DE4441164C2 - Vorrichtung zur Steuerung des Ladeluftstromes für eine aufgeladene Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung des Ladeluftstromes für eine aufgeladene Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 35 06 235 A1 ist bereits eine Vorrichtung zur Steue­ rung des Ladeluftstromes für eine aufgeladene Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art bekannt. Die Vorrichtung umfaßt einen La­ der zur Förderung von Ladeluft über eine Ladeluftleitung zur Brennkraftmaschine, wobei in der Ladeluftleitung eine Drossel­ klappe angeordnet ist und aus der Ladeluftleitung stromauf der Drosselklappe und stromab des Laders eine Umluftleitung abzweigt, die zur Saugseite des Laders führt und in der ein Umluftsteller angeordnet ist. Zwischen der Druckseite des Laders und einer Ab­ gasleitung der Brennkraftmaschine befindet sich eine Verbindungs­ leitung, wobei eine in die Abgasleitung eingeblasene Se­ kundärluftmenge über ein in der Verbindungsleitung angeordnetes Regelventil einstellbar ist, das mit einem Motor-Steuergerät ver­ bunden ist.

Des weiteren ist aus der DE 37 20 942 A1 ein Regelsystem für eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung bekannt, die eine Abgasrückführungsleitung umfaßt, in der ein von einem Steu­ ergerät in Abhängigkeit von charakteristischen Zustandsgrößen der Brennkraftmaschine ansteuerbares Steuerventil angeordnet ist. Um den Steuer- und Regelumfang dieses Regelsystems zu erweitern, wird das Steuerventil von dem Steuergerät im unteren Lastbereich der Brennkraftmaschine als Stellglied zur Abgasrückführungssteue­ rung und im oberen Lastbereich als Stellglied zur Ladedruckrege­ lung angesteuert.

Ferner ist aus der DE 34 11 496 A1 eine Vorrichtung zur Steuerung der Aufladung in einer Brennkraftmaschine mit einem Steuersystem bekannt, mit dem die Ladefunktion unter anderem über eine Ein­ stellung eines Grund-Ladedrucksignals und eines Betätigungsge­ schwindigkeitssignals des Gaspedals im Ansprechen auf den Fahrzu­ stand in der Vorrichtung zur Steuerung der Aufladung wirksam ge­ macht wird, wodurch das Beschleunigungsverhalten unabhängig von der Motordrehzahl verbessert wird.

Ein Nachteil der gattungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung des Ladeluftstroms liegt darin, daß eine Sekundärluftmenge über einen weiten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine nur dann in deren Abgasleitung zuführbar ist, wenn das Sekundärluftventil an der Abzweigung der Verbindungsleitung von der Umluftleitung an­ geordnet ist und zudem gleichzeitig die Funktion eines Rückstau­ ventils übernimmt, da der Sekundärluftdruck höher sein muß als der Abgasgegendruck und dieser über dem Umgebungsdruck liegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung des Ladeluftstroms für eine aufgeladene Brennkraftmaschine baulich einfach und kostengünstig derart aus­ zubilden, daß in einem breiten Betriebsbereich der Brennkraft­ maschine eine optimale Zugabe von Sekundärluft zur Erreichung bestmöglicher Abgaswerte realisierbar ist und gleichzeitig eine baulich möglichst kompakt ausgebildete Umluftsteuerung vorzuse­ hen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches gegebenen Merkmale gelöst.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, daß für jeden Betriebspunkt der Brennkraftmaschine durch eine optimal einstellbare in die Abgasleitung zurückgeführte Sekundärluftmenge sehr gute Abgasemissionswerte erreichbar sind. Des weiteren ist durch die teilweise Integration der Umluftleitung in das Luftfil­ tergehäuse der Brennkraftmaschine eine sehr kompakte Bauweise für die erfindungsgemäße Umluftsteuerung erreichbar.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß kein zusätz­ liches Aggregat zur Sekundärlufteinblasung benötigt wird, da der schon vorhandene Lader zu diesem Zweck verwendbar ist. Desweite­ ren wird zur Dosierung der Einblasmenge und Absteuerung der nicht benötigten Luft lediglich ein Umluftsteller benötigt.

Bei einem in der Abgasanlage befindlichen Katalysator besteht ein weiterer Vorteil der Erfindung darin, daß durch die Nachoxidation der unverbrannten Kohlenwasserstoffe ein schnelleres Anspringen des Katalysators und dadurch eine deutliche Senkung der HC- Emissionen im Warmlauf der Brennkraftmaschine erreicht wird.

Durch die kurzen Verstellzeiten gemäß Anspruch 2 wird in vor­ teilhafter Weise erreicht, daß der Umluftsteller schnell genug geöffnet werden kann, damit sich eine Druckspitze der Ladeluft, die unmittelbar nach dem Schließen der Drosselklappe durch die Förderung des Laders gegen die geschlossene Drosselklappe ent­ steht, bei geöffnetem Umluftsteller durch die Umluftleitung ent­ spannen kann.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Luftmassenmessers gemäß Anspruch 4 wird ein sehr genaues Meßergebnis für die durch die Ladeluftleitung strömende Luftmasse und zudem eine schnellere Lasterfassung erzielt.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung nach Anspruch 5 wird in vorteilhafter Weise ein Nebenschlußresonator realisiert, der auf die Pulsationsfrequenz des mechanischen Laders abgestimmt ist. Somit werden bei geschlossenem Umluftsteller störende Frequenzen vermindert.

Ein Vorteil der Erfindung nach Anspruch 6 liegt in der Dämpfung der Pulsationen auf der Druckseite des Laders, wodurch dort eine wesentliche Geräuschreduzierung erreicht wird.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den übrigen Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Prinzipzeichnung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung des Luftstromes für eine aufgeladene Brennkraftmaschine, die einen Lader, eine Ladeluftleitung nebst Ladeluft­ kühler und Drosselklappe und eine Umluftleitung nebst Luftfiltergehäuse zwischen Druckseite und Saugseite des Laders sowie eine Verbindungsleitung von der Druckseite des Laders zur Abgasleitung der Brennkraftmaschine um­ faßt und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Lader und Umluftleitung nebst Umluftsteller analog zu Fig. 1, jedoch ohne Luftfiltergehäuse.

In Fig. 1 ist die Erfindung anhand einer Prinzipdarstellung ei­ nes Ausführungsbeispiels näher erläutert. Sie zeigt eine Vor­ richtung zur Steuerung des Ladeluftstromes für eine aufgeladene Brennkraftmaschine 1 mit einem Lader 2 zur Förderung von Lade­ luft über eine Ladeluftleitung 3 zu einer Saugrohranlage 4 der Brennkraftmaschine 1. Der Lader 2 wird über eine Keilriemenver­ bindung R nebst mechanischer Kupplung K von einer Kurbelwelle KW der Brennkraftmaschine 1 angetrieben.

In der Ladeluftleitung 3 ist stromab des Laders 2 ein Ladeluft­ kühler 5, ein Luftmassenmesser 6 (z. B. Heißfilmanemometer) sowie eine Drosselklappe 7 angeordnet. Die Ladeluftleitung 3 mündet in einen Sammelraum 8 der Saugrohranlage 4, von dem einzelne Saug­ rohre 9, 10, 11 und 12 zur Einlaßseite 13 der Brennkraftmaschine 1 führen. Dabei ist der Luftmassenmesser 6 stromab des Ladeluft­ kühlers 5 und stromauf der Drosselklappe 7 in der Ladeluftlei­ tung 3 angeordnet.

Von der Auslaßseite 14 der Brennkraftmaschine 1 führt eine Ab­ gasleitung 15 zu einer nicht näher dargestellten Abgasanlage der Brennkraftmaschine 1.

Stromab des Laders 2 führt eine Umluftleitung 16 zur Saugseite 17 des Laders 2, wobei in der Umluftleitung 16 ein Umluftsteller 18 angeordnet ist. Die Umluftleitung 16 umfaßt im gezeigten Bei­ spiel Umluftleitungsteile 16a und 16b sowie ein Luftfilter 19 nebst Luftfiltergehäuse 20 und Filter 20a, der das Luftfilter 19 in eine Reinluftseite 21 und Rohluftseite 22 teilt. Die Lade­ luftleitung 3 auf der Saugseite 17 des Laders 2 und die von des­ sen Druckseite 23 abzweigende Umluftleitung 16 ist mit dem Luft­ filtergehäuse 20 verbunden, wobei eine Einmündung 24 der Umluft­ leitung 16 und eine Ausmündung 25 der Ladeluftleitung 3 des La­ ders 2 auf der Reinluftseite 21 des Luftfiltergehäuses 20 ange­ ordnet ist. Der Umluftstrom passiert also das Luftfilter 19 auf der Reinluftseite 21. An der Ausmündung 25 des Umluftleitungs­ teils 16b aus dem Luftfiltergehäuse 20 ist ein strömungsgünsti­ ger Einlauf 26 für den angesaugten Ladeluftstrom angeformt.

Von einer Abzweigung 3a der Ladeluftleitung 3 auf der Druckseite 23 des Laders 2 führt eine Verbindungsleitung 27 zur Abgaslei­ tung 15 der Brennkraftmaschine 1, wobei in der Verbindungslei­ tung 27 ein mit einem Motor-Steuergerät 28 verbundenes Regelven­ til 29 angeordnet ist. Die Abzweigung 3a ist stromauf einer Ab­ zweigung 3b der Umluftleitung 16 in der Ladeluftleitung 3 ange­ ordnet.

Das Motor-Steuergerät 28 ist neben dem Regelventil 29 auch noch mit dem Umluftsteller 18, der Brennkraftmaschine 1 und mit ei­ nem Drucksensor 30 verbunden, wobei der Drucksensor 30 den Lade­ luftdruck im Sammelraum 8 der Saugrohranlage 4 mißt.

Der Umluftsteller 18 besitzt eine sehr kurze Verstellzeit, die von der geöffneten Position in die geschlossene Position des Um­ luftstellers 18 und umgekehrt in etwa 50 bis 100 Millisekunden beträgt. Im gezeigten Beispiel ist der Umluftsteller 18 direkt am Luftfiltergehäuse 20 angeordnet. Der Umluftsteller 18 ist fein dosierbar und beispielsweise als Klappe, Flachschieber oder Drehschieber ausführbar. Ferner besitzt der Umluftsteller 18 ei­ nen eigenen, nicht dargestellten und von dem Motor-Steuergerät 28 angesteuerten Elektromotor als Verstelleinrichtung zur Reali­ sierung der sehr kurzen Verstellzeiten (dabei ist die Elektronik des integrierten Lageregelkreises des Umluftstellers direkt an diesem angeordnet).

Eine Länge L des Leitungsabschnittes 16a vom Umluftsteller 18 bis zur Abzweigung 3b der Umluftleitung 16 von der Ladeluftlei­ tung 3 ist auf die Pulsationsfrequenz des Laders 2 abgestimmt.

Am druckseitigen Austritt 31 des Laders 2 ist zur Geräuschdämp­ fung eine Lochblende 32 angeordnet.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung, die nicht darge­ stellt ist, umfaßt die Vorrichtung eine in zwei Leitungsteile geteilte Regenerierleitung von einem Aktivkohlefilter zur Ad­ sorption und Desorption von Kraftstoffdämpfen, wobei der eine Leitungsteil auf die Saugseite 17 des Laders 2 und der andere Leitungsteil unmittelbar an die Drosselklappe 7 mündet.

Desweiteren besitzt der Umluftsteller 18 eine Einrichtung zur Langzeitadaption, indem ein in Abhängigkeit von Last und Dreh­ zahl vollständiges Kennfeld der Stellung des Klappenwinkels des Umluftstellers 18 in einem Motor-Steuergerät 28 abgelegt ist und die sich während der Motorlebensdauer verändernden Anschläge des Umluftstellers 18 in einem EEPROM (elektronisch löschbarer und programmierbarer Speicher) gespeichert sind.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Lader 2 und Umluftleitung 16 nebst Umluftsteller 18 analog zu Fig. 1, jedoch ohne Luftfiltergehäuse. Für gleiche Bauteile aus Fig. 1 werden gleiche Bezugszeichen verwendet.

Im folgenden wird die Funktionsweise der Erfindung erläutert. Die Steuerung des Sekundärluftmassenstromes m_SL in der Verbin­ dungsleitung 27 wird durch den feindosierbaren Umluftsteller 18 vorgenommen. Der Massenstrom m_L durch den Lader 2 setzt sich zu­ sammen aus dem Massenstrom m_M durch die Brennkraftmaschine 1, dem Umluftmassenstrom m_UL durch die Umluftleitung 16 und dem Se­ kundärluftmassenstrom m_SL durch die Verbindungsleitung 27 (m_L = m_M + m_UL + m_SL). Die Bedingung für die Sekundärlufteinblasung in die Abgasleitung 15 ist, daß der Druck p₂ der Ladeluft hinter dem Lader 2 größer ist als der Abgasgegendruck p₃ in der Abgas­ leitung 15, wobei der Druck p₂ eine Funktion der durch den Um­ luftsteller 18 freigegebenen Fläche A_LS in der Umluftleitung 16 ist.

Für jeden Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1 (m_L und m_M sind konstant) kann der Sekundärluftmassenstrom m_SL durch Variation des Umluftmassenstromes m_UL und damit des Druckes p₂ optimiert werden. So kann im Motor-Steuergerät 28 in Abhängigkeit von Last (Drosselklappenwinkel), Drehzahl und Kühlwassertemperatur ein komplettes Kennfeld für die Stellung (z. B. Umluftklappenwinkel) des Umluftstellers 18 abgelegt werden. Durch die Langzeitadapti­ on innerhalb des Stellgliedes für den Umluftsteller 18 (gelernte Anschläge werden im EEPROM abgelegt) ist ein stabiler Betrieb über die Motorlebensdauer möglich, da beispielsweise eine Ver­ schmutzung des Stellgliedes erkannt und kompensiert wird.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Steuerung des Ladeluftstromes für eine aufge­ ladene Brennkraftmaschine mit einem Lader zur Förderung von La­ deluft über eine Ladeluftleitung zur Brennkraftmaschine, wobei in der Ladeluftleitung eine Drosselklappe angeordnet ist und aus der Ladeluftleitung stromauf der Drosselklappe und stromab des Laders eine Umluftleitung zur Saugseite des Laders abzweigt und wobei in der Umluftleitung ein Umluftsteller angeordnet ist sowie ferner mit einer Verbindungsleitung von der Druckseite des Laders zu ei­ ner Abgasleitung der Brennkraftmaschine, wobei in der Verbin­ dungsleitung ein mit einem Motor-Steuergerät verbundenes Regel­ ventil angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzweigung (3a) der Verbindungsleitung (27) in der Lade­ luftleitung (3) stromauf der Abzweigung (3b) der Umluftleitung (16) angeordnet ist, wobei der Umluftsteller mit dem Motor-Steu­ ergerät (28) verbunden ist und wobei ein Umluftleitungsteil (16b) der Umluftleitung (16) auf der Saugseite (17) des Laders (2) und ein von dessen Druckseite abzweigendes Umluftleitungsteil (16a) der Umluftleitung (16) mit einem gemeinsamen Luftfiltergehäuse (20) derart verbunden ist, daß ein Umluftbetrieb der Brennkraft­ maschine (1) mindestens teilweise über das Luftfiltergehäuse (20) erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellzeit des Umluftstellers (18) von der geöffneten Position in die geschlossene Position und umgekehrt im Bereich von 50 bis 100 Millisekunden liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einmündung (24) des Umluftleitungsteils (16a) und eine Ausmündung (25) des Umluftleitungsteils (16b) auf einer Reinluft­ seite (21) des Luftfiltergehäuses (20) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftmassenmesser (6) stromab eines in der Ladeluftleitung (3) angeordneten Ladeluftkühlers (5) und stromauf der Drossel­ klappe (7) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Länge (L) des Leitungsabschnittes (16a′) vom Umluftstel­ ler (18) bis zur Abzweigung (3b) der Umluftleitung (16) von der laderdruckseitigen Ladeluftleitung (3) auf die Pulsationsfrequenz des Laders (2) abgestimmt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am druckseitigen Austritt (31) des Laders (2) eine Lochblende (32) zur Geräuschdämpfung angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Ausmündung (25) des Umluftleitungsteils (16b) aus dem Luftfiltergehäuse (20) ein strömungsgünstiger Einlauf (26) für den angesaugten Ladeluftstrom angeformt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umluftsteller (18) direkt am Luftfiltergehäuse (20) ange­ ordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine in zwei Leitungsteile geteilte Regene­ rierleitung von einem Aktivkohlefilter zur Adsorption und Desorp­ tion von Kraftstoffdämpfen umfaßt, wobei der eine Leitungsteil auf die Saugseite (17) des Laders (2) und der andere Leitungsteil unmittelbar an die Drosselklappe (7) mündet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umluftsteller (18) eine Einrichtung zur Langzeitadaption aufweist, die ein in Abhängigkeit von Last und Drehzahl vollstän­ diges und in dem Motor-Steuergerät (28) abgelegtes Kennfeld für die Stellung des Umluftstellers (18) und ein EEPROM umfaßt, in dem sich während der Motorlebensdauer verändernde Anschläge des Umluftstellers (18) abgelegt sind.