder elektrisch ausgebildet werden.

Claims

1. Dieselbrennkraftmaschine mit einem Luftansaugrohr zum Zuführen von Verbrennungsluft in die Verbrennungszylinder und mit einer im Luftansaugrohr schwenkbar angeordneten, den Luftströmungsquerschnitt des Luftansaugrohrs bestimmenden Drosselklappe, gekennzeichnet durch einen an der Drosselklappe (16) zu deren Schwenkung angreifenden Klappenantrieb (17) und eine diesen steuernde Steuervorrichtung (26), die im ungestörten Betrieb der Brennkraftmaschine ein den vollen Luftströmungsquerschnitt freigebendes Öffnen der Drosselklappe (16) und bei gestörtem Betrieb ein Schließen der Drosselklappe (16) auf einen reduzierten Luftströmungsquerschnitt auslöst, bei welchem die angesaugte Verbrennungsluft soweit gedrosselt ist, daß die Brennkraftmaschine einerseits bei Leerlaufdrehzahl noch sicher läuft und andererseits bei Zufuhr einer beliebigen Kraftstoffmenge in die Verbrennungszylinder (10) eine vorgegebene Drehzahl nicht überschreitet.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Klappenantrieb (17) eine in Schließrichtung der Drosselklappe (16) wirkende Antriebsfeder (18) und einen in Öffnungsrichtung der Drosselklappe (16) wirkenden Motor (19), z. B. elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Art, aufweist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine im Leerlaufbetrieb wirksame Überwachungseinheit (26) zur Funktionskontrolle von Drosselklappe (16) und Klappenantrieb (17).

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinheit (26) nach jedem Start nur einmal wirksam geschaltet wird.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinheit (26) ein Schließsignal an den Klappenantrieb (17) ausgibt, wenn bei betriebswarmer, mit Leerlaufdrehzahl laufender Brennkraftmaschine das Fahrpedal in Leerlaufstellung steht und die den Verbrennungszylindern (10) zugeführte Kraftstoffmenge der Leerlauf-Kraftstoffmenge entspricht, und daß ein zumindest die Schließstellung der Drosselklappe (16) sensierender Sensor (27) vorgesehen ist.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß das Ausgangssignal des Sensors (27) der Überwachungseinheit (26) zugeführt ist, die ein Warn signal ausgibt, wenn das Ausgangssignal nicht repräsen tativ für die Schließstellung der Drosselklappe (16) ist.

7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 3-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinheit und die Steuervorrichtung zu einem Steuergerät (26) vereinigt sind.

8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (27) als Druckfühler (28) ausgebildet ist, der den Druck im Luft ansaugrohr (12) stromabwärts der Drosselklappe (16) mißt.

9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (27) als Luftmengenmesser ausgebildet ist, der die durch den von der Drosselklappe (16) freigegebenen Luftströmungsquerschnitt hindurchtretende Luftmenge mißt.

10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (27) als im Auspuff (13) der Brennkraftmaschine angeordnete Lambda-Sonde ausgebildet ist.

11. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (27) als Abgas temperatur-Fühler ausgebildet ist.

12. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (27) als elektrischer Schalter ausgebildet ist, der von der Drosselklappe (16) in ihrer Schließstellung betätigt wird.

13. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (16) im Luftansaugrohr (12) derart angeordnet ist, daß das Rohrvolumen stromabwärts bis zu den Einlaßventilen der Verbrennungszylinder (10) möglichst klein ist.

14. Brennkraftmaschine bei einem der Ansprüche 1-13, mit einem einen Luftkompressor und eine Antriebsturbine aufweisenden Turbolader, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (16) stromabwärts des Luftkompressors (15) angeordnet ist.