DE19951096A1 - Motorregelsystem für einen mittels Abgasturbolader aufgeladenen Dieselmotor - Google Patents
Motorregelsystem für einen mittels Abgasturbolader aufgeladenen DieselmotorInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Motorregelsystem für einen mittels Abgasturbolader aufgeladenen Dieselmotor, das in Abhängigkeit von Kennfeldern den Betrieb des Dieselmotors regelt und einen Wechsel zwischen zwei Betriebsarten des Dieselmotors ermöglicht, mit einem Rechner, der in Abhängigkeit von vorbestimmten Umschaltkriterien ein Umschalten auf die eine oder auf die andere Betriebsart des Dieselmotors bewirkt, mit einer mit dem Rechner kommunizierenden Sensorik, die für Umschaltkriterien notwendige Parameter überwacht, und mit einem mit dem Rechner kommunizierenden Speicher, in dem für die eine Betriebsart und für die andere Betriebsart separate Kennfelder für den Betrieb des Dieselmotors gespeichert sind. DOLLAR A Um das Turboloch bei einem derartigen Dieselmotor zu reduzieren, wird vorgeschlagen, die eine Betriebsart durch einen Normalbetrieb und die andere Betriebsart durch einen zur Leistungssteigerung des Abgasturboladers dienenden Sonderbetrieb zu realisieren, bei dem die Abgastemperatur und/oder der Abgasdruck stromauf des Abgasturboladers relativ zum Normalbetrieb erhöht sind.
Description
Die Erfindung betrifft ein Motorregelsystem für einen mittels
Abgasturbolader aufgeladenen Dieselmotor mit den Merkmalen des
Oberbegriffes des Anspruches 1.
Aus der DE 197 50 226 C1 ist ein Motorregelsystem dieser Art
bekannt, das in Abhängigkeit von Kennfeldern den Betrieb des
Dieselmotors regelt und einen Wechsel zwischen einem
Magerbetrieb und einem Fettbetrieb des Dieselmotors
ermöglicht. Das Motorregelsystem ist zu diesem Zweck mit einem
Rechner ausgestattet, der in Abhängigkeit von vorbestimmten
Umschaltkriterien ein Umschalten auf den Magerbetrieb oder auf
den Fettbetrieb des Dieselmotors bewirkt. Der Rechner
kommuniziert mit einer Sensorik, die Parameter überwacht, die
zur Ermittlung der Umschaltkriterien notwendig sind. Außerdem
verfügt das bekannte Motorregelsystem über einen mit dem
Rechner kommunizierenden Speicher, in dem für den Magerbetrieb
und für den Fettbetrieb separate Kennfelder für den Betrieb
des Dieselmotors gespeichert sind.
Zur Leistungssteigerung eines Dieselmotors werden regelmäßig
Abgasturbolader verwendet, mit denen die der Verbrennung
zugeführte Luft auf ein erhöhtes Druckniveau aufgeladen wird.
Die dazu erforderliche Antriebsenergie wird dem Abgasstrom des
Dieselmotors entnommen. Bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen
besteht regelmäßig das als "Turboloch" bezeichnete Problem,
wonach in einem Bereich kleiner Drehzahlen der Abgasturbolader
nicht die gewünschte Aufladung erzeugen kann. Insbesondere das
Anfahrverhalten eines Fahrzeuges, das mit einem aufgeladenen
Motor ausgestattet ist, fällt daher regelmäßig träge aus.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem,
ein Motorregelsystem der eingangs genannten Art dahingehend
auszugestalten, daß sich das Ansprechverhalten des
Abgasturboladers des mit dem Motorregelsystem ausgestatteten
Dieselmotors verbessert.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch ein Motorregelsystem
mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, für
diejenigen Motorbetriebsphasen, in denen ein rasches
Ansprechen des Abgasturboladers erwünscht ist, durch das
Motorregelsystem einen Sonderbetrieb für den Dieselmotor zu
realisieren, durch den im Abgasstrom stromauf des
Abgasturboladers die Enthalpie kurzfristig erhöht werden kann.
Durch die erhöhte Abgasenthalpie kann mehr Leistung an eine
Turbine des Abgasturboladers übertragen werden, mit der Folge,
daß ein mit der Turbine mechanisch gekoppelter Verdichter des
Abgasturboladers eine entsprechend erhöhte Ladeleistung
abgibt. Die Abgasenthalpie und somit die durch die Turbine des
Abgasturboladers aus dem Abgasstrom entnehmbare Leistung wird
im wesentlichen durch den Abgasdruck und die Abgastemperatur
definiert, derart, daß eine Erhöhung der Abgastemperatur
und/oder des Abgasdruckes eine Leistungssteigerung des
Abgasturboladers zur Folge hat.
Durch das erfindungsgemäße Motorregelsystem wird der Aufbau
des Ladedrucks zur Überwindung des Turbolochs stark
beschleunigt, da eine Erhöhung des Ladedruckes unmittelbar
eine Erhöhung der Abgasenergie nach sich zieht, was wiederum
eine verstärkte Energieübertragung auf die Turbine zur Folge
hat. Aufgrund dieser Rückkopplung wirkt sich eine
erfindungsgemäß vorgeschlagene Erhöhung der Abgasenergie zur
Einleitung einer Leistungssteigerung des Abgasturboladers
besonders deutlich aus; der Ladedruckaufbau erfolgt sehr rasch
und reduziert dadurch das Turboloch. Demnach spricht der
Abgasturbolader schneller an und der Motor kann schneller mehr
Leistung abgeben.
Erfindungsgemäß wird für ein rasches Ansprechen des
Abgasturboladers der Dieselmotor in einem Sonderbetrieb
betrieben, bei dem das Motorregelsystem so auf den Dieselmotor
einwirkt, daß sich stromauf des Abgasturboladers rasch eine
erhöhte Abgastemperatur und/oder ein erhöhter Abgasdruck
einstellt. Dieser Sonderbetrieb des Dieselmotors wirkt dabei
wie ein impulsartiges Anstoßen oder Anschieben der Turbine des
Abgasturboladers. Ein ähnlicher Effekt kann durch einen
Hilfsantrieb, wie z. B. ein mit der Turbine gekoppelter
Elektromotor oder ein stromauf der Turbine angeordnetes
Gebläse, erzielt werden, wobei jedoch ein erheblich größerer
Aufwand durch die zusätzlichen Aggregate erforderlich ist. Im
Unterschied dazu kommt die Erfindung ohne apparative Maßnahmen
aus, da die Leistungssteigerung des Abgasturboladers bei der
Erfindung durch den vom Motorregelsystem geschalteten
Sonderbetrieb des Dieselmotors initiiert wird.
Da die durch den Sonderbetrieb des Dieselmotors verursachte
"künstliche" Energieerhöhung im Abgasstrom zur
Leistungssteigerung des Abgasturboladers aufgrund der oben
beschriebenen Rückkoppelung rasch eine "systembedingte"
Energieerhöhung im Abgasstrom einstellt, wird entsprechend
einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Motorregelsystems
der Dieselmotor nur kurzzeitig, das heißt im Sekundenbereich,
im Sonderbetrieb betrieben. Dabei kann ein Umschalten in den
Sonderbetrieb von etwa einer Sekunde ausreichend sein; der
Sonderbetrieb wird regelmäßig weniger als drei Sekunden
aufrechterhalten. Durch diese Maßnahmen können Nachteile des
Sonderbetriebes, die sich beispielsweise in einem erhöhten
Kraftstoffverbrauch sowie verschlechterter Emisionswerte
zeigen, klein gehalten werden.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform können die
Kennfelder für den Sonderbetrieb des Dieselmotors so gewählt
sein, daß der Dieselmotor im Sonderbetrieb stöchiometrisch
oder überstöchiometrisch, das heißt "mager" betrieben ist.
Insbesondere für den Fall, daß der Dieselmotor mit einer
Abgasreinigungsanlage ausgestattet ist, die eine
Adsorbtionseinrichtung für Stickoxide enthält, wird der
Dieselmotor weitestgehend mager betrieben, um besonders
günstige Schadstoffwerte zu erhalten. Durch die vorgeschlagene
Maßnahme integriert sich das erfindungsgemäße Motorregelsystem
in eine Motorregelung, durch die der Dieselmotor vorwiegend
mager betrieben wird. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß
der Sonderbetrieb den hinsichtlich der Schadstoffemissionen
günstigen Magerbetrieb nicht oder nur geringfügig
beeinträchtigt.
Bei einer speziellen Ausführungsform können die Kennfelder für
den Sonderbetrieb des Dieselmotors so gewählt sein, daß im
Vergleich zum Normalbetrieb die Treibstoffverbrennung in jedem
der Brennräume des Dieselmotors erst relativ weit nach dem
oberen Totpunkt des jeweiligen Kolbens stattfindet, wobei die
eingespritzte Kraftstoffmenge im Vergleich zum Normalbetrieb
deutlich erhöht ist. Durch die Erhöhung der Kraftstoffmenge
erhöht sich auch die Abgastemperatur sowie der Abgasdruck.
Eine Temperatur- bzw. Drucksteigerung im Abgasstrom kann auch
dadurch erzielt werden, daß eine Kraftstoffnacheinspritzung
erfolgt, bei der die Nacheinspritzmenge und der
Nacheinspritzzeitpunkt so gewählt sind, daß nach der
Verbrennung des Kraftstoffes der Haupteinspritzmenge eine im
wesentlichen vollständige Verbrennung des Kraftstoffes der
Nacheinspritzmenge stattfinden kann.
Der Abgasdruck kann bei einer anderen Ausführungsform auch
dadurch erhöht werden, daß durch eine entsprechende Steuerung
die der Verbrennung zugeführte Frischluftmasse reduziert wird.
Diese Maßnahme bewirkt bei einem mager betriebenen Dieselmotor
zunächst eine Veränderung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses
Lambda in Richtung λ = 1, d. h. in Richtung einer
stöchiometrischen Verbrennung. Beim Magerbetrieb mit
überstöchiometrischem Gemisch ist definitionsgemäß nicht die
gesamte, der Verbrennung zugeführte Frischluft an der
Verbrennung beteiligt. Die durch die Verbrennung entstandenen
heißen Abgase vermischen sich folglich mit dem deutlich
kühleren, unverbrannten Frischluftanteil, wodurch sich die
Abgastemperatur etwas absenkt. Durch die vorgeschlagene
Reduktion der zugeführten Frischluftmasse wird diese Abkühlung
verringert, mit der Folge, daß sich die Abgastemperatur
relativ zum Normalbetrieb erhöht. Mit einer Temperaturerhöhung
geht bei konstantem Volumen gleichzeitig eine Druckerhöhung
einher.
Für den Fall, daß der Dieselmotor mit einer
Abgasrückführungseinrichtung ausgestattet ist, kann eine
Erhöhung des Abgasdruckes sowie der Abgastemperatur auch
dadurch erreicht werden, daß die Abgasrückführungsrate erhöht
wird. Da rückgeführtes Abgas stets eine höhere Temperatur
aufweist als Frischluft, wird durch die Erhöhung der
Abgasrückführungsrate die Gemischtemperatur vor der
Verbrennung erhöht, wodurch sich die Abgastemperatur nach der
Verbrennung ebenfalls erhöht, wie auch der Abgasdruck.
Eine Erhöhung der Abgasrückführungsrate kann beispielsweise
dadurch erreicht werden, daß das Spülgefälle, d. h. die
Druckdifferenz zwischen Eingangsseite und Ausgangsseite der
Brennräume erhöht wird.
Als Umschaltkriterien, bei denen das Motorregelsystem ein
kurzzeitiges Umschalten vom Normalbetrieb in den Sonderbetrieb
realisiert, wird beispielsweise eine bestimmte
Gaspedalstellung vorgeschlagen, die sich vorzugsweise von
einer sogenannten "Kick-Down-Stellung" unterscheidet, die bei
Fahrzeugen mit Automatikgetriebe bekannt ist. Als
Umschaltkriterien können auch andere Signale einer
Motorsteuerung ausgewertet werden, die mit einem Fahrerwunsch
nach Beschleunigung korrelieren. Beispielsweise können dies
Signale für die Änderung der Gaspedalstellung und/oder für die
Änderung der der Verbrennung zugeführten Kraftstoffmenge
innerhalb einer bestimmten Zeit und/oder Signale für die
Differenz zwischen einer vom Fahrer gewünschten
Kraftstoffmenge und einer von der Motorsteuerung freigegebenen
Kraftstoffmenge sein.
Vorzugsweise werden die Umschaltkriterien zum Umschalten in
den Sonderbetrieb so gewählt, daß der Fahrer z. B. durch einen
leichten Gaspedaldruck eine "normale" Beschleunigung im
Normalbetrieb und durch einen dementsprechend stärkeren
Gaspedaldruck eine "starke" Beschleunigung mit Umschaltung in
den Sonderbetrieb erzeugen kann.
Das Zurückschalten in den Normalbetrieb erfolgt beispielsweise
durch eine Zeitschaltung, die nach einer vorbestimmten
Zeitdauer, z. B. nach einer Sekunde, ein Umschalten in den
Normalbetrieb auslöst. Ebenso kann das Zurückschalten in den
Normalbetrieb davon abhängig gemacht werden, daß ein
vorbestimmter, insbesondere kennfeldmäßig hinterlegter Soll-
Ladedruck erreicht wird.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den
Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die
nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der
jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den
Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den
Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 eine Anordnung eines Dieselmotors mit Abgasrückführung,
Abgasturbolader und einer Motorsteuerung nebst
zugehörigen Leitungen, die einzelne Aggregate mit der
Motorsteuerung verbinden, und
Fig. 2 einen Aufbau einer Motorsteuerung mit einem separate
Kennfelder enthaltenden Speicher.
Entsprechend Fig. 1 saugt ein Abgasturbolader 1 mit einer
Turbine 38 und einem Verdichter 39 auf seiner
Verdichtereintrittsseite Frischluft entsprechend dem Pfeil a
an. Diese durchströmt bei entsprechend erhöhtem Druck einen
Wärmetauscher 2, den sogenannten "Ladeluftkühler", und
erreicht eine Drosselstelle 3 in einer Ansaugleitung 4.
In der Drosselstelle 3 ist eine Drosselklappe 5 angeordnet,
die über ein Stellglied 6 von einem hilfskraftbetätigten
Stellantrieb 7 betätigbar ist. Nach der Drosselstelle 3
durchquert die Frischluft zunächst ein Saugrohr 16 und
erreicht dann eine Luftsammelkammer 8, von wo aus sie über
separate Ansaugtrakte 9 den Brennkammern eines Dieselmotors 10
zugeführt wird. In den Ansaugtrakten 9 sind jeweils einzelne
Drosselklappen 11 angeordnet, die entsprechend dem
Ausführungsbeispiel über ein gemeinsames Stellglied 12 von
einem hilfskraftbetätigten Stellantrieb 13 betätigbar sind.
Stromab des Dieselmotors 10 werden die während der Verbrennung
gebildeten Abgase in einer Abgassammelkammer 14 gesammelt und
zum Teil der Turbineneintrittsseite des Abgasturboladers 1
zugeführt. Außerdem kommuniziert die Abgassammelkammer 14 mit
einer Abgasrückführungsleitung 15, die im Saugrohr 16, d. h.
nach der Drosselstelle 3 und vor der Luftsammelkammer 8 in die
Luftansaugleitung 4 einmündet.
Im Mündungsbereich der Abgasrückführungsleitung 15 ist im
Saugrohr 16 ein Ventil 17 angeordnet, das über ein Stellglied
18 von einem hilfskraftbetätigten Stellantrieb 19 betätigbar
ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel steht die
Abgasrückführungsleitung 15 mit einem Wärmetauscher 20 im
Wärmeaustausch, so daß ggf. eine Kühlung des rückgeführten
Abgases erreicht werden kann.
Bei der hier dargestellten speziellen Ausführungsform ist der
Turbineneintrittsquerschnitt und/oder der die Turbine 38
durchströmende Abgasvolumenstrom mit Hilfe eines Stellgliedes
21 veränderbar, das von einem hilfskraftbetätigten
Stellantrieb 22 betätigbar ist. Nach dem Durchströmen der
Turbine 38 des Abgasturboladers 1 wird das Abgas entsprechend
dem Pfeil b beispielsweise einem im übrigen nicht
dargestellten Adsorbersystem zugeleitet.
Der Dieselmotor 10 wird von einer Motorsteuerung oder
Motorregelung 23 gesteuert bzw. geregelt, wozu diese über
Leitungen mit den entsprechenden Aggregaten des Dieselmotors
10 verbunden ist. Beispielsweise ist in der Fig. 1 eine
Leitung 24 dargestellt, welche die Motorregelung 23 mit einer
Einspritzanlage 25 des Dieselmotors 10 verbindet. Weitere
Leitungen 34, 35, 36 und 37 verbinden die Motorregelung 23 mit
den Stellantrieben 22,13,19 und 7. Darüber hinaus ist die
Motorregelung 23 mit einer Sensorik 26 verbunden, deren
Sensoren 27, die für den Betrieb des Dieselmotors 10
notwendigen Parameter detektieren, wobei beispielhaft hier nur
drei Sensoren 27 dargestellt sind.
Entsprechend Fig. 2 enthält die Motorregelung 23 einen Rechner
28 sowie einen damit kommunizierenden Speicher 29. Im Speicher
29 sind die für den Betrieb des Dieselmotors 10 erforderlichen
Kennfelder, z. B. ein lastabhängiges Kennfeld für die Steuerung
der Einspritzanlage 25 usw., gespeichert. Erfindungsgemäß sind
dabei Kennfelder 30 für einen Normalbetrieb des Dieselmotors
10 und davon unabhängige, separate Kennfelder 31 für einen
Sonderbetrieb des Dieselmotors 10 vorgesehen. Auf welche
Gruppe von Kennfeldern 30 oder 31 der Rechner 28 der
Motorregelung 23 zugreifen kann, wird über einen
Softwareschalter 32 festgelegt, dessen Schaltstellung anhand
von im Speicher 29 abgespeicherten Umschaltkriterien 33
bestimmt wird. In der dargestellten Schaltstellung arbeitet
der Dieselmotor 10 dementsprechend im Normalbetrieb. Die
Umschaltkriterien 33 werden ihrerseits vom Rechner 28 anhand
der von den Sensoren 27 der Sensorik 26 generierten Signale
überwacht. Bei Erfüllung der vorbestimmten Umschaltkriterien
für ein Umschalten von Normalbetrieb auf Sonderbetrieb wird
der integrierte Softwareschalter 32 von der dargestellten
Stellung für den Normalbetrieb auf die andere Stellung
umgeschaltet, bei der ein Zugriff auf die Kennfeldgruppe der
für den Sonderbetrieb des Dieselmotors 10 vorgesehenen
Kennfelder 31 ermöglicht wird.
Das erfindungsgemäße Motorregelsystem arbeitet wie folgt:
Während dem Normalbetrieb des Dieselmotors 10 betreibt die Motorregelung 23 den Dieselmotor 10 in Abhängigkeit der dem Normalbetrieb zugeordneten Kennfelder 30. Über die Sensorik 26 überwacht die Motorregelung 23 permanent Parameter, mit deren Hilfe erkannt werden kann, ob eines der Umschaltkriterien 33 erfüllt ist. Beispielsweise kann beim Anfahren eines mit dem Dieselmotor 10 ausgestatteten Fahrzeuges die Gaspedalstellung überwacht werden. Solange sich die Gaspedalstellung unterhalb einer Grenzstellung befindet, betreibt die Motorregelung 23 den Dieselmotor 10 entsprechend den Kennfeldern 30 des Normalbetriebes. Das Fahrzeug kommt aufgrund des Turboloches relativ träge in Fahrt. Wenn der Fahrzeugführer jedoch eine stärkere Beschleunigung des Fahrzeuges wünscht, tritt er stärker aufs Gaspedal, wobei die vorgenannte Pedalgrenzstellung überschritten wird. Die Grenzstellung des Gaspedales dient hier jedoch als Umschaltkriterium 33, so daß die Motorregelung 23 den Dieselmotor 10 sofort entsprechend den Kennfeldern 31 des Sonderbetriebes betätigt.
Während dem Normalbetrieb des Dieselmotors 10 betreibt die Motorregelung 23 den Dieselmotor 10 in Abhängigkeit der dem Normalbetrieb zugeordneten Kennfelder 30. Über die Sensorik 26 überwacht die Motorregelung 23 permanent Parameter, mit deren Hilfe erkannt werden kann, ob eines der Umschaltkriterien 33 erfüllt ist. Beispielsweise kann beim Anfahren eines mit dem Dieselmotor 10 ausgestatteten Fahrzeuges die Gaspedalstellung überwacht werden. Solange sich die Gaspedalstellung unterhalb einer Grenzstellung befindet, betreibt die Motorregelung 23 den Dieselmotor 10 entsprechend den Kennfeldern 30 des Normalbetriebes. Das Fahrzeug kommt aufgrund des Turboloches relativ träge in Fahrt. Wenn der Fahrzeugführer jedoch eine stärkere Beschleunigung des Fahrzeuges wünscht, tritt er stärker aufs Gaspedal, wobei die vorgenannte Pedalgrenzstellung überschritten wird. Die Grenzstellung des Gaspedales dient hier jedoch als Umschaltkriterium 33, so daß die Motorregelung 23 den Dieselmotor 10 sofort entsprechend den Kennfeldern 31 des Sonderbetriebes betätigt.
Erfindungsgemäß wird im Sonderbetrieb die Abgasenthalpie durch
eine Erhöhung des Abgasdruckes und/oder der Abgastemperatur
erhöht, wodurch eine Steigerung der Turbinenleistung initiiert
wird. Durch die Rückkopplung der Motoraufladung mit dem
Energiegehalt des Abgases kann der Abgasturbolader 1 rasch
ansprechen und das Turboloch wird extrem verkleinert und der
Dieselmotor 10 kann eine schnellere Beschleunigung des
Fahrzeuges bewirken.
Zur Erhöhung der Abgastemperatur bzw. des Abgasdruckes im
Sonderbetrieb betätigt die Motorregelung 23 den Dieselmotor 10
auf Basis der dem Sonderbetrieb zugeordneten Kennfelder 31
z. B. dahingehend, daß in den Brennkammern des Dieselmotors 10
mehr Kraftstoff verbrannt wird, wobei zusätzlich oder
alternativ die Frischluftzufuhr zu den Brennkammern reduziert
und zusätzlich oder alternativ die Abgasrückführrate erhöht
werden kann. Damit bei einer Vergrößerung der verbrannten
Kraftstoffmenge kein Sprung im Verlauf der Motorlast im
Vergleich zum Normalbetrieb entsteht, muß der
Einspritzzeitpunkt für die Kraftstoffmenge in Richtung "spät"
verschoben werden, vorzugsweise weit hinter den oberen
Totpunkt des in der jeweiligen Brennkammer bewegten Kolbens.
Dementsprechend wird die Einspritzanlage 25 durch die
Motorregelung 23 beeinflußt.
Wenn der Dieselmotor 10 aufgrund seiner Abgasreinigungsanlage,
die beispielsweise einen Stickstoffadsorber enthält, mager
betrieben werden soll, muß bei der Erhöhung der
Kraftstoffmenge bzw. der Reduzierung der Frischluftzufuhr im
Sonderbetrieb darauf geachtet werden, daß stets ein
überstöchiometrisches oder zumindest stöchiometrisches Luft-
Brennstoff-Verhältnis vorliegt. Wenn die Einhaltung eines
Magerbetriebes für den Dieselmotor 10 nur von untergeordneter
Bedeutung ist, kann der Dieselmotor 10 für den Sonderbetrieb
auch kurzzeitig fett betrieben werden.
Die gewünschte Erhöhung der Abgasenthalpie im Sonderbetrieb
kann auch durch eine entsprechende Veränderung des
Einspritzdruckes realisiert werden, mit dem die
Einspritzanlage 25 den Kraftstoff in die Brennkammern des
Dieselmotors 10 einbringt. Die Höhe des Einspritzdruckes
ergibt sich dabei aus einer Wechselwirkung mit der gewünschten
Einspritzdauer und der gewünschten Einspritzmenge.
Ebenso kann eine Voreinspritzung vorgesehen werden, die
hinsichtlich Einspritzbeginn und Einspritzdauer derart
verändert ist, daß trotz einer extrem späten Energieumsetzung
der zur Realisierung der gewünschten Motorlast erforderlichen
Kraftstoffmenge ein gleichmäßiger Motorlauf gewährleistet
wird. Beispielsweise kann dadurch ein unrunder, unruhiger
Motorlauf ausgeglichen werden.
Des weiteren kann zusätzlich eine Kraftstoffnacheinspritzung
in die Brennkammern durchgeführt werden, die derart mit der
Hauptverbrennung abgestimmt ist, daß auch die
nacheingespritzte Kraftstoffmenge nach der Verbrennung des für
die Hauptverbrennung eingespritzten Kraftstoffes im
wesentlichen vollständig verbrannt wird. Auch hierdurch ergibt
sich eine deutliche Erhöhung der Abgastemperatur.
Wie weiter oben geschildert, führt auch die Reduzierung der
Frischluftmenge zu einer Erhöhung der Abgastemperatur. Die
nachfolgend beschriebenen Maßnahmen zur Reduzierung der für
die Verbrennung zur Verfügung stehenden Frischluftmasse können
alternativ oder zusätzlich zu den vorangehend beschriebenen
Maßnahmen ausgeführt werden.
Durch die Kennfelder 31 für den Sonderbetrieb veranlaßt, kann
die Motorregelung 23 über die Verbindungsleitung 35 den
Stellantrieb 13 dahingehend steuern, daß dieser über das
Stellglied 12 die Drosselklappen 11 derart verstellt, daß
diese den jeweiligen Einlaßquerschnitt im Ansaugtrakt 9 der
jeweiligen Zylinder reduzieren. Auf diese Weise wird der
Querschnitt für die Luftzufuhr aus der Luftsammelkammer 8
variabel verringert, so daß dem Dieselmotor 10 insgesamt
weniger Luft zur Verbrennung zur Verfügung steht. Da sich
dadurch das Verbrennungs-Luft-Verhältnis beim Magerbetrieb in
Richtung λ = 1 verschiebt, verbleibt nach der Verbrennung
weniger Frischluft im Abgasgemisch, so daß dementsprechend
weniger Frischluft durch die Verbrennung erwärmt werden muß.
Die Temperatur des Abgases wird dadurch erhöht.
Der Energieinhalt der Abgasströmung kann auch dadurch erhöht
werden, daß die Abgasrückführungsrate erhöht wird. Zu diesem
Zweck steuert die Motorregelung 23 ausgehend von den
Kennfeldern 31 für den Sonderbetrieb mit der
Verbindungsleitung 37 den Stellantrieb 7. Um die
Abgasrückführungsrate zu erhöhen, bewirkt der Stellantrieb 7
über sein Stellglied 7 ein Verstellen der Drosselklappe 5
dahingehend, daß die durch die Ansaugleitung 4 angesaugte
Frischluft, das heißt die Ladeluft, gedrosselt wird. Im
Saugrohr 16, das sich an die Drosselstelle 3 anschließt, wird
dadurch der Druck reduziert, während gleichzeitig das
Spülgefälle zwischen Abgasgegendruck und Saugrohrdruck steigt.
Dies hat bei einem gleichbleibenden Öffnungsquerschnitt des
Ventils 17 der Abgasrückführungsleitung 15 einen vergrößerten
Abgasdurchsatz, das, heißt eine erhöhte Abgasrückführrate, zur
Folge. Da das rückgeführte Abgas regelmäßig eine deutlich
höhere Temperatur aufweist, als die zugeführte Frischluft bzw.
Ladeluft, die außerdem im Ladeluftkühler 2 gekühlt worden ist,
befindet sich das Gas-Kraftstoff-Gemisch bereits vor der
Verbrennung auf einem höheren Temperaturniveau, so daß sich
die Abgastemperatur dementsprechend anhebt.
Die Abgasrückführungsrate kann auch dadurch variiert werden,
daß die Motorregelung 23, geführt über entsprechende
Kennfelder 31, mit der Verbindungsleitung 36 den Stellantrieb
19 entsprechend ansteuert. Der Stellantrieb 19 bewirkt dabei
über sein Stellglied 18 die gewünschte Verstellung des Ventils
17, wodurch sich der Öffnungsquerschnitt der Abgasrückführung
verändert, mit der Folge, daß sich in entsprechender Weise die
Abgasrückführungsrate verändert.
Zur Erhöhung der Gemischtemperatur vor der Verbrennung kann es
auch sinnvoll sein, auf die Wärmetauscher 2 und 20
einzuwirken. Durch eine reduzierte Kühlleistung kann die
Temperatur der Frischluft bzw. der rückgeführten Abgase erhöht
werden.
Die Rückschaltung vom Sonderbetrieb in den Normalbetrieb des
Dieselmotors 10 kann beispielsweise zeitlich getriggert
erfolgen, das bedeutet, daß der Sonderbetrieb nur für eine
vorbestimmte, kurze Zeitdauer aufrechterhalten bleibt.
Beispielsweise kann eine Zeitdauer von etwa einer Sekunde für
den Sonderbetrieb ausreichend sein, um die erforderliche
Leistungssteigerung des Abgasturboladers zu erhalten. Ebenso
ist es für die Rückschaltung vom Sonderbetrieb in den
Normalbetrieb möglich, daß auch hier Umschaltkriterien 33 von
der Motorregelung 23 überwacht werden. Beispielsweise wird
überprüft, ob ein kennfeldmäßig gespeicherter Sollwert für den
Ladedruck erreicht ist.
Zusätzlich zu den vorgenannten Maßnahmen kann zur Steigerung
der Turbinenleistung außerdem das Spülgefälle dadurch erhöht
werden, daß der Turbineneintrittsquerschnitt des
Abgasturboladers 1 und/oder die durch die Turbine 38
durchströmende Abgasmenge verändert wird. Eine derartige
Veränderung kann durch die entsprechenden Kennfelder 31 über
die Motorregelung 23 mittels der Verbindungsleitung 34
ausgelöst werden, wobei der Stellantrieb 22 das Stellglied 21
in der entsprechenden Weise betätigt.
Claims (8)
1. Motorregelsystem für einen mittels eines Abgasturboladers
aufgeladenen Dieselmotor (10), das in Abhängigkeit von
Kennfeldern (30,31) den Betrieb des Dieselmotors (10) regelt
und einen Wechsel zwischen zwei Betriebsarten des Dieselmotors
(10) ermöglicht,
- - mit einem Rechner (28), der in Abhängigkeit von vorbestimmten Umschaltkriterien (33) ein Umschalten auf die eine oder auf die andere Betriebsart des Dieselmotors (10) bewirkt,
- - mit einer mit dem Rechner (28) kommunizierenden Sensorik (26), die für Umschaltkriterien (33) notwendige Parameter überwacht,
- - mit einem mit dem Rechner (28) kommunizierenden Speicher (29), in dem für die eine Betriebsart und für die andere Betriebsart separate Kennfelder (30,31) für den Betrieb des Dieselmotors (10) gespeichert sind,
2. Motorregelsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Dieselmotor (10) nur kurzzeitig, insbesondere weniger
als drei Sekunden, im Sonderbetrieb betrieben wird.
3. Motorregelsystem nach Anspruch 1 oder 2
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kennfelder (31) für den Sonderbetrieb des Dieselmotors
(10) so gewählt sind, daß der Dieselmotor (10) im
Sonderbetrieb mager oder stöchiometrisch betrieben ist.
4. Motorregelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kennfelder (31) für den Sonderbetrieb des Dieselmotors
(10) so gewählt sind, daß im Vergleich zum Normalbetrieb die
Treibstoffverbrennung in jeder der Brennkammern des
Dieselmotors (10) erst relativ weit nach dem oberen Totpunkt
des jeweiligen Kolbens stattfindet, wobei die eingespritzte
Kraftstoffmenge im Vergleich zum Normalbetrieb deutlich erhöht
ist.
5. Motorregelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kennfelder (31) für den Sonderbetrieb des Dieselmotors
(10) so gewählt sind, daß nach der Haupteinspritzung eine
Nacheinspritzung erfolgt, derart, daß auch die
Nacheinspritzmenge im wesentlichen vollständig verbrennt.
6. Motorregelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kennfelder (31) für den Sonderbetrieb des Dieselmotors
(10) so gewählt sind, daß die der Verbrennung zugeführte
Frischluftmasse reduziert ist.
7. Motorregelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem Dieselmotor (10) mit einer Abgasrückführung die
Kennfelder (31) für den Sonderbetrieb des Dieselmotors (10) so
gewählt sind, daß die Abgasrückführungsrate erhöht ist.
8. Motorregelsystem nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kennfelder (31) für den Sonderbetrieb des Dieselmotors
so gewählt sind, daß die Erhöhung der Abgasrückführungsrate
durch eine Erhöhung des Spülgefälles zwischen Abgasgegendruck
und Saugrohrdruck erfolgt.
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