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DE10215779B4 - Brennkraftmaschine mit einer Aufladevorrichtung - Google Patents

Brennkraftmaschine mit einer Aufladevorrichtung Download PDF

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DE10215779B4 DE10215779A DE10215779A DE10215779B4 DE 10215779 B4 DE10215779 B4 DE 10215779B4 DE 10215779 A DE10215779 A DE 10215779A DE 10215779 A DE10215779 A DE 10215779A DE 10215779 B4 DE10215779 B4 DE 10215779B4
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Abstract

Brennkraftmaschine mit einer Aufladevorrichtung (1), einem Abgastrakt (2), einem Motormanagementsystem (3) und einem Kühlsystem (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladevorrichtung (1) ein Luftmodul (5) umfaßt, das eine elektrische Drosselklappe (6), einen elektrisch betriebenen Ladeluftverdichter (7), einen Ladeluftkühler (8), eine elektrische Kühlmittelpumpe (9) und ein Saugrohrmodul (10) in einem gemeinsamen Luftmodulgehäuse kompakt zusammenfaßt.

Description

  • Bei modernen Brennkraftmaschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, wird zur Leistungssteigerung die der Brennkraftmaschine zugeführte Ladeluft verdichtet. Die effektive Motorleistung nimmt mit der pro Zeiteinheit eingesetzten Kraftstoffmasse zu. Zu deren Verbrennung ist je nach Verbrennungsverfahren ein bestimmter Luftmassenstrom erforderlich. Daher hängt die effektive Leistung von der Dichte der Luft vor Motoreinlass ab. Eine Leistungssteigerung ist folglich durch Erhöhung der Dichte der Luft (Aufladung) vor dem Einlass in den Motor erreichbar. Aufladung erfolgt in erster Linie durch eine Anhebung des Druckes auf den sogenannten Ladedruck mittels eines Verdichters (Lader). Die Druckerhöhung ist mit einem Temperaturanstieg verbunden. Dies wirkt sich nachteilig auf die Motorleistung aus, da mit steigender Temperatur die Gasdichte und damit die Ladungsmenge abnimmt. Um diesem Temperaturanstieg entgegenzuwirken, wird die Ladeluft in einem Ladeluftkühler abgekühlt.
  • In der Praxis hat die Abgasturboaufladung große Bedeutung erlangt. Dabei wird die Energie zum Antrieb des Laders dem Abgas entnommen. Eine Abgasturbine setzt die Abgasenergie in mechanische Energie um. Die Kombination Abgasturbine-Strömungsverdichter heißt "Abgasturbolader".
  • DE 199 50 425 A1 bezieht sich auf einen Abgasturbolader mit Ladeluftkühlung. Dabei ist ein Wärmetauscher, in dem die Ladeluft durch Kühlluft abgekühlt wird, innerhalb des Gehäuses des Kompressors zur Erzeugung der Ladeluft angeordnet.
  • Ein Nachteil von Abgasturboladern ist ihr verzögertes und unzureichendes Ansprechverhalten bei kleinen Drehzahlen der Brennkraftmaschine. Ein verbessertes Beschleunigungsverhalten läßt sich durch einen Turboladerrotor erzielen, der durch einen Elektromotor unterstützt schneller hochläuft. Ferner ist aus der US 6,029,452 zur Vermeidung dieses Nachteils bekannt, einen elektrisch betriebenen Ladeluftverdichter in der Ladeluftzuführung einer Brennkraftmaschine in Reihe zu einem konventionellen Abgasturbolader zu betreiben.
  • US 6,029,637 betrifft eine Aufladevorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Luftmodul, einem Ladeluftverdichter, einem Ladeluftkühler und einem Saugrohrmodul, die in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefasst sind.
  • Die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen sind jedoch hinsichtlich der Montage und der Größe des Aufladesystems sehr aufwendig und unvorteilhaft.
    •
  • Darstellung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit einer Aufladevorrichtung vermeidet die im Stand der Technik auftretenden Nachteile und ermöglicht einen kompakten und montagefreundlichen Aufbau der Aufladevorrichtung, sowie eine Reduzierung der luftführenden Volumina. Durch eine kompakte und modulare Anordnung mehrerer Komponenten der Aufladevorrichtung werden erhebliche Packaging- und Montagevorteile erzielt. Dies geht mit einer deutlichen Verringerung der Kosten einher.
  • Diese Vorteile werden erfindungsgemäß erreicht durch eine Brennkraftmaschine mit einer Aufladevorrichtung, einem Abgastrakt, einem Motormanagementsystem und einem Kühlsystem, wobei die Aufladevorrichtung ein Luftmodul umfaßt, das eine elektrische Drosselklappe, einen elektrisch betriebenen Ladeluftverdichter, einen Ladeluftkühler, eine elektrische Kühlmittelpumpe und ein Saugrohrmodul in einem gemeinsamen Luftmodulgehäuse kompakt zusammenfaßt.
  • Das Luftmodul ist eine Baueinheit, die verschiedene Komponenten, zum Beispiel die elektrische Drosselklappe, den elektrisch betriebenen Ladeluftverdichter, den Ladeluftkühler, die elektrische Kühlmittelpumpe und das Saugrohrmodul, in einer integrierten, modularen und kompakten Anordnung enthält. Die Reihenfolge der Komponenten ist dabei weitgehend variabel und an die gewünschte Anwendung angepasst. Das Luftmodul ist Teil einer Aufladevorrichtung, die in der Brennkraftmaschine der Aufladung, also der Verdichtung der Ladeluft dient.
  • Die Montagefreundlichkeit ergibt sich aus der Kompaktheit des Luftmoduls. Es ist in vorteilhafter Weise möglich, das komplette Luftmodul den montage- und fahrzeugspezifischen Gegebenheiten anzupassen. Durch die kompakte Anordnung werden ferner die luftführenden Volumina reduziert, so daß ein schneller Ladedruckaufbau bzw. ein schnelles Ansprechverhalten gewährleistet werden kann. Somit wird zum Beispiel das Anfahrverhalten des der Aufladevorrichtung nachgeschalteten Verbrennungsmotors positiv beeinflußt. Auch der Einbauort des Luftmoduls ist sehr flexibel wählbar, da (außer dem Kühlmittelanschluß) die Anschlüsse der zusammengefaßten Komponenten durch variabel verlegbare elektrische Leitungen realisiert werden.
  • Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
  • Es zeigt:
  • 1 eine erste erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit eingebundenem Luftmodul bei Saugrohreinspritzung,
  • 2 eine erste erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit eingebundenem Luftmodul bei Benzindirekteinspritzung,
  • 3 eine zweite erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit eingebundenem Luftmodul bei Saugrohreinspritzung,
  • 4 eine zweite erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit eingebundenem Luftmodul bei Benzindirekteinspritzung,
  • 5 eine dritte erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit eingebundenem Luftmodul bei Saugrohreinspritzung und
  • 6 eine dritte erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit eingebundenem Luftmodul bei Benzindirekteinspritzung.
    •
  • 1 zeigt eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, insbesondere einen Otto-Motor in einem Kraftfahrzeug, mit eingebundenem Luftmodul bei Saugrohreinspritzung.
  • Die Brennkraftmaschine weist eine Aufladevorrichtung 1, einen Abgastrakt 2, ein Motormanagementsystem 3 und ein Kühlmittelsystem 4 auf. Die Aufladevorrichtung 1 enthält ein Luftmodul 5, das eine elektrische Drosselklappe 6, einen elektrisch betriebenen Ladeluftverdichter 7, einen Ladeluftkühler 8, eine elektrische Kühlmittelpumpe 9 und ein Saugrohrmodul 10 umfaßt.
  • Mit Hilfe der elektrischen Drosselklappe 6 erfolgt die Steuerung des Motordrehmoments über den vom Motor angesaugten Luftmassenstrom (üblicherweise im Homogenbetrieb mit λ=1). Alternativ dazu wird das Motordrehmoment im Schichtbetrieb bei vollständig geöffneter Drosselklappe 6 über den Brennstoffmassenstrom geregelt.
  • Bei der Regelung über den Luftmassenstrom wird bei nicht vollständig geöffneter Drosselklappe 6 die vom Motor 11 angesaugte Luft gedrosselt und damit das erzeugte Drehmoment reduziert. Die Drosselwirkung hängt dabei von der Stellung und damit vom Öffnungsquerschnitt der Drosselklappe 6 ab. Bei voll geöffneter Drosselklappe 6 kann das maximale Moment des Motors 11 erreicht werden. In herkömmlichen Systemen überträgt ein Seilzug oder ein Gestänge die Bewegung des Fahrpedals auf die Drosselklappe. Bei dem Einsatz einer elektrischen Drosselklappe 6 wie bei der vorliegenden Erfindung, errechnet ein Steuergerät die erforderliche Öffnung der Drosselklappe 6 unter Berücksichtigung des aktuellen Betriebszustandes des Motors 11 und steuert einen elektrischen Drosselklappenantrieb an. Die Überwachung der Drosselklappenposition kann mit Hilfe eines Drosselklappenwinkelsensors (Potentiometer) erfolgen.
  • Mögliche Verdichtertypen, die als elektrisch betriebene Ladeluftverdichter 7 bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine eingesetzt werden können, sind beispielsweise Hubkolbenverdichter, Schraubenverdichter, Drehkolbenverdichter und Turboverdichter (Radialverdichter). Bei dem elektrisch betriebenen Ladeluftverdichter 7 kann es sich um einen Axial- oder Radialverdichter handeln.
  • Bei der Verdichtung der Luft steigt mit dem Druck auch die Temperatur. Dieser motortechnisch unerwünschte Temperaturanstieg wird durch eine isobare Rückkühlung in dem Ladeluftkühler 8 und gegebenenfalls in weiteren (nicht dargestellten) Ladeluftkühlern zumindest teilweise zurückgenommen. Vorteile der Ladeluftkühlung sind die geringere thermische Belastung des Motors 11, eine verringerte NOx-Emission, eine geringere mechanische Belastung des Motors, weil bei Ladeluftkühlung ein angestrebter Wert der Ladungsdichte schon bei einem niedrigeren Ladedruck erreicht wird und ein reduzierter Kraftstoffverbrauch. Ferner erhöht sich beim Otto-Motor die Klopffestigkeit.
  • Grundsätzlich kann die Ladeluft durch ein Kühlmittel oder durch die Außenluft gekühlt werden. Bei der in 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt Kühlmittelkühlung vor. Die elektrische Kühlmittelpumpe 9 fördert ein Kühlmittel zu dem Ladeluftkühler 8. Als Kühlmittelpumpen für Verbrennungsmotoren werden üblicherweise Kreiselpumpen (Radialverdichter) eingesetzt. Diese besitzen ein offenes Laufrad, rückwärts gekrümmte Schaufeln und ein Spiralgehäuse, jedoch keine Eintrittsleitschaufeln und kein Austrittsleitrad. Die Leistungsaufnahme der Kühlmittelpumpe beträgt weniger als ein kW. Als Kühlmittel dient zum Beispiel Wasser oder eine Mischung aus Wasser, Frostschutzmittel und Inhibitoren.
  • An den Ladeluftkühler 8 schließt sich das Saugrohrmodul 10 an. In dem in 1 dargestellten Fall handelt es sich um eine Brennkraftmaschine mit Saugrohreinspritzung. Bei der in 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in die Brennkraftmaschine mit Saugrohreinspritzung ein Saugrohrmodul 10 in das Luftmodul 5 integriert, das eine Kraftstoffverteilerleiste (Rail) 12 und Einspritzventile 13 umfaßt. Bei Saugrohreinspritzung befinden sich die Einspritzventile 13 im Saugrohr 14, also dem Rohr, mit dem die Verbrennungsluft angesaugt wird. Der Kraftstoff wird üblicherweise von einer Elektrokraftstoffpumpe über einen Kraftstofffilter und die Kraftstoffverteilerleiste 12 zu den Einspritzventilen 13 gefördert. Er wird für jeden Zylinder des Motors 11 über die kurz vor den (nicht dargestellten) Einlaßventilen angeordneten Einspritzventile 13 in das Saugrohr 14 eingespritzt, so daß die Gemischbildung schon außerhalb des Brennraums erfolgt.
  • Bei der in 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das Luftmodul 5 mehrere Sensoren. Vorzugsweise dient mindestens ein Drucksensor zur Überwachung des Ladeluftkühlers 8. Ferner wird mindestens ein Temperatursensor 15 oder eine Temperaturmodellierung zur Temperaturüberwachung des Ladeluftkühlers 8 eingesetzt. Die Sensoren 15 messen die Temperatur und/oder den Druck der Ladeluft im Bereich des Ladeluftkühlers 8. Temperatursensoren nutzen zur Temperaturmessung beispielsweise die Temperaturabhängigkeit von elektrischen Widerstandsmaterialien. Es sind zu diesem Zwecke aber auch beliebige andere im Stand der Technik bekannte Thermometer einsetzbar. Für eine Modellierung der Temperatur spricht jedoch die Einsparung der Kosten für den Temperatursensor. Die Druckmessung erfolgt direkt, zum Beispiel über einen druckabhängigen Widerstand, über Membranverformung oder durch einen Kraftsensor. In dem Luftmodul 5 können weitere Sensoren enthalten sein, zum Beispiel ein weiterer Temperatursensor 16 zur Überwachung der Kühlmitteltemperatur in den Kühlmittelleitungen 17, die an die elektrische Kühlmittelpumpe 9 angeschlossen sind, oder Durchflußsensoren in den Ladeluftleitungen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt das Kühlsystem 4 einen Motorkühlkreislauf und einen Ladeluftkühlkreislauf, wobei der Ladeluftkühlkreislauf mit der elektrischen Kühlmittelpumpe 9 verbunden ist und zur Kühlung des Ladeluftkühlers 8 mit einem Kühlmittel dient. Der Motorkühlkreislauf führt die bei der motorischen Verbrennung entstehende Wärme ab, die nicht in mechanische Energie umgesetzt werden kann. Dies geschieht über einen Flüssigkeits-Kühlkreislauf, der die im Motor 11 (Zylinderkopf) aufgenommene Wärme über Kühlflüssigkeitsleitungen 18 und über einen Wärmetauscher (erster Kühler 19) an die Umgebungsluft abgibt. Der Ladeluftkühlkreislauf umfaßt neben den Kühlmittelleitungen 17 und der elektrischen Kühlmittelpumpe 9 ebenfalls einen Wärmetauscher (zweiter Kühler 20), der die Wärme an die Umgebungsluft abführt. Vorzugsweise sind der Motorkühlkreislauf und der Ladeluftkühlkreislauf also mit je einem zugehörigen Kühler 19, 20 verbunden. Beide Kühler 19, 20 können sowohl durch den Fahrtwind 21 als auch durch einen Lüfter 22 gekühlt werden. Durch die Verwendung zweier getrennter Kühler 19, 20 für die beiden Kühlkreisläufe ist es möglich, die beiden Kühler 19, 20 jeweils so auszulegen, daß sie die erforderliche Wärmemenge zur Kühlung der Komponenten in dem jeweiligen Kühlkreislauf abführen. Es ist hingegen auch möglich, daß ein gemeinsamer Kühler in beiden Kühlkreisläufen zur Abgabe von Wärme an die Umgebungsluft dient.
  • Bei der in 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in dem Ladeluftkühlkreislauf außer dem Ladeluftkühler 8 auch der elektrisch betriebene Ladeluftverdichter 7 mit dem Kühlmittel gekühlt. Dazu sind weitere Kühlmittelleitungen 23 an den elektrisch betriebenen Ladeluftverdichter 7 angeschlossen, so daß dieser in den Ladeluftkühlkreislauf integriert wird. Dadurch kann sowohl die Leistungselektronik als auch der Antrieb des elektrisch betriebenen Ladeluftverdichters 7 gekühlt und eine Überhitzung vermieden werden. Somit wird die Kühlung des elektrisch betriebenen Ladeluftverdichters 7 durch die zusätzliche elektrische Kühlmittelpumpe 9 optimiert, wodurch seine Komponenten einer geringeren thermischen Belastung ausgesetzt sind. Ein Vorteil dieses Kühleffekts ist, daß eine Verlängerung der Schaltdauer des elektrisch betriebenen Ladeluftverdichters 7 möglich wird, da seine Bauteilbelastung deutlich verringert wird. Vorteilhaft ist ferner die Integration in den bereits für den Ladeluftkühler 8 vorhandenen Kühlmittelkreislauf, da dies ohne größeren konstruktiven und kostenintensiven Aufwand erfolgen kann.
  • Die Aufladung findet bei der vorliegenden Erfindung hauptsächlich in einem Lader statt, der außerhalb des Luftmoduls 5 in der Aufladevorrichtung 1 angeordnet ist und der durch den dazu in Reihe geschalteten elektrisch betriebenen Ladeluftverdichter 7, insbesondere im niedrigen Drehzahlbereich des Motors 11, unterstützt wird. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Lader um einen Abgasturbolader und die Aufladevorrichtung umfaßt (wie in 1 dargestellt) den Verdichter 24 eines Abgasturboladers und eine Turbine 25 in dem Abgastrakt 2. Dabei wird die Energie zum Antrieb des Verdichters 24 mittels der Turbine 25 dem Abgas des Motors 11 entnommen. Alternativ zu dem in 1 dargestellten Abgasturbolader kann jedoch auch ein mechanischer Lader zum Einsatz kommen. Die Antriebsenergie wird dann über einen Keilriemen der Kurbelwelle entnommen.
  • Weitere Komponenten der Aufladevorrichtung 1 sind ein Luftfilter 26 und ein Durchflußmesser 27. Der Luftfilter 26 hält den in der Ansaugluft enthaltenen Staub vom Motor 11 fern und verhindert dadurch Motorverschleiß. Bei dem Durchflußsensor 27 handelt es sich beispielsweise um einen Heißfilm-Luftmassen-Durchflußmesser, der den Luftdurchsatz mißt.
  • Die angesaugte Luft passiert zunächst den Luftfilter 26 und den Durchflußmesser 27. Anschließend wird sie im Verdichter 24 verdichtet. Am Ausgang des Verdichters 24 können sich Sensoren 28 befinden, die Druck und Temperatur der Ladeluft messen. Ferner kann die aus dem Verdichter 24 strömende Luft in einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem (in 1 nicht dargestellten) ersten Ladeluftkühler abgekühlt werden, bevor sie in das Luftmodul 5 geleitet wird. Der Öffnungsquerschnitt der Drosselklappe 6 bestimmt den Luftmassenstrom, der in dem elektrisch betriebenen Ladeluftverdichter 7 gegebenenfalls noch weiter verdichtet wird. Nach der Abkühlung der Ladeluft in dem Ladeluftkühler 8 wird in dem Saugrohr 14 das Luft-Kraftstoffgemisch gebildet, das in den Motor 11 gelangt. Die Abgase des Motors 11 treiben in dem Abgastrakt 2 die Turbine 25 des Abgasturboladers an. Bei einem mechanischen Lader würde diese Turbine 25 entfallen.
  • Bei der in 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient das Motormanagementsystem 3 zur Motorsteuerung. Es umfaßt alle Sensoren zum Erfassen der aktuellen Betriebsdaten der Brennkraftmaschine, alle Aktoren für die an der Brennkraftmaschine vorzunehmenden Stelleingriffe und ein Steuergerät. Um in einem Kraftfahrzeug den von dem Fahrer gewünschten Betriebszustand einzustellen, wird in einem im Steuergerät enthaltenen Mikroprozessor die Stellung des Fahrpedals in einen Sollwert für das Motormoment übersetzt (EGAS). Unter Berücksichtigung der zahlreichen verfügbaren aktuellen Betriebsdaten des Motormanagementsystems 3 wird dieser Sollwert in die für das Motormoment bestimmenden Größen umgerechnet. Dies sind die Füllung der Zylinder mit Luft, die Masse des eingespritzten Kraftstoffs und der Zündwinkel. Die in 1 dargestellten strichpunktlinierten Pfeile 29 bis 35 stehen für den Informationsfluß im Motormanagementsystem 3. Es werden u.a. die Meßdaten 29 des Durchflußmessers 27 erfaßt und mittels eines Stellers 36 erfolgt eine Ansteuerung 30 des Verdichters 24 des Abgasturboladers. Der Sollwert des gewünschten Ladedrucks wird z.B. in ein Steuertastverhältnis für das "Waste-Gate" umgesetzt. Möglich ist auch eine Ansteuerung der Leitschaufeln bei einem VTG-System (Variable Turbinenschaufel-Geometrie). Das Motormanagementsystem 3 dient außerdem zur Steuerung 31 des Öffnungsquerschnittes der elektrischen Drosselklappe 6. Ferner erfolgt eine Ansteuerung 32 des elektrisch betriebenen Ladeluftverdichters 7, eine Steuerung 33 der elektrischen Kühlmittelpumpe 9, eine Steuerung 34 der Kraftstoffeinspritzung in das Saugrohr 14 und ein Erfassen der Meßdaten 35 der in dem Luftmodul 5 enthaltenen Druck- und Temperatursensoren. Dargestellt ist nur ein Teil der innerhalb des Motormanagementsystems 3 ausgetauschten Daten und Steuersignale.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Kühlung eines Ladeluftkühlers in einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, wobei die Kühlmittelzufuhr zu dem Ladeluftkühler 8 durch ein in dem Motormanagementsystem 3 enthaltenes Steuergerät über die Förderleistung der elektrischen Kühlmittelpumpe 9 geregelt wird. Durch die in das Luftmodul integrierte Sensorik in Verbindung mit einem dazu angepaßten Motorsteuergerät kann ein Thermomanagement der dem Motor 11 zugeführten Ladeluft erreicht werden. So ist nach einem Kaltstart eine nur geringfügige Absenkung der Ladelufttemperatur wünschenswert, während bei betriebswarmem Motor entsprechend höhere Kühlleistungen erforderlich sind. Vorzugsweise ist also bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine die Kühlmittelzufuhr kleiner als bei betriebswarmer Brennkraftmaschine. Eine entsprechende Ansteuerung der elektrischen Kühlmittelpumpe 9 kann das Emissionsniveau bzw. die Katalysatorfunktion in der Brennkraftmaschine positiv beeinflussen.
  • 2 zeigt eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, insbesondere einen Otto-Motor in einem Kraftfahrzeug, mit eingebundenem Luftmodul bei Benzindirekteinspritzung.
  • Der Aufbau der in 2 dargestellten erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine entspricht im wesentlichen dem in 1. Er unterscheidet sich hingegen dadurch, daß das Saugrohr 14 in das Luftmodul integriert ist, jedoch ohne die Kraftstoffverteilerleiste 12 und ohne die Einspritzventile 13. Diese zwei Komponenten befinden sich außerhalb des Saugrohrmoduls 10 und außerhalb des Luftmoduls 5. Grund dafür ist, daß sich bei der Benzindirekteinspritzung das Einspritzventil 13 jeweils seitlich versetzt über dem Brennraum befindet. Benzineinspritzsysteme mit Direkteinspritzung sind durch eine Hochdruckeinspritzung direkt in den Brennraum gekennzeichnet. Der unter Hochdruck stehende Kraftstoff wird in der Verteilerleiste 12 gespeichert. Der eingespritzte, durch den hohen Einspritzdruck fein zerstäubte Kraftstoff bildet mit der angesaugten Luft im Brennraum das Luft-Kraftstoffgemisch.
  • 3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, insbesondere einen Otto-Motor in einem Kraftfahrzeug, mit eingebundenem Luftmodul bei Saugrohreinspritzung.
  • Der Aufbau der in 3 abgebildeten Bremskraftmaschine entspricht weitgehend dem Aufbau in 1. Im Unterschied zu der in 1 gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in dem in 3 dargestellten Luftmodul 5 die Reihenfolge der elektrischen Drosselklappe 6, des elektrisch betriebenen Ladeluftverdichters 7 und des Ladeluftkühlers 8 geändert. Nachdem die angesaugte Luft bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Verdichter 24 des Abgasturboladers passiert hat, wird sie in das Luftmodul 5 geleitet. Dort wird sie gegebenenfalls noch weiter verdichtet durch den elektrisch betriebenen Ladeluftverdichter 7. Anschließend wird sie im Ladeluftkühler 8 abgekühlt, bevor sie die Drosselklappe 6 passiert und in das Saugrohrmodul 10 gelangt.
  • 4 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, insbesondere einen Otto-Motor in einem Kraftfahrzeug, mit eingebundenem Luftmodul bei Benzindirekteinspritzung.
  • Der Aufbau der in 4 abgebildeten Brennkraftmaschine entspricht weitgehend dem Aufbau in 2. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in dem in 4 dargestellten Luftmodul 5 die Reihenfolge der elektrischen Drosselklappe 6, des elektrisch betriebenen Ladeluftverdichters 7 und des Ladeluftkühlers 8 entsprechend der 3 geändert. Die Luft passiert diese Bauteile in dem Luftmodul 5 in der Reihenfolge elektrisch betriebener Ladeluftverdichter 7, Ladeluftkühler 8 und Drosselklappe 6, bevor sie in das Saugrohrmodul 10 gelangt.
  • Die in 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen in vorteilhafter Weise ein schnelles Ansprechverhalten bei einem schnellen Öffnen der Drosselklappe 6 auf. Diese befindet sich direkt vor dem Saugrohrmodul 10, so dass nur ein geringes Volumen mit der verdichteten Luft gefüllt werden muss, bevor die verdichtete Luft in den jeweiligen Zylinder des Motors 11 gelangt. Folglich ist eine "Totzeit" nach Öffnen der Drosselklappe 6 gering.
  • 5 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Bremnkraftmaschine, insbesondere einen Otto-Motor in einem Kraftfahrzeug, mit eingebundenem Luftmodul bei Saugrohreinspritzung.
  • Der Aufbau der in 5 abgebildeten Brennkraftmaschine entspricht weitgehend dem Aufbau in 3. Im Unterschied zu der in 3 gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in der in 5 dargestellten Brennkraftmaschine die Reihenfolge des elektrisch betriebenen Ladeluftverdichters 7 und des Verdichters 24 des Abgasturboladers geändert. Nachdem die angesaugte Luft bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Durchflußmesser 27 passiert hat, wird sie in das Luftmodul 5 geleitet. Dort wird sie gegebenenfalls verdichtet durch den elektrisch betriebenen Ladeluftverdichter 7. Anschließend wird sie aus dem Luftmodul 5 herausgeführt in den Verdichter 24 des Abgasturboladers, wo sie weiter verdichtet wird. Aus dem Verdichter 24 des Abgasturboladers gelangt die Luft wieder in das Luftmodul 5, wo sie im Ladeluftkühler 8 abgekühlt wird, bevor sie die Drosselklappe 6 passiert und in das Saugrohrmodul 10 gelangt.
  • 6 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, insbesondere einen Otto-Motor in einem Kraftfahrzeug, mit eingebundenem Luftmodul bei Benzindirekteinspritzung.
  • Der Aufbau der in 6 abgebildeten Brennkraftmaschine entspricht weitgehend dem Aufbau in 4. Im Unterschied zu der in 4 gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in der in 5 dargestellten Brennkraftmaschine die Reihenfolge des elektrisch betriebenen Ladeluftverdichters 7 und des Verdichters 24 des Abgasturboladers wie in 5 geändert. Die Luft passiert die Bauteile in dieser erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in der Reihenfolge Durchflußmesser 27 (außerhalb Luftmodul 5), elektrisch betriebener Ladeluftverdichter 7 (innerhalb Luftmodul 5), Verdichter 24 des Abgasturboladers (außerhalb Luftmodul 5), Ladeluftkühler 8 (innerhalb Luftmodul 5) und Drosselklappe 6 (innerhalb Luftmodul 5), bevor sie in das Saugrohrmodul 10 (innerhalb Luftmodul 5) gelangt.
  • Die in 5 und 6 dargestellten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen in vorteilhafter Weise eine Dynamiksteigerung auf. Die Drosselklappe 6 befindet sich direkt vor dem Saugrohrmodul 10, so dass nur ein geringes Volumen mit der verdichteten Luft gefüllt werden muss, bevor die verdichtete Luft in den jeweiligen Zylinder des Motors 11 gelangt. Folglich ist eine "Totzeit" nach Öffnen der Drosselklappe 6 gering. Ferner sind die in 5 und 6 gezeigten Ausführungsformen vorteilhaft hinsichtlich der notwendigen Leistungsaufnahme des elektrisch betriebenen Ladeluftverdichters 7. Durch die Anordnung des Verdichters 24, der bei der Verdichtung die Luft erwärmt, nach dem elektrisch betriebenen Ladeluftverdichter 7, gelangt kühlere Luft in den elektrisch betriebenen Ladeluftverdichter 7. Folglich ergibt sich für diesen eine geringere Leistungsaufnahme als bei einer Anordnung in umgekehrter Reihenfolge.
    • 1
    Aufladevorrichtung
    2
    Abgastrakt
    3
    Motormanagementsystem
    4
    Kühlsystem
    5
    Luftmodul
    6
    elektrische Drosselklappe
    7
    elektrisch betriebener Ladeluftverdichter
    8
    Ladeluftkühler
    9
    elektrische Kühlmittelpumpe
    10
    Saugrohrmodul
    11
    Motor
    12
    Kraftstoffverteilerleiste
    13
    Einspritzventile
    14
    Saugrohr
    15
    Druck- und Temperatursensoren
    16
    Temperatursensor
    17
    Kühlmittelleitungen
    18
    Kühlflüssigkeitsleitungen
    19
    erster Kühler
    20
    zweiter Kühler
    21
    Fahrtwind
    22
    Lüfter
    23
    weitere Kühlmittelleitungen
    24
    Verdichter des Abgasturboladers
    25
    Turbine des Abgasturboladers
    26
    Luftfilter
    27
    Durchflußmesser
    28
    Sensoren
    29
    Meßdaten des Durchflußmessers
    30
    Ansteuerung des Verdichters des Abgasturboladers
    31
    Steuerung des Öffnungsquerschnitts der elektrischen Drosselklappe
    32
    Ansteuerung des elektrisch betriebenen Ladeluftverdichters
    33
    Steuerung der elektrischen Kühlmittelpumpe
    34
    Steuerung der Kraftstoffeinspritzung
    35
    Meßdaten der Druck- und Temperatursensoren
    36
    Steller

Claims (10)

  1. Brennkraftmaschine mit einer Aufladevorrichtung (1), einem Abgastrakt (2), einem Motormanagementsystem (3) und einem Kühlsystem (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladevorrichtung (1) ein Luftmodul (5) umfaßt, das eine elektrische Drosselklappe (6), einen elektrisch betriebenen Ladeluftverdichter (7), einen Ladeluftkühler (8), eine elektrische Kühlmittelpumpe (9) und ein Saugrohrmodul (10) in einem gemeinsamen Luftmodulgehäuse kompakt zusammenfaßt.
  2. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftmodul (5) Sensoren (15, 16) enthält.
  3. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Drucksensor und eine Temperaturmodellierung oder mindestens ein Temperatursensor (15) zur Überwachung des Ladeluftkühlers (8) dienen.
  4. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlsystem (4) einen Motorkühlkreislauf und einen Ladeluftkühlkreislauf umfaßt, wobei der Ladeluftkühlkreislauf mit einer elektrischen Kühlmittelpumpe (9) verbunden ist und zur Kühlung des Ladeluftkühlers (8) mit einem Kühlmittel dient.
  5. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Motorkühlkreislauf und der Ladeluftkühlkreislauf mit je einem zugehörigen Kühler (19, 20) verbunden sind.
  6. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ladeluftkühlkreislauf der elektrische Ladeluftverdichter (7) mit dem Kühlmittel gekühlt wird.
  7. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Brennkraftmaschine mit Saugrohreinspritzung ein Saugrohrmodul (10) in das Luftmodul (5) integriert ist, das ein Saugrohr (14), eine Kraftstoffverteilerleiste (12) und Einspritzventile (13) umfaßt.
  8. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladevorrichtung (1) einen Verdichter (24) eines Laders umfaßt.
  9. Verfahren zur Kühlung eines Ladeluftkühlers (8) in einer Brennkraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelzufuhr zu dem Ladeluftkühler (8) durch ein in dem Motormanagementsystem (3) enthaltenes Steuergerät über die Förderleistung der elektrischen Kühlmittelpumpe (9) geregelt wird.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine die Kühlmittelzufuhr kleiner ist als bei betriebswarmer Brennkraftmaschine.
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