DE3720942C2 - Regelsystem für eine aufgeladene Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Regelsystem für eine mit einem Lader ausge­ rüstete, luftverdichtende Einspritz-Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführungs­ einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Brennkraftmaschinen dieser Bauart sind im Prinzip beispielsweise aus der DE 32 18 156 A1 bekannt. Dort besteht die Aufladeeinrichtung aus einem Abgasturbola­ der, wobei die mit dem Steuerventil ausgerüstete Abgasrückführungsleitung eine Stelle der Abgasleitung vor der Turbine mit einer Stelle der Ansaugleitung hinter dem Verdichter des Abgasturboladers verbindet. Das Steuerventil wird dabei allein zur Steuerung der Abgasrückführung verwendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abgasrückführsystem dahingehend auszubilden, daß damit eine Ausweitung des Regelumfanges ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtutng durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß wird also das Steuerventil nicht nur zur Steuerung der Abgasrückführung, sondern zusätzlich auch noch zur Regelung des Ladedrucks herangezogen, indem es in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine den von dem Lader erzeugten Ladedruck entsprechend einem in dem Steuergerät eingegebenen Programm begrenzt. Diese Ladedruck­ regelung trägt dabei zur Verbesserung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine sowie zur Reduktion der Stickoxidemissionen im oberen Last­ bereich bei. Diese zusätzliche Funktion des zuvor nur zur Abgasrückführungssteuerung verwendeten Steuerventils wird dabei ohne zusätzlichen Bauaufwand erreicht. Es ist lediglich eine entsprechende Software-Anpassung im Programm des bei­ spielsweise durch einen Mikroprozessor gebildeten Steuergerätes erforderlich.

Zweckmäßigerweise sollte dabei der Lader als mechanisch über eine abschaltbare Kupplung angetriebener Lader ausgebildet sein, der im unteren Lastbereich abge­ schaltet und im oberen Lastbereich eingeschaltet ist.

In der Zeichnung ist anhand eines grob schematischen Schaltbildes eine Brennkraft­ maschine mit dem erfindungsgemäßen Regelsystem angedeutet. Dabei stellt 1 eine luftverdichtende Einspritz-Brennkraftmaschine, die hier nur beispielhaft als Zweizylinder-Diesel-Brennkraftmaschine ausgebildet ist, dar, der die zur Verbren­ nung erforderliche Luft über eine Ansaugleitung 2 zugeführt wird. In dieser Ansaug­ leitung 2 befindet sich in Strömungsrichtung hinter einem Luftfilter 5 ein Lader 4, der hier als mechanisch von der Kurbelwelle 10 der Brennkraftmaschine 1 über einen Zahnriementrieb 11 angetriebener Verdichter ausgebildet ist. In der Lader­ antriebswelle 12 ist dabei eine schaltbare Kupplung 13 angeordnet, die von einem zugeordneten Stellmotor 14 betätigt wird.

Der Lader 4 erhält die Luft aus dem Luftfilter 5 über eine erste Luftleitung 6 und gibt die verdichtete Luft dann in einen Luftsammelraum 8 ab, der mit der Ansaugleitung 2 verbunden ist. In diesen Luftsammelraum 8 mündet auch eine zweite, von dem Luftfilter 5 kommende Luftleitung 7, die durch ein beispiels­ weise als federbelastete Rückschlagklappe 9 ausgebildetes Rückschlagventil ge­ steuert wird.

Mit 15 ist eine Abgasrückführungsleitung angedeutet, die die Ansaugleitung 2 mit einer Abgasleitung 3 verbindet, die die von den Zylindern der Brennkraftma­ schine 1 abgegebenen Abgase zu der hier nicht weiter gezeigten Auspuffanlage weiterleitet. In dieser Abgasrückführungsleitung 15 ist ein Steuerventil 16 mit einem zugeordneten Stellmotor 17 angeordnet, der von einem mit 21 bezeichneten, beispielsweise durch einen Mikroprozessor gebildeten Steuergerät in Abhängigkeit von charakteristischen Zustandsgrößen der Brennkraftmaschine ansteuerbar ist.

Mit 18 ist ein die Stellung des Steuerventils 16 erfassender Stellungsgeber ange­ deutet, der zusammen mit einer Reihe weiterer Geber dem Steuergerät 21 die zur Erzeugung der Steuersignale erforderlichen Informationen vermittelt. Zu diesen weiteren Gebern gehören beispielsweise ein Drehzahlgeber 19 zur Erfassung der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1, ein beispielsweise einer Kraftstoffeinspritz­ pumpe 20 zugeordneter Lastgeber 22 sowie ein in der Ansaugleitung 2 angeord­ neter Druckgeber 23 zur Erfassung des Ladedrucks. Neben diesen hier beispielhaft angegebenen oder auch anstelle dieser Geber können weitere Geber zur Erfassung der den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisierenden Zustandsgrößen vorgesehen sein.

Das Steuergerät 21 steuert dann in Abhängigkeit von dem mit Hilfe der Meßgeber ermittelten Betriebszustand der Brennkraftmaschine sowohl die den Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine 1 einspritzende Einspritzpumpe 20 als auch den Schaltzustand der Kupplung 13 sowie die Stellung des Steuerven­ tils 16. Dazu ist das Steuergerät sowohl mit der Einspritzpumpe 20 als auch mit den Stellmotoren 14 und 17 der Kupplung 13 bzw. des Steuerventils 16 verbunden.

Dabei steuert das Steuergerät 21 den Schaltzustand der Kupplung 13 und damit die Zuschaltung des Laders 4 vorzugsweise in Abhängigkeit von der mit dem Lastgeber 22 ermittelten Motorlast sowie der mit dem Drehzahlgeber 19 erfaßten Motordreh­ zahl, wobei der Lader 4 erst in einem Kennfeldbereich höherer Lasten und Motor­ drehzahlen zugeschaltet wird.

Im unteren Lastbereich, das heißt bei abgeschaltetem Lader 4, wenn die Brenn­ kraftmaschine 1 die zur Verbrennung benötigte Luft im Saugbetrieb über die zweite Luftleitung 7 und die sich öffnende Rückschlagklappe 9 ansaugt, wird das Steuer­ ventil zur Beeinflussung der Abgasrückführung angesteuert. Dabei regelt das Steuer­ gerät 21 die Stellung des Steuerventils 16 durch Vergleich der mit dem Stellungs­ geber 18 erfaßten Iststellung mit einem im Speicher des Steuergeräts 21 abgelegten, in Abhängigkeit von der Motorlast und der Motordrehzahl veränderlichen Sollwert. Als Stellmotor 17 kann im übrigen ähnlich wie für den Stellmotor 14 der Kupp­ lung beispielsweise ein hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch arbeitender Stell­ motor eingesetzt werden.

Während des Betriebes der Brennkraftmaschine im niedrigen Lastbereich wird das Steuerventil 16 ausgehend von einem bei sehr kleiner Last voll geöffneten Ventil, durch das eine relativ große Menge an Abgas aus der Abgasleitung 3 durch die Rückführungsleitung 15 zur Ansaugleitung 2 strömt, mit steigender Last zu­ nehmend in Schließrichtung verstellt. Dies erfolgt, um die Abgasrückführungsrate zwecks Einhaltung der Rußgrenze der Diesel-Brennkraftmaschine zu begrenzen.

Das Steuerventil 16 wird dabei spätestens in dem Moment geschlossen, wenn der Lader 4 wiederum in Abhängigkeit von der Motorlast und der Motordrehzahl zur Erzeugung eines höheren Druckniveaus in der Ansaugleitung zugeschaltet wird.

In dem sich anschließenden oberen Lastbereich der Brennkraftmaschine wird das Steuerventil 16 wiederum durch entsprechende Ansteuerung von dem Steuergerät 21 in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine, insbesondere in Abhängigkeit von der Motorlast und des erzeugten Ladedruckes zum Zwecke der Begrenzung des Ladedruckes aufgesteuert. Diese Ladedruckbegrenzung trägt ebenfalls zur Reduzierung der Stickoxidemission der Diesel-Brennkraftmaschine bei, wobei die lastabhängigen Sollwerte für den Ladedruck wiederum in einem Speicher des Steuergerätes 21 abgelegt und mit dem mit Hilfe des Ladedruckgebers 23 erfaßten Istwert jeweils verglichen werden. Während des Betriebs des Steuerventils 16 zur Regelung des Ladedrucks der Ansaugleitung 2 wird dieses Ventil und damit auch die Abgasrückführungsleitung 15 im übrigen in genau entgegengesetzter Richtung durchströmt wie im Fall des Abgasrückführungsbetriebes. Die überschüssige Ladeluft wird demnach unmittelbar über die Abgasrückführungsleitung 15 in die Abgasleitung 3 der Brennkraftmaschine ausgeschoben.

Während des Betriebs der Brennkraftmaschine mit zugeschaltetem Lader 4 schließt im übrigen die Rückschlagklappe 9, so daß der Ansaugleitung die zur Verbrennung erforderliche Luft nur über die erste Luftleitung 6 aus dem Luftfilter 5 über den Lader 4 zugeführt wird. Da in diesem Betriebszustand der Druck der Ansaug­ leitung 2 in jedem Fall auch oberhalb des Atmosphärendruckniveaus liegt, kann hier auch keine Rückströmung von Abgas durch die Abgasrückführungsleitung 15 auftreten.

Wie oben bereits erwähnt wurde, besteht der wesentliche Vorteil der vorliegenden Erfindung darin, daß zur Ladedruckregelung im höheren Lastbereich der aufgela­ denen Diesel-Brennkraftmaschine hier das ohnehin zur Abgasrückführung erfor­ derliche Steuerventil verwendet wird, so daß zu dieser zusätzlichen Regelfunktion kein zusätzlicher Hardware-Aufwand erforderlich ist. Mit anderen Worten wird das Steuerventil 16 für zwei unterschiedliche Regelfunktionen, nämlich einmal zur Steuerung bzw. Regelung der Abgasrückführung und zum anderen zur Regelung des Ladedrucks verwendet, wobei lediglich eine entsprechende Software-Anpassung in dem dieses Steuerventil steuerndes Steuergerät erforderlich ist.

Claims (2)

1. Regelsystem für eine mit einem Lader ausgerüstete luftverdichtende Einspritz- Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführungseinrichtung, die ein in einer eine Abgasleitung mit einer Ansaugleitung der Brennkraftmaschine verbindenden Abgasrückführungsleitung angeordnetes, von einem Steuergerät in Abhängigkeit von charakteristischen Zustandsgrößen der Brennkraftmaschine ansteuerbares Steuerventil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (16) von dem Steuergerät (21) zumindest im oberen Lastbereich zugleich als Stellglied zur Ladedruckregelung ansteuerbar ist.

2. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lader (4) als mechanisch über eine abschaltbare Kupplung (13) angetriebener Lader ausgebil­ det ist, der im unteren Lastbereich abgeschaltet und im oberen Lastbereich eingeschaltet ist.