DE4309860C1 - Vorrichtung zur Steuerung von in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine komprimierter Luft - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung von in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine komprimierter Luft gemäß den weiteren im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Bauart ist aus der DE-OS 41 25 831 bekannt. Im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine ist für jeden oder verschiedene Zylinder jeweils ein Drosselventil vorgesehen, welches einen vom jeweiligen Zylinder zur Abgas­ leitung führenden Abblasekanal steuert. Betätigt wird das Drosselventil von einem Elektromagneten in Abhängigkeit von Steuersignalen eines elektronischen Steuergerätes. Anstatt ei­ nes Elektromagneten ist eine hydraulische oder pneumatische Betätigung des Drosselventils möglich.

Zweck dieser Vorrichtung ist es, einen optimalen Motorbremsbe­ trieb zu erreichen, in dem die in einem oder allen Zylindern der Brennkraftmaschine komprimierte Luft knapp vor der OT- Stellung des jeweiligen Kolbens durch Öffnen des entsprechenden Drosselventils in die Abgasleitung entspannt wird. Auch ein dauerndes Öffnen des Drosselventils (Konstantdrossel) verbes­ sert die Bremsleistung im Vergleich zur konventionellen Motor­ bremse mittels einer Motorbremsklappe in der Abgasleitung.

Von Nachteil ist, daß die in der komprimierten Luft vorhandene Energie nicht genutzt wird.

Ferner ist es aus der DE-OS 31 17 143 bei Brennkraftmaschinen bekannt, im Bremsbetrieb die im Zylinder komprimierte Luft in einem Druckluftspeicher zu speichern und während des Lastbe­ triebs in die Zylinder zur Erzielung einer höheren Zylinderla­ dung wieder einzuspeisen.

Die Steuerung der komprimierten Luft erfolgt hierbei über Steuerventile, welche auch den Gaswechsel steuern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Bauart so zu verbessern, daß in baulich ein­ facher Weise eine Nutzung der komprimierten Luft für den Mo­ torbetrieb und für weitere Einsatzmöglichkeiten erreicht wird.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die Erfindung ist es möglich, die bislang im Motorbremsbe­ trieb nutzlos abgeblasene Luft in einem Druckluftspeicher zu sammeln und für den Fahrzeugbetrieb, z. B. als Hilfskraft zur Bremsbetätigung oder Steuerung anderer Hilfsaggregate oder auch für den Motorbetrieb wieder zu nutzen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß ihre bislang nur auf den Motorbremsbetrieb beschränkte Verwendung nun zu­ mindest um die Möglichkeit zur Drucklufterzeugung und Speiche­ rung erweitert wurde. Hierdurch kann somit auf einen besonderen Luftkompressor verzichtet werden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Un­ teransprüche, wobei insbesondere mit den Merkmalen des Anspruchs 4 eine weitere Funktionserweiterung der Vorrichtung, und zwar als Drucklufteinblaseeinrichtung, erreicht wird. Bei Schaltung der Vorrichtung als Lufteinblaseeinrichtung wird insbesondere der Instationärbetrieb und das Rauchverhalten der Brennkraft­ maschine verbessert.

In der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung wird die Erfindung anhand eines schematischen Ausführungsbeispiels näher erläu­ tert.

In der einzigen Figur ist mit 1 ein Zylinderkopf einer nicht weiter dargestellten Diesel-Brennkraftmaschine zum Antrieb ei­ nes Fahrzeuges bezeichnet. Der Zylinderkopf deckt einen oder mehrere Zylinder 2 ab, in denen jeweils ein Kolben 3 zur Ver­ dichtung von angesaugter Luft verschiebbar geführt ist. Nicht dargestellt sind die im Zylinderkopf 1 angeordneten Gaswech­ selkanäle und Gaswechselventile, über welche die Verbrennungs­ luft in die Zylinder 2 eingesteuert und das bei der Verbrennung entstehende Abgas aus dem Zylinder 2 in eine Abgasleitung 4 abgeführt wird.

Zusätzlich zu den Gaswechselventilen ist im Zylinderkopf 1 für alle Zylinder 2 bzw. Brennräume oder auch nur für einzelne Zy­ linder 2 ein Steuerventil 5 vorgesehen, das eine Verbindungs­ öffnung zwischen Zylinder 2 bzw. Brennraum und einem Abblase­ kanal 6 im Zylinderkopf 1 steuert. An den Abblasekanal 6 ist außerhalb des Zylinderkopfes 1 eine Druckluftleitung 7 ange­ schlossen, welche mit einem Druckluftspeicher 8 verbunden ist. Im Verlauf der Druckluftleitung 7 ist ein 3/2-Wegeventil 9 als Schaltventil und in dem zum Druckluftspeicher 8 weiterführenden Leitungsabschnitt ein Rückschlagventil 10 vorgesehen, durch das der Druck im Speicher 8 gegenüber der Druckluftleitung 7 abge­ sichert wird; das Rückschlagventil 7 öffnet also nur dann, wenn der Druck in der Druckluftleitung 7 höher ist als im Speicher 8. Zur Überwachung eines im Druckspeicher 8 vorgegebenen Be­ triebsdruckes dient ein Drucksensor 11, welcher in der Druckluftleitung 7 zwischen Rückschlagventil 10 und Speicher 8 oder direkt mit diesem verbunden ist.

An das 3/2 Wegeventil 9 ist noch eine mit der Abgasleitung 4 verbundene Abblaseleitung 12 angeschlossen.

Das 3/2 Wegeventil 9 besitzt in einer ersten Schaltstellung eine Durchströmverbindung für die angeschlossene Druckluftlei­ tung 7, bei Absperrung für die Abblaseleitung 12. In der zweiten Schaltstellung ist die Durchströmverbindung in der Druckluftleitung 7 unterbrochen, jedoch der an den Abblasekanal 6 angeschlossene Leitungsteil der Druckluftleitung 7 mit der Abblasleitung 12 verbunden.

Die Schaltung des 3/2 Wegeventils 9 erfolgt durch einen Elek­ tromagneten 13, der über eine entsprechende Steuerleitung 14 mit einem elektronischen Steuergerät 15 verbunden ist. Von diesem Steuergerät 15 aus erfolgt ebenfalls die Ansteuerung des Steuerventils 5, das von einem Steuerkolben 16 betätigt wird, der mit einem hydraulischen oder pneumatischen Steuermedium aus einer Druckleitung 17 beaufschlagt wird. In der Druckleitung 17 ist ein Regelventil 18 eingesetzt, das von einem Elektroma­ gneten 19 gesteuert wird, welcher über eine Steuerleitung 20 mit dem Steuergerät 15 verbunden ist.

Eingangsgrößen für das Steuergerät 15 sind beispielsweise die Parameter Betriebsdruck des Speichers 8, welcher vom Drucksensor 11 über eine Meßleitung 21 übertragen wird, ferner die Motordrehzahl n, die Umgebungstemperatur t, ein Beschleu­ nigungssignal b, gegebenenfalls der Verdichtungsdruck p_Zyl und bei einer aufgeladenen Brennkraftmaschine der Ladedruck p_LL Aus den Eingangsgrößen werden vom Steuergerät 15 nach einem vorgegebenen Programm Steuersignale gebildet, durch welche die beiden Elektromagnete 13 und 19 und ein nicht weiter darge­ stelltes Kraftstoffmengen-Steuerglied über die Steuerleitungen 14 und 20 sowie 22 für das Kraftstoffmengen-Steuerglied ange­ sprochen werden.

Mit dem beschriebenen Aufbau kann die erfindungsgemäße Vor­ richtung zunächst für den Betrieb als "Motorbremse" oder als "Drucklufterzeuger" eingesetzt werden.

Arbeitsweise der Vorrichtung als Motorbremse

Wird aufgrund der Eingangsgrößen oder durch manuelle Betätigung durch den Fahrer vom Steuergerät 15 auf Bremsbetrieb erkannt, so wird von diesem das 3/2-Wegeventil 9 in die zweite Schalt­ stellung eingestellt, in der die Abblaseleitung 12 mit der Druckluftleitung und dem Kanal 6 verbunden ist. Gleichzeitig wird über die Steuerleitung 22 die Kraftstoffzufuhr unterbunden und das Steuerventil 5 nunmehr taktweise jedesmal dann ange­ sprochen, wenn im Verdichtungstakt der Kolben 3 sich der OT- Stellung nähert. Die bis dahin verdichtete Luft wird dann über den Drosselspalt an dem sich nunmehr öffnenden Steuerventil 5 vorbei in die Abgasleitung 4 abgeblasen. Durch das Öffnen des Steuerventils 5 nahe oder in OT-Stellung des Kolben wurde die Luft bis zum möglichen Enddruck verdichtet, was der max. Mo­ torbremswirkung entspricht. Die Bremswirkung kann dadurch va­ riiert werden, daß nicht alle, sondern nur ein Teil der Zylinder auf Motorbremsbetrieb umgeschaltet werden.

Wirkungsweise der Vorrichtung als Drucklufterzeuger

Wird vom Drucksensor 11 ein Druckluftmangel im Druckluftspei­ cher 8 erkannt, so wird vom Steuergerät 15 das 3/2-Wegeventil in die erste Schaltstellung eingestellt, in der die Druckluft­ leitung mit dem Speicher 8 verbunden ist. Gleichzeitig wird über die Steuerleitung 20 der Elektromagnet 19 am Steuerventil 5 angesprochen, welcher im Verdichtungshub des Kolbens 3 das Steuerventil 5 taktweise bereits dann öffnet, wenn der Druck in Zylinder 2 den vorgegebenen Betriebsdruck im Druckluftspeicher 8 erreicht hat. Das Rück­ schlagventil 10 verhindert dabei, daß Druckluft aus dem Spei­ cher in den Zylinder zurückströmen kann. Sobald vom Drucksensor 11 angezeigt wird, daß der Betriebsdruck im Druckluftspeicher erreicht ist, wird vom Steuergerät auf die Betriebsart "Motor­ bremse" umgeschaltet und das Takten des Steuerventils 5 unter­ brochen.

Sofern die Kapazität der gespeicherten Druckluft groß genug ist, besteht gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Möglichkeit, die gespeicherte Druckluft als Zusatzluft zur Förderung der Verbrennung in den Zylinder 2 einzublasen. Vor­ teilhaft ist dies insbesondere bei einer Beschleunigung des Fahrzeuges. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dies dadurch erreicht, daß die Druckluftleitung 7 - wie durch strichpunktierte Linien angedeutet - um eine das Rückschlag­ ventil 10 überbrückende Umgehungsleitung 23 mit einem 2/2-We­ geventil 24 und einem Elektromagneten 25 zur Betätigung des Wegeventils ergänzt wird. Außerdem ist eine entsprechende Er­ gänzung der Arbeitsweise des Steuergerätes 15 erforderlich.

Wird nun vom Steuergerät 15 aus dem anliegenden Beschleuni­ gungssignal ein Beschleunigungszustand erkannt, so werden das 2/2-Wegeventil 24 über die Steuerleitung 26 und den Elektroma­ gneten 25 und das 3/2-Wegeventil 9 in Durchgangsstellung ge­ schaltet. Sodann wird das Steuerventil 5 bei jedem Verdich­ tungshub des Kolbens 3 taktweise geöffnet, wobei die Öffnung - abhängig vom Betriebsdruck im Speicher 8 - im Bereich zwischen der UT-Stellung des Kolbens 3 und einem Verdichtungshub, in dem der Verdichtungsdruck im Zylinder 2 gerade noch kleiner ist als der Betriebsdruck im Druckluftspeicher 8, erfolgt. Auch bei dieser Betriebsweise der Vorrichtung können alle Steuerventile oder nur einzelne für den Zusatzluftbetrieb gesteuert werden.

Um zu hohe Temperaturen der verdichteten Luft im Speicher 8 zu vermeiden, kann das Steuerventil 5 während des Aufwärtsganges des Kolbens 3 geschlossen sein.

Ferner ist eine Füllung des fahrzeugseitigen Druckluftsystems (Speicher 8) nicht nur im ungefeuerten Motorbetrieb möglich, sondern die benötigte Luft kann auch während des Verdichtungs­ vorganges im gefeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine über eine geeignete Steuerung des Steuerventils 5 entnommen werden. Die dabei dem Verbrennungsvorgang fehlende Luftmenge wird bei der Zumessung der Kraftstoffmenge (Einspritzmengenanpassung) durch entsprechende Steuersignale über die Steuerleitung 22 berücksichtigt.

Bei einer geeigneten phasenrichtigen Öffnung des Steuerventils 5 besteht außerdem noch die Möglichkeit, die Brennkraftmaschine mit Hilfe der Druckluft aus dem Speicher 8 zu starten, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung auch die Funktion eines Druckluftanlassers besitzt.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Steuerung von in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine durch einen Kolben komprimierter Luft mit­ tels eines Steuerventils, das von einem elektronischen Steuer­ gerät in einem Verdichtungshub des Kolbens während unter­ schiedlicher Vor-OT-Stellungen in eine Öffnungs- oder Schließ­ stellung verstellbar ist, wobei die über das Steuerventil dem Zylinder entnommene Luft in eine Abgasleitung abführbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß stromab des Steuerventils (5) ein Schaltventil (9) vorge­ sehen ist, von dem aus die komprimierte Luft wahlweise in eine mit einem Druckluftspeicher (8) verbundene Druckluftleitung (7) oder die Abgasleitung (4) steuerbar ist,
und daß bei Einsteuerung der Luft in die Druckluftleitung (7) die Öffnung des Steuerventiles (5) dann erfolgt, wenn der Druck der im Zylinder (2) komprimierten Luft etwa einen vorgegebenen Betriebsdruck im Druckluftbehälter erreicht hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Druckluftspeicher (8) und Schaltventil (9) ein in Abhängigkeit vom Druck der komprimierten Luft im Zylinder (2) in Öffnungsstellung bringbares Rückschlagventil (10) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil (9) ein durch einen Elektromagneten (13) betätigbares 3/2-Wegeventil ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine das Rückschlagventil (10) überbrückende Umgehungslei­ tung (23) mit einem 2/2-Wegeventil (24) vorgesehen ist, das vom Steuergerät (15) in Abhängigkeit eines Beschleunigungssignals "b" in Durchfluß- oder Sperrstellung schaltbar ist.