DE4316761A1

DE4316761A1 - Method of accelerating an exhaust turbocharger and apparatus for carrying out this method

Info

Publication number: DE4316761A1
Application number: DE4316761A
Authority: DE
Inventors: Armin Dipl Ing Burghauser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-05-19
Filing date: 1993-05-19
Publication date: 1994-11-24

Abstract

Published without abstract.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beschleu nigung eines Abgasturboladers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a method for accelerating inclination of an exhaust gas turbocharger according to the preamble of Claim 1.

Bei Abgasturboladern, welche ausschließlich vom Abgas der Brennkraftmaschine beaufschlagt werden, tritt in der Be schleunigungsphase der Brennkraftmaschine das Problem auf, daß, bedingt durch die Massenträgheit des Turboladers, ein zwischenzeitlicher Luftmangel auftritt, der sich als soge nannter Rußstoß äußert.In exhaust gas turbochargers, which are exclusively from the exhaust of the Internal combustion engine are loaded occurs in the loading acceleration phase of the internal combustion engine the problem that, due to the inertia of the turbocharger, a intermittent lack of air occurs, which is known as a so-called named soot surge.

Um diesen Rußstoß zu vermeiden und die Beschleunigungszeit der Brennkraftmaschine abzukürzen wird nach einem bekann ten Verfahren dem Eingang der Abgasturbine eine Brennkam mer vorgeschaltet, durch welche die Enthalpie des Abgases mittels Brennstoffeinspritzung erhöht und durch Erhöhung der Drehbeschleunigung des Abgasturboladers herbeigeführt wird. Eine derartige Maßnahme erfordert eine relativ komp lizierte Brennkammer, bei der die Stabilität der Verbren nung Schwierigkeiten bereitet und zusätzlicher Brennstoff verbrauch eintritt. (DE-PS 27 06 696)To avoid this soot surge and the acceleration time shortening the internal combustion engine is known after one a process at the entrance of the exhaust gas turbine mer upstream, through which the enthalpy of the exhaust gas increased by fuel injection and by increase the spin acceleration of the exhaust gas turbocharger becomes. Such a measure requires a relatively comp lized combustion chamber, in which the stability of combustion difficulties and additional fuel consumption occurs. (DE-PS 27 06 696)

Ausgehend von einem nur mit Abgas beaufschlagten Abgastur bolader liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde mit einem Minimum an baulichen Aufwand und möglichst geringer Zufuhr an zusätzlicher Energie das Beschleunigungsverhalten zu verbessern und den Rußstoß zu vermeiden.Starting from an exhaust gas only exposed to exhaust gas bolader is the object of the invention with a Minimum construction effort and the lowest possible supply acceleration behavior in terms of additional energy improve and avoid the soot impact.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merk male des Patentanspruches 1.This task is solved by the characteristic note male of claim 1.

Durch die kurzfristige Verbindung des Ausgangs der Abgas turbine mit dem Unterdruckbehälter wird das Enthalpiege fälle beträchtlich erhöht und das Laufrad der Abgasturbine und der damit verbundene Verdichter kräftig angestoßen. Durch das schnellere Hochfahren der Abgasturbine und den somit schneller ansteigenden Ladedruck ergibt sich ein Rückkopplungseffekt, indem die nun ansteigende Abgas menge und deren ansteigende Enthalpie wiederum zu wei terer Drehbeschleunigung des Abgasturboladers führen. Die Expansion des Abgases auf ein sehr niedriges Druck niveau führt zu einer bestmöglichen Nutzung der im Ab gas enthaltenen thermischen Energie, so daß die zum Evakuieren des Unterdruckbehälters erforderliche Fremd energiezufuhr minimiert wird.Through the short-term connection of the exhaust gas outlet The enthalpy becomes a turbine with the vacuum tank cases significantly increased and the turbine of the exhaust gas turbine and the compressor connected to it vigorously started. Due to the faster startup of the exhaust gas turbine and the thus the boost pressure increases more quickly Feedback effect by the now rising exhaust gas quantity and their increasing enthalpy again too white cause the turbocharger to accelerate. The expansion of the exhaust gas to a very low pressure level leads to the best possible use of the ab gas contained thermal energy, so that the for Evacuation of the vacuum container required foreign energy supply is minimized.

Die Unteransprüche 2 und 3 stellen vorteilhafte Weiter bildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens dar.The sub-claims 2 and 3 represent advantageous further formations of the method according to the invention.

Es ist zunächst vorteilhaft soviel Brennstoff als mög lich zuzuführen, um die Abgasmenge und deren Enthalpie am Eingang der Abgasturbine durch Erfassung der Trübung des Abgases möglichst hoch zu halten um erst dann den Ausgang der Turbine mit dem Unterdruckbehälter zu ver binden, um eine weitere kurzfristige Leistungssteigerung durch zusätzliches Anstoßen des Turbinenrades herbeizu führen.It is advantageous to use as much fuel as possible Lich to supply the amount of exhaust gas and their enthalpy at the entrance of the exhaust gas turbine by detecting the turbidity to keep the exhaust gas as high as possible so that the Output of the turbine with the vacuum tank to ver tie to another short-term performance boost by additionally bumping the turbine wheel to lead.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des er findungsgemäßen Verfahrens kann dem Anspruch 5 ent nommen werden.An advantageous device for carrying out the he inventive method can ent 5 be taken.

Ein schematisches Ausführungsbeispiel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Zeichnungen dargestellt.A schematic embodiment for implementation of the method according to the invention is in drawings shown.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 ein Schaltschema zur wechselweisen Verbindung des Ausgangs einer Abgasturbine mit einem Abgasrohr oder einem Unterdruckbehälter. Fig. 1 is a circuit diagram for alternately connecting the output of an exhaust gas turbine with an exhaust pipe or a vacuum tank.

Fig. 2 eine Anordnung zur Erfassung der Abgastrübung im Abgasrohr. Fig. 2 shows an arrangement for detecting the exhaust gas turbidity in the exhaust pipe.

Eine Brennkraftmaschine 1 wird durch einen Abgasturbo lader 2 aufgeladen, welcher aus einer Abgasturbine 3 und einem Verdichter 4 gebildet wird. Im stationären Betrieb der Brennkraftmaschine 1 wird das Abgas über ein Abgasrohr 5 ins Freie geleitet. An internal combustion engine 1 is charged by an exhaust gas turbo charger 2 , which is formed from an exhaust gas turbine 3 and a compressor 4 . In the stationary operation of the internal combustion engine 1 , the exhaust gas is passed outside via an exhaust pipe 5 .

Beim Hochfahren der Brennkraftmaschine 1 kann der Aus gang der Abgasturbine 3 über eine Abgasweiche 6 kurz fristig vom Abgasrohr 5 abgekoppelt und mit einem Unter druckbehälter 7 verbunden werden, so daß die Abgasturbi ne 3 in einen Bereich stark verminderten Druckes expan dieren kann, wodurch das Enthalpiegefälle zwischen Ein- und Austritt der Abgasturbine 3 sehr stark erhöht wird. Die Abgasweiche 6 kann durch eine Elektronik 8 gesteuert werden, ebenso wie ein Ventil 9, welches zwischen den Unterdruckbehälter 7 und der Saugseite eines Luftpressers 10 eingeschaltet ist. In Zeiten, in denen der Luftpresser nicht für die Erzeugung von Bremsluft benötigt wird, kann er über Ventil 9 den Unterdruckbehälter 7 weitgehend evakuieren.When starting the internal combustion engine 1 , the output of the exhaust gas turbine 3 can be uncoupled from the exhaust pipe 5 for a short time via an exhaust gas switch 6 and connected to a vacuum tank 7 , so that the exhaust gas turbine 3 can expand into a region of greatly reduced pressure, thereby reducing the enthalpy gradient between the entry and exit of the exhaust gas turbine 3 is increased very much. The exhaust switch 6 can be controlled by electronics 8 , as can a valve 9 which is connected between the vacuum container 7 and the suction side of an air compressor 10 . At times when the air compressor is not required for the generation of brake air, it can largely evacuate the vacuum container 7 via valve 9 .

Der Unterdruckbehälter 7 kann nach Art eines Bremsluftbe hälters unter einem Fahrzeugaufbau angebracht werden. Es kann auch vorteilhaft sein, ihn in Form einer Rohrschlange unter dem Fahrzeugaufbau oder in sonstigen verfügbaren Freiräumen anzubringen.The vacuum container 7 can be attached in the manner of a Bremsluftbe container under a vehicle body. It can also be advantageous to install it in the form of a pipe coil under the vehicle body or in other available spaces.

Zur Ansteuerung der Elektronik 8 können Sensoren 11 ver wendet werden, welche entweder den Druck in einer Lade luftleitung 12 erfassen, oder welche direkt die Abgastrü bung im Abgasrohr 5 erfassen.To control the electronics 8 sensors 11 can be used ver, which either detect the pressure in a loading air line 12 , or which directly detect the exhaust gas in the exhaust pipe 5 .

Fig. 2 zeigt einen Sensor 11, welcher hier als Photozelle oder Photowiderstand ausgebildet ist. Diesem Sensor 11 ist eine Lichtquelle 12 gegenübergestellt, welche das durch Pfeil angegebene Abgase durchstrahlt. Überschreitet die Ab gastrübung als Folge von Luftmangel einen vorgegebenen Wert, wird durch die Elektronik 8 (Fig. 1) die Abgas weiche 6 umgestellt und die Abgasturbine 3 durch kurz zeitige Expansion in den Unterdruckbehälter 7 kräftig an gestoßen. Durch den Rückkopplungseffekt zwischen der Abgas turbine 3 und der Brennkraftmaschine 1 wird diese weitaus schneller rußfrei hochgefahren, als wenn die Abgasturbine ständig nur mit der Umgebung kommunizieren würde. Fig. 2 shows a sensor 11, which is designed here as a photocell or photoresistor. This sensor 11 is juxtaposed with a light source 12 which shines through the exhaust gases indicated by the arrow. If the gas turbidity exceeds a predetermined value as a result of lack of air, the exhaust gas switch 6 is switched by the electronics 8 ( FIG. 1) and the exhaust gas turbine 3 is pushed vigorously by brief expansion into the vacuum container 7 . Due to the feedback effect between the exhaust gas turbine 3 and the internal combustion engine 1 , the latter is started up soot-free much faster than if the exhaust gas turbine were only to communicate with the surroundings at all times.

Ein Rechenbeispiel soll die Größenordnung des Lei stungsgewinns aufzeigen.A calculation example is the order of magnitude of the lei show profit.

Bei der adiabaten Expansion der Abgasturbine von bei spielsweise 1,5 bar und 600°C auf einen Umgebungsdruck von 1 bar wird im reinen Stoßverfahren bezogen auf 1 kg Abgas eine Energie von 12 406 J/kg frei.With the adiabatic expansion of the exhaust gas turbine from bei for example 1.5 bar and 600 ° C to an ambient pressure of 1 bar is referred to 1 kg in the pure impact process Exhaust gas released an energy of 12 406 J / kg.

Expandiert man jedoch vom gleichen Anfangszustand ge mäß der Erfindung auf einen Enddruck von beispielsweise 0,2 bar, so wird bezogen auf 1 kg Abgas eine Energie von 166 687 J/kg frei.However, if one expands from the same initial state according to the invention to a final pressure of, for example 0.2 bar, then an energy of 166 687 J / kg free.

Durch die Expansion auf den Druck von 0,2 bar wird das Arbeitsvermögen des Abgases um den Faktor 13 erhöht.By expanding to the pressure of 0.2 bar, this becomes Working capacity of the exhaust gas increased by a factor of 13.

Claims

1. A method for accelerating an exhaust gas turbocharger, wherein the exhaust gas turbocharger is formed from an exhaust gas turbine and a compressor and an input of the gas turbine is connected to an exhaust pipe of the internal combustion engine, characterized in that in an acceleration phase of the internal combustion engine ( 1 ) an output of the exhaust gas turbine ( 3 ) can be briefly connected to a vacuum tank 7 by means of an exhaust switch ( 6 ) controlled by a control device ( 8 ).

2. The method according to claim 1, characterized in that the switching of the exhaust switch ( 6 ) by the Regelein direction ( 8 ) is made dependent on the turbidity of the exhaust gas, such that an injection quantity of fuel is increased to the next extent to a predetermined Ab gas turbidity occurs and that only then the connection of the outlet of the exhaust gas turbine ( 3 ) with the vacuum container ( 7 ) is brought about.

3. The method according to claim 1, characterized in that the switching of the exhaust switch ( 6 ) by the Regelein direction ( 8 ) is made dependent on the pressure in a charge air line ( 12 ), such that an injection quantity of fuel is initially increased so far, than the air in the charge air line ( 12 ) permits and only then is the exhaust gas switch ( 6 ) switched and brings about a connection between the outlet of the exhaust gas turbine ( 3 ) and the vacuum container ( 7 ).

4. The method according to claim 2, characterized in that the exhaust gas turbidity is detected by a sensor ( 11 ) which is arranged in the exhaust pipe ( 5 ).

5. Apparatus for performing the method according to claims 1 to 4, characterized in that the exhaust switch ( 6 ) between the exhaust gas turbine ( 3 ) and exhaust pipe ( 5 ) is arranged and to this exhaust switch ( 6 ) the vacuum container ( 7 ) is connected That the vacuum container ter with the interposition of a valve ( 9 ) with an air compressor ( 10 ) is connected, and that both the gas switch ( 6 ), and the valve ( 9 ) from the Regelein device ( 8 ) can be controlled and that Control device ( 8 ) corresponds to a sensor ( 11 ).