Verfahren und Vorrichtung zum Versorgen eines Kompressors mit Druckluft bei einer Verbrennungskraftmaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Versorgen eines Kompressors mit Druckluft bei einer Verbrennungskraftmaschine.

Derartige Verbrennungskraftmaschinen, zum Beispiel Kolbenmaschinen wie Dieselmotoren, weisen einen Kompressor zur Erzeugung von Druckluft auf, die für unterschiedliche Zwecke, beispielsweise für eine Druckluftbremsanlage oder einen Zusatzluftspeicher für unterschiedliche Einsatzzwecke, benötigt wird.

Der Anmelderin ist ein Kompressor bekannt, welcher mit Luft aus dem Ansaugkrümmer der Verbrennungskraftmaschine gespeist wird. Je nach Betriebszustand und Drehzahl des zum Beispiel mit einem Turbolader aufgeladenen Motors ist der Druck an der Entnahmestelle aus dem Ansaugkrümmer höher als die Umgebungsluft. Damit wechselt der Kompressor seinen Betrieb von reinem Saugbetrieb in einen aufgeladenen Be- trieb, was seinen Wirkungsgrad und damit die geförderte Luftmenge deutlich erhöht. Nachteilig bei dieser Anordnung ist die Tatsache, dass der Kompressor mit Druck beaufschlagte Luft aus dem Ansaugkrümmer entnimmt und sie damit der Verbrennungskraftmaschine vorenthält. Das heißt, dass die Leistung der Verbrennungskraftmaschine in diesem Betriebszustand wiederum durch die abgeführte Luft reduziert ist, was un- erwünscht ist.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Versorgen eines Kompressors mit Druckluft bei einer Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, wobei die obigen Nachteile behoben beziehungsweise bedeu- tend verringert sind und weitere Vorteile geschaffen sind.

Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.

Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass eine Entnahmestelle von Luft für den Kompressor an eine Stelle der Verbrennungskraftmaschine an ihrem Abgaskrümmer angeordnet ist.

Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass die Ansaugluftmenge für die Verbrennungskraftmaschine nicht dezimiert wird und so die ihre Leistung nicht eingeschränkt wird.

Im Schubbetrieb moderner Verbrennungskraftmaschinen mit elektronisch geregelter Kraftstoffzuführung wird kein Kraftstoff mehr zugeführt, um dadurch den Energieverbrauch der Verbrennungskraftmaschine in diesem Betriebszustand zu reduzieren. Sie wird in dem Schubbetrieb nur zur Erzeugung von Druckluft verwendet, das heißt, die angesaugte Luft wird in den Zylindern komprimiert und in den Abgaskrümmer und die Abgasleitung ausgeblasen. Diese komprimierte Abluft wird durch eine Drosseleinrichtung gestaut und verdichtet, so dass sie ein deutlich höheres Druckniveau als die Umgebungsluft aufweist. Diese Drosseleinrichtung kann zum Beispiel eine übliche Motorbremsklappe einer schon vorhandene Motorbremsanlage sein, welche den Quer- schnitt der Abgasleitung verkleinert bzw. sogar sperrt. Die so hoch verdichtete Luft wird dann über ein gesteuertes Entnahmeventil dem Abgaskrümmer oder der Abgasleitung entnommen und dem Kompressor zugeführt, welcher dadurch als aufgeladener Kompressor mit einem erhöhten Wirkungsgrad betrieben wird.

Die Verbrennungskraftmaschine weist ein Motorsteuergerät zur Kraftstoffzuführung auf, welches Betriebsparameter von im Fahrzeug häufig schon vorhandenen Sensoren erhält. Diese Daten sind in vielen Fällen auch auf einem Fahrzeugbussystem, zum Beispiel CAN-Bus, verfügbar. Eine Steuereinheit übernimmt diese Daten zur Bestimmung der Betriebszustände und kann damit das Entnahmeventil und die Drosseleinrichtung zum richtigen Zeitpunkt so steuern, dass die von den Zylindern im Schubbetrieb erzeugte und von der Drosseleinrichtung gestaute Druckluft dem Kompressor zugeführt wird. Das Ventil kann auch nur bei einem Zylinder angeschlossen sein und/oder bei

allen, um eine große Variationsmöglichkeit von Drucklufterzeugungsmengen zu erhalten.

Die so gewonnene Druckluft ist bei vergleichbarem Druckniveau wärmer als die Druckluft, die aus dem Ansaugkrümmer entnommen wird, da sie durch den im

Verbrennungsbetrieb erwärmten Motor ebenfalls aufgewärmt wird. Somit ist der Wirkungsgrad des durch sie aufgeladenen Kompressors nicht so hoch wie bei der Luft aus dem Ansaugkrümmer, die aber auch häufig vorgewärmt ist. Bei Schubbetrieb der Verbrennungskraftmaschine handelt es sich jedoch um eine überschussenergie, wobei der abgesenkte Wirkungsgrad des Kompressors vernachlässigbar ist.

Die von der Abgasleitung entnommene Druckluft kann in einer weiteren Ausführung durch einen Wärmetauscher gekühlt werden.

Weiterhin kann der Einlass des Kompressors mit der Atmosphäre über ein von der Steuereinheit steuerbares Einlassventil verbunden sein, um auch im Verbrennungsbetrieb der Verbrennungskraftmaschine Luft in einem Normalbetrieb komprimieren zu können.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, welche eine schematische Darstellung einer Verbren- nungskraftmaschine 2 mit einem Abgasturbolader 3 und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Versorgung eines Kompressors 14 mit Druckluft zeigt.

Die Verbrennungskraftmaschine 2 ist in dem dargestellten Beispiel ein Dieselmotor mit sechs Zylindern I bis VI, einer Ansaugleitung 9 und einer Abgasleitung 10. Ein Lufteinlass 7 ist über einen Luftfilter 12 mit einer Ansaugluftvorwärmung 11 verbunden, die an einem Verdichter 5 des Abgasturboladers 3 angeschlossen ist. Daran schließt sich die Ansaugleitung 9 zu den Zylindern I bis VI an. Der Verdichter 5 des Abgasturboladers 3 ist mit einer Abgasturbine 4 des Abgasturboladers 3 über eine

Kopplung 6, zum Beispiel eine Welle, gekoppelt. Die Abgasturbine 4 ist in der Abgasleitung 10 vor einem Abgasauslass 8 für Abgas der Verbrennungskraftmaschine 2 angeordnet und wird von einer Abgasströmung angetrieben.

In der Abgasleitung 10 ist vor der Abgasturbine 4 eine Drosseleinrichtung 20 angeordnet, welche mit einer Stelleinrichtung 19 gekoppelt ist. Diese Drosseleinrichtung 20 gehört in diesem Beispiel zu einer nicht dargestellten Motorbremsanlage. Die Drosseleinrichtung 20 kann aber zusätzlich angeordnet sein. Vor der Drosseleinrichtung 20 ist eine Entnahmedruckleitung 18 an der Abgasleitung 10 angeschlossen, welche diese mit einem steuerbaren Entnahmeventil 21 verbindet. Das Entnahmeventil 21 ist über eine Druckleitung 17 durch einen Wärmetauscher 22 mit einem Einlass eines Kompressors 14 verbunden.

Der Kompressor 14 wird in diesem Beispiel von einem Elektromotor als Kompressorantrieb 16 angetrieben. Der Kompressorantrieb 16 kann aber auch eine Kopplung mit der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 2 sein. Ein Auslass des Kompressors 14 ist an einen Druckluftbehälter 15 zur Speicherung der von dem Kompressor 14 verdichteten Luft angeschlossen.

An dem Einlass des Kompressors 14 ist hier ein Einlassventil 24 gezeigt, welches den Einlass des Kompressors 14 mit der Atmosphäre steuerbar verbindet.

Eine Steuereinheit 13 dient zur Steuerung des Entnahmeventils 21, des Einlassventils 24 und der Stelleinrichtung 19 der Drosseleinrichtung 20. Die Steuereinheit 13 ist in diesem Beispiel mit einem nicht gezeigten Motorsteuergerät verbunden, welche die Einspritzanlagen der Zylinder I bis VI steuert und die Betriebszustände der Verbrennungskraftmaschine 2 über nicht dargestellte Sensoren ermittelt. Das Motorsteuergerät steuert die Verbrennungskraftmaschine in bekannter Weise und wird nicht weiter er- läutert.

Die Funktion dieser Vorrichtung 1 wird nun beschrieben.

Aus Datenwerten des Motorsteuergeräts oder von einer Buseinrichtung beispielsweise ermittelt die Steuereinheit 13 im Vergleich die Betriebszustände der Verbrennungskraftmaschine 2. Liegt ein Schubbetrieb vor, wird kein Kraftstoff in die Zylinder I bis VI gefördert, welche nun nur Luft aus der Ansaugleitung 9 ansaugen und komprimieren. Im Ausstoßtakt wird das Entnahmeventil 21 von der Steuereinheit 13 aufgesteuert,

und die erzeugte Druckluft der Verbrennungskraftmaschine 2 wird über die Druckleitung 17 an den Kompressor 14 geleitet. Gleichzeitig wird die Stelleinrichtung 19 der Drosseleinrichtung 20 so gesteuert, dass die Drosseleinrichtung 20 den Querschnitt der Abgasleitung 10 verkleinert bzw. verschließt, wodurch sich die von den Zylindern I bis VI erzeugte Druckluft staut und höher verdichtet wird. Weiterhin wird das Einlassventil 24 geschlossen. In den anderen Takten der Verbrennungskraftmaschine 2 bleibt das Ventil 21 geschlossen. Der Druckluftbehälter 15 kann in nicht dargestellter, üblicher Weise mit einem Rückschlagventil versehen, welches verhindert, dass die in ihm gespeicherte Druckluft entweichen kann. Ebenso kann an dem Einlassventil 24 ein Rückschlagventil vorgesehen sein, welches verhindert, dass über ein geöffnetes Einlassventil 24 durch die Druckleitung 17 geforderte Druckluft in die Atmosphäre entweichen kann. Der Wärmetauscher 22 kann zu heiße Druckluft aus der Abgasleitung 10 optional auf einen erwünschten Wert kühlen.

An der Ansaugleitung 9 ist hier ein Anschluss 23 gezeigt, an welchem der Einlass des Kompressors 14 im Stand der Technik üblicherweise angeschlossen ist und der Verbrennungsmaschine erforderliche Ansaugluft, wie oben beschrieben ist, entnimmt und dadurch vorenthält.

Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausfuhrungsbeispiele beschränkt. Sie ist im Rahmen der beigefügten Ansprüche modifizierbar.

Zum Beispiel kann der Kompressor 14 auch stellvertretend für eine in einem Nutzfahrzeug vorhandene Drucklufterzeugungsanlage oder eine zusätzliche Anlage sein.

Die Ventile 21 und 24 können auch pneumatisch oder elektro-pneumatisch steuerbar sein.

Die Vorrichtung 1 ist auch für Verbrennungskraftmaschinen 2 ohne Turbolader 3 ge- eignet.

Die Steuereinheit 13 kann Bestandteil eines Motorsteuergerätes sein.

Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung

2 Verbrennungskraftmaschine

3 Abgasturbolader

4 Abgasturbine

5 Verdichter

6 Kopplung

7 Lufteinlass

8 Abgasauslass

9 Ansaugleitung

10 Abgasleitung

11 Ansaugluftvorwärmung

12 Luftfilter

13 Steuereinheit

14 Kompressor

15 Druckluftbehälter

16 Kompressorantrieb

17 Druckleitung

18 Entnahmedruckleitung

19 Stelleinrichtung

20 Drosseleinrichtung

21 Enmahmeventil

22 Wärmetauscher

23 Anschluss

24 Einlassventil

I...VI Zylinder