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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Einlasstrakt für eine Brennkraftmaschine und ein Nutzfahrzeug mit einer einen derartigen Einlasstragt aufweisenden Brennkraftmaschine. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Einlasstrakt für eine Brennkraftmaschine, der eine Sensoreinheit mit einem Luftmassenmesser umfasst.
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Luftmassenmesser werden in Brennkraftmaschinen dazu eingesetzt, die Masse der angesaugten und den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeführten Luft zu ermitteln. Üblicherweise wird der Luftmassenmesser zwischen einem Turbolader und einem stromaufwärts angeordneten Luftfilter in der Einlassleitung positioniert. Luftmassenmesser können den Luftmassenstrom beispielsweise mittels der sogenannten Temperaturdifferenzmethode ermitteln. Weitere beispielhafte Verfahren zum Betreiben eine Luftmassenmessers sind das Hitzdrahtenomometer oder die Ultraschall-Laufzeitmessung.
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Die Kennlinie eines Luftmassenmessers hängt stark von dessen Position im Einlasstrakt der Brennkraftmaschine ab. Beispielsweise beeinflusst die Art und Form des unmittelbar stromaufwärts vom Luftmassenmesser angeordneten Luftfilters die Kennlinie des Luftmassenmessers. Aus diesem Grund sind besondere Geometrien im Ansaugbereich stromaufwärts des Luftmassenmessers, beispielsweise bei einer gekrümmten Einlassleitung, die sich auf die Strömung der Luft innerhalb der Einlassleitung auswirken, zu berücksichtigen.
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Beispielsweise definieren Motorhersteller für Nutzfahrzeuge, wie z. B. Schulbusse, Betonmischer, Bagger und ähnliche Nutzfahrzeuge, die Brennkraftmaschine in Strömungsrichtung ab dem Turboladereingang, so dass der stromaufwärts des Turboladers angeordnete Ansaugbereich von den Nutzfahrzeugherstellern definiert wird. Folglich werden in Abhängigkeit des Nutzfahrzeugs stromaufwärts des Turboladers unterschiedliche Geometrien der Ansaugleitung sowie unterschiedliche Luftfilter vorgesehen, so dass stromaufwärts des Turboladers angeordnete Luftmassenmesser für jeden Nutzfahrzeugtyp separat angepasst und kalibriert werden müssen. Dies führt zu einem übermäßig hohen und kostenintensiven Aufwand. Zusätzlich ist es schwierig, kostengünstige Abgasrückführungssysteme in Verbindung mit einem Luftmassenmesser im Nutzfahrzeugbereich zu integrieren.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Einlasstrakt bereitzustellen, der einer Motorsteuerung auf der Grundlage von Luftmassenstrommessungen von stromaufwärts angeordneten Komponenten, wie beispielsweise Luftfiltern, unabhängig ist.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, einen Luftmassenmesser stromabwärts eines Kompressors eines Turboladers und stromabwärts eines stromabwärts des Kompressors angeordneten Ladeluftkühlers anzuordnen und folglich direkt die Masse der verdichteten Luft zu messen, die den Zylindern der Brennkraftmaschine zur Verbrennung zugeführt wird.
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Ein erfindungsgemäßer Einlasstrakt für eine Brennkraftmaschine weist eine Einlassleitung auf, die mit den mehreren Zylindern der Brennkraftmaschine fluidverbunden und dazu ausgebildet ist, den mehreren Zylindern der Brennkraftmaschine Luft zur Verbrennung zuzuführen. Der hierin offenbarte Einlasstrakt umfasst ferner einen in der Einlassleitung angeordneten Kompressor, der dazu ausgebildet ist, Luft anzusaugen und für die Verbrennung zu verdichten. Ferner umfasst der Einlasstrakt gemäß der vorliegenden Offenbarung einen in der Einlassleitung stromabwärts des Kompressors angeordneten Ladeluftkühler, der dazu ausgebildet ist, die vom Kompressor verdichtete Luft zumindest teilweise zu kühlen. Stromabwärts des Ladeluftkühlers ist in bzw. an der Einlassleitung außerdem eine Sensoreinheit angeordnet, die einen Luftmassenmesser aufweist, der dazu ausgebildet ist, die durch die Einlassleitung in die mehreren Zylindern strömende Luftmasse zu messen. Der Luftmassenmesser steht bevorzugt zumindest teilweise in die Einlassleitung hervor.
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Durch die Anordnung der Sensoreinheit stromabwärts des Ladeluftkühlers kann der Luftmassenstrom unabhängig von stromaufwärts des Kompressors angeordneten Komponenten zuverlässig ermittelt werden. Insbesondere ist dies für Nutzfahrzeughersteller vorteilhaft, da der hierin offenbarte Einlasstrakt im Nutzfahrzeug integriert werden kann, ohne dass es einer Anpassung der Kennlinie des Luftmassenmessers bzw. Kalibrierung des Luftmassenmessers unter Berücksichtigung etwaiger stromaufwärts des Kompressors angeordneter Komponenten, wie beispielsweise Luftfilter, bedarf Insbesondere müssten bei unterschiedlichen Luftfiltern eine Anpassung der Kennlinie in der Steuerung der Brennkraftmaschine erfolgen, was zu einem Mehraufwand führen würde.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Einlasstrakt eine Abgasrückführungsleitung auf, die mit den mehreren Zylindern der Brennkraftmaschine und der Einlassleitung fluidverbunden und dazu ausgebildet ist, von den Zylindern ausgegebenes Abgas zumindest teilweise in die Einlassleitung zurückzuführen. Dabei führt die Abgasrückführungsleitung das zumindest teilweise zurückgeführte Abgas an einer Position stromabwärts der Sensoreinheit in die Einlassleitung zurück. Ferner ist die Abzweigung der Abgasrückführungsleitung bevorzugt an einer Position stromaufwärts der Turbine des Turboladers an die Abgasleitung angeschlossen.
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Die Zuleitung der Abgasrückführung stromabwärts der Sensoreinheit ist dahingehend vorteilhaft, dass die Sensoreinheit nicht unmittelbar im Abgasrückführungsstrom angeordnet ist und somit vor etwaiger Kontaminierung durch Abgaspartikel zumindest teilweise geschützt ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des Einlasstrakts umfasst die Sensoreinheit ferner einen Drucksensor, der dazu ausgebildet ist, den Druck der verdichteten Luft stromabwärts des Ladeluftkühlers innerhalb der Einlassleitung zu erfassen. Dies kann insbesondere die Steuerung der Abgasrückführung und/oder der Ein- und Auslassventile der Brennkraftmaschine optimieren, da die Motorsteuerung sowohl das Luftmassenstromsignal als auch das Drucksignal der Sensoreinheit berücksichtigen kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Einlasstrakts umfasst die Sensoreinheit einen Feuchtigkeitssensor, der dazu ausgebildet ist, die Luftfeuchtigkeit der verdichteten Luft stromabwärts des Ladeluftkühlers innerhalb der Einlassleitung zu erfassen. Unter Berücksichtigung des Luftfeuchtigkeitssignals kann beispielsweise die Steuerung der Abgasrückführung und/oder der Ein- und Auslassventile der Brennkraftmaschine weiter optimiert werden. Ferner ist es mit dem stromabwärts des Ladeluftkühlers erzeugten Feuchtigkeitssignals möglich, ein Überschreiten des Taupunkts zu erkennen. Folglich kann ein Kondensieren von Wasser erkannt und durch Anpassungen in der Motorsteuerung vermieden werden
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Zusätzlich oder alternativ umfasst die Sensoreinheit gemäß einer weiteren Ausgestaltung einen Temperatursensor, der dazu ausgebildet ist, die Temperatur der verdichteten Luft stromabwärts des Ladeluftkühlers innerhalb der Einlassleitung zu erfassen.
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In einer Ausgestaltung des Einlasstrakts umfasst die Sensoreinheit neben dem Luftmassenmesser auch sowohl einen Drucksensor als auch einen Feuchtigkeitssensor und/oder einen Temperatursensor und kann folglich relevante Parameter für die Steuerung der Brennkraftmaschine erfassen und bereitstellen. Die Sensoreinheit integriert in sich somit die genannten drei Erfassungseinrichtungen und kann eine kompakte Einheit sein. In dieser Ausgestaltung ist vorteilhaft, dass lediglich eine Sensoreinheit an der Brennkraftmaschinensteuerung angeschlossen werden muss.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Einlasstrakts umfasst die Sensoreinheit eine Gehäusedichtung, die dazu ausgebildet ist, einem Druck standzuhalten, der in einem Bereich von ungefähr 0 bar bis ungefähr 5 bar liegt. Durch die Anordnung der Sensoreinheit stromabwärts des Kompressors und stromabwärts des Ladeluftkühlers begegnet die Sensoreinheit einer Hochdruckumgebung, in der zudem eine erhöhte Luftfeuchtigkeit auftreten kann. Aufgrund der Hochdruckumgebung ist eine besonders ausgestaltete Gehäusedichtung für die Sensoreinheit vorteilhaft, die die Elektronikkomponenten der Sensoreinheit vor Überdruck und erhöhter Luftfeuchte schützen kann.
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Aufgrund der Anordnung der den Luftmassenmesser aufweisenden Sensoreinheit stromabwärts des Kompressors des Turboladers und stromabwärts des Ladeluftkühlers kann die Temperatur der Ansaugluft unter dem für den Luftmassenmesser kritischen Temperaturbereich von ungefähr –40°C bis ungefähr 150°C verbleiben. Folglich ist ein solch ausgestalteter Einlasstrakt für eine Brennkraftmaschine vollständig unabhängig von der Geometrie der Luftführung stromaufwärts des Kompressors des Turboladers und es kann der Luftmassenstrom an dieser Position möglichst genau mit geringem Applikationsaufwand gemessen werden.
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Genauer gesagt kann der hierin offenbarte Einlasstrakt in unterschiedlichen Anwendungen verwendet werden, insbesondere in Nutzfahrzeugen, in denen die Luftfilter sehr unterschiedlich ausgeführt sein können. Somit muss der Luftmassenmesser nicht unbedingt für die jeweilige Applikation angepasst und kalibriert werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Einlasstrakt eine Steuereinheit auf, die mit der Sensoreinheit in Verbindung steht und dazu ausgebildet ist, die Signale der Sensoreinheit zu empfangen und über eine Steuerung der Einlassventile der Brennkraftmaschine die Menge der den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmasse zu steuern. Vorzugsweise ist die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet, die Masse des in die Einlassleitung zurückgeführten Abgases über eine Steuerung eines in der Abgasrückführungsleitung angeordneten Abgasrückführungsventils zu steuern.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Nutzfahrzeug offenbart, dass einen Luftfilter, der dazu ausgebildet ist, angesaugte Luft zumindest teilweise zu filtern, und einen stromabwärts des Luftfilters angeordneten Einlasstrakt gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Sensoreinheit dazu ausgebildet, mittels einem CAN-BUS mit der Steuereinheit der Brennkraftmaschine verbunden zu sein.
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Weitere Merkmale und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Einlasstrakts werden unter nachfolgender Bezugnahme auf die einzige Zeichnung ersichtlich. Die 1 stellt einen Einlasstrakt einer Brennkraftmaschine schematisch dar.
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Die 1 zeigt einen beispielhaften Einlasstrakt 10 einer Brennkraftmaschine 20, die mehrere Zylinder (in der 1 nicht explizit dargestellt) aufweist. Der Einlasstrakt 10 umfasst eine Einlassleitung 12, die mit den mehreren Zylindern der Brennkraftmaschine 20 fluidverbunden und dazu ausgebildet ist, den mehreren Zylindern verdichtete Luft zur Verbrennung zuzuführen. Zur Steuerung der Luftmenge und des Zuführzeitpunkts weist die Brennkraftmaschine ein oder mehrere Einlassventile 22 auf, die entsprechenden Zylindern zugeordnet sind.
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Der Einlasstrakt 10 weist ferner eine Abgasleitung 14 auf, die ebenfalls mit den mehreren Zylindern fluidverbunden und dazu ausgebildet ist, Abgas aus den Zylindern abzuführen. Zur Steuerung des Auslasszeitpunkts des Abgases weist die Brennkraftmaschine 20 ein oder mehrere Auslassventile 24 auf, die entsprechenden Zylindern zugeordnet sind.
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Der in der 1 dargestellte Einlasstrakt 10 umfasst zudem eine Abgasrückführungsleitung 16, die die Abgasleitung 14 mit der Einlassleitung 12 fluidverbindet und dazu ausgebildet ist, zumindest einen Teil des Abgases der Einlassleitung 12 zurückzuführen. Zur Steuerung der Menge an rückgeführtem Abgas ist in der Abgasrückführungsleitung 16 ein Abgasrückführungsventil 17 angeordnet.
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Der Einlasstrakt 10 umfasst ferner eine Turboladeranordnung 30, die einen in der Einlassleitung 12 angeordneten Kompressor 32 und eine in der Abgasleitung 14 angeordnete Turbine 34 aufweist, die mit den Kompressor 32 mittels einer Turboladerwelle 36 mechanisch gekoppelt ist. Die Turbine 34 gibt das Abgas beispielsweise an ein Abgasnachbehandlungssystem (nicht gezeigt) weiter (mit Pfeil 4 bezeichnet).
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In der Einlassleitung 12 ist stromabwärts des Kompressors 32 ein Ladeluftkühler 40 angeordnet, der dazu ausgebildet ist, die vom Kompressor 32 verdichtete Luft zumindest teilweise zu kühlen. Stromaufwärts des Einlasstrakts 10 ist ein Luftfilter 2 angeordnet, der dazu ausgebildet ist, die angesaugte Luft (mit Pfeil 1 bezeichnet) zumindest teilweise zu filtern.
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Stromabwärts des Ladeluftkühlers 40 ist in der Einlassleitung 12 eine Sensoreinheit 50 angeordnet, die einen Luftmassenmesser 52 umfasst, der dazu ausgebildet ist, den durch die Einlassleitung 12 strömende Luftmassestrom stromabwärts des Ladeluftkühlers 40 zu erfassen. In der 1 ist dargestellt, dass die Sensoreinheit 50 vorzugsweise stromaufwärts derjenigen Position angeordnet ist, an der die Abgasrückführungsleitung 16 in die Einlassleitung 12 mündet. Damit kann sichergestellt werden, dass die Sensoreinheit 50 nicht unmittelbar mit dem mittels der Abgasrückführungsleitung 16 rückgeführten Abgas in direkten Kontakt gelangt.
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Die in der 1 dargestellte Sensoreinheit 50 umfasst ferner einen Drucksensor (nicht explizit dargestellt) sowie einen Feuchtigkeitssensor (nicht explizit dargestellt). Der Drucksensor ist dazu ausgebildet, den Druck der verdichteten Luft innerhalb der Einlassleitung 12 zu erfassen. Der Feuchtigkeitssensor ist dazu ausgebildet, die Luftfeuchtigkeit der verdichteten Luft innerhalb der Einlassleitung 12 zu erfassen.
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In der 1 ist ferner eine Steuereinheit 60 dargestellt, die mit der Sensoreinheit 50, den Einlassventilen 22, den Auslassventilen 24 und dem Abgasrückführungsventil 17 in Verbindung steht (siehe gestrichelte Linien in der 1). Die Steuereinheit 60 ist dazu ausgebildet, beispielsweise die rückgeführte Abgasmenge unter Berücksichtigung des Signals des Luftmassenmessers 52 und/oder des Signals des Drucksensors und/oder des Signals des Feuchtigkeitssensors zu steuern. Die Steuereinheit 60 ist ferner dazu ausgebildet, die über die Einlassventile 22 der Brennkraftmaschine 20 den Zylindern der Brennkraftmaschine 20 zugeführte Luftmassenmenge unter Berücksichtigung der Signale des Luftmassenmessers und/oder des Drucksensors und/oder des Feuchtigkeitssensors zu steuern.
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Durch die Anordnung der den Luftmassenmesser 52 aufweisenden Sensoreinheit 50 stromabwärts des Kompressors 32 und stromabwärts des Ladeluftkühlers 40 kann der hierin offenbarte Einlasstrakt 10 in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, ohne dass es einer Anpassung der Kennlinie des Luftmassenmesser 52 in Abhängigkeit der Geometrie der Einlassleitung 12 stromaufwärts des Kompressors 32 und/oder in Abhängigkeit des Luftfilters 2 zwangsweise bedarf.
