HUSTER, Joachim (Talbahnstrasse 45, Berg, 88048, DE)
| Patentansprüche 1. Brennkraftmaschine (1) mit einem ersten Verdichter (2) zur Förderung von Ladeluft, welcher als Teilaggregat eines Abgasturboladers (4) von einer Turbine (3) angetrieben wird, mit einem ersten Hydraulikkreis (5), in welchem eine Hydraulikpumpe (6) zur Förderung von Hydraulikflüssigkeit sowie ein erster Hydraulikmotor (7) zum Antreiben eines Lüfters (8) angeordnet sind, mit einem zweiten Hydraulikkreis (9), welcher aus dem ersten Hydraulikkreis (5) stromab der Hydraulikpumpe (6) abzweigt und in welchem ein zweiter Hydraulikmotor (10) angeordnet ist, mit einem zweiten Verdichter (11 ) zur parallelen Förderung von Ladeluft, welcher vom zweiten Hydraulikmotor (10) angetrieben wird, und mit einem ersten Stellglied (12), welches in einer ersten Stellung den ersten Hydraulikkreis (5) zur Aktivierung der Lüfters (8) über den ersten Hydraulikmotor (7) freigibt, während der zweite Hydraulikkreis (9) verschlossen ist, und in einer zweiten Stellung den zweiten Hydraulikkreis (9) zur Aktivierung des zweiten Verdichters (11) über den zweiten Hydraulikmotor (10) freigibt, während der erste Hydraulikkreis (5) verschlossen ist. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass stromab des ersten (2) und zweiten Verdichters (11) eine Zusammenführungsstelle für die Ladeluft angeordnet ist und an der Zusammenführungsstelle ein zweites Stellglied (13) zur Steuerung der Ladeluft angeordnet ist. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Stellglied (13) in einer ersten Stellung für die Ladeluft den Durchgang vom ersten Verdichter (2) zur Brennkraftmaschine (1) freigibt, während der Durchgang vom zweiten Verdichter (11) abgeschlossen ist, und das zweite Stellglied (13) in einer zweiten Stellung für die Ladeluft sowohl den Durchgang vom ersten Verdichter (2) als auch vom zweiten Verdichter (11) zur Brennkraftmaschine (1) freigibt. 4. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Betriebspunkt kleiner Motordrehzahl und kleinem Motormoments, der zweite Verdichter (11) zur Unterstützung der ersten Verdichters (2) hinzugeschaltet wird, indem das erste Stellglied (12) und das zweite Stellglied (13) in die zweite Stellung umgesteuert werden. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verdichter (11) wieder abgeschaltet wird, wenn die Motordrehzahl (nMOT) und/oder die Abgasturbolader-Drehzahl (nATL) größer als ein Grenzwert sind/ist, indem das erste Stellglied (12) und das zweite Stellglied (13) in die erste Stellung umgesteuert werden. |
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem ersten Verdichter zur Förderung von Ladeluft, welcher als Teilaggregat eines Abgasturboladers von einer Turbine angetrieben wird, mit einem ersten Hydraulikkreis, in welchem eine Hydraulikpumpe zur Förderung von Hydraulikflüssigkeit sowie ein erster Hydraulikmotor zum Antreiben eines Lüfters angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechend angepasstes Verfahren.
Eine hochaufgeladene Brennkraftmaschine mit großer Drehzahlspreizung zeigt bei einer reinen Turbolaufladung im unteren Bereich des Motorkennfelds, zum Beispiel bei Leerlaufdrehzahl, eine Momentenschwäche. Verursacht wird diese durch das geringe Abgasangebot, welches bewirkt, dass die Turbine und der Verdichter auf niedrigem Drehzahlniveau verharren und daher der Verdichter nur ein niedriges Ladeluft- Druckniveau aufbaut. Diese Momentenschwäche macht sich als deutlich spürbare Reaktionszeit zum Beispiel beim Anfahren oder als Drehzahldrückung der Brennkraftmaschine beim Zuschalten eines Verbrauchers bemerkbar. Eine aus der DE 197 08 721 A1 bekannte Maßnahmen zur Verbesserung des Ansprechverhaltens besteht darin, über einen zweiten Verdichter die Ladeluft vorzuverdichten. Die vorverdichtete Ladeluft wiederum wird dann vor den ersten Verdichter des Abgasturboladers gefördert. Angetrieben wird der zweite Verdichter von einem Elektromotor.
Eine andere Maßnahme zur Verbesserung des Ansprechverhaltens beim Anfahren ist aus der DE 42 12 984 C2 für eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit einem hydrostatisches Getriebe bekannt. In einem ersten Hydraulikkreis fördert eine verstellbare Hydraulikpumpe die Hydraulikflüssigkeit zu einem ersten Hydraulikmotor, welcher die Nebenaggregate, zum Beispiel einen Lüfter, antreibt. Stromab des ersten Hydraulikmotors zweigt aus dem ersten Hydraulikkreis ein zweiter Hydraulikkreis ab. Im zweiten Hydraulikkreis ist ein zweiter Hydraulikmotor angeordnet, welcher über ein Planetengetriebe und ein Kupplung mittelbar die Welle des Abgasturboladers antreibt. Beim Anfahren wird die Hydraulikpumpe auf ein höheres Fördervolumen eingestellt, wodurch dann der erste Hydraulikmotor und der zweite Hydraulikmotor seriell von der Hydraulikflüssigkeit durchströmt werden. Das höhere Fördervolumen kann jedoch nur über eine großbauende Hydraulikpumpe bereitgestellt werden. Zudem ist die serielle Durchströmung der beiden Hydraulikmotoren bezüglich der Energiebilanz noch nicht zufriedenstellend.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, bei einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit einem hydrostatischen Getriebe die Energiebilanz zu optimieren.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen dargestellt.
Die erfindungsgemäße Einrichtung umfasst eine Brennkraftmaschine mit einem ersten Verdichter zur Förderung von Ladeluft, welcher als Teilaggregat eines Abgasturboladers von einer Turbine angetrieben wird, einen ersten Hydraulikkreis, in welchem eine Hydraulikpumpe zur Förderung von Hydraulikflüssigkeit sowie ein erster Hydraulikmotor zum Antreiben eines Lüfters angeordnet sind, einen zweiten Hydraulikkreis, welcher aus dem ersten Hydraulikkreis stromab der Hydraulikpumpe abzweigt und in welchem ein zweiter Hydraulikmotor angeordnet ist. Der zweite Hydraulikmotor wiederum dient als Antrieb für einen zweiten Verdichter zur parallelen Förderung von Ladeluft. Ferner umfasst die Einrichtung ein erstes Stellglied, welches in einer ersten Stellung den ersten Hydraulikkreis zur Aktivierung des Lüfters über den ersten Hydraulikmotor freigibt, während der zweite Hydraulikkreis verschlossen ist. In einer zweiten Stellung gibt das erste Stellglied den zweiten Hydraulikkreis zur Aktivierung des zweiten Verdichters über den zweiten Hydraulikmotor frei, während der erste Hydraulikkreis verschlossen ist. Zur Steuerung der Ladeluft ist stromab des ersten und des zweiten Verdichters an einer Zusammenführungsstelle für die Ladeluft ein zweites Stellglied angeordnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, dass bei einem Betriebspunkt kleiner Motordrehzahl und kleinem Motormoments, typischerweise im Bereich um die Leerlauf drehzahl, der zweite Verdichter zur Unterstützung der ersten Verdichters hinzugeschaltet wird, indem das erste Stellglied und das zweite Stellglied in die zweite Stellung umgesteuert werden. Zentraler Gedanke der Erfindung ist es, dass im angegebenen Bereich des Motorkennfelds eine Kühlleistung des Lüfters nicht erforderlich ist und daher die Antriebsenergie für den zweiten Verdichter zur Beschleunigung der Brennkraftmaschine verwendet werden kann. Von Vorteil ist die einfache Ausführung, da ein mechanischer Antrieb über eine Stirnradstufe und Kupplung nicht erforderlich ist. Gegenüber einem elektromotorischen Antrieb baut der zweite Hydraulikmotor kleiner, woraus ein reduzierter Platzbedarf resultiert. Für die Umsetzung der Erfindung wird auf erprobte Großserien-Komponenten mit entsprechendem Preisvorteil zurückgegriffen.
In den Figuren ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit einem hydrostatischen Getriebe als Blockschaltbild, Figur 2 ein Motorkennfeld und Figur 3 einen Programm-Ablaufplan.
Die Figur 1 zeigt eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit einem hydrostatischen Getriebe als Blockschaltbild. Die Baugruppen sind: die Brennkraftmaschine 1 , ein Abgasturbolader 4, ein erster Hydraulikkreis 5, ein zweiter Hydraulikkreis 9, ein zweiter Verdichter 11 und ein elektronisches Motorsteuergerät 16 (ECU). Im ersten Hydraulikkreis 5 sind eine Hydraulikpumpe 6 zur Förderung der Hydraulikflüssigkeit aus einem Vorratstank 15, ein passives Druckbegrenzungsventil 14, ein erstes Stellglied 12 und ein erster Hydraulikmotor 7 angeordnet. Der erste Hydraulikmotor 7 treibt unmittelbar einen Lüfter 8 an. Stromab der Hydraulikpumpe 6 zweigt aus dem ersten Hydraulikkreis 5 der zweite Hydraulikkreis 9 ab. An der Abzweigstelle ist das erste Stellglied 12 angeordnet. Das erste Stellglied 12 ist typischerweise als elektrisch ansteuerbares 3/2-Ventil ausgeführt. Im zweiten Hydraulikkreis 9 ist ein zweiter Hydraulikmotor 10 angeordnet, welcher unmittelbar den zweiten Verdichter 11 antreibt. Der Abgasturbolader 4 umfasst als Teilaggregate einen ersten Verdichter 2 sowie eine Turbine 3, welche über eine Welle miteinander verbunden sind. Die Funktionalität eines Abgasturboladers wird als bekannt vorausgesetzt. Stromab des ersten Verdichters 2 ist an einer Zusammenführungsstelle für die Ladeluft ein zweites Stellglied 13 angeordnet. Das zweite Stellglied 13 ist ebenfalls als elektrisch ansteuerbares 3/2-Ventil ausgeführt. Die Betriebsweise der Brennkraftmaschine 1 wird durch das elektronische Motorsteuergerät 16 (ECU) festgelegt. Das elektronische Motorsteuergerät 16 beinhaltet die üblichen Bestandteile eines Mikrocomputersystems, beispielsweise einen Mikroprozessor, I/O-Bausteine, Puffer und Speicherbausteine (EEPROM, RAM). In den Speicherbausteinen sind die für den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 relevanten Betriebsdaten in Kennfeldern/Kennlinien appliziert. Über diese berechnet das elektronische Motorsteuergerät 16 aus den Eingangsgrößen die Ausgangsgrößen. In der Figur 1 sind als Eingangsgrößen dargestellt: eine Motordrehzahl nMOT, ein Motormoment MM, eine Abgasturbolader-Drehzahl nATL und eine Eingangsgröße EIN. Unter der Eingangsgröße EIN sind die weiteren Eingangssignale zusammengefasst, beispielsweise die öltemperatur oder ein Common-Raildruck. Als Ausgangsgrößen des elektronischen Motorsteuergeräts 16 sind dargestellt: ein Signal S1 zur Ansteuerung des ersten Stellglieds 12, ein Signal S2 zur Ansteuerung des zweiten Stellglieds 13 und ein Signal AUS. Das Signal AUS steht stellvertretend für die weiteren Signale zur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine 1, zum Beispiel ein Spritzbeginn, Spritzende und ein Ansteuersignal für eine Saugdrossel bei einem Common-Railsystem.
Die Beschreibung der Funktionalität erfolgt gemeinsam mit der Figur 2, welche ein Motorkennfeld zeigt. Auf der Abszisse ist die Motordrehzahl nMOT und auf der Ordinate das Motormoment MM aufgetragen. Innerhalb des Motorkennfelds sind die Linien gleichen spezifischen Kraftstoffverbrauchs eingezeichnet, welche exemplarisch mit den Bezugszeichen L1 bis L3 bezeichnet sind. Als schraffiertes Rechteck 17 ist im Motorkennfeld ein Betriebsbereich um die Leerlaufdrehzahl nLL und das Leerlauf-Moment MLL dargestellt. Im normalen Fahrbetrieb befindet sich das erste Stellglied 12 und das zweite Stellglied 13 in der ersten Stellung. In der ersten Stellung verschließt das erste Stellglied 12 den zweiten Hydraulikkreis 9 und gibt den ersten Hydraulikkreis 5 frei. Das von der Hydraulikpumpe 6 geförderte Volumen V strömt daher zum ersten Hydraulikmotor 7, welcher den Lüfter 8 antreibt. Nach Durchströmen des ersten Hydraulikmotors 7 fließt die Hydraulikflüssigkeit, Volumen V1 , in den Vorratstank zurück. In der ersten Stellung gibt das zweite Stellglied 13 den Durchgang vom ersten Verdichter 2 zur Brennkraftmaschine 1 frei. Die vom ersten Verdichter 2 geförderte Ladeluft LL1 strömt daher in die Brennräume der Brennkraftmaschine 1 (LL=LLI). Der Durchgang vom zweiten Verdichter 11 hingegen wird vom zweiten Stellglied 13 abgeschlossen, das heißt, LL2 ist hier Null. Liegt der aktuelle Betriebspunkt innerhalb des Bereichs 17 im Motorkennfeld, also bei einer kleinen Motordrehzahl nMOT und bei einem kleinem Motormoment MM, so wird vom elektronischen Motorsteuergerät 16 gleichzeitig das erste Stellglied 12 und das zweite Stellglied 13 in die zweite Stellung umgesteuert. In der zweiten Stellung verschließt das erste Stellglied 12 den Leitungsabschnitt im ersten Hydraulikkreis 5 mit dem ersten Hydraulikmotor 7, das heißt der Volumenstrom V1 ist Null. Gleichzeitig wird der zweite Hydraulikkreis 9 freigegeben. Der Volumenstrom V2 entspricht dem von der Hydraulikpumpe 6 geförderten Volumenstrom V. Mit anderen Worten: Der Lüfter 8 wird also deaktiviert, während der zweite Hydraulikmotor 10 und damit der zweite Verdichter 11 aktiviert werden. In der zweiten Stellung gibt das zweite Stellglied 13 sowohl den Durchgang vom ersten Verdichter 2 zur Brennkraftmaschine 1 als auch den Durchgang vom zweiten Verdichter 11 zur Brennkraftmaschine 1 frei. Bei diesem Betriebspunkt fördern der erste Verdichter 2 die Ladeluft LL1 und fördert der zweite Verdichter 13 parallel die Ladeluft LL2. Das Volumen der Ladeluft LL, welche den Brennräume der Brennkraftmaschine 1 zugeführt wird, entspricht daher der Summe der beiden Einzelströme LL1 und LL2. Zentraler Gedanke der Erfindung ist es also, in einem Betriebsbereich, welcher nur eine geringe Kühlung erfordert, den Lüfter 8 zu deaktivieren und die Antriebsenergie für den zweiten Verdichter 11 zur Leistungserhöhung der Brennkraftmaschine 1 zu verwenden. Deaktiviert wird diese Funktion, wenn entweder die Motordrehzahl nMOT oder die Abgasturbolader-Drehzahl nATL einen Grenzwert überschreiten. Alternativ kann die Funktion beendet werden, wenn sowohl die Motordrehzahl nMOT als auch die Abgasturbolader-Drehzahl nATL einen Grenzwert überschreiten.
In der Figur 3 ist ein Programm-Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Der Programm-Ablaufplan ist als Unterprogramm in der Motorsoftware enthalten. Bei S1 wird geprüft, ob sich der aktuelle Betriebspunkt der Brennkraftmaschine im unteren Bereich des Motorkennfelds befindet. Dies entspricht dem schraffiert dargestellten Bereich 17 in der Figur 2. Ist dies nicht der Fall, Abfrageergebnis S1 : nein, so wird das Unterprogramm verlassen. Befindet sich der aktuelle Betriebspunkt im unteren Bereich des Motorkennfelds, so wird bei S2 der Lüfter deaktiviert, indem das erste Stellglied (Fig. 1 : 12) von der ersten Stellung in die zweite Stellung umgesteuert wird. Bei S3 wird der zweite Verdichter (Fig. 1. 11) aktiviert, indem das elektronische Motorsteuergerät das zweite Stellglied ebenfalls in die zweite Stellung umsteuert. Bei S4 erfolgt also der Parallelbetrieb von erstem Verdichter und zweitem Verdichter. Bei S5 wird geprüft, ob ein Endekriterium vorliegt. Ein Endekriterium liegt dann vor, wenn die Motordrehzahl und/oder die Abgasturbolader-Drehzahl größer als ein Grenzwert sind/ist. Wurde bei S5 kein Endekriterium erkannt, Abfrageergebnis S5: nein, so verzweigt der Programmablauf zurück zu S1. Wurde hingegen ein Endekriterium erkannt, Abfrageergebnis S5: ja, so ist das Unterprogramm beendet.
Bezugszeichen
Brennkraftmaschine erster Verdichter
Turbine
Abgasturbolader erster Hydraulikkreis
Hydraulikpumpe erster Hydraulikmotor
Lütter zweiter Hydraulikkreis zweiter Hydraulikmotor zweiter Verdichter erstes Stellglied zweites Stellglied
Druckbegrenzungsventil (passiv)
Vorratstank elektronisches Motorsteuergerät (ECU)
Bereich
Next Patent: HF SURGERY GENERATOR AND METHOD FOR OPERATING AN HF SURGERY GENERATOR