AT518042A2 - System zum Zuführen von Luft zu Zylindern einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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AT518042A2
AT518042A2 ATA561/2016A AT5612016A AT518042A2 AT 518042 A2 AT518042 A2 AT 518042A2 AT 5612016 A AT5612016 A AT 5612016A AT 518042 A2 AT518042 A2 AT 518042A2
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Abstract

System zum Zuführen von zur Kraftstoffverbrennung benötigter Luft zu Zylindern (10) einer Brennkraftmaschine (11), mit einem Ansaugluftfilter (15), über den angesaugte Luft (12) zur Reinigung derselben leitbar ist, und mit einer vom Ansaugluftfilter (15) in Richtung auf die Zylinder (10) der Brennkraftmaschine (11) führenden Luftleitung (16), wobei stromabwärts des Ansaugluftfilters (15) an die Luftleitung (16) oder an einen Bereich des Ansaugluftfilters (15) eine Messluftleitung (17) gekoppelt ist, der mindestens ein Sensor (18) zugeordnet ist, mit Hilfe dessen mindestens eine Eigenschaft der Messluft (19) erfassbar ist, wobei die Messluft (19) ausschließlich auf Grund eines Druckgefälles entlang der Messluftleitung (17) über dieselbe und damit den Sensor (18) leitbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Zufuhren von zur Kraftstoffverbrennung benotigter Luft zu Zylindern einer Brennkraftmaschine gemaE dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Um den Betrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer mit Schwerol betriebenen Schiffsbrennkraftmaschine, exakt steuern bzw. regeln zu konnen, ist die Kenntnis bestimmter Betriebsparameter der Brennkraftmaschine von Vorteil, so zum Beispiel die Kenntnis der aktuellen Umgebungsbedingungen, unter welchen die Brennkraftmaschine betrieben wird, und/oder die Kenntnis der Ladeluftbedingungen bzw.
Verbrennungsluftbedingungen unmittelbar stromaufwarts der Brennkraftmaschine. Aus der Praxis ist es bereits bekannt, Umgebungsbedingungen, so zum Beispiel die Lufttemperatur und/oder die Luftfeuchtigkeit und/oder den Luftdruck der Umgebungsluft, mit Hilfe eines Sensors messtechnisch zu erfassen, wobei hierzu die Umgebungsluft mit Hilfe einer Pumpe Oder mit Hilfe eines Geblases oder einer sonstigen Luftfordereinrichtung aktiv dem jeweiligen Sensor zugefdhrt wind, um die aktuellen Umgebungsbedingungen zu ermitteln. Aus messtechnisch erfassten Umgebungsbedingungen fiber die Umgebungsluft kann zum Beispiel rechnerisch mindestens ein Parameter der Ladeluft bzw. Verbrennungsluft unmittelbar stromaufwarts der Brennkraftmaschine errechnet werden.
Die aus der Praxis bekannte aktive Zufiihrung der Umgebungsluft zu einem Sensor mit Hilfe einer Pumpe oder eines Geblases erfordert einen relativ hohen vorrichtungstechnischen Aufwand.
Es besteht Bedarf daran, Bedingungen der Umgebungsluft oder auch Bedingungen der Verbrennungsluft bzw. Ladeluft mit geringerem Aufwand zu ermitteln.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges System zum Zufiihren von Luft zu Zylindern einer Brennkraftmaschine zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein System nach Anspruch 1 gelost.
ErfindungsgemaS ist stromabwarts des Ansaugluftfliters an die Luftleitung oder an einen Bereich des Ansaugluftfliters der Brennkraftmaschine eine Messluftleitung gekoppelt, wobei der Messluftleitung mindestens ein Sensor zugeordnet ist, mit Hilfe dessen mindestens eine Eigenschaft der Messluft erfassbar ist, wobei die Messluft ausschlieSlich auf Grund eines Druckgefalles entlang der Messluftleitung fiber dieselbe und damit den Sensor leitbar ist.
Die Erfindung ermoglicht es, auf eine Pumpe Oder ein Geblase zur Zufiihrung der Luft in Richtung auf den jeweiligen Sensor zu verzichten. Die uber den Sensor zu fuhrende Luft, bei welcher es sich urn Umgebungsluft Oder auch urn Ladeluft handeln kann, ist allein aufgrund des Druckgefalles entlang der Messluftleitung fiber den jeweiligen Sensor fuhrbar.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung greift die
Messluftleitung stromabwarts des Ansaugluftfliters Oder an einen' Bereich des Ansaugluftfliters sowie stromaufwarts eines gegebenenfalls in die Luftleitung integrierten Verdichters an der Luftleitung an, sodass auf Grund eines Unterdrucks an einem an der Luftleitung oder am Ansaugluftfilter angreifenden Ende der Messluf tleitung die Messluft fiber die Messluf tleitung und den oder jeden Sensor stromt. Hiermit kann auf besonders einfache Art und Weise ein entsprechendes Druckgefalle entlang der Messluf tleitung eingestellt werden, urn die Luft fiber den jeweiligen Sensor zu fiihren. Dabei dient diese Weiterbildung der
Erfindung der Erfassung mindestens einer Bedingung von Umgebungsluft, also bei Brennkraftmaschinen mit Abgasturbolader der Erfassung mindestens einer Bedingung von noch nicht verdichteter Luft.
Nach einer alternativen vorteilhaften Weiterbildung ist in die Luftleitung der Brennkraftmaschine ein Verdichter integriert, wobei die Messluftleitung stromabwarts des Verdichters an der Luftleitung angreift, sodass auf Grund eines TJberdrucks an einem an der Luftleitung angreifenden Ende der Messluftleitung die Messluft iiber die Messluftleitung von der Luftleitung weg fiber den oder jeden Sensor stromt. Vorzugseise greift dann die Messluftleitung stromabwarts eines in die Luftleitung integrierten Ladeluftkuhlers unmittelbar stromaufwarts der Brennkraftmaschine an der Luftleitung an. Mit dieser Weiterbildung der Erfindung kann mindestens eine Bedingung bereits verdichteter Ladeluft erfasst werden. Besonders vorteilhaft ist die Ausfuhrung, in welcher die Messluftleitung unmittelbar stromaufwarts der Brennkraftmaschine an der zu den Zylindern der Brennkraftmaschine fuhrenden Ladeluftleitung angreift, urn so mindestens eine Bedingung der Ladeluft, wie dieselbe in die Zylinder gelangt, messtechnisch zu erfassen.
Vorzugseise ist der Messluftleitung ein Temperatursensor und/oder ein Drucksensor und/oder ein Feuchtesensor zugeordnet. Die Erfassung der Lufttemperatur und/oder des Luftdrucks und/oder der Luftfeuchtigkeit ist zum optimalen Betreiben einer Brennkraf tmaschine besonders bevorzugt
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteranspruchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschrankt zu sein, an Hand der Zeichnung naher erlautert. Dabei zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines ersten erfindungsgemaSen Systems zum Zufuhren von Luft zu Zylindern einer Brennkraftmaschine;
Fig. 2 ein Detail eines zweiten erfindungsgemaSen Systems zum
Zufiihren von Luft zu Zylindern einer Brennkraftmaschine; Fig. 3 ein Detail der Fig. 2;
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines dritten erfindungsgemaSen Systems zum Zufuhren von Luft zu Zylindern einer Brennkraftmaschine und
Fig. 5 ein Blockschaltbild eines vierten erfindungsgemaSen Systems zum Zufuhren von Luft zu Zylindern einer Brennkraftmaschine.
Die Erfindung betrifft ein System zum Zufuhren von zur Kraftstoffverbrennung benotigter Ladeluft zu Zylindern einer Brennkraftmaschine.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines ersten erfindungsgemaSen Systems zum Zufuhren von zur Kraftstoffverbrennung benotigter Luft zu Zylindern 10 einer Brennkraftmaschine 11. GemaS dem Blockschaltbild der Fig. 1 wird den Zylindern 10 der Brennkraftmaschine 11 die Luft bzw. Verbrennungsluft 12 zugefiihrt, ebenso wie Kraftstoff 13. Bei der Verbrennung des Kraftstoffs 13 in den Zylindern 10 anfallendes Abgas 14 wird von der Brennkraftmaschine 10 abgefuhrt. Bei der in Fig. 1 gezeigten Brennkraftmaschine 11 handelt es sich urn eine Brennkraftmaschine ohne Abgasturbolader, angesaugte Luft 12 wird demnach vorzugsweise ausschlieSlich uber einen Ansaugluftfilter 15 gefuhrt, urn die angesaugte Luft 12 zu reinigen und dann den Zylindern 10 zur Verbrennung des Kraftstoffs 13 zuzufuhren. Die angesaugte und gereinigte Luft 12 wird den Zylindern 10 der Brennkraftmaschine 11 iiber eine sogenannte Luftleitung 16 zugefiihrt.
GemaS Fig. 1 ist stromabwarts des Ansaugluftfilters 15 an die Luftleitung 16, welche die angesaugte und gereinigte Luft 12 den Zylindern 10 der Brennkraf tmaschine 11 zuf iihrt, eine Messluftleitung 17 gekoppelt. Der Messluftleitung 17 ist mindestens ein Sensor 18 zugeordnet, mit Hilfe dessen mindestens eine Eigenschaft von Messluf t 19 erf asst werden kann. Die iiber den oder jeden Sensor 18 gefiihrte Messluft 19 entspricht dabei der iiber den Ansaugluft filter 15 gefiihrten Luft 12, es handelt sich jeweils um Umgebungsluft. Die iiber den Oder jeden Sensor 18 zu fiihrende Luft, die als Messluft 19 bezeichnet wird, ist ausschlieSlich aufgrund eines Druckgefalles entlang der Messluf tleitung 17 iiber dieselbe und damit iiber den Sensor 18 leitbar.
Im Ausfiihrungsbeispiel der Fig. 1 greift die Messluf tleitung 17 unmittelbar stromabwarts des Ansaugluftfilters 15 an der Luftleitung 16 an, sodass aufgrund eines Unterdrucks an einem an der Luftleitung 16 angreifenden Endes 20 der Messluftleitung 17 relativ zum anderen Ende 21 der Messluftleitung 17 die Messluft 19 iiber die Messluf tleitung 17 und den oder jeden Sensor 18 in Richtung auf die Luftleitung 16 stromt.
Fig. 2 zeigt eine Variante der Erfindung, in welcher die Messluftleitung 17 an einem Bereich des Ansaugluftfliters 15 angreift, sodass auf Grund eines Unterdrucks an dem am Ansaugluftfilter 15 angreifenden Ende 20 der Messluftleitung 17 die Messluft 19 iiber die Messluf tleitung 17 und den oder jeden Sensor 18 stromt.
Dabei ist, wie Fig. 2 entnommen werden kann, der Sensor 18 an dem gegeniiberliegenden Ende 21 der Messluftleitung 17 positioniert, wobei der Sensor 18 von einem Messluftfilter 22 umgeben ist, um die aufgrund des Druckgefalles entlang der Messluftleitung 17 iiber den jeweiligen Sensor 18 gefiihrte und in Richtung auf die Zylinder 11 stromende Messluft 19 vorab zu reinigen.
GemaE Fig. 3 ist dabei der Sensor 18 in den Messluftfilter 22 integriert, wobei eine Einheit aus dem Sensor 18 und dem Messluftfilter 22 an einem Gehauseabschnitt 23 des Ansaugluftfliters 15 montiert ist. Die Montage des Sensors 18 zusammen mit dem Messluftfilter 22 am Gehauseabschnitt 23 des Ansaugluftfliters 15 ist dabei vorzugsweise derart ausgefiihrt, dass der Sensor 18 vom Gehause des Ansaugluftfliters 15 schwingungstechnisch entkoppelt ist. Vibrationen am Ansaugluftfilter 15 fiihren demnach nicht dazu, dass auch der Sensor 18 zu Schwingungen bzw. Vibrationen angeregt wird. Dies kann zum Beispiel dadurch bewerkstelligt sein, dass der Sensor 18 im Messluftfilter 22 schwingungsentkoppelt gelagert ist.
Weiterhin kann der Sensor 18 auf Grund der
Messleitungsverbindung 17 auch vom Motor entfernt angeordnet werden, so dass keinerlei Schwingungen des Motors auf den Sensor einwirken.
Ein weiteres Ausfiihrungsbeispiel eines erfindungsgemaEen Systems zum Zufiihren von Luft zu Zylindern 10 einer Brennkraftmaschine 11 zeigt Fig. 4, wobei sich das Ausfiihrungsbeispiel der Fig. 4 vom Ausfiihrungsbeispiel der Fig. 1 lediglich dadurch unterscheidet, dass der Brennkraftmaschine 11 ' ein Abgasturbolader 24 mit einem Verdichter 25 und einer Turbine 26 zugeordnet ist. Abgas 14, welches die Zylinder 10 der
Brennkraftmaschine 11 verlasst, stromt iiber die Turbine 2 6 des Abgasturboladers 24, wird in der Turbine 26 entspannt, wobei hierbei gewonnene Energie zum Antreiben des Verdichters 25 des Abgasturboladers 24 genutzt wird, um angesaugte und iiber den Ansaugluftfilter 15 gereinigte Luft 12 im Verdichter 25 zu verdichten und als verdichtete Ladeluft iiber die Luftleitung 16 den Zylindern 10 der Brennkraftmaschine 11 zuzufiihren. Auch im Ausfiihrungsbeispiel der Fig. 4 kann ein Unterdruck an einem an der Luftleitung 16 bzw. am Ansaugluftfilter 15 angreifenden Ende der Messluftleitung 17 genutzt werden, um aufgrund des Druckgef alles entlang der Messluf tleitung 17 Messluft 19 iiber den oder j eden Sensor 18 zu fiihren, wobei die Messluft 19 in Richtung auf die Luftleitung 16 bzw. den Ansaugluftfilter 15 stromt. Auch hierbei ist dem jeweiligen Sensor 18 dann wiederum ein Messluftfilter 22 zugeordnet, um die Messluft 19 entsprechend zu reinigen bzw. zu filtern.
Ein weiteres Ausfiihrungsbeispiel eines erfindungsgemaEen Systems zum Zufiihren von Luft zu Zylindern 11 einer Brennkraf tmaschine 10 zeigt Fig. 5, wobei auch im Ausfiihrungsbeispiel der Fig. 5 ein Abgasturbolader 24 vorhanden ist. Zusatzlich zum Abgasturbolader 24, namlich zur Turbine 26 und Verdichter 25 desselben, zeigt Fig. 5 einen Ladeluftkiihler 27, um verdichtete Ladeluft stromabwarts des Verdichters 25 und stromaufwarts der Brennkraf tmaschine 11 zu kiihlen. Auch im Ausfiihrungsbeispiel der Fig. 5 ist eine Messluftleitung 17 vorhanden, die an der Luftleitung 16 angreift, die Luft bzw. Verbrennungsluft den Zylindern 10 der Brennkraf tmaschine 11 zufiihrt, wobei im Ausfiihrungsbeispiel der Fig. 5 die Messluf tleitung 17 stromabwarts des Verdichters 25, namlich stromabwarts des Ladeluftkiihlers 27, an der zu den Zylindern 10 der Brennkraf tmaschine 11 fiihrenden Luftleitung 16 angreift.
Auch in der Variante der Fig. 5 kann ein Druckgefalle entlang der Messluftleitung 17 genutzt werden, wobei jedoch im Ausfuhrungsbeispiel der Fig. 5 im Unterschied zu den Ausfuhrungsbeispielen der Fig. 1 bis 4 an dem an der Luftleitung 16 angreifenden Ende 20 der Messluftleitung 17 im Vergleich bzw. relativ zum gegenuberliegenden Ende 21 derselben ein fiberdruck herrscht, sodass stromabwarts des Ladeluftfliters 27 verdichtete Ladeluft von der Luftleitung 16 abgezweigt und als Messluft 19 uber die Messluftleitung 17 in Richtung auf den jeweiligen Sensor 18 gefiihrt wird, sodass dann am Sensor 18 mindestens eine Bedingung der verdichteten Ladeluft unmittelbar stromaufwarts der Brennkraftmaschine 11 erfasst werden kann.
In den Ausfuhrungsbeispielen der Fig. 1 bis 4, bei welchen am Ende 21 der jeweiligen Messluftleitung 17 Umgebungsluftdruck und am an der Luftleitung 16 angreifenden, gegenuberliegenden Ende 20 der Messluftleitung 17 ein relativer Unterdruck herrscht, stromt demnach Messluft 19 in Richtung auf die Luftleitung 16, sodass demnach am jeweiligen Sensor 18 mindestens eine Bedingung der Umgebungsluft messtechnisch erfasst werden kann. Im Ausfuhrungsbeispiel der Fig. 5 hingegen herrscht an dem Ende 20 der Messluftleitung 17, welches an der Luftleitung 16 angreift, relativ zu dem gegenuberliegenden Ende 21 derselben, an welchem Umgebungsluftdruck herrscht, ein iJberdruck, sodass Messluft 19 von der Luftleitung 16 abgezweigt wird und von den Zylindern 10 der Brennkraftmaschine 11 weg stromt. Sollte in den Ausfuhrungsbeispielen der Fig. 1 bis 4 dem jeweiligen Sensor 18 vorzugsweise ein Messluftfilter 22 zugeordnet sein, urn die fiber die Messluftleitung 17 in Richtung auf die Brennkraftmaschine 11 stromende Messluft 19 zu reinigen, kann im Ausfuhrungsbeispiel der Fig. 5 auf einen solchen Messluftfilter verzichtet werden.
Wie bereits ausfiihrt, ist der Messluf tleitung 17 mindestens ein Sensor 18 zugeordnet. Bei dem jeweiligen Sensor 18 kann es sich urn einen Luftdrucksensor und/oder Lufttemperatursensor und/oder Luftfeuchtigkeitssensor handeln, um wenigstens eine der GroBen Luftfeuchtigkeit, Lufttemperatur und Luftdruck zu ermitteln.
Die am jeweiligen Sensor 18 erfasste Bedingung der Messluft wird verwendet, um den Betrieb einer Brennkraftmaschine, abhangig von der jeweiligen MessgroSe, zu steuern bzw. zu regeln. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn, wie im Ausfuhrungsbeispiel der Fig. 5, mindestens eine Bedingung der verdichteten Ladeluft, die unmittelbar stromaufwarts der Brennkraftmaschine 11 von der Luftleitung 16 abgezweigt wird, messtechnisch erfasst wird, da dann der Betrieb der Brennkraftmaschine 11 abhangig von der jeweiligen Bedingung der verdichteten Ladeluft optimal gesteuert bzw. geregelt werden kann.
Bei Anordnung des Endes 2 0 stromab des Ladeluf tkiihlers besteht im Gegensatz zur Anordnung vor dem Verdichter der Vorteil, dass die tatsachlich der Brennkraftmaschine zugefuhrte Luftfeuchte bestimmt wird. Die Bestimmung der Luftfeuchte ist von besonderer Bedeutung, da diese direkt die in der Brennkraftmaschine erzeugte Stickoxidmenge beeinflusst.
Auch die Ausfiihrungsbeispiele der Fig. 1 bis 4 erlauben einen optimalen Betrieb einer Brennkraftmaschine, wobei hierzu vorzugsweise aus der jeweiligen an der Umgebungsluft erfassten Umgebungsluftbedingung abhangig von einem Modell des Luftzufuhrsystems, insbesondere abhangig von einem Modell eines Abgasturboladers mit Ladeluftkuhler, eine Bedingung der verdichteten und gekuhlten Ladeluft rechnerisch ermittelt wird.
Bezugszeichenliste: 10 Zylinder 11 Brennkraftmaschine 12 Luft 13 Kraftstoff 14 Abgas 15 Ansaugluftfilter 16 Luftleitung 17 Messluftleitung 18 Sensor 19 Messluft 2 0 Ende 21 Ende 22 Messluftfliter 23 Gehause 24 Turbolader 25 Verdichter 26 Turbine 27 Ladeluf tkiihler

Claims (8)

  1. Patentanspriiche :
    1. System zum Zufiihren von zur Kraftstoffverbrennung benotigter Luft zu Zylindern (10) einer Brennkraftmaschine (11), mit einem Ansaugluftfilter (15) , iiber den angesaugte Luft (12) zur Reinigung derselben leitbar ist, und mit einer vom Ansaugluftfilter (15) in Richtung auf die Zylinder (10) der Brennkraftmaschine (11) fiihrenden Luftleitung (16), dadurch gekennzeichnet, dass stromabwarts des Ansaugluftfliters (15) an die Luftleitung (16) oder an einen Bereich des Ansaugluftfliters (15) eine Messluftleitung (17) gekoppelt ist, der mindestens ein Sensor (18) zugeordnet ist, mit Hilfe dessen mindestens eine Eigenschaft von Messluft (19) erfassbar ist, wobei die Messluft (19) ausschlieSlich auf Grund eines Druckgefalles entlang der Messluftleitung (17) iiber dieselbe und damit den Sensor (18) leitbar ist.
  2. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messluftleitung (17) unmittelbar stromabwarts des Ansaugluftfliters (15) an der Luftleitung (16) oder an einem Bereich des Ansaugluftfilters (15) angreift, sodass auf Grund eines Unterdrucks an einem an der Luftleitung (16) oder am Ansaugluftfilter (15) angreifenden Ende (20) der Messluf tleitung (17) die Messluft (19) iiber die Messluftleitung (17) und den oder jeden Sensor (18) stromt.
  3. 3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Luftleitung (16) ein Verdi.chter (25) integriert ist, wobei die Messluftleitung (17) stromaufwarts des Verdichters (25) an der Luftleitung (16) oder am Ansaugluftfilter (15) angreift, sodass auf Grund eines Unterdrucks an einem an der Luftleitung (16) oder am Ansaugluftfilter (15) angreifenden Ende (20) der Messluftleitung (17) die Messluft iiber die Messluftleitung (17) und den Oder jeden Sensor (18) stromt.
  4. 4. System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem oder jedem Sensor (18) ein Messluftfilter (22) zugeordnet ist.
  5. 5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Luftleitung (16) ein Verdichter (25) integriert ist, wobei die Messluftleitung (17) stromabwarts des Verdichters (25) an der Luftleitung (16) angreift, sodass auf Grund eines Uberdrucks an einem an der Luftleitung (16) angreifenden Ende (20) der Messluf tleitung (17) die Messluft iiber die Messluf tleitung (17) von der Luftleitung (16) weg iiber den oder j eden Sensor (18) stromt.
  6. 6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messluftleitung (17) stromabwarts eines in die Luftleitung (16) integrierten Ladeluftkiihlers (27) und stromaufwarts des Brennraums (10) an der Luftleitung (16) angreift.
  7. 7. System nach einem der Anspriiche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Messluftleitung (17) ein Temperatursensor und/oder ein Drucksensor und/oder ein Feuchtesensor zugeordnet ist.
  8. 8. System nach einem der Anspriiche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Sensor (18) an einer Gehausestruktur (23) der Brennkraftmaschine von derselben schwingungstechnisch entkoppelt angebracht ist.
ATA561/2016A 2015-12-12 2016-12-12 System zum Zuführen von Luft zu Zylindern einer Brennkraftmaschine AT518042B1 (de)

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