DE4024572A1 - Registeraufladung fuer brennkraftmaschinen in nutzfahrzeugen - Google Patents
Registeraufladung fuer brennkraftmaschinen in nutzfahrzeugenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit
zumindest zwei Abgasturboladern und eine Einrichtung,
mit der die abgas- und verbrennungsluftseitige Beaufschlagung
eines Abgasturboladers beeinflußbar ist.
Durch die Aufladung einer Brennkraftmaschine, d. h.
Vorverdichtung der Verbrennungsluft durch einen Abgasturbolader,
wird eine größere Luftmenge für die Verbrennung
zugeführt und durch eine entsprechende Anpassung
der eingespritzten Kraftstoffmenge die Leistung
der Brennkraftmaschine erhöht. Als ein Problem der Aufladung
stellt sich die ungenügende Anpassungsmöglichkeit
von Abgasturboladern an die Bedürfnisse einer
Hubkolben-Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von Last
und Drehzahl dar, die sich insbesondere im dynamischen
Verhalten, z. B. bei der Beschleunigung des Fahrzeugs,
auswirkt.
Als eine Möglichkeit, das Aufladesystem an die
spezielle Charakteristik der Hubkolben-Brennkraftmaschine
anzupassen, ist die Registeraufladung anzusehen.
Während bei der einfachen Abgasturboaufladung
stets alle parallel geschalteten Turbolader eines
Motors in gleicher Weise mit Abgas beaufschlagt werden
und an der Versorgung der Brennkraftmaschine mit Verbrennungsluft
beteiligt sind, werden bei der Registeraufladung
in bestimmten Betriebsbereichen ein oder
mehrere Turbolader stillgesetzt, um über die Anzahl der
aktiven Turbolader eine Anpassung an den jeweiligen
Verbrennungsluftbedarf der Brennkraftmaschine zu
erreichen. Eine derartige Registeraufladung ist aus der
DE-PS 8 50 965 bekannt.
Dabei zeigt der bekannte Stand der Technik eine aus
zwei Abgasturboladern gebildete Registeraufladung mit
je einer Verbindung zwischen dem Abgas- und dem Ladeluftsystem
beider Abgasturbolader. Dabei ist einem
Abgasturbolader je ein Absperrorgan in der Ladeluft-
und Abgasleitung vorgeschaltet zur Stillsetzung bzw.
Desaktivierung des Abgasturboladers vom übrigen System
während bestimmter Betriebsbereiche der Brennkraftmaschine.
Die Betätigung des Absperrorgans erfolgt
dabei über eine elektrische oder hydraulische Fernbetätigung.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht
darin, eine Ausführung und Betätigung der in der Abgasleitung
eingesetzten Absperrorgane gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 vorzustellen, mit denen
- - die Anpassung der Verbrennungsluftzufuhr an den jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine verbessert werden kann,
- - der Bauaufwand durch Kombination mit der Auspuffbremse besonders gering wird,
- - die Ausnutzung der möglichen Motorbremsleistung unter Einhaltung spezifischer Grenzwerte optimiert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Anordnung der Absperrorgane hinter
den Turbinen der Abgasturbolader hat den Vorteil, daß
die das Absperrorgan bildenden Bauteile einer wesentlich
geringeren thermischen Belastung ausgesetzt sind
im Vergleich zu einer Anordnung der Absperrorgane vor
dem Abgasturbolader. Damit kann vorteilhaft hinsichtlich
der konstruktiven Gestaltung und Materialwahl ein
kostengünstiges Absperrorgan verwendet werden.
Die Erfindung sieht weiter ein Entlüftungsventil vor,
das in einer Leitung eingebracht ist, die beide Ladeluftsysteme
verbindet. Die Leitungsanordnung sieht
dabei vor, daß in dem stillzusetzenden Abgasturbolader
die Leitung im Ladeluftsystem zwischen dem Absperrorgan
und dem Verdichter des Abgasturboladers angeschlossen
ist und in dem benachbarten Ladeluftsystem vor dem Verdichter
des Abgasturboladers mündet. Durch die Betätigung
des Entlüftungsventils mit Hilfe der Steuereinheit
wird bei einem Drehzahlanstieg der Brennkraftmaschine
und einer damit verbundenen Beschleunigung des vorher
stillgesetzten Turboladers ein kleiner Luftmassenstrom
auf die Saugseite des Abgasturboladers geleitet, um ein
Pumpen des Turboladers zu verhindern.
Die erfindungsgemäß jedem Abgasturbolader nachgeschalteten
und von einer Steuereinheit betätigbaren Absperr-
und Betätigungsorgane sind die gleichen, mit denen die
für schwere Nutzfahrzeuge erforderliche Auspuffbremswirkung
erzielt wird. Neben einer Optimierung der
Auspuffbremsen-Betätigung wird dadurch insgesamt eine
Verringerung des erforderlichen Bauteileumfangs
erreicht, zumal auch zusätzlicher Aufwand zur Optimierung
der Auspuffbremswirkung wie z. B. eine Bypass-
Regelung entfallen kann.
Die erfindungsgemäße Steuereinheit ist so ausgelegt,
daß von ihr die für Auflademotoren wichtigen Parameter
sowie Kenngrößen, die einen Hinweis auf die Auslastung
der Brennkraftmaschine geben, zugeführt und die ermittelten
Meßwerte mit Vorgabewerten verglichen werden.
Als Parameter werden der Steuereinheit die Brennkraftmaschinen-
Drehzahl, der Ladeluftdruck sowie der Staudruck
im Abgassystem als Meßgröße zugeführt, wie auch
das von der Brennkraftmaschine geforderte Drehmoment
als Vorgabewert in Form eines Signals. In Abhängigkeit
des Vergleichs zwischen den Meß- und Vorgabewerten
erfolgt die Einstellung bzw. Betätigung des bzw. der
Absperrorgane und damit Beeinflussung zumindest eines
Abgasturboladers, um der optimalen Charakteristik des
Aufladesystems zu entsprechen, oder durch eine gleichzeitige
übereinstimmende Betätigung beider Absperrorgane
in den Abgasleitungen den Ausnutzungsgrad der
Motorbremsleistung zu optimieren.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen
insbesondere darin, daß bezogen auf den Last- und Drehzahlzustand
der Brennkraftmaschine sowie unter Beachtung
verschiedener Betriebsparameter eine angepaßte
Versorgung der Brennkraftmaschine mit Verbrennungsluft
erreichbar ist. Außerdem ermöglicht die Erfindung den
Ausnutzungsgrad der Motorbremsleistung zu optimieren.
Zur Erfassung der Auslastung der Brennkraftmaschine
bietet sich erfindungsgemäß vorteilhaft an, mit Hilfe
eines Weggebers den Regelstangenweg der Kraftstoffeinspritzpumpe
zu erfassen und den Meßwert in Form
eines Signals dem elektronischen Regler zu übertragen.
Der Geber erfaßt damit direkt den momentanen Belastungszustand
der Brennkraftmaschine und überträgt den
Wert auf die Steuereinrichtung, die in Abstimmung mit
geforderten bzw. vorgegebenen Ladedruckwerten über die
mit dem Regler in Verbindung stehenden Stellzylinder
eine Betätigung der Absperrorgane vornimmt.
Zur Darstellung einer exakten Betätigung der Absperrorgane
ist die Steuereinheit in Verbindung mit den
Stellzylindern mit einem Stellvermögen ausgestattet,
durch das die Absperrorgane von einem Maximalwert bis
auf Null stufenlos einstellbar sind.
Dabei sieht die Ausgestaltung der Absperrzone vor,
daß diese durch eine mittig in der jeweiligen Leitung
mit einer dem Querschnitt der Leitung entsprechenden
Stellklappe gestaltet sind, wobei diese über eine zur
Außenseite der Leitung geführte Achse verstellbar ist,
z. B. durch die Anlenkung eines Stellgerätes z. B. in
Form eines Stellzylinders oder Stellmotors. Alternativ
dazu sieht die Erfindung zur Verringerung des
Strömungswiderstandes einen Schieber vor, der in der
Neutralstellung außerhalb der Abgas- bzw. Ladeluftleitung
angeordnet ist und der bedarfsabhängig zur
Querschnittsveränderung in die Leitung eingebracht
werden kann.
Die erfindungsgemäße Betätigung der Absperrorgane
bietet für Brennkraftmaschinen mit einer Registeraufladung
den Vorteil einer idealen Anpassung der von dem
Abgasturbolader geförderten Verbrennungsluft an den
momentanen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine. Die
Steuereinheit kann weiter ergänzt werden durch ein dem
Verdichter vorgeschaltetes Absperrorgan in der Ladeluftleitung,
dessen Betätigung ebenfalls durch die
Steuereinheit auslösbar ist. Ein solches dicht
schließendes Absperrorgan verhindert, daß bei einem
stillgesetzten Abgasturbolader über das alle Abgasturbolader
auf der Verdichterseite verbindende Ladeluftsystem
vorverdichtete Verbrennungsluft durch den
stillgesetzten Verdichter entweicht und damit ein ungewollter
Druckabbau stattfindet.
Die Erfindung sieht weiter ein Verfahren vor, bei dem
z. B. im Leerlaufbetrieb einer Brennkraftmaschine, die
mit einer Registeraufladung versehen ist, die
verbrennungsluft- und abgasseitig angeordneten Absperrorgane
des desaktivierbaren Abgasturboladers geschlossen
sind wie auch das Entlüftungsventil, das beide
Luftsysteme verbindet und das Absperrorgan in der
Abgasleitung des weiteren Abgasturboladers geöffnet
ist. Zur Darstellung eines höheren Drehmoments der
Brennkraftmaschine zum Anfahren und zur Beschleunigung
des Fahrzeugs wird über die erhöhte Kraftstoffmenge die
Abgasenergie erhöht und der aktive Turbolader beschleunigt.
Nach Erreichen eines bestimmten Ladedrucks wird
über die Steuereinheit das abgasseitige Absperrorgan
stufenweise geöffnet und der zuvor stillgesetzte
Abgasturbolader ebenfalls beschleunigt. Um das Pumpen
des Verdichters zu verhindern, wird das Entlüftungsventil
geöffnet, das in der beide Luftsysteme verbindenden
Entlüftungsleitung eingesetzt ist, wodurch ein
kleiner Luftmassenstrom auf die Saugseite des anderen
Abgasturboladers geführt wird. Nach Erreichen einer
ausreichenden Drehzahl des nun beaufschlagten Abgasturboladers
wird das ladeluftseitige Absperrorgan
geöffnet, das Entlüftungsventil geschlossen, das abgasseitige
Absperrorgan völlig geöffnet und beide
Abgasturbolader beaufschlagen in gleicher Weise die
Brennkraftmaschine mit Verbrennungsluft.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Auspuffbremsen
sieht vor, daß im Bremsbetrieb die Absperrorgane
synchron betätigt werden, wobei die Betätigung
durch die Steuereinheit ausgelöst wird. Vorteilhaft
erfolgt die Ansteuerung in Abhängigkeit des Staudrucks
in den Abgasleitungen, wobei zur Erreichung eines
geforderten hohen Bremsmoments der zulässige Staudruck
festgelegt werden kann und zur Vermeidung von unzulässigen
Werten sein Meßwert der Steuereinheit zugeführt
werden kann.
Alternativ zur Erfassung des Abgasdrucks im Abgassystem
oder als ergänzendes Regelkriterium für die Betätigung
der Absperrorgane sieht die Erfindung vorteilhaft die
Erfassung der Auslaßventilbewegung vor. Mit Hilfe
dieser Meßgröße wird ein unzulässiges Nachöffnen der
Auslaßventile gegen die Kraft der Ventilfeder bei einem
durch die geschlossenen Absperrorgane aufgestauten
Druck im Abgassystem verhindert. In einer Ausgestaltung
dieser Meßwerterfassung bietet es sich an, den Geber im
Bereich der Ventilführung anzuordnen zur Erfassung der
Ventilbewegung bzw. der Aufsetzgeschwindigkeit an dem
Auslaßventil, das aufgrund der Zündfolge hinsichtlich
des Nachöffnens besonders kritisch einzustufen ist.
Ausführungsbeispiele, die zur weiteren Erläuterung der
Erfindung beitragen sollen, sind in der Zeichnung dargestellt,
die im folgenden näher beschrieben wird.
Diese zeigt
den erfindungsgemäßen Aufbau einer
Absperrorganbetätigung in Verbindung einer
Registeraufladung.
Die Zeichnung zeigt den wesentlichen Aufbau einer
Registeraufladung 5 für eine in Nutzfahrzeugen
eingesetzte Brennkraftmaschine, deren weiterer Aufbau
nicht dargestellt ist. Die Registeraufladung umfaßt
zwei parallel angeordnete Abgasturbolader 15, 16, die
jeweils mit einer Abgasleitung 22, 23 sowie einer Ladeluftleitung
24, 25 der Brennkraftmaschine verbunden
sind. Zur Stillsetzung eines Abgasturboladers in
bestimmten Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine ist
zur Darstellung einer Registeraufladung 5 jeweils
zwischen den Abgasleitungen 22, 23 und den Ladeluftleitungen
24, 25 eine Verbindung vorgesehen, die für
das Ladeluftsystem durch den Ladeluftkühler 32 erfolgt.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist jedem Abgasturbolader
15, 16 abgasseitig ein dicht schließendes Absperrorgan
13, 14 nachgeschaltet, die über Stellgeräte 20, 21
betätigbar sind. Außerdem ist die Ladeluftleitung 25
mit einem dem Verdichter 9 des Abgasturboladers 16
nachgeschalteten Absperrorgan 17 versehen, das mit
einem Stellgerät 18 in Verbindung steht. Zum Austausch
eines kleinen Luftmassenstromes zwischen beiden Ladeluftsystemen
dient eine Entlüftungsleitung 12, welche
in der Ladeluftleitung 25 zwischen dem Absperrorgan 17
und dem Verdichter 10 sowie in der Ansaugleitung vor
dem Verdichter 9 angeschlossen ist und in der das
Entlüftungsventil 19 eingebracht ist. Die Betätigung
aller Stellgeräte 18, 20, 21 sowie die Schaltung des
Entlüftungsventils 19 wird durch die Steuereinheit 11
ausgelöst. Die Steuereinheit 11 erfaßt und verarbeitet
verschiedene Meßgrößen der Brennkraftmaschine, die als
Signale vom Geber 26 für die Erfassung der Brennkraftmaschinen-
Drehzahl den Drucksensoren 27, 28 für den
Ladeluftdruck sowie den Abgasdruck und den Weggebern
29, 30 zur Bestimmung des Regelstangenweges an der Einspritzpumpe
und der Auslaßventilbewegung zugeführt
werden. Weiter wird der Steuereinheit das geforderte
Drehmoment (ggf. Bremsmoment) über den Geber 31
zugeführt.
Wirkungsweise der Registeraufladung 5:
Die dargestellte Registeraufladung zeigt die Absperrorgane
in einer Stellung, die einem relativ geringen
Verbrennungsluftbedarf der Brennkraftmaschine entspricht,
d. h. im Leerlauf. Das Absperrorgan 13 ist
geöffnet und die in der Abgasleitung 23 und der Ladeluftleitung
25 eingesetzten Absperrorgane 14, 17 sind
geschlossen, wie auch das Entlüftungsventil 19. Die
Brennkraftmaschine wird ausschließlich vom Abgasturbolader
15 beaufschlagt. Über eine erhöhte Kraftstoffmenge
für das Anfahren und die Beschleunigung des Fahrzeugs
und die damit verbundene erhöhte Abgasenergie der
Brennkraftmaschine erfolgt eine Beschleunigung des
Turboladers 15. Hat dabei der über den Drucksensor 27
erfaßte Ladeluftdruck in Abhängigkeit der Brennkraftmaschinen-
Drehzahl, die über den Geber 26 erfaßt wird,
einen Mindestwert erreicht, beginnt das Absperrorgan 14
zu öffnen und der Abgasturbolader 16 wird vom Abgasstrom
beaufschlagt und damit beschleunigt. Um ein
Pumpen des Abgasturboladers 16 zu verhindern, wird das
Entlüftungsventil 19 geöffnet, wodurch ein kleiner
Luftmassenstrom auf die Saugseite geführt wird. Ist der
Abgasturbolader 16 genügend beschleunigt, wird das
luftseitige Absperrorgan 17 geöffnet und das
Entlüftungsventil 19 geschlossen. Dabei ist das abgasseitige
Absperrorgan 14 ganz geöffnet und beide
Abgasturbolader 15, 16 beaufschlagen die Brennkraftmaschine
in gleicher Weise mit Verbrennungsluft.
Wird das geforderte Drehmoment durch Betätigen der
Motorbremse negativ, erfolgt - ausgelöst durch die
Steuereinheit 11 - je nach Höhe des benötigten Bremsmomentes
eine synchrone Schließung der Absperrorgane
13, 14. Die Ansteuerung der Stellgeräte 20, 21 über die
Steuereinheit 11 erfolgt dabei so, daß auch bei einem
hohen geforderten Bremsmoment der zulässige Staudruck,
der in Abhängigkeit von der Motordrehzahl festgelegt
werden kann, nicht überschritten wird. Alternativ zum
Staudruck kann auch die Auslaßventilbewegung - erfaßt
durch den Weggeber 30 - oder durch Erfassung der Aufsetzgeschwindigkeit
des Auslaßventils als Regelkriterium
berücksichtigt werden. Dazu kann an einem Ventil,
das aufgrund der Zündfolge hinsichtlich des Nachöffnens
besonders kritisch ist, ein entsprechender Geber angeordnet
werden.
Claims (15)
1. Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Abgasturboladern,
deren Abgasleitungen vor den Abgasturboladern
miteinander verbunden sind, und die Ladeluftleitungen
beider Abgasturbolader gegebenenfalls über einen Ladeluftkühler
in Verbindung stehen, und ein Abgasturbolader
über Absperrorgane in der Ladeluft- und Abgasleitung
absperrbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß beide Abgasturbolader (15,
16) hinter der Turbine ein Absperrorgan (13, 14) aufweisen
und daß die Absperrorgane über eine Steuereinheit
(11) unabhängig voneinander betätigbar sind.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Ladeluftleitung (25)
des absperrbaren Abgasturboladers (16) zwischen dem
Verdichter (10) und dem zugehörigen Absperrorgan (17)
eine von einem Entlüftungsventil (19) beherrschte Entlüftungsleitung
(12) angeordnet ist.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsleitung (12)
mit der Ladeluftleitung (24) des weiteren Abgasturboladers
(15) verbunden ist, wobei die Entlüftungsleitung
(12) vor dem Verdichter (9) des Abgasturboladers (15)
angeschlossen ist.
4. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (11) die
Betätigung des in der Entlüftungsleitung (12) eingesetzten
Entlüftungsventils (19) vornimmt.
5. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrorgane (13, 14)
in den Abgasleitungen (22, 23) Auspuffbremsen sind.
6. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Steuereinheit (11) die
Signale von Brennkraftmaschinen-Parametern sowie Kenngrößen,
die einen Hinweis auf die Auslastung der Brennkraftmaschine
geben, zugeführt und die ermittelten
Meßwerte mit Vorgabewerten verglichen werden, und die
Steuereinheit (11) in Abhängigkeit des Vergleichs die
Betätigung der Absperrorgane (13, 14, 17) mit Hilfe von
Stellgeräten (18, 20, 21) vornimmt.
7. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß als Brennkraftmaschinen-
Parameter insbesondere der Ladeluftdruck, der Staudruck
im Abgassystem, die Drehzahl der Brennkraftmaschine
sowie das Motordrehmoment der Steuereinheit (11) zugeführt
werden.
8. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (11)
mit einem Weggeber (29) verbunden ist, der an der
Einspritzpumpe der Brennkraftmaschine den Regelstangenweg
erfaßt.
9. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß durch die Betätigung der
Absperrorgane (13, 14, 17, 35) der Abgasstrom in den
Abgasleitungen (22, 23, 33) und/oder der Ladeluftstrom
in der Ladeluftleitung (25) von einem Maximalwert bis
auf Null verändert werden kann.
10. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß als Absperrorgan (13, 14,
17, 35) eine jeweils mittig in der Abgasleitung (22,
23, 33) bzw. Ladeluftleitung (25) eingebrachte Stellklappe
vorgesehen ist, die von der Leitungsaußenseite
betätigbar ist.
11. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß als Absperrorgan (13, 14,
17, 35) ein außerhalb der Abgas- bzw. Ladeluftleitung
befindlicher Schieber dient, der bedarfsabhängig den
Leitungsquerschnitt verändert.
12. Verfahren zum Betreiben der Brennkraftmaschine
nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß im Betriebsbereich niedrigen
Verbrennungsluftmengenbedarfs der Brennkraftmaschine
das Absperrorgan (13) geöffnet und die
Absperrorgane (14, 17) sowie das Entlüftungsventil (19)
geschlossen sind und mit steigendem Verbrennungsluftmengenbedarf
der Brennkraftmaschine die Absperrorgane
(14, 17) und vorübergehend das Entlüftungsventil (19)
geöffnet werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß im Bremsbetrieb die in den
Abgasleitungen (22, 23) eingesetzten Absperrorgane (13,
14) übereinstimmend betätigt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 12 und 13,
dadurch gekennzeichnet, daß im Motorbremsbetrieb die
Betätigung der Stellgeräte (20, 21) ausgelöst durch die
Steuereinheit (11) unter Beachtung des in den Abgasleitungen
(22, 23) herrschenden Staudrucks erfolgt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung der Absperrorgane
(13, 14) unter Berücksichtigung der Auslaßventilbewegung,
insbesondere der Aufsetzgeschwindigkeit
der Auslaßventile, erfolgt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4024572A DE4024572C2 (de) | 1990-08-02 | 1990-08-02 | Registeraufladung für Brennkraftmaschinen in Nutzfahrzeugen |
Applications Claiming Priority (1)
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DE4024572A DE4024572C2 (de) | 1990-08-02 | 1990-08-02 | Registeraufladung für Brennkraftmaschinen in Nutzfahrzeugen |
Publications (2)
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DE4024572C2 DE4024572C2 (de) | 1994-11-10 |
Family
ID=6411532
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE4024572A Revoked DE4024572C2 (de) | 1990-08-02 | 1990-08-02 | Registeraufladung für Brennkraftmaschinen in Nutzfahrzeugen |
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