DE3144712A1 - "verfahren zur regelung der fuellung von brennkraftmaschinen mit verbrennungsgas sowie vorrichtung zum durchfuehren dieses verfahrens" - Google Patents

"verfahren zur regelung der fuellung von brennkraftmaschinen mit verbrennungsgas sowie vorrichtung zum durchfuehren dieses verfahrens"

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DE3144712A1 DE19813144712 DE3144712A DE3144712A1 DE 3144712 A1 DE3144712 A1 DE 3144712A1 DE 19813144712 DE19813144712 DE 19813144712 DE 3144712 A DE3144712 A DE 3144712A DE 3144712 A1 DE3144712 A1 DE 3144712A1
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Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Füllung von Brennkraftmaschinen mit Verbrennungsgas sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Die Füllung von Brennkraftmaschinen mit Verbrennungsgas erfolgt vor allem im Teillastbereich nicht mit der wünschenswerten Effektivität. So wird z.B. bei Otto-Motoren durch die Drosselklappe die unter Atmosphärendruck stehende Verbrennungsluft auf den im Ansaugstutzen des Motors herrschenden Unterdruck abgedrosseJt, während bei Dieselmotoren je nach Lastanforderung ein Unter- oder Überschuß an Reaktionspartnern für die Verbrennungsreaktion eintritt, welche nur durch eine material- und energieaufwendige Abgasrückführung bzw. Lufteinblasung zu beherrschen sind.
Es ist bekannt, dem Ansaugstutzen eine von der Brennkraftmaschine angetriebene Gasmaschine vorzuschaiten, die das Verbrennungsgas ansaugt und mit erhöhtem Druck der Brennkraftmaschine zuführt (Laderbetrieb); hierbei wird aber in aller Regel ebenfalls eine Drosselklappe bzw. eine Abgasrückführung oder Lufteinblasung für den Teillastbereich verwendet, da das sogenannte Aufladen der Brennkraftmaschine erst bei höheren Drehzahlen erwünscht ist - bei Dieselmotoren werden die vorgenannten Probleme dabei sogar noch verschärft. Auch in den vorgenannten Fällen wird also der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine - vor allem im TeiJlastbereich - verschlechtert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens zu schaffen, welche die vorgenannten Nachteile durch eine lastabhängige, insbeson-
dere energiesparende, Effektivitätssteigerung der Füllungsregelung vermeiden; hierzu gehört sowohl die Verminderung von Drosselverlusten al κ auch die Vermeidung bzw. Vereinfachung einer Abgasrückführung oder ähnlicher Maßnahmen zur Steigerung der Abgasqualität, ohne daß letztere durch das Fortlassen solcher besonderer .Maßnahmen in Mitleidenschaft gezogen wird.
Die Aufgabe wird für ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Verbrennungsgas durch eine mit der Brennkraftmaschine kraftschlüssig gekoppelte Gasmaschine geleitet und ihr Mengenstrorri im Sinne der gewünschten Laständerung mittels einer Steuereinrichtung an der Gasmaschine variiert wird. Bei dem Verbrennungsgas kann es sich sowohl um Verbrennungsluft als auch z. B. um ein Gemisch aus Verbrennungsluft; und Kraftstoff handeln.
Die kraftschlüssige Kopplung der Brennkraftmaschine mit der Gasmaschine erfolgt z. B. durch ein mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine direkt oder indirekt verbundenes Getriebe, welches auf seiner anderen Seite mit der Antriebswelle der Gasmaschine gekoppelt ist. Ein solches Getriebe kann u. a. ein Riemen- oder Zahnradtrieb sein. Es empfiehlt sich, vor allem bei Otto-Motoren, die Getriebeübersetzung derart zu wählen, daß bei zwei Motorumdrehungen der Brennkraftmaschine das Fördervolumen des Gasmotors dem Hubvolurnen der Brennkraftmaschine entspricht. Die Gasmaschine kann erf indungsgernäß als Gasmotor, als Lader, als Lader mit Teileigenschaften eines Gasmotors oder frei wählbar und regelbar als Gasmotor oder als Lader - also kombiniert - betrieben werden.
Durch ein Betreiben als Gasmotor, d. h. durch eine Volumenvergrößerung des Verbrennungsgases, wird die so freigesetzte Arbeit der Brennkraftmaschine über das Getriebe zugeführt. Es ist also möglich, der Brennkraft-
maschine die für don (luüwechuuJ aiifzuwendentk; Arbeit mit Hilfe der Gasmaschine zumindest teilweise wieder zuzuführen. Außerdem wird bei Dieselmotoren durch die Druckabsenkung (gegenüber dem Stand der Technik) irn Ansaugstutzen die Menge an Reaktionspartnern für den Verbrennungsprozeß und somit - auch ohne Abgasrückführung - die NO -Emission im Abgas vermindert. Schließlich wird dar sogenannte Rauchstoß von Dieselmotoren bei plötzlich erhöhter Lastanforderung vermieden, da der dann vermehrte Bedarf an Reaktionspartnern durch die Druckerhöhung im Ansaugstutzen unmittelbar (mit Schallgeschwindigkeit) befriedigt wird, ohne daß man eine besondere Lufteinblasung oder Verzögerung der Einspritzmenge mit den Folgen des schlechteren dynamischen Verhaltens der Antriebseinheit benötigt.
Soweit es sich um einen Gasmotor - bzw. urn eine Gasmaschine mit zumindest teilweisen Eigenschaften eines Gasmotors - mit innerer Expansion handelt, bei welchem also die Volumenvergrößerung des Verbrennungsgases innerhalb des Arbeits-(Förder-)Raumes stattfindet, empfiehlt es sich, das Drehzahlverhältnis zwischen der Brennkraftmaschine und dem Gasmotor - wie weiter unten beschrieben konstant zu halten und das Eintrittsvolumen des Gasmotors über verschiebbare Einlaßsteuerkanten oder veränderbare Steuerzeiten von Einlaßventilen zu variieren.
Bei Gasmotoren mit äußerer Expansion, bei denen also eine Volumenvergrößerung erst beim Austritt des Verbrennungsgases aus dem Arbeitsraum erfolgt, empfiehlt sich - wie weiter unten des näheren beschrieben - das Drehzahlverhältnis zwischen der Brennkraftmaschine und dem Gasmotor variierbar zu gestalten, wobei das Drehzahlverhältnis entsprechend der jeweils gewünschten Laststufe der Brennkraftmaschine oder anderer Betriebsparameter eingestellt wird.
Erfindungsgemäß kann die Gasmaschine auch als Lader verwendet werden, wobei innerhalb der Gasmaschine eine Verdichtung des Verbrennungsgases stattfindet und ihr maximales Eintrittsgasvolumen in Verbindung mit einem entsprechend gewählten Drehzahlverhältnis der gewünschten Füllungserhöhung der Brennkraftmaschine entspricht, Hierbei wird die Gasmaschine - wie weiter unten des näheren erläutert - bevorzugt mit einer vorzugsweise lastabhängigen, weiteren Steuereinrichtung versehen, mit welcher die Ladebedingungen verändert werden können.
Es wurde gefunden, daß die nicht nutzbaren Anteile der Gaswechselarbeit - also die Verluste - am geringsten sind, wenn erfindungsgernäß das Verfahren isotherm durchgeführt wird; hierbei wird vor allem der Expansionsabkühlung des Verbrennungsgases durch geeignete Maßnahmen entgegengewirkt.
Dies trifft besonders für fremdgezündete Brennkraftmaschinen zu, was nachfolgend noch erläutert werden wird. Für eine eigengezündete Brennkraftmaschine ist es empfehlenswert » den Prozeß adiabat ablaufen zu lassen, da hierdurch die Eintrittstemperatur und der Eintrittsdruck abgesenkt und damit auch der Mitteldruck abgesenkt wird und als Folge dessen eine NO -Emissionsverminderung verbunden ist.
Durch die in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagene Vorwärmung des Verbrennungsgases mittels der aus der Gasmaschine freiwordondon mechanischen Energie wird eine thermodynamisch günsLigere Verbrennung in der Brennkraftmaschine erreicht.
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Erfindungsgemäß ist es auch möglich, mittels des zwischen der Brennkraftmaschine und der Gasmaschine anstehenden Druckes des Verbrennungsgases die KraftstoffZuteilung zur Brennkraftmaschine zu regeln und somit die hierfür sonst notwendigen Verbindungsglieder zum Lastregler der Brennkraftmaschine einzusparen.
Weitere vorteilhafte Regelungssysteme ergeben sich aus den Ansprüchen 7 bis 10, insbesondere bei einer Regelung mittels elektronisch beaufschlagter Stellglieder ist es möglich und vorteilhaft, bei extrem kleinen Lastzuständen - z. B. im Leerlauf - der Brennkraftmaschine mit Eigenzündung und/oder bei Kaltstarts den Druck im Saugrohr über den Atmosphärendruck anzuheben, um damit z. B. das nicht erwünschte Leerlaufnageln zu vermeiden und die Zündung des Spritzstrahls in jedem Fall zu gewährleisten. In einer anderen Ausgestaltung des Regelsystems ist es vorteilhaft mit Hilfe der Gasmaschine den Spitzenciruck und den Absolutdruck im Saugrohr abhängig von der Temperatur und unabhängig vom Außendruck zu regeln, um bei hohen Motortemperaturen den Motor zu "schonen" und/oder bei Fahrten in größerer "Höhe", z.B. bei Paßfahrten etc., die volle Motorleistung zur Verfügung zu haben.
In einer anderen Ausführung ist es möglich, die rückgeführte Abgasmenge über den Druckzustand im Saugrohr mit Hilfe der Gasmaschine zu regeln und damit das Abgasrückführsystem auf eine Leitung mit einem Rückschlagventil zu begrenzen. Hiermit werden Mischzustände zwischen herkömmlichen Abgasrückführsystemen und einer teilweisen quantitativen Füllungsregelung ermöglicht, wobei die Drosselverluste minimal gehalten werden können, da sie zumindest teilweise zurückgewonnen werden.
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Für eine Vorrichtung zum Durchführen des vorbeschriebenen Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch eine kraftschlüssig mit einer Brennkraftmaschine gekoppelte Gasmaschine mit einer Steuereinrichtung zur Änderung des Mengenstromes an Verbrennungsgas gelöst. Hierbei ist es erfindungsgemäß möglich, das Drehzahlverhältnis zwischen der Brennkraftmaschine und der Gasmaschine fest vorzugeben und die Steuereinrichtung als verschiebbare Steuerkante im Gaseintrittsbereich der Gasmaschine zu gestalten. Diese Ausführungsform wird bei Gasmaschinen mit innerer Expansion bevorzugt; durch sie wird erreicht, daß, z. B. mit Hilfe des Lastschalters (Lastregler) der Brennkraftmaschine, das Druckverhältnis zwischen' dem Gasaustrittsbereich und dem Arbeitsraum der Gasmaschine sowie der geförderte Mengenstrom an Verbrennungsgas beeinflußbar ist.
Es ist, gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung, aber auch möglich, das Drehzahlverhältnis zwischen der Brennkraftmaschine und der Gasmaschine fest- vorzugeben und die Steuereinrichtung als Einlaßventil der Gasmaschine mit variierbarer Einlaßdauer auszubilden.
Eine weitere erfindungsgemäße Lösung besteht darin, das Drehzahlverhältnis zwischen der Brennkraftmaschine und der Gasmaschine fest vorzugeben und das Arbeitsvolumen der Gasmaschine zu variieren. Hier kommt z. B. eine variierbare Exzentrizität der Gasmaschine in Frage, die, vor allem bei Kolbenmotoren, relativ einfach zu erreichen ist.
Ein anderer erfindungsgemäßer Weg besteht, wie bereits oben erwähnt, darin, das Drehzahlverhältnis zwischen der Brennkraftmaschine und der Gasmaschine zu variieren, was vor allem bei Gasmaschinen mit äußerer Expansion bevorzugt wird. Hierbei wird mittels eines vorzugsweise stufenlosen Getriebes die Drehzahl der Gasmaschine dem der Lastanforderung entsprechenden Mengenstrom an Verbrennungsgas angepaßt.
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-n-
Bei als sogenannte Lamellenmotoren ausgebildeten Gasmaschinen kann die im Patentanspruch 12 beschriebene Steuereinrichtung erfindungsgemäß aus einer festen, radial angeordneten Steuerkante am Motorgehäuse und einer drehbaren, axial angeordneten Deckscheibe mit einer Gaseintrittsdurchbrechung mit einer weiteren Steuerkante im Gaseintrittsbereich der Gasmaschine bestehen.
Bei dem vorerwähnten Lamellenmotor kann die Steuereinrichtung erfindungsgemäß aber auch aus einer in seinem Gaseintrittsbereich um eine um die Lamellenachse drehbare, sich im wesentlichen parallel zu ihr erstreckenden, Steuerkante bestehen.
Ein lastabhängiges Aufladen der Brennkraftmaschine kann erfindungsgemäß bei einer als Lamellenmotor ausgebildeten Gasmaschine dadurch erreicht werden, daß in ihrem Gasaustrittsbereich eine um die Lamellenachse drehbare, sich im wesentlichen parallel zu ihr erstreckende Steuerkante angeordnet ist. Sofern sowohl im Gaseintrittsbereich als auch im Gasaustrittsbereich um die Lamellenachse drehbare, sich im wesentlichen parallel zu ihr erstreckende Steuerkanten vorgesehen sind, können diese erfindungsgemäß gekoppelt und z. B. gemeinsam durch den Lastschalter der Brennkraftmaschine gesteuert werden.
Erfindungsgemäß empfiehlt es sich, bei als Gasmaschine dienenden Drehflügelmotoren die Dichtleisten zwischen dem Rotor und den Drehflügeln wechselseitig fest und federnd anzuordnen.
Durch eine erfindungsgemäße, vorzugsweise lastabhängige Beheizung des Gasaustrittsbereiches der Gasmaschine ist es möglich, diese isotherm zu betreiben.
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Bevorzugt wird die Steuereinrichtung der Gasmaschine mittels eines Betätigungselementes mit dem Lastregler der Brennkraftmaschine verbunden.
Dadurch, daß der Druck des Verbrennungsgases zwischen dem Ansaugstutzen der Brennkraftmaschine und dem GasäUSlaßbereich der Gasmaschine nach der Erfindung zwangsläufig von der Stellung der Steuereinrichtung an der Gasmaschine und der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängt, kann er, gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, dazu verwendet werden, mittels eines in diesem Bereich angeordneten Druckfühlers und eines diesem nachgeordneten Stellgliedes die Zuteilung von Kraftstoff zur Brennkraftmaschine zu regeln. Das Stellglied kann z. B. pneumatisch arbeiten, indem es einerseits über einen, ggfs. mit einer Drossel versehenen, Stellerbypaß gasmäßig mit dem Ansaugstutzen der Brennkraftmaschine und andererseits mechanisch mit dem Mengenversteller einer Kraftstofförderpumpe verbunden wird. Natürlich sind auch elektrisch angeregte Stellglieder denkbar, insbesondere dann, wenn, gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, das Stellglied mit einem Mikrorechner verbunden ist, welcher z. B. außer von dem vorerwähnten Druckfühler - auch noch weitere Signale erhält, wie die Drehzahl, die Stellung des Lastreglers, die Betätigungsgeschwindigkeit des Lastreglers und andere Werte, welche er nach einem vorgegebenen Programm verarbeitet und entsprechend für die Regelung der Zuteilung von Kraftstoff zur Brennkraftmaschine verwertet.
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der beiliegenden Zeichnungen. Es zeigen:
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Fig. 1 eine Prinzipskizze der Geaamtvorrichtung;
Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch eine Gasmaschine;
Fig. 2a Deckscheibe gemäß Fig. 2;
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Gasmaschine gemäß Fig. 2;
Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt der Dichtleisten gemäß Fig. 2 und 3; und
Fig. 5 ein Verbrauchskennfeld eines Otto-Motors mit und ohne energiesparender Füllungsregelung.
Gemäß Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 kraftschlüssig mit einer Gasmaschine 2 gekoppelt, welche eine Steuereinrichtung 3 für die Veränderung des Mengenstromes an Verbrennungsgas aufweist. Der Mengenstrom an Kraftstoff kann mittels eines Druckfühlers la im Gasweg zwischen der Brennkraftmaschine 1 und der Gasmaschine 2 sowie einem von dem Druckfühler la beeinflußten Stellglied Ib geregelt werden; hierbei beeinflußt das Stellglied Ib die für die KraftstoffZuteilung an der Brennkraftmaschine vorgesehene Einrichtung Id, z. B. eine Einspritzpumpe. Dem Stellglied Ib kann ein Mikrorechner Ic für die Berücksichtigung weiterer Betriebszustaridsdaten der Brennkraftmaschine 1 vorgeschaltet werden.
Nach Fig. 2 besteht die Steuereinrichtung 3 der Gasmaschine 2 - hier mit innerer Expansion - aus einer am Motorgehäuse 4 im Gaseintrittsbereich 5 radial angeordneten, festen Steuerkante 6 sowie einer axial in einer oder beiden Frontebenen der Gasmaschine 2 angeordneten - in Fig. 2 nur angedeuteten und in Fig. 2a näher dargestellten - Deckscheibe 7 mit einer axialen Gaseintrittsdurchbrechung (schraffiert dargesteJlt) 8 mit einer weiteren Steuerkante 9. Die Gasmaschine 2 ist als sogenannter Drehflügelmotor mit Drehflügeln 10a, ..., 1Od ausgebil-
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det, die sich um die Lanielienachse 11 (Drehflügelachse) reibungsarm drehen können und den Rotor 12 mit Dichtleisten 13a, 13b antreiben bzw. von ihm angetrieben werden. Der Rotor 12 ist über das in Fig. 1 dargestellte Getriebe 14 mit der Brennkraftmaschine 1 kraftschlüssig gekoppelt. Die Deckscheibe 7 ist um die Lamellenachse 11 drehbar und kann über einen hier nicht dargestellten Hebelarm 15, z. B. mit dem Lastschalter der Brennkraftmaschine 1 gekoppelt werden. Die Steuerkante 9 der Deckscheibe 7 kann mit Hilfe des Hebelarmes 15 (siehe Fig. 2a und 3) über den Winkelbereich IP . gedreht werden.
J X ΓΠ3.Χ
Wird die Deckscheibe 7 so verdreht, daß die Gaseintrittsdurchbrechung 8 mit ihrer. Steuerkante 9 in der Winkelposition (p..= ^.. steht, so kann das Verbrennungsgas sowohl · durch den durch die Steuerkante 6 und eine Gehäusekante 16 (bzw. Drehflügel lOd) begrenzten Gaseintrittsspalt 17 als auch durch den von der Gaseintrittsdurchbrechung 8 in der Deckscheibe 7 freigegebenen, vom Rotor 12, der Drehflügelraumwand 19, dem Flügel 1Od und der Steuerkante 9 begrenzten Spalt 18 (doppelt schraffiert dargestellt) in den Arbeitsraum 20 der Gasmaschine 2 eintreten. Dreht sich Rotor 12 nun so weit, daß der Drehflügel 1Od die Steuerkante 6 überfährt, so liegt das Fördergasvolumen fest durch die Begrenzungen der Flügel 10a und 1Od sowie des Rotors 12 und der Drehflügelraumwand 19. Dieses Volumen wird durch die weitere Drehung des Rotors so lange vergrößert, bis das maximale Arbeitsraumvolumen - in der dargestellten Rotorstellung zwischen den Drehflügeln 10a und 10b - erreicht ist; von da an wird das Verbrennungsgas·in den Gasaustrittsbereich ausgeschoben und an die Brennkraftmaschine abgegeben. Die dargestellte S teuerkan tens teilung1/^. - ^P entspricht
' -L ι 1 1713.x.
dom unI.ernten To i 1 I ar·.there i ^h (l.oi'rlauf) der Brenn-
- If3 -
kraftmaschine 1; wird Y^1 durch Drehung der Deckscheibe 7 im Drehrichtungssinn der Gasmaschine 2 gegen O geändert, so nähert sich die Brennkraftmaschine der Vollast; die größtmögliche Füllung wird demnach mit der Stellung f*-\ = 0 erreicht.
Die Vergrößerung des von der Gasmaschine 2 geförderten Mengenstromes an Verbrennungsgas wird demnach durch Vergrößerung des wirksamen Gaseintrittsspaites - d. h. durch Spalt 18" - erzielt.
Durch Verdrehen der Deckscheibe 7 kann also, in den vorgegebenen Grenzen, jeder beliebige Füllungsgrad der Brennkraftmaschine erreicht werden, wobei die Steuerkanten die Funktion der bisher üblichen Drosselklappe übernehmen, ohne daß dabei jedoch ein nennenswerter Drosselverlust auftritt, weil die Druckdifferenzen vor und hinter der jeweiligen aktiven Kammer auf den Flügel eine Kraft ausüben, die über die Dichtleisten an dem Rotor 12 ein Moment erzeugen, daß über das Getriebe 14 an den Motor 1 weitergegeben wird.
In Fig. 3 ist anstelle einer Deckscheibe eine um die Lamellenachse 11 drehbare, sich im wesentlichen parallel zu ihr erstreckende Sleuerkante 22 angeordnet; hierbei bildet die Steuerkante 22 das Ende eines drehbaren Wandsegmentes 23 der Drehflügelraumwand 19. Das Wandsegment 23 erstreckt sich über einen so großen Winkelbereich der Drehflügelraumwand 19, daß sein der Steuerkante 22 gegenüberliegendes Ende als Steuerkante 24 für den Gasaustrittsbereich 21 wirkt. Ein Hebelarm 15 mit einem Gelenk 25 am Wandsegment 23 (Steuersegment) gestattet dessen Verdrehung, z.B. in Kopplung mit dem Lastschalter der Brennkraftmaschine.
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Die in Fig. 3 dargesteil te Stellung des Steuersegmentes 23 mit der Steuerkante 22 in der Position 100 und der Steuerkante 24 in der Position 100' entspricht dem niedrigsten Lastzustand (Leerlauf) der Brennkraftmaschine; eine* Verschiebung (Verdrehen) in Richtung des Drehrichtungspfeiles 26 in ungefähr die Positionen 101 bzw. 101' entspräche der Maximalleistung der als' reiner Saugmotor betriebenen Brennkraftmaschine 1. - Der. Winkelbereich zwischen den Positionen 101 bzw. 101' und 103 bzw. 103' entspricht dann den Leistungen zwischen dem reinen Saugmotor und dem aufgeladenen Motor bis hin zu dessen Maximalleistung.
In allen Fällen, in denen die. Gasmaschine auch als mechanischer Lader für die Brennkraftmaschine verwendet wird, entspricht das maximale Ansaugvolumen der Gasmaschine dem der Brennkraftmaschine - vergrößert um die gewünschte maximale Füllungserhöhung. Die Vorrichtung gemäß Fig. 3 kann jedoch auch ausschließlich zur Rückgewinnung der Drosselenergie eingesetzt werden, wenn das Steuersegment 23 in seinem Umfang gemäß gestaltet wird, wie er durch die Positionen 200 und 200' angedeutet ist; diese Situation würde dem Leerlauf entsprechen, während für die Vollast des Saugmotors die Positionen 201 bzw. 201' maßgeblich wären.
In Fig. 4 ist im Detail dargestellt, wie die Dichtleisten 13a bzw. 13b des Rotors 12 gegenüber den Drehflügeln 10 durch Federn 27 und Absätze 28· im Rotor 12 den Anforderungen bei wechselnden Druckbelastungen angepaßt werden können.
Fig. 5 zeigt ein typisches Verbrauchskennfeld eines Otto-
Motors mit 1300 cm Hubvolumen; die eingezeichneten Kurven gelten jeweils für einen bestimmten Kraftstoffver-
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brauch (Parameter), wobei, die linken Kurven gemessen wurden, während die jeweils rechten Kurven rechnerisch unter der Annahme ermittelt wurden, daß 75% der Drosselenergie mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gewonnen werden können. Fig. 5 zeigt besonders für den unteren Lastbereich (untere Kurvenbereiche) eine deutliche Verschiebung des Kraftstoffverbrauchs zu niedrigeren Werten hin. Bei dem Rechenmodell wurde von einem isothermen Arbeitsprozeß ausgegangen.
Der angegebene Ruckgewinnungsgrad an Drosselenergie (Mittelwert) setzt voraus, daß mechanische Verluste des Gasmotors möglichst weitgehend vermindert werden: so muß z.B. für einen langgestreckten Zweikammer-Drehflügellader mit jeweils drei Flügeln mit einem ursprünglichen Gasein-
3
trittsvolumen von 780 cm , einer Spaltlänge von 430 mm und einer maximalen Drehzahl von 7.500 U/min sowie einem Reibungskoeffizienten der Dichtleisten von 0,18 das Fbr-
dervolumen auf 660 cm , die Spaltlänge auf 270 mm vermindert und die Maximaldrehzahl auf 8.250 U/min erhöht sowie der Reibungskoeffizient der Dichtleisten auf 0.08 vermindert werden; außerdem sollte, unter Nutzung des Fliehkrafteinflusses auf die Dichtleisten bei hohen Drehzahlen, die Dichtleistenvorspannung vermindert werden. Weitere Maßnahmen können in der Verminderung von Spaltleckagen durch Beschichtung von Motor und Gehäuseinnenkontur sowie in der Verminderung der Dichtleistenreibung durch Verwendung von oberflächenbehandelten Werkstoffen bestehen.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die im Teillastbereich freigesetzte Kälteleistung - bedingt durch die Gasexpansion - zur Klimatisierung von Einrichtungen an der Brennkraftmaschine oder des Arbeitsgerätes, in
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welchem sie verwendet wird, genutzt werden. Weiterhin ist auch eine teilweise quantitative Füllungsregelung bei Dieselmotoren im Teillastgebiet möglich, wodurch, unter Vermeidung einer Abgasrückführung, eine NO -Reduktion erreicht werden kann.
2 fu/br

Claims (1)

  1. ■ . .: ... : 3U4712
    Dr.-lng. Reirnar König · Dipl.-lng. Klaus Bergen
    Cecilienallee 76 Λ Düsseldorf 3D Telefon 45 SO OB Patentanwälte
    10. November 1981
    34 152 B
    Pierburg GmbH & Co. KG., Leuschstraße 1, 404U Neuss
    "Verfahren zur Regelung der Füllung von Brennkraftmaschinen mit Verbrennungsgas sowie Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens"
    Patentansprüche:
    ( 1. !Verfahren zur Regelung der FüLlung von Brennkraftmaschinen mit Verbrennungsgas, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbrennungsgas durch eine mit der Brennkraftmaschine kraftschlüssig gekoppelte Gasmaschine geleitet, deren Mengenstrom im Sinne der gewünschten Laständerung mittels einer Steuereinrichtung an der Gasmaschine variiert wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Gasmaschine als Gasmotor betrieben wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Gasmaschine als Lader betrieben wird.
    4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
    3, dadurch gekennzeichnet, daß es isotherm durchgeführt wird.
    5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
    4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbrennungsgas über die an der Gasmaschine? freiwerdende mechanische Energie vorgewärmt wird.
    6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
    5, dadurch gekennzeichnet, daß die KraftstoffZuteilung zur Brennkraftmaschine mittels des zwischen der Brennkraftmaschine und der Gasmaschine anstehenden Druckes des Verbrennungsgases geregelt wird.
    7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
    6, dadurch gekennzeichnet, daß in extrem kleinen Lastzuständen der Brennkraftmaschine mit Eigenzündung und/oder bei Kaltstarts der Druck im Saugrohr größer, als der Umgebungsdruck gehalten wird.
    8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
    7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzendruck im Saugrohr in Abhängigkeit von der Temperatur des Motors geregelt wird.
    9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Absolutdruck im Saugrohr unabhängig vom Außendruck geregelt wird.
    10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasrückführmenge in Abhängigkeit vom Druckzustand im Saugrohr bestimmt wird und· daß die Drosselverluste am Motor mittels der Rückgewinnung der Energie klein gehalten werden.
    11. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine kraftschlüssig mit einer Brennkraftmaschine (l) gekoppelte Gasmaschine· (2) mit einer Steuereinrichtung (3) zur Änderung des Mengenstromes an Verbrennungsgas.
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    12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehzahlverhältnis zwischen der Brennkraftmaschine (1) und der Gasmaschine (2) fest vorgegeben ist und die Steuereinrichtung (3) aus einer verschiebbaren Steuerkante (9, 22) im Gasein trjttsbereich (b) der Gasmaschine (2) besteht.
    13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehzahlverhältnis zwischen der Brennkraftmaschine (1) und der Gasmaschine (2) fest vorgegeben ist und die Steuereinrichtung (3) aus einem Einlaßventil mit variierbarer Einlaßdauer besteht.
    14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehzahlverhältnis zwischen Brennkraftmaschine (1) und der Gasmaschine (2) fest vorgegeben ist und das Arbeitsvolumen der Gasmaschine (2) variierbar ist.
    15. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehzahlverhältnis zwischen der Brennkraftmaschine (1) und der Gasmaschine (?) variierbar ist.
    16. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Lamellenmotor als Gasmaschine (2), bei dem im Gaseintrittsbereich (5) eine feste, radial angeordnete Steuerkante (6) am Motorgehäuse (4) und eine drehbar, axial angeordnete Deckscheibe (7). mit einer Gaseintrittsdurchbrechung (8) mit einer weiteren Steuerkante (9) vorgesehen sind.
    17. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Lamellenmotor1 als Gasmaschine (2), bei dem im Gaseintrittsbereich (5) eine um die Lamellenachse (11) drehbare, sich im wesentlichen parallel zu ihr erstreckende 3heuerkanU- (22) angeordnet ist.
    18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 17, gekennzeichnet durch einen Lamellenmotor als Gasmaschine (2), bei dem im Gasaustrittsbereich (21) eine um die Lamellenachse (11) drehbare, sich im wesentlichen parallel zu ihr erstreckende Steuerkante (24) angeordnet ist.
    19. Vorrichtung nach Anspruch 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkanten (22) und (24) gekoppelt sind.
    20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 19, gekennzeichnet durch einen Drehflügelmotor als Gasmaschine (2), bei dem die Dichtleisten (13a, b) zwischen dem Rotor (12) und den Drehflügeln (10a, ....1Od) wechselseitig fest und federnd angeordnet sind.
    21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 20, gekennzeichnet durch einen beheizten Gasauslaßbereich (21) der Gasmaschine (2).
    22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 21, gekennzeichnet durch ein mit dem Lastregler der Brennkraftmaschine (1) verbundenes Betätigungselement (Hebelarm 15) der Steuereinrichtung (3).
    23. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 22, gekennzeichnet durch einen zwischen dem Gasauslaßbereich (21) dor Gasmaschine (2) und dem Ansaugstutzen der Brennkraftmaschine (1) für das Verbrennungsgas angeordneten DruckfUhler (la) mit einem diesem nachgeordneten Stellglied (Ib) für die Regelung der Zuteilung von Kraftstoff zur Brennkraf.tmaschine (1).
    24. Vorrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch ein Stellglied (Ib) mit einem Mikrorechner (Ic).
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