DE102015016160A1 - System zum Zuführen von Luft zu Zylindern einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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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 Zuführen von zur Kraftstoffverbrennung benötigter Luft zu Zylindern einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Um den Betrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer mit Schweröl betriebenen Schiffsbrennkraftmaschine, exakt steuern bzw. regeln zu können, 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 stromaufwärts 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 Gebläses oder einer sonstigen Luftfördereinrichtung aktiv dem jeweiligen Sensor zugeführt wird, um die aktuellen Umgebungsbedingungen zu ermitteln. Aus messtechnisch erfassten Umgebungsbedingungen über die Umgebungsluft kann zum Beispiel rechnerisch mindestens ein Parameter der Ladeluft bzw. Verbrennungsluft unmittelbar stromaufwärts der Brennkraftmaschine errechnet werden.
  • Die aus der Praxis bekannte aktive Zuführung der Umgebungsluft zu einem Sensor mit Hilfe einer Pumpe oder eines Gebläses 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 Zuführen von Luft zu Zylindern einer Brennkraftmaschine zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein System nach Anspruch 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß ist stromabwärts des Ansaugluftfilters an die Luftleitung oder an einen Bereich des Ansaugluftfilters 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 ausschließlich auf Grund eines Druckgefälles entlang der Messluftleitung über dieselbe und damit den Sensor leitbar ist.
  • Die Erfindung ermöglicht es, auf eine Pumpe oder ein Gebläse zur Zuführung der Luft in Richtung auf den jeweiligen Sensor zu verzichten. Die über den Sensor zu führende Luft, bei welcher es sich um Umgebungsluft oder auch um Ladeluft handeln kann, ist allein aufgrund des Druckgefälles entlang der Messluftleitung über den jeweiligen Sensor führbar.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung greift die Messluftleitung stromabwärts des Ansaugluftfilters oder an einen Bereich des Ansaugluftfilters sowie stromaufwärts 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 Messluftleitung die Messluft über die Messluftleitung und den oder jeden Sensor strömt. Hiermit kann auf besonders einfache Art und Weise ein entsprechendes Druckgefälle entlang der Messluftleitung eingestellt werden, um die Luft über den jeweiligen Sensor zu führen. 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 stromabwärts des Verdichters an der Luftleitung angreift, sodass auf Grund eines Überdrucks an einem an der Luftleitung angreifenden Ende der Messluftleitung die Messluft über die Messluftleitung von der Luftleitung weg über den oder jeden Sensor strömt. Vorzugseise greift dann die Messluftleitung stromabwärts eines in die Luftleitung integrierten Ladeluftkühlers unmittelbar stromaufwärts der Brennkraftmaschine an der Luftleitung an. Mit dieser Weiterbildung der Erfindung kann mindestens eine Bedingung bereits verdichteter Ladeluft erfasst werden. Besonders vorteilhaft ist die Ausführung, in welcher die Messluftleitung unmittelbar stromaufwärts der Brennkraftmaschine an der zu den Zylindern der Brennkraftmaschine führenden Ladeluftleitung angreift, um 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 eine Feuchtesensor zugeordnet. Die Erfassung der Lufttemperatur und/oder des Luftdrucks und/oder der Luftfeuchtigkeit ist zum optimalen Betreiben einer Brennkraftmaschine besonders bevorzugt.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
  • 1: ein Blockschaltbild eines ersten erfindungsgemäßen Systems zum Zuführen von Luft zu Zylindern einer Brennkraftmaschine;
  • 2: ein Detail eines zweiten erfindungsgemäßen Systems zum Zuführen von Luft zu Zylindern einer Brennkraftmaschine;
  • 3: ein Detail der 2;
  • 4: ein Blockschaltbild eines dritten erfindungsgemäßen Systems zum Zuführen von Luft zu Zylindern einer Brennkraftmaschine; und
  • 5: ein Blockschaltbild eines vierten erfindungsgemäßen Systems zum Zuführen von Luft zu Zylindern einer Brennkraftmaschine.
  • Die Erfindung betrifft ein System zum Zuführen von zur Kraftstoffverbrennung benötigter Ladeluft zu Zylindern einer Brennkraftmaschine.
  • 1 zeigt ein Blockschaltbild eines ersten erfindungsgemäßen Systems zum Zuführen von zur Kraftstoffverbrennung benötigter Luft zu Zylindern 10 einer Brennkraftmaschine 11. Gemäß dem Blockschaltbild der 1 wird den Zylindern 10 der Brennkraftmaschine 11 die Luft bzw. Verbrennungsluft 12 zugeführt, ebenso wie Kraftstoff 13. Bei der Verbrennung des Kraftstoffs 13 in den Zylindern 10 anfallendes Abgas 14 wird von der Brennkraftmaschine 10 abgeführt. Bei der in 1 gezeigten Brennkraftmaschine 11 handelt es sich um eine Brennkraftmaschine ohne Abgasturbolader, angesaugte Luft 12 wird demnach vorzugsweise ausschließlich über einen Ansaugluftfilter 15 geführt, um die angesaugte Luft 12 zu reinigen und dann den Zylindern 10 zur Verbrennung des Kraftstoffs 13 zuzuführen. Die angesaugte und gereinigte Luft 12 wird den Zylindern 10 der Brennkraftmaschine 11 über eine sogenannte Luftleitung 16 zugeführt.
  • Gemäß 1 ist stromabwärts des Ansaugluftfilters 15 an die Luftleitung 16, welche die angesaugte und gereinigte Luft 12 den Zylindern 10 der Brennkraftmaschine 11 zuführt, eine Messluftleitung 17 gekoppelt. Der Messluftleitung 17 ist mindestens ein Sensor 18 zugeordnet, mit Hilfe dessen mindestens eine Eigenschaft von Messluft 19 erfasst werden kann. Die über den oder jeden Sensor 18 geführte Messluft 19 entspricht dabei der über den Ansaugluftfilter 15 geführten Luft 12, es handelt sich jeweils um Umgebungsluft. Die über den oder jeden Sensor 18 zu führende Luft, die als Messluft 19 bezeichnet wird, ist ausschließlich aufgrund eines Druckgefälles entlang der Messluftleitung 17 über dieselbe und damit über den Sensor 18 leitbar.
  • Im Ausführungsbeispiel der 1 greift die Messluftleitung 17 unmittelbar stromabwärts 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 über die Messluftleitung 17 und den oder jeden Sensor 18 in Richtung auf die Luftleitung 16 strömt.
  • 2 zeigt eine Variante der Erfindung, in welcher die Messluftleitung 17 an einem Bereich des Ansaugluftfilters 15 angreift, sodass auf Grund eines Unterdrucks an dem am Ansaugluftfilter 15 angreifenden Ende 20 der Messluftleitung 17 die Messluft 19 über die Messluftleitung 17 und den oder jeden Sensor 18 strömt.
  • Dabei ist, wie 2 entnommen werden kann, der Sensor 18 an dem gegenüberliegenden Ende 21 der Messluftleitung 17 positioniert, wobei der Sensor 18 von einem Messluftfilter 22 umgeben ist, um die aufgrund des Druckgefälles entlang der Messluftleitung 17 über den jeweiligen Sensor 18 geführte und in Richtung auf die Zylinder 11 strömende Messluft 19 vorab zu reinigen.
  • Gemäß 3 ist dabei der Sensor 18 in den Messluftfilter 22 integriert, wobei eine Einheit aus dem Sensor 18 und dem Messluftfilter 22 an einem Gehäuseabschnitt 23 des Ansaugluftfilters 15 montiert ist. Die Montage des Sensors 18 zusammen mit dem Messluftfilter 22 am Gehäuseabschnitt 23 des Ansaugluftfilters 15 ist dabei vorzugsweise derart ausgeführt, dass der Sensor 18 vom Gehäuse des Ansaugluftfilters 15 schwingungstechnisch entkoppelt ist. Vibrationen am Ansaugluftfilter 15 führen 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 Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems zum Zuführen von Luft zu Zylindern 10 einer Brennkraftmaschine 11 zeigt 4, wobei sich das Ausführungsbeispiel der 4 vom Ausführungsbeispiel der 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 verlässt, strömt über die Turbine 26 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 über den Ansaugluftfilter 15 gereinigte Luft 12 im Verdichter 25 zu verdichten und als verdichtete Ladeluft über die Luftleitung 16 den Zylindern 10 der Brennkraftmaschine 11 zuzuführen. Auch im Ausführungsbeispiel der 4 kann ein Unterdruck an einem an der Luftleitung 16 bzw. am Ansaugluftfilter 15 angreifenden Ende der Messluftleitung 17 genutzt werden, um aufgrund des Druckgefälles entlang der Messluftleitung 17 Messluft 19 über den oder jeden Sensor 18 zu führen, wobei die Messluft 19 in Richtung auf die Luftleitung 16 bzw. den Ansaugluftfilter 15 strömt. 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 Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems zum Zuführen von Luft zu Zylindern 11 einer Brennkraftmaschine 10 zeigt 5, wobei auch im Ausführungsbeispiel der 5 ein Abgasturbolader 24 vorhanden ist. Zusätzlich zum Abgasturbolader 24, nämlich zur Turbine 26 und Verdichter 25 desselben, zeigt 5 einen Ladeluftkühler 27, um verdichtete Ladeluft stromabwärts des Verdichters 25 und stromaufwärts der Brennkraftmaschine 11 zu kühlen. Auch im Ausführungsbeispiel der 5 ist eine Messluftleitung 17 vorhanden, die an der Luftleitung 16 angreift, die Luft bzw. Verbrennungsluft den Zylindern 10 der Brennkraftmaschine 11 zuführt, wobei im Ausführungsbeispiel der 5 die Messluftleitung 17 stromabwärts des Verdichters 25, nämlich stromabwärts des Ladeluftkühlers 27, an der zu den Zylindern 10 der Brennkraftmaschine 11 führenden Luftleitung 16 angreift.
  • Auch in der Variante der 5 kann ein Druckgefälle entlang der Messluftleitung 17 genutzt werden, wobei jedoch im Ausführungsbeispiel der 5 im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen der 1 bis 4 an dem an der Luftleitung 16 angreifenden Ende 20 der Messluftleitung 17 im Vergleich bzw. relativ zum gegenüberliegenden Ende 21 derselben ein Überdruck herrscht, sodass stromabwärts des Ladeluftfilters 27 verdichtete Ladeluft von der Luftleitung 16 abgezweigt und als Messluft 19 über die Messluftleitung 17 in Richtung auf den jeweiligen Sensor 18 geführt wird, sodass dann am Sensor 18 mindestens eine Bedingung der verdichteten Ladeluft unmittelbar stromaufwärts der Brennkraftmaschine 11 erfasst werden kann.
  • In den Ausführungsbeispielen der 1 bis 4, bei welchen am Ende 21 der jeweiligen Messluftleitung 17 Umgebungsluftdruck und am an der Luftleitung 16 angreifenden, gegenüberliegenden Ende 20 der Messluftleitung 17 ein relativer Unterdruck herrscht, strömt 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 Ausführungsbeispiel der 5 hingegen herrscht an dem Ende 20 der Messluftleitung 17, welches an der Luftleitung 16 angreift, relativ zu dem gegenüberliegenden Ende 21 derselben, an welchem Umgebungsluftdruck herrscht, ein Überdruck, sodass Messluft 19 von der Luftleitung 16 abgezweigt wird und von den Zylindern 10 der Brennkraftmaschine 11 weg strömt. Sollte in den Ausführungsbeispielen der 1 bis 4 dem jeweiligen Sensor 18 vorzugsweise ein Messluftfilter 22 zugeordnet sein, um die über die Messluftleitung 17 in Richtung auf die Brennkraftmaschine 11 strömende Messluft 19 zu reinigen, kann im Ausführungsbeispiel der 5 auf einen solchen Messluftfilter verzichtet werden.
  • Wie bereits ausführt, ist der Messluftleitung 17 mindestens ein Sensor 18 zugeordnet. Bei dem jeweiligen Sensor 18 kann es sich um einen Luftdrucksensor und/oder Lufttemperatursensor und/oder Luftfeuchtigkeitssensor handeln, um wenigstens eine der Größen Luftfeuchtigkeit, Lufttemperatur und Luftdruck zu ermitteln.
  • Die am jeweiligen Sensor 18 erfasste Bedingung der Messluft wird verwendet, um den Betrieb einer Brennkraftmaschine, abhängig von der jeweiligen Messgröße, zu steuern bzw. zu regeln. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn, wie im Ausführungsbeispiel der 5, mindestens eine Bedingung der verdichteten Ladeluft, die unmittelbar stromaufwärts der Brennkraftmaschine 11 von der Luftleitung 16 abgezweigt wird, messtechnisch erfasst wird, da dann der Betrieb der Brennkraftmaschine 11 abhängig von der jeweiligen Bedingung der verdichteten Ladeluft optimal gesteuert bzw. geregelt werden kann.
  • Bei Anordnung des Endes 20 stromab des Ladeluftkühlers besteht im Gegensatz zur Anordnung vor dem Verdichter der Vorteil, dass die tatsächlich der Brennkraftmaschine zugeführte Luftfeuchte bestimmt wird. Die Bestimmung der Luftfeuchte ist von besonderer Bedeutung, da diese direkt die in der Brennkraftmaschine erzeugte Stickoxidmenge beeinflusst.
  • Auch die Ausführungsbeispiele der 1 bis 4 erlauben einen optimalen Betrieb einer Brennkraftmaschine, wobei hierzu vorzugsweise aus der jeweiligen an der Umgebungsluft erfassten Umgebungsluftbedingung abhängig von einem Modell des Luftzuführsystems, insbesondere abhängig von einem Modell eines Abgasturboladers mit Ladeluftkühler, eine Bedingung der verdichteten und gekühlten 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
    20
    Ende
    21
    Ende
    22
    Messluftfilter
    23
    Gehäuse
    24
    Turbolader
    25
    Verdichter
    26
    Turbine
    27
    Ladeluftkühler

Claims (8)

  1. 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), dadurch gekennzeichnet, dass 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 von 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.
  2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messluftleitung (17) unmittelbar stromabwärts des Ansaugluftfilters (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 Messluftleitung (17) die Messluft (19) über die Messluftleitung (17) und den oder jeden Sensor (18) strömt.
  3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Luftleitung (16) ein Verdichter (25) integriert ist, wobei die Messluftleitung (17) stromaufwärts 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 über die Messluftleitung (17) und den oder jeden Sensor (18) strömt.
  4. System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem oder jedem Sensor (18) eine Messluftfilter (22) zugeordnet ist.
  5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Luftleitung (16) ein Verdichter (25) integriert ist, wobei die Messluftleitung (17) stromabwärts des Verdichters (25) an der Luftleitung (16) angreift, sodass auf Grund eines Überdrucks an einem an der Luftleitung (16) angreifenden Ende (20) der Messluftleitung (17) die Messluft über die Messluftleitung (17) von der Luftleitung (16) weg über den oder jeden Sensor (18) strömt.
  6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messluftleitung (17) stromabwärts eines in die Luftleitung (16) integrierten Ladeluftkühlers (27) und stromaufwärts des Brennraums (10) an der Luftleitung (16) angreift.
  7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Messluftleitung (17) ein Temperatursensor und/oder ein Drucksensor und/oder eine Feuchtesensor zugeordnet ist.
  8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Sensor (18) an einer Gehäusestruktur (23) der Brennkraftmaschine von derselben schwingungstechnisch entkoppelt angebracht ist.
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