DE4222086A1 - Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsluftkühler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer selbstzündenden Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Brennkraftmaschinen sind bekannt und werden als aufgeladene Diesel-Brennkraftmaschinen mit einem Ladeluftküh­ ler in vielfältiger Form bei Industrie-, Schiffahrts- und Nutzfahrzeugs-Brennkraftmaschinen sowie zunehmend auch bei PKW-Brennkraftmaschinen eingesetzt. Dabei ist das Leistungs­ verhalten derartiger Brennkraftmaschinen so ausgelegt, daß bei einer geforderten Zuverlässigkeit und einem zugelassenen Kraftstoffverbrauch eine höchstmögliche Leistung der Brenn­ kraftmaschine erreicht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer selbst­ zündenden Brennkraftmaschine, die einen Verbrennungsluft­ kühler aufweist, mit einfachen Mitteln eine Verringerung der Schadstoffemissionen zu erreichen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Verbrennungsluft in dem Verbrennungsluftkühler derart temperaturgeregelt wird, daß die Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine ver­ ringert werden. Nicht erst seit den sich verschärfenden Ab­ gasbestimmungen für Nutzfahrzeuge bemühen sich die Brenn­ kraftmaschinenhersteller um eine Verringerung der Schad­ stoffemissionen. Gängige Maßnahmen zur Beeinflussung und ins­ besondere zur Verringerung der Schadstoffemissionen sind Maßnahmen zur Optimierung der Brennräume und Weiterentwick­ lung des Einspritzsystems hin zu einem Hochdruckeinspritz­ system mit einer feinen Zerstäubung des Kraftstoffs in dem Brennraum. Derartige Maßnahmen und Entwicklungen sind in ihrer Entwicklung und serienmäßigen Umsetzung aufwendig und kostenintensiv. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden nun die Schadstoffemissionen dadurch verringert, daß die Ver­ brennungsluft in dem Verbrennungsluftkühler hin zu einer Verringerung der Schadstoffemissionen temperaturgeregelt wird. Wesentlich hierzu ist die Erkenntnis, daß die Ver­ brennungslufttemperatur einen wesentlichen Einfluß auf die Schadstoffemissionen hat.

Dabei ist das erfindungsgemäße Verfahren sowohl für saugende als auch aufgeladenen Brennkraftmaschinen anwendbar. Es wird aber bevorzugt bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen verwen­ det, da bei derartigen Brennkraftmaschinen ein Verbrennungs­ luftkühler in Form eines Ladeluftkühlers vorhanden ist.

In vorteilhafter Weiterbildung werden die Schadstoffemissio­ nen bei Vollast der Brennkraftmaschine verringert. Grundsätz­ lich ist es möglich, die Schadstoffemissionen bei verschie­ denen Lastzuständen der Brennkraftmaschine zu beeinflussen, wobei die Verringerung der Schadstoffemissionen insbesondere bei Vollast der Brennkraftmaschine infolge des absolut hohen Kraftstoffdurchsatzes sinnvoll ist.

Dabei werden in Weiterbildung der Erfindung die Schadstoff­ emissionen, insbesondere die Stickoxide, bei Vollast oder hoher Leistung durch eine Absenkung der Verbrennungsluft­ temperatur verringert. Dabei kann das Maß der notwendigen Absenkung der Verbrennungslufttemperatur in Versuchen ver­ hältnismäßig leicht ermittelt und ggfs. in Bezug zu anderen Brennkraftmaschinen-Parametern optimiert werden.

In Weiterbildung der Erfindung werden die Schadstoffemissio­ nen bei Teillast verringert. Die Verringerung der Schadstoff­ emissionen bei Teillast ist insbesondere zusätzlich zu der Verringerung der Schadstoffemissionen bei Vollast sinnvoll. Mit diesen Lastzuständen werden die überwiegenden Einsatzbe­ reiche der Brennkraftmaschine abgedeckt und bei diesen die Absenkung der Schadstoffemissionen erreicht.

Dabei werden die Schadstoffemissionen, insbesondere die Ruß­ partikel und/oder die Kohlenwasserstoffe bei Teillast durch eine Erhöhung der Verbrennungslufttemperatur verringert. Dabei hat sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ein Temperaturbereich von 70°C bis 100°C, insbesondere zwischen 80°C und 90°C als günstig erwiesen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Verbren­ nungslufttemperatur durch gesteuertes Durchströmen des Ver­ brennungsluftkühlers mit Kühlwasser geregelt. Das Kühlwasser, das in weiterer Ausgestaltung das Kühlwasser der Brennkraft­ maschine ist, kann feinfühlig durch den Verbrennungsluft­ kühler entsprechend der geforderten Verbrennungslufttem­ peratur gesteuert bzw. geleitet werden. Dabei ist auch die insbesondere bei Teillast geforderte Temperaturerhöhung der Verbrennungsluft auch bei geringer Umgebungslufttemperatur leicht und schnell realisierbar.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Steuerung der Kühl­ wasserdurchströmung durch den Verbrennungsluftkühler thermostatgesteuert. Entsprechende Thermostate mit dem je­ weils geforderten Thermostatverhalten sind nach Kenntnis des entsprechenden Öffnungs- bzw. Schließverhaltens problemlos verfügbar.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung gestattet eine Steuerung der Kühlwasserdurchströmung in Abhängigkeit des Schadstoffgehaltes des Abgases.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher be­ schrieben sind.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführung, bei der der Thermostatregler beim Kühlwasseraustritt aus der Brennkraftmaschine an­ geordnet ist,

Fig. 2 eine Ausführung, bei der der Thermostatregler am Kühlwasseraustritt des Ladeluftkühlers angeordnet ist und

Fig. 3 eine Ausführung, bei der der Thermostatregler beim Kühlwassereintritt in die Brennkraftmaschine ange­ ordnet ist.

Alle drei Ausführungsformen haben prinzipiell den gleichen Aufbau, wobei im einzelnen die Anordnung des Thermostatreg­ lers 4 und der Anschluß der Kühlwasserkurzschlußleitung h unterschiedlich ist.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist eine Brennkraftma­ schine 2 vorhanden, die eine selbstzündende Brennkraftma­ schine vornehmlich für Fahrzeuge und Industrieantriebe ist. Der Kühlwasseraustritt aus der Brennkraftmaschine 2 ist über eine Kühlwasserleitung e mit dem Kühlwasserteil 1b eines Ladeluftkühlers 1 verbunden. Der Ladeluftkühler 1 weist weiter­ hin einen Ladeluftteil 1a auf, der in geeigneter Weise mit dem Ansaugteil der Brennkraftmaschine und einem Abgasturbola­ der verbunden ist. Der Kühlwasseraustritt aus dem Kühlwasser­ teil 1b des Ladeluftkühlers 1 ist über eine Kühlwasserleitung g mit einem Brennkraftmaschinenkühlwasserkühler 3 verbunden und dieser wiederum über eine weitere Kühlwasserleitung mit dem Kühlwassereinlaß der Brennkraftmaschine 2. In die Kühl­ wasserleitung e ist ein Thermostatregler 4 eingeschaltet, der den Kühlwasserstrom in den Kühlwasserteil 1b des Ladeluftküh­ lers 1 oder teilweise oder ganz über eine Kühlwasserkurz­ schlußleitung h in die Kühlwasserleitung f in den Kühlwas­ sereinlaß der Brennkraftmaschine 2 steuert. Bei dieser Aus­ führung ist folglich die Temperatur ausgangsseitig aus der Brennkraftmaschine geregelt. Hierbei können Probleme beim Hochfahren der kalten Brennkraftmaschine wegen der Mengentei­ lung des Kühlwasserstroms auftreten, so daß die Ladelufttem­ peratur in diesem Falle zu hoch liegt. Dieser Nachteil kann aber ggfs. durch eine entsprechende Auslegung des Thermostat­ reglers kompensiert werden.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist der Thermostat­ regler 4 in die Kühlwasserleitung g zwischen dem Kühlwasser­ teil 1b des Ladeluftkühlers 1 und dem Brennkraftmaschinen­ kühlwasserkühler 3 eingeschaltet. Die Kühlwasserkurzschluß­ leitung h mündet wiederum in die Kühlwasserleitung f ein­ gangsseitig in die Brennkraftmaschine 2. Bei dieser Ausfüh­ rung ist folglich die Temperatur nach dem Ladeluftkühler 1 geregelt, so daß die Kühlwassertemperatur ausgangsseitig aus der Brennkraftmaschine 2 bei Vollast geringer als bei Teil­ last ist. Dies ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ein gewünschter Effekt, wobei der Kühlwasserteil 1b des La­ deluftkühlers 1 immer voll von dem Kühlwasserstrom beauf­ schlagt ist.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist der Thermostat­ regler 4 in die Kühlwasserleitung zwischen dem Brennkraft­ maschinenkühlwasserkühler 3 und dem Kühlwassereinlaß der Brennkraftmaschine 2 angeordnet. Die Kühlwasserkurzschlußlei­ tung h mündet in diesem Fall in die Kühlwasserleitung g zwi­ schen dem Kühlwasserteil 1b des Ladeluftkühlers 1 und dem Brennkraftmaschinenkühlwasserkühler 3. Bei dieser Ausfüh­ rungsform stellen sich ähnliche Effekte wie bei der Ausfüh­ rung nach Fig. 2 ein.

Claims (11)

1. Verfahren zum Betreiben einer selbstzündenden Brenn­ kraftmaschine, die ein Einspritzsystem zur Einspritzung von Kraftstoff in zumindest einen Brennraum aufweist, und wobei die zur Verbrennung des Kraftstoffs zuzuführende Verbren­ nungsluft durch zumindest einen Verbrennungsluftkühler leit­ bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft in dem Ver­ brennungsluftkühler derart temperaturgeregelt wird, daß die Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine verringert wer­ den.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft von einem Abgasturbolader verdichtet wird und der Verbrennungsluftküh­ ler ein Ladeluftkühler (1) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schadstoffemissionen bei Vollast der Brennkraftmaschine (2) verringert werden.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schadstoffemissionen, ins­ besondere die Stickoxyde, bei Vollast oder hoher Leistung durch eine Absenkung der Verbrennungslufttemperatur ver­ ringert werden.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schadstoffemissionen bei Teillast verringert werden.

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schadstoffemissionen, ins­ besondere die Rußpartikel und/oder die Kohlenwasserstoffe, bei Teillast durch eine Erhöhung der Verbrennungslufttemperatur verringert werden.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft auf 70°C bis 100°C, insbesondere auf 80°C bis 90°C, bei Teillast oder bei geringer Leistung eingestellt wird.

8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungslufttemperatur durch gesteuertes Durchströmen des Verbrennungsluftkühlers mit Kühlwasser geregelt wird.

9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlwasser das Brenn­ kraftmaschinenkühlwasser ist.

10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Kühlwasser­ durchströmung durch den Verbrennungsluftkühler thermostat­ gesteuert ist.

11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Kühlwasser­ durchströmung durch den Verbrennungsluftkühler in Abhängig­ keit vom Schadstoffgehalt der Abgase gesteuert ist.