DE4002081A1 - Black smoke prevention method on diesel engine starting - using electromagnetic valve to open line by passing engines turbocharger - Google Patents
Black smoke prevention method on diesel engine starting - using electromagnetic valve to open line by passing engines turbochargerInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines eine Abgasturbine eines Turboladers einer Brennkraft maschine umgehenden Bypasses durch Aufsteuern eines Bypass-Ventils in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Diesel-Brennkraftmaschine zur Durchführung des Ver fahrens, welche einen Turbolader mit einer Abgasturbine und einen diese umgehenden Bypass mit einem Bypass- Ventil aufweist, welches mittels einer Betätigungsein richtung in eine Offenstellung schaltbar ist. Ein sol ches Verfahren und eine solche Diesel-Brennkraftmaschine sind in der DE-OS 35 15 632 beschrieben.The invention relates to a method for controlling a an exhaust gas turbine of a turbocharger of an internal combustion engine machine bypassing by opening one Bypass valve depending on operating conditions the internal combustion engine. The invention further relates to a diesel engine for performing the ver driving, which is a turbocharger with an exhaust gas turbine and bypass this bypass with a bypass Has valve which by means of an actuator direction can be switched to an open position. A sol ches process and such a diesel engine are described in DE-OS 35 15 632.
Es ist bekannt, daß ein Turbolader bei niedrigen Motor drehzahlen nicht zu einer Leistungssteigerung beiträgt. Da sich durch den Turbolader der Abgasgegendruck erhöht, kommt es bei niedrigen Drehzahlen durch den Turbolader zu einer unerwünschten Erhöhung des Kraftstoffver brauchs. Um diesen Mißstand auszuschließen, lehrt die eingangs genannte DE-OS 35 15 632, bei niedrigen Dreh zahlen den von einem Wastegate-Ventil gesteuerten Bypass der Abgasturbine durch Ansteuern dieses Wastegate-Ven tils zu öffnen, so daß das Abgas dann die Abgasturbine zu umgehen vermag. It is known that a turbocharger with a low engine speeds do not contribute to an increase in performance. Because the turbocharger increases the exhaust gas back pressure, it comes from the turbocharger at low speeds to an undesirable increase in fuel consumption need. To rule out this maladministration, she teaches DE-OS 35 15 632 mentioned at the beginning, at low rotation pay the bypass controlled by a wastegate valve the exhaust gas turbine by controlling this wastegate ven tils to open so that the exhaust gas then the exhaust gas turbine is able to get around.
Durch die US-PS 44 66 248 ist es bekannt, ein Wastegate- Ventil eines Turboladers so lange geöffnet zu halten, bis das Fahrpedal mehr als 2/3 bis 3/4 niedergetreten wird. Eine Verzögerungsdrossel verhindert, daß das Waste gate-Ventil sofort nach dem Anlassen der Diesel-Brenn kraftmaschine geöffnet wird. Bei der Diesel-Brennkraft maschine nach dieser US-Patentschrift wird somit genau wie bei der nach der genannten DE-OS 35 15 632 verhin dert, daß der Turbolader bei niedrigen Drehzahlen einen unerwünschten Abgasgegendruck erzeugt.From US-PS 44 66 248 it is known to be a wastegate To keep the valve of a turbocharger open for so long until the accelerator pedal is depressed more than 2/3 to 3/4 becomes. A delay choke prevents the waste gate valve immediately after starting the diesel burner engine is opened. With diesel internal combustion machine according to this US patent is therefore accurate as in the case of the aforementioned DE-OS 35 15 632 changes that the turbocharger at low speeds unwanted exhaust back pressure generated.
Ein seit langem als lästig und schädlich empfundenes Übel von Diesel-Brennkraftmaschine besteht darin, daß es vor allem unmittelbar nach dem Start zu einem kurz fristigen Schwarzrauchausstoß kommt. Das gilt insbe sondere dann, wenn im Verhältnis zum Hubraum der Diesel-Brennkraftmaschine relativ kleine Abgasturbolader eingesetzt werden, um ein verbessertes Ansprechverhalten und einen höheren Ladedruck im unteren Motordrehzahlbe reich sicherzustellen. Mit der Vermeidung eines solchen Schwarzrauchausstoßes befassen sich die beiden vorgenann ten Schriften nicht.One that has long been perceived as annoying and harmful Evil from diesel engine is that it especially shortly after the start black smoke emission is coming. This applies in particular especially if in relation to the displacement of the Diesel engine relatively small exhaust gas turbocharger be used to improve responsiveness and a higher boost pressure at lower engine speed ensure rich. With the avoidance of such Black smoke emissions deal with the two above fonts.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein Schwarzrauchausstoß unmittelbar nach dem Starten der Diesel-Brennkraftmaschine unabhängig von der Stellung des Fahrpedals verhindert werden kann. Weiterhin soll eine Diesel-Brennkraftmaschine geschaffen werden, bei der nach diesem Verfahren ein Schwarzrauchausstoß ver meidbar ist.The invention has for its object a method of the type mentioned in such a way that a Black smoke emissions immediately after starting the Diesel engine regardless of position of the accelerator pedal can be prevented. Furthermore should a diesel engine to be created at which emits black smoke according to this procedure is avoidable.
Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Bypass-Ventil beim Motorstart in eine Offenstellung geschaltet und und mehrere Sekunden lang in dieser Offenstellung gehalten wird. According to the invention, the first-mentioned object is thereby achieved solved that the bypass valve when starting the engine in a Open position switched and and for several seconds is held in this open position.
Durch dieses Verfahren wird erreicht, daß nach dem Star ten die Abgasturbine zunächst den Abgasstrom nicht zu drosseln vermag. Es kommt deshalb nicht zu einer Erhö hung des Abgasgegendruckes und damit zu einer unvollkom menen Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffes, so daß ein Schwarzrauchausstoß verhindert wird. Diesen Ef fekt erreicht man bei den Diesel-Brennkraftmaschinen nach den beiden zuvor gewürdigten Schriften nicht, weil insbesondere bei einem Kaltstart üblicherweise das Fahr pedal etwas niedergetreten wird, was bei den vorbekann ten Diesel-Brennkraftmaschinen zu einem Schließen des Wastegate-Ventiles führen würde. Bei der Brennkraftma schine nach der genannten US-PS 44 66 248 bleibt unab hängig von der Stellung des Fahrpedals das Wastegate- Ventil unmittelbar nach dem Start geschlossen, weil eine Drossel ein rasches Öffnen verhindert.This procedure ensures that after the star the exhaust gas turbine initially did not admit the exhaust gas flow can throttle. There is therefore no increase exhaust back pressure and thus to an imperfect men combustion of the injected fuel, so that black smoke emission is prevented. This ef can be reached perfectly with diesel engines according to the two previously recognized writings, not because especially during a cold start, usually driving pedal is depressed a bit, which can be done with the diesel engines to close the Wastegate valves would lead. At the internal combustion engine Machine according to the aforementioned US-PS 44 66 248 remains unaffected depending on the position of the accelerator pedal the wastegate Valve closed immediately after start because of a Throttle prevents rapid opening.
Abgesehen von der Vermeidung des Schwarzrauchausstoßes ist das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft, weil der Turbolader nach dem Start zunächst nicht vom Abgas ange trieben wird. Dadurch wird ein Hochfahren des Turbo laders infolge Vollaststellung des Fahrpedals bei noch nicht ausreichendem Schmierölkreislauf verhindert, wo durch Lagerschäden des Turboladers vermieden werden können.Apart from avoiding black smoke emissions the inventive method is advantageous because of Turbocharger initially not affected by exhaust gas after starting is driven. This will start the turbo loader due to the accelerator pedal at full load insufficient lubricating oil circuit prevents where caused by bearing damage to the turbocharger can.
Die zweitgenannte Aufgabe, nämlich die Schaffung einer Diesel-Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfah rens, welche einen Turbolader mit einer Abgasturbine und einen diese umgehenden Bypass mit einem Bypass-Ventil aufweist, welches mittels eines einer Betätigungseinrich tung in eine Offenstellung schaltbar ist, wird erfin dungsgemäß dadurch gelöst, daß die Betätigungseinrich tung mit einem vor dem Starten der Diesel-Brennkraftma schine zu aktivierenden Bauteil im Sinne eines Öffnens des Bypass-Ventils verbunden und daß ein Zeitglied zum Offenhalten des Bypass-Ventils während mehrerer Sekunden nach dem Starten vorgesehen ist.The second task, namely the creation of a Diesel engine for carrying out the procedure rens, which is a turbocharger with an exhaust gas turbine and a bypass bypassing this with a bypass valve has, which by means of an actuating device device can be switched to an open position is invented solved accordingly in that the actuating device with a before starting the diesel internal combustion engine component to be activated in the sense of opening of the bypass valve connected and that a timer to Keep the bypass valve open for several seconds is provided after starting.
Die Vorteile einer solchen Diesel-Brennkraftmaschine liegen darin, daß unabhängig von der Stellung des Fahr pedals ein Schwarzrauchausstoß unmittelbar nach dem Star ten vermieden wird und daß ein Hochfahren des Abgasturbo laders auf hohe Drehzahlen vor Sicherstellung einer aus reichenden Lagerschmierung ausgeschlossen ist, was zu einer Vermeidung von Lagerschäden führt.The advantages of such a diesel engine are that regardless of the position of the driving pedals a black smoke emission immediately after the star ten is avoided and that a startup of the exhaust gas turbo loaders at high speeds before ensuring one sufficient bearing lubrication is ruled out, too avoiding damage to bearings.
Besonders einfach ist die Diesel-Brennkraftmaschine ge staltet, wenn zum Schalten der Betätigungseinrichtung ein Umschaltventil vorgesehen ist, welches in die Steuer leitung vom Verdichter zu einem als Bypass-Ventil dienen dem Wastegate-Ventil zum wahlweisen Verbinden der Betäti gungseinrichtung des Wastegate-Ventils mit dem Verdich ter oder einem Druckluftanschluß geschaltet ist.The diesel internal combustion engine is particularly simple turns when to switch the actuator a switching valve is provided, which in the tax line from the compressor to serve as a bypass valve the wastegate valve for optional connection of the actuators supply device of the wastegate valve with the compression ter or a compressed air connection is switched.
Das Wastegate-Ventil vermag besonders rasch beispiels weise beim Einschieben des Zündschlüssels in Offenstel lung zu schalten, wenn gemäß einer vorteilhaften Ausge staltung der Erfindung das Wastegate-Ventil zum Offen schalten während der Startphase ein Elektromagnet hat.The wastegate valve, for example, is particularly quick wise when inserting the ignition key in open position switch to switch if according to an advantageous Ausge staltung of the invention, the wastegate valve to open switch has an electromagnet during the starting phase.
Der Abgasgegendruck bei niedrigen Drehzahlen ist beson ders gering, wenn zusätzlich zu einem von einem Waste gate-Ventil gesteuerten Bypass ein ebenfalls die Abgas turbine umgehender Leerlaufbypass mit einem weiteren Bypass-Ventil vorgesehen ist und wenn dieses Bypass-Ven til beim Starten der Diesel-Brennkraftmaschine aktivier bar ausgebildet ist.The exhaust back pressure at low speeds is special or low if in addition to one of a waste Gate valve controlled bypass also the exhaust turbine bypass idling bypass with another Bypass valve is provided and if this bypass Ven Activate til when starting the diesel engine is trained bar.
Für Kraftfahrzeuge, bei denen ohnehin Überdruck (Lastkraftwagen oder Personenkraftwagen mit Niveauregelung) oder Unterdruck (Personenkraft wagen mit Vakuum-Bremskraftverstärker) zur Verfügung steht, ist es vor teilhaft, wenn das Bypass-Ventil im Leerlaufbypass eine pneumatische Betätigungseinrichtung hat, deren Membrane von einer Schließfeder in Schließrichtung des Bypass-Ventils kraftbeaufschlagt ist und deren der Schließfeder gegenüberliegender Arbeitsraum über ein Magnetventil mit Überdruck und dessen auf der Sei te der Schließfeder liegender Arbeitsraum über ein Magnet ventil mit Unterdruck verbindbar ausgebildet ist.For motor vehicles where there is already excess pressure (trucks or Passenger cars with level control) or negative pressure (passenger power car with vacuum brake booster) is available partial if the bypass valve in the idle bypass is pneumatic Actuator, the diaphragm of a closing spring in The closing direction of the bypass valve is subjected to force and their working space opposite the closing spring via a solenoid valve with overpressure and its on the screen te the working area of the closing spring via a magnet valve is connectable with negative pressure.
Alternativ kann man jedoch auch vorsehen, daß das By pass-Ventil im Leerlaufbypass als Stellelement ein Elek tromagnet hat.Alternatively, you can also provide that the By pass valve in idle bypass as an actuator an elec tromagnet has.
Zur weiteren Verdeutlichung des Erfindungsgedankens wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen. Diese zeigt schematisch inTo further clarify the inventive concept hereinafter referred to the drawing. These shows schematically in
Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Diesel-Brennkraftmaschine mit Turbolader bei normalem Fahrbetrieb, Fig. 1 shows a section through a diesel internal combustion engine with a turbocharger during normal driving operation,
Fig. 2 einen Schnitt durch die Diesel-Brennkraft maschine während der Startphase, Fig. 2 shows a section through the diesel internal combustion engine during the starting phase,
Fig. 3 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungs form einer erfindungsgemäßen Diesel-Brenn kraftmaschine, Fig. 3 shows a section through a second execution form of a diesel internal combustion engine according to the invention,
Fig. 4 einen Schnitt durch eine dritte Ausführungs form einer erfindungsgemäßen Diesel-Brenn kraftmaschine, Fig. 4 shows a section through a third form of execution of a diesel internal combustion engine according to the invention,
Fig. 5 einen Schnitt durch eine vierte Ausführungs form einer erfindungsgemäßen Diesel-Brenn kraftmaschine. Fig. 5 shows a section through a fourth embodiment of a diesel internal combustion engine according to the invention.
Die Fig. 1 zeigt von einer Diesel-Brennkraftmaschine einen Zylinder 1 mit einem Kolben 2, der mittels einer Pleuelstange 3 mit einer Kurbelwelle 4 verbunden ist. In den Zylinder 2 führt ein Einlaßkanal 5. Das verbrannte Gas verläßt den Zylinder 1 über einen Auslaßkanal 6. Fig. 1 shows a diesel internal combustion engine comprises a cylinder 1 with a piston 2, which is connected by means of a connecting rod 3 with a crankshaft 4. An inlet channel 5 leads into the cylinder 2 . The burned gas leaves the cylinder 1 via an exhaust port 6 .
Ein Turbolader 7 hat auf einer gemeinsamen Welle 8 einen Verdichter 9 und eine Abgasturbine 10, der Abgas über den Auslaßkanal 6 zugeführt wird. Dieses Abgas verläßt den Turbolader 7 über einen Abgasauslaß 11. Vom Auslaß kanal 6 zweigt ein Bypass 12 ab, in welchem ein Bypass- Ventil 13 angeordnet ist, bei dem es sich bei diesem Ausführungsbeispiel um ein übliches Wastegate-Ventil handelt. Dieses Bypass-Ventil 13 hat eine pneumatische Betätigungseinrichtung 14 mit einer in einem Zylinder 15 angeordneten Membrane 16, welche von einer Schließfeder 17 in Schließrichtung des Bypass-Ventils 13 vorgespannt ist. Eine Steuerleitung 18 verbindet den Druckraum des Verdichters 9 mit einem Arbeitsraum 19 auf der der Schließfeder 17 gegenüberliegenden Seite der Membrane 16. Dadurch öffnet das Bypass-Ventil 13, wenn im Verdichter 9 übermäßiger Druck herrscht und gibt dann den Bypass 12 frei.A turbocharger 7 has, on a common shaft 8, a compressor 9 and an exhaust gas turbine 10 , to which exhaust gas is supplied via the outlet duct 6 . This exhaust gas leaves the turbocharger 7 via an exhaust gas outlet 11 . From the outlet channel 6 branches off a bypass 12 , in which a bypass valve 13 is arranged, which in this embodiment is a conventional wastegate valve. This bypass valve 13 has a pneumatic actuating device 14 with a membrane 16 arranged in a cylinder 15 , which is biased by a closing spring 17 in the closing direction of the bypass valve 13 . A control line 18 connects the pressure chamber of the compressor 9 to a working chamber 19 on the side of the diaphragm 16 opposite the closing spring 17 . As a result, the bypass valve 13 opens when there is excessive pressure in the compressor 9 and then releases the bypass 12 .
In die Steuerleitung 18 ist ein magnetisch betätigbares Umschaltventil 20 geschaltet, welches in der dargestell ten Stellung für den normalen Fahrbetrieb die Steuer leitung 18 freigibt. Das Umschaltventil 20 hat einen Druckluftanschluß 21. Wird das Umschaltventil 20 umge schaltet, so erhält der Arbeitsraum 19 der Betätigungs einrichtung 14 Verbindung mit diesem Druckluftanschluß 21, was zu einem Öffnen des Bypass-Ventils 13 führt. In the control line 18, a solenoid operated change-over valve 20 is connected in which the control circuit in the dargestell th position for the normal driving operation releases 18th The switching valve 20 has a compressed air connection 21 . If the switching valve 20 is switched, the working space 19 of the actuating device 14 receives connection with this compressed air connection 21 , which leads to an opening of the bypass valve 13 .
Das Umschalten des Umschaltventils 20 erfolgt beispiels weise unverzüglich, sobald ein nicht gezeigter Zünd schlüssel in ein Zündschloß 22 gesteckt und in Motor startposition gedreht wird. Ein Zeitglied 23 sorgt da für, daß das Umschaltventil 20 nach dem Starten der Diesel-Brennkraftmaschine etwa zwei bis drei Sekunden in der den Druckluftanschluß 21 freigebenden Stellung ver bleibt.The switching of the switching valve 20 takes place, for example, immediately as soon as an ignition key, not shown, is inserted into an ignition lock 22 and rotated into the engine starting position. A timer 23 ensures that the changeover valve 20 remains about two to three seconds in the position releasing the compressed air connection 21 after starting the diesel engine.
Die Fig. 2 zeigt die Stellung der Bauteile in dieser Startphase. Zu sehen ist, daß hierbei das Bypass-Ventil 13 geöffnet ist, so daß das Abgas im Auslaßkanal 6 unter Umgehung der Abgasturbine 10 zum Abgasauslaß 11 gelangt. Dadurch kann das Abgas ohne einen unerwünscht hohen Strömungswiderstand die Diesel-Brennkraftmaschine ver lassen, was eine Schwarzrauchbildung während der Start phase verhindert. Fig. 2 shows the position of the components in this starting phase. It can be seen that the bypass valve 13 is open, so that the exhaust gas in the exhaust duct 6 bypasses the exhaust gas turbine 10 to the exhaust gas outlet 11 . As a result, the exhaust gas can leave the diesel internal combustion engine without an undesirably high flow resistance, which prevents black smoke formation during the starting phase.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 weist die Betäti gungseinrichtung 14 des als Wastegate-Ventil dienenden Bypass-Ventils 13 ein Elektromagnet 24 auf. Dieser Elek tromagnet 24 wird aktiviert, sobald mit dem Zündschlüs sel das Zündschloß 22 in Startstellung gedreht wird. Da durch öffnet das Bypass-Ventil 13 unverzüglich gegen die Kraft der Schließfeder 17. Es schließt nach etwa 2 bis 3 Sekunden, so daß dann die normale Funktion des Waste gate-Ventils erfolgen kann.In the embodiment according to FIG. 3, the actuation device 14 of the bypass valve 13 serving as a wastegate valve has an electromagnet 24 . This electromagnet 24 is activated as soon as the ignition lock 22 is rotated into the starting position with the ignition key sel. Since the bypass valve 13 opens immediately against the force of the closing spring 17th It closes after about 2 to 3 seconds, so that the normal operation of the waste gate valve can then take place.
Gemäß Fig. 4 ist zusätzlich zum vom Bypass-Ventil 13 gesteuerten Bypass 12 ein Leerlaufbypass 25 mit einem zweiten Bypass-Ventil 26 vorgesehen, welches unter Umge hung der Abgasturbine 10 den Auslaßkanal 6 unmittelbar mit dem Abgasauslaß 11 verbindet. Das zweite Bypass-Ven til 26 hat eine pneumatische Betätigungseinrichtung 27, die wahlweise mittels eines Magnetventils 28 mit einer Druckluftquelle 29 oder eines Magnetventils 30 mit einer Unterdruckquelle 31 verbindbar ist. Die Betätigungsein richtung 27 hat eine Membrane 33, die fest mit dem By pass-Ventil 26 verbunden ist und von einer Schließfeder 34 in Schließrichtung des Bypass-Ventils 26 vorgespannt wird. Die der Schließfeder 34 gegenüberliegende Seite der Membrane 33 begrenzt einen Arbeitsraum 35, der mit der Druckluftquelle 29 verbindbar ist, um das Bypass-Ven til 26 gegen die Kraft der Schließfeder 34 öffnen zu können.According to Fig. 4, an idle bypass 25 is provided with a second bypass valve 26 in addition to the controlled by-pass valve 13 by-pass 12, which under circumvention of the exhaust turbine 10 the exhaust passage 6 connects directly to the exhaust outlet. 11 The second bypass valve 26 has a pneumatic actuating device 27 which can be connected either by means of a solenoid valve 28 to a compressed air source 29 or a solenoid valve 30 to a vacuum source 31 . The actuating device 27 has a membrane 33 which is fixedly connected to the by-pass valve 26 and is biased by a closing spring 34 in the closing direction of the bypass valve 26 . The opposite side of the closing spring 34 of the diaphragm 33 delimits a working space 35 which can be connected to the compressed air source 29 in order to be able to open the bypass valve 26 against the force of the closing spring 34 .
Durch diese Gestaltung wird es möglich, während der Startphase den Leerlaufbypass 25 kurzfristig freizu geben, so daß ein unerwünschter Rückstau der Abgase vermieden werden kann.This design makes it possible to briefly release the idle bypass 25 during the start phase, so that an undesirable backflow of the exhaust gases can be avoided.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 5 unterscheidet sich von der nach Fig. 4 lediglich dadurch, daß das Bypass-Ven til 26 im Leerlaufbypass 25 durch ein Elektromagnet 32 betätigbar ist.The embodiment of FIG. 5 differs from that of FIG. 4 only in that the bypass valve 26 in the idle bypass 25 can be actuated by an electromagnet 32 .
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
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