DE10125335A1 - Brennkammerdruckschutzvorrichtung und -verfahren für einen turboaufgeladenen Verbrennungsmotor - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung (11) zum Regeln des Spitzendrucks in der Brennkammer (46) eines turboaufgeladenen Diesellokomotivenmotors (12) ist offenbart. Ein Druckablassventil (56) ist in dem Verdichterauslass stromabwärts von dem Turbolader (18) angeordnet. Das Ablassventil (56) ist betriebfähig, um eine gewählte Menge (58) verdichteter Luft (24), die durch den Verdichterabschnitt (20) des Turboladers (18) erzeugt wurde, abzulassen. Die Betätigung des Ventils (56) kann eine Funktion des Drucks der verdichteten Luft (24), und/oder eines Krümmerlufttemperatursignals (52) und eines Kraftstoffeinspritzzeitabstimmungssignals (40) sein. Ein Betätigungsglied (60), das an dem Ventil (56) angebracht ist, spricht auf ein Ventilpositionssignal (62) an, das durch einen Regler (38) erzeugt wird, der die geeigneten Eingänge und eine programmierte logische Fähigkeit hat.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein den Bereich von Schienenlokomotiven und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schützen eines turboaufgeladenen Lokomotivendieselmotors vor einem übermäßig hohen Druck in der Brennkammer.

Es ist bekannt, dass ein übermäßig hoher Druck in der Brennkammer eines Verbrennungsmotors Schäden an den Verbrennungsmotorkolben, den Zylinderköpfen und anderen Bauteilen verursachen kann. Der Spitzenbrennkammerdruck ist eine Funktion des Verbrennungsprozesses und des Zustands der eintretenden Verbrennungsluft. Der Betrieb eines Turboladers erhöht den Spitzenbrennkammerdruck durch Erhöhen der Temperatur und des Drucks der eintretenden Luft.

Es gibt viele bekannte Anordnungen nach dem Stand der Technik zum Begrenzen des Brennkammerdrucks. Das US-Patent 4,655,040, das am 7. April 1987 auf Parker erteilt wurde, offenbart ein Ablassventil (Überschussschieberventil) zum Vorbeileiten eines Teils des Motorabgases um den Turbinenabschnitt eines Turboladers, um den Betrag der Druckverstärkung zu begrenzen, die durch den Verdichterabschnitt des Turboladers vorgesehen wird. Überschussschieberventile sind insbesondere deshalb teuer, da sie ausgelegt sein müssen, um in einer rauen Umgebung des Abgassystems zu arbeiten.

Das US-Patent 4,557,111, das am 10. Dezember 1985 auf Haussmann et al. erteilt wurde, offenbart ein Regelsystem zum Einkuppeln und Auskuppeln des Betriebs eines Turboladers. Die Vorrichtung von Haussmann ist insbesondere für Anwendungen nützlich, bei denen die Drosselstellung des Motors häufig variiert wird. Es ist nicht wünschenswert, ein System einzusetzen, das den Turbolader zyklisch für Anwendungen an- und abschaltet, bei denen der Motor für längere Zeiträume bei einer gleichbleibenden Drehzahl arbeitet, wie zum Beispiel bei Lokomotivenanwendungen.

Das US-Patent 4,434,761, das am 6. März 1984 auf Ludwig erteilt wurde, lehrt eine Kraftstoffdurchflusseinstellvorrichtung, die die Kraftstoffdurchflussrate des Kraftstoffs zu einem Dieselmotor verringert, wenn ein Krümmereinlassluftdruck größer als ein vorbestimmter Wert ist, um den Motor vor einem Zustand der Überverstärkung zu schützen. Es ist nicht wünschenswert, ein Regelsystem einzusetzen, das den Kraftstoffdurchfluss zu einem Lokomotivenmotor verringert, da die Gesamtleistungserzeugung eines Motors eine primäre Betriebsüberlegung ist.

Das US-Patent 5,782,092, das am 21. Juli 1998 auf Schultalbers et al. erteilt wurde, beschreibt eine Regelanordnung für einen Turbolader mit einer variablen Turbinengeometrie zum Regeln des Ausgangsdrucks des Verdichterabschnitts des Turboladers.

Turbolader mit variabler Turbinengeometrie sind teuer und primär bei Anwendungen nützlich, bei denen die Motordrehzahl oft variiert werden muss und bei denen die Beschleunigung des Fahrzeugs eine primäre Überlegung ist. Die Vorrichtung von Schultalbers ist als solche insbesondere für eine Anwendung in einem turboaufgeladenen Diesellokomotivenmotor nicht gut geeignet.

Somit gibt es insbesondere den Bedarf für ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schützen eines turboaufgeladenen Diesellokomotivenmotors vor einem übermäßig hohen Brennkammerdruck. Ein derartiges System sollte vorzugsweise einfach und kostengünstig sein und sollte die Leistungsabgabe des Motors nicht verringern.

Dem gemäß ist hier eine Leistungseinheit für eine Lokomotive beschrieben, die folgendes aufweist: einen Dieselmotor mit einem Einlasskrümmer zum Aufnehmen komprimierter Luft und einem Abgaskrümmer; einem Turbolader mit einem Turbinenabschnitt, der mit dem Abgaskrümmer verbunden ist, und einem Verdichterabschnitt, der einen Auslass hat, der mit dem Einlasskrürnmer verbunden ist, wobei der Turbolader betriebsfähig ist, um komprimierte Luft an dem Einlasskrürnmer mit einem Einlasskrümmerluftdruck bereitzustellen; und einem Ablassventil, das in Fluidverbindung zwischen dem Turboladerauslass und dem Einlasskrümmer steht und betriebsfähig ist, um eine gewählte Menge der verdichteten Luft im Ansprechen auf den Einlasskrümmerluftdruck zur Atmosphäre abzulassen.

Ein Verfahren zum Schützen eines turboaufgeladenen Diesellokomotivenmotors vor dem übermäßig hohen Brennkammerdruck wird ebenso hier beschrieben, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Ermitteln eines zulässigen Brennkammerdrucks für den turboaufgeladenen Dieselmotor; Ermitteln eines ersten Druckanstiegs in der Brennkammer über den ersten Druckanstieg als eine Funktion der Krümmerlufttemperatur; Ermitteln eines zweiten Druckanstiegs in der Brennkammer über den Einlasskrümmerluftdruck als Funktion einer Zeitabstimmung der Kraftstoffeinspritzung in die Brennkammer; Ermitteln eines Programmeinlasskrümmerluftdrucks als Funktion des zulässigen Brennkammerdrucks, des ersten Druckanstiegs und des zweiten Druckanstiegs; Vergleichen des Programmeinlasskrümmerluftdrucks mit dem Ist-Einlasskrümmerluftdruck zum Ermitteln eines Regeldruckdifferenzials; und Regeln des Einlasskrümmerluftdrucks als Funktion des Regeldruckdifferenzials.

Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden genauen Beschreibung der Erfindung klar, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird:

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Leistungseinheit einer Lokomotive einschließlich eines turboaufgeladenen Dieselmotors mit einem Ablassventil, das betriebsfähig ist, um einen Teil der von dem Turbolader erzeugten verdichteten Luft auszustoßen,

Fig. 2 ist ein logisches Diagramm für den Betrieb des Ablassventils von Fig. 1,

Fig. 3 ist ein alternatives logisches Diagramm für den Betrieb des Ablassventils von Fig. 1.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Lokomotivenleistungseinheit 10. Die Leistungseinheit 10 weist einen Dieselmotor 12 mit einem Einlasskrümmer 14 und einem Abgaskrümmer 16 auf. Ein Turbolader 18 mit einem Verdichterabschnitt 20 und einem Turbinenabschnitt 22 ist betriebsfähig, um an dem Einlasskrümmer 14 verdichtete Luft 24 für die Verbrennung innerhalb des Motors 12 bereitzustellen. Der Turbinenabschnitt 22 des Turboladers 18 ist mit dem Abgaskrümmer 16 zum Entnehmen von Energie aus dem Abgas 26 zum Drehen einer Welle 28 verbunden, die mit dem Verdichterabschnitt 20 verbunden ist. Der Verdichterabschnitt 20 saugt Umgebungsluft 30 durch ein Filter 32 an und stellt verdichtete Luft 24 durch einen Auslass 34, der mit dem Wärmetauscher 36 verbunden ist, und dann an dem Einlasskrümmer 14 bereit. Die verdichtete Luft 24 wird durch den Verdichtungsprozess auf eine erhöhte Temperatur erwärmt, und daher wird sie durch einen Wärmetauscher 36 geführt, um ihre Temperatur vor der Zufuhr in den Motor 12 zu verringern. Der Wärmetauscher 36 kann jede Form eines Zwischenkühlers oder eines Nachkühlers sein, wie er nach dem Stand der Technik bekannt ist, und er ist typischerweise ein Luft-Wasser-Wärmetauscher, der das Motorkühlmittel einsetzt, um die Wärme von der verdichteten Luft 24 zu entnehmen.

Die Vorrichtung von Fig. 1 weist ebenso einen Regler 38 auf, der vorteilhaft ein elektronischer Kraftstoffeinspritzregler für den Motor 12 sein kann. Der Regler 38 nimmt ein Drosselstellsignal 40 von einer bedienergeregelten Drossel 42 auf und beinhaltet ein Schaltsystem 43, das betriebsfähig ist, ein Zeitabstimmungssignal 44 zum Regeln des Betriebs der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 45 zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennkammern 46 des Motors 12 zu regeln. Der Regler 38 nimmt ebenso als Eingänge ein Einlasskrümmerluftdrucksignal 48, das durch den Druckwandler 50 erzeugt wird, und ein Einlasskrümmerlufttemperatursignal 52 auf, das durch einen Temperatursensor 54 erzeugt wird.

Die Leistungseinheit 10 weist ebenso eine Vorrichtung 11 zum Regeln des Spitzendrucks in der Brennkammer 46 des Motors 12 auf, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Ein Ventil 56 ist in Fluidverbindung zwischen dem Turboladerauslass 34 und dem Wärmetauscher 36 verbunden und betriebsfähig, wenn es offen ist, um einen gewählten Teil 58 der verdichteten Luft 24 zu der Umgebungsatmosphäre abzulassen. Durch Verringern der Menge der verdichteten Luft 24, die für den Motor 12 bereit gestellt wird, arbeitet das Ablassventil 56, um den Einlasskrümmerluftdruck zu verringern, und daher um den Spitzendruck in der Brennkammer 46 zu verringern. Vorteilhaft ist das Ventil 46 in der Strömung der Verbrennungsluft 24 an einer Position stromaufwärts von dem Wärmetauscher 36 angeordnet, wodurch der Wärmeabfuhrbedarf an dem Wärmetauscher 36 ebenso verringert wird, wenn sich das Ventil 56 in einer offenen Position befindet. Die Position des Ventils 56 wird durch ein Betätigungsglied 60 beeinflusst. In einem besonders einfachen Ausführungsbeispiel kann die Kombination des Ventils 56 und des Betätigungsglieds 60 ein Federablassventil sein, das direkt auf den Druck der verdichteten Luft 24 anspricht. Wenn in einem derartigen Ausführungsbeispiel der Druck der verdichteten Luft 24 einen vorbestimmten Wert übersteigt, wird er die Federkraft, die das Ventil in einer geschlossenen Position hält, übersteigen. Wenn der Druck der verdichteten Luft 24 das Ventil 56 zum Öffnen zwingt, wird ein Teil 58 der verdichteten Luft 24 zu der Atmosphäre austreten, wodurch die Masse und der Druck der verdichteten Luft, die der Brennkammer 46 zugeführt wird, sinkt und der Spitzendruck in der Kammer 46 während der Verbrennung verringert wird. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Betätigungsglied 60 ein Leistungsbetätigungsglied sein, wie zum Beispiel ein pneumatisches oder ein elektrisches Betätigungsglied. In diesem Ausführungsbeispiel spricht das Betätigungsglied 60 auf ein Ventilpositionssignal 62 an, das als ein Ausgang des Reglers 38 erzeugt wird, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird.

Fig. 2 stellt ein logisches Diagramm dar, das innerhalb des Reglers 38 als Hardware, Software oder Firmware ausgeführt werden kann. Der Regler 38 nimmt als Eingang das Krümmerlufttemperatursignal 52 auf. Ein Zeitabstimmungssignal 44, das die Zeitabstimmung des Betriebs der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 45 darstellt, kann dem Regler 38 zugeführt werden, oder wird vorzugsweise innerhalb des Reglers 38 für die separate Kraftstoffeinspritzregelfunktion berechnet. Es ist möglich, den polytropen Druckanstieg in der Brennkammer 46, insbesondere den Anstieg des Drucks aufgrund der Verdichtungswirkung des sich nach oben bewegenden Kolbens in dem Zylinder, zu ermitteln. Der Druckanstieg wird eine Funktion der Einlasskrümmerlufttemperatur sein. Die Beziehung zwischen der Einlasskrümmerlufttemperatur und dem Anstieg des Brennkammerdrucks wird eine motorspezifische Funktion sein, die durch bekannte Modellierungstechniken und/oder empirische Techniken ermittelt werden kann. Eine derartige Beziehung kann in den Regler 38 programmiert werden, so dass der polytrope Druckanstieg in der Brennkammer 46 über den Einlasskrümmerluftdruck als Funktion der Krümmerlufttemperatur 52 bei Schritt 60 von Fig. 2 ermittelt werden kann. In ähnlicher Weise ist es möglich, den Druckanstieg in der Brennkammer 46 über den polytropen Druckanstieg zu berechnen oder zu messen, der sich aus der Verbrennung des Kraftstoffs in der Brennkammer 46 ergibt. Dieser Druckanstieg ist eine Funktion der Zeitabstimmung der Kraftstoffeinspritzung in die Brennkammer 46. Diese Beziehung kann ebenso in den Regler 38 programmiert werden, so dass der Druckanstieg als Funktion der Zeitabstimmung bei Schritt 62 von Fig. 2 berechnet werden kann. Ein zulässiger Brennkammerdruck kann für jede bestimmte Motorauslegung auf der Grundlage der Auslegungsparameter des Motors ermittelt werden. Der zulässige Druck kann ein fester Maximalwert sein oder er kann ein Zielbereich sein, der eine gewünschte Höhe der Motorleistungsfähigkeit bereitstellt. Der zulässige Brennkammerdruck kann bei Schritt 64 von Fig. 2 als ein fester Wert ermittelt werden, oder er kann als eine Funktion des Drosselstellsignals 40 berechnet werden, da bei einigen Anwendungen der gewünschte zulässige Druck während verschiedener Motorbetriebsbedingungen variieren kann. Mit der Kenntnis des zulässigen Drucks von Schritt 64 ist es möglich, bei Schritt 66 einen Programmeinlasskrümmerluftdruck als Funktion des zulässigen Brennkammerdrucks von Schritt 64, des Druckanstiegs aufgrund der Verdichtung von Schritt 60 und des Druckanstiegs aufgrund der Verbrennung von Schritt 62 zu ermitteln. Alternativ kann der Programmeinlasskrümmerluftdruck bei Schritt 66 direkt als Funktion der Krümmerlufttemperatur von Schritt 52, des zulässigen Spitzenzylinderdrucks von Schritt 64 und eines Einspritzstartzeitabstimmungssignals von Schritt 44 ermittelt werden. Das kann durch Einarbeiten der Beziehungen zwischen der MAT (Krümmerlufttemperatur) und einer Zeitabstimmung zu dem Druckanstieg innerhalb der funktionalen Beziehung erzielt werden, die programmiert ist, um Schritt 66 zu erzielen. Der Programmeinlasskrümmerluftdruck 66 kann dann mit dem Ist- Einlasskrümmerluftdruck 48 verglichen werden. Der Einlasskrümmerluftdruck kann dann als Funktion dieses Vergleichs geregelt werden, wie zum Beispiel durch Erzeugen eines Ventilpositionssignals 62 als eine Funktion der Differenz dieser Werte durch den Regler 38. Wenn der Programmkrümmerluftdruck geringer als der Ist-Krümmerluftdruck bei Schritt 68 ist, kann das Ventilpositionssignal 62 so erzeugt werden, dass sich das Ablassventil 56 bei Schritt 70 öffnet. Wenn der Programmkrümmerluftdruck größer als der Ist-Krümmerluftdruck ist, wie bei Schritt 72 ermittelt ist, kann das Ventilpositionssignal 62 so erzeugt werden, dass sich das Ablassventil bei Schritt 74 schließt. Sollte der Programmkrümmerluftdruck gleich dem Krümmerluftdruck sein oder innerhalb eines annehmbaren Bereichs des Krümmerluftdrucks liegen, kann das Ventil 56 an seiner vorliegenden Position wie bei Schritt 76 gehalten werden. Der Regler 38 kann programmiert sein, um die Schritte von Fig. 2 periodisch zu wiederholen, um die Position des Ventils 56 im Ansprechen auf Änderungen der Drosselposition, der Umgebungslufttemperatur oder des Umgebungsluftdrucks oder anderer in Wechselbeziehung stehender Variablen nachzustellen. Das Ablassventil 56 kann geregelt werden, um sich in einem einzelnen Schritt, in zuwachsenden Schritten oder auf eine vollständig proportionale Weise in Abhängigkeit von den Systemauslegungserfordernissen und den Fähigkeiten des Betätigungsglieds 60 zu öffnen und zu schließen.

Fig. 3 ist ein alternatives logisches Diagramm, das in dem Regler 38 ausgeführt werden kann, um zu den Schritten 70, 74, 76 zum Regeln der Position des Ventils 56 zu gelangen. In diesem logischen Diagramm wird der Ist-Brennkammerdruck bei Schritt 78 ermittelt. Der Ist-Brennkammerdruck kann empirisch gemessen werden oder er kann als eine Funktion des Einlasskrümmerluftdrucks 48 und der Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung 44 berechnet werden. Wie vorstehend diskutiert ist, sind diese Beziehungen motorsspezifisch und können durch den Regler 38 berechnet werden oder durch Einsetzen von vorprogrammierten Nachschlagtabellen ermittelt werden. Um diese Regelungslogik weitergehend zu verfeinern, kann die Krümmerlufttemperatur 52 ebenso in Schritt 78 zum Ermitteln des Ist-Brennkammerdrucks eingesetzt werden. Der Ist-Brennkammerdruck wird dann mit dem zulässigen Brennkammerdruck von Schritt 64 in den Schritten 80, 82 verglichen, um zu einem der drei alternativen Regelvorgänge 70, 74, 76 zu gelangen. Wie in Fig. 2 kann Schritt 64 von Fig. 3 das Ermitteln eines zulässigen Brennkammerdrucks als eine Funktion eines Drosselstellsignals 40 für den Motor 12 enthalten.

Der Regler 38 kann vorteilhaft innerhalb eines vorhandenen elektronischen Kraftstoffeinspritzreglers einer Lokomotive ausgeführt werden. Derartige Kraftstoffeinspritzregler weisen logische Fähigkeiten und Berechnungsfähigkeiten auf und können als ein programmierter Logikregler, ein Mikroprozessor oder ein PC ausgeführt werden. Derartige vorhandene elektronische Kraftstoffeinspritzregler haben typischerweise Eingänge für den Einlasskrümmerluftdruck und für Temperatursignale 48, 52 und für ein Drosselstellsignal 40. Derartige vorhandene Hardware weist typischerweise ein Kraftstoffeinspritzzeitabstimmungssignal 44 als ein Ausgang auf. Daher kann die zusätzliche Logik, die zur Erzeugung des Ventilpositionssignals 62 notwendig ist, günstig durch zusätzliche Programmierung von Software oder Firmware innerhalb des Reglers 38 eingeschlossen werden. Das Ventilpositionssignal 62 kann programmiert werden, um auf das Einlasskrümmerluftdrucksignal 48 und das Zeitabstimmungssignal 44 anzusprechen. Das Ventilpositionssignal 62 kann weitergehend so programmiert sein, um auf das Einlasskrümmerlufttemperatursignal 52 und/oder das Drosselpositionssignal 40 anzusprechen. Der Regler 38 kann programmiert sein, um ein Fehlersignal vorzusehen, um das Ventil 56 bei einer Systemfehlfunktion, wie zum Beispiel einem defekten Sensor oder einem Kabelbruch usw., zu schließen.

In einem besonders einfachen Ausführungsbeispiel kann ein Mittel zum Erfassen des Einlasskrümmerluftdrucks und ein Mittel zum Ablassen eines gewählten Teils der verdichteten Luft zu der Atmosphäre im Ansprechen auf den Einlasskrümmerluftdruck, der einen vorbestimmten Wert übersteigt, beide als ein Ablassventil 56 ausgeführt sein, das durch ein Federbetätigungsglied 60 geregelt wird. Es ist anzumerken, dass die gestrichelte Linie 67 in Fig. 2 den logischen Pfad darstellt, dem für ein derartiges Ausführungsbeispiel gefolgt würde. Für dieses Ausführungsbeispiel wäre das logische Zuführen und Einschließen des Schritts 66 nicht notwendig und das Ventil 56 würde selbst funktionieren, um einen zulässigen MAP (zulässigen Krümmerluftdruck) mit einem Ist-MAP (Ist-Krümmerluftdruck) vergleichen, um sich entsprechend selbst neu zu positionieren. Eine verfeinerte Regelung kann durch Vorsehen von elektronischen Mitteln zum Erfassen des Einlasskrümmerluftdrucks, wie zum Beispiel eines Sensors 50, und eines elektronischen Mittels zum Ablassen eines gewählten Teils 58 der verdichteten Luft 24 erhalten werden. Eine derartige verfeinerte Vorrichtung kann einen Regler 38, ein elektronisches oder pneumatisches Betätigungsglied 60 und ein Ventilpositionssignal 62 aufweisen. Eine weitergehende Verfeinerung kann durch Zufügen von Mitteln zum Erfassen der Einlasskrümmerlufttemperatur, wie zum Beispiel eines Sensors 54, und durch Variieren des Drucks erzielt werden, bei dem sich das Ventil 56 als Funktion der Einlasskrümmerlufttemperatur öffnet. Ein derartiges Mittel zum Variieren des Öffnungsdrucks für das Ventil 56 kann geeignet als Programmanweisungen in dem Regler 38 ausgeführt werden. Des weiteren kann der vorbestimmte Druck, bei dem das Ventil 56 geöffnet wird, auch als eine Funktion der Einstellung der Drossel 42 durch Programmieren von Instruktionen innerhalb des Reglers 38 ausgeführt werden, um auf das Drosselpositionssignal 40 anzusprechen.

In einem hypothetischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann ein luftbetriebenes Ablassventil 56 an einem turboaufgeladenen Diesellokomotivenmotor 12 verwendet werden, um die Fähigkeit des Ablassens von 5 psig der verdichteten Luft 24 vorzusehen, die von dem Turbolader 18 erzeugt wird. Unter der Annahme, dass ein Verdichtungsverhältnis von 13 : 1, ein Anfangsdruck in der Brennkammer beim Einlassventilschließen von 30 psig und ein polytroper Koeffizient von 1,4 vorliegt, würde der Spitzenbrennkammerdruck 950 psig aufgrund der polytropen Verdichtung bei geschlossenem Ventil 56 betragen. Wenn das Ablassventil 56 offen ist und in der Lage, den Einlasskrümmerluftdruck um 5 psig bis 25 psig abzulassen, würde der Spitzenbrennkammerdruck aufgrund der polytropen Verdichtung auf 790 psig verringert. Der Druckanstieg aufgrund der Verbrennung kann ebenso bei diesem Beispiel verringert werden, wobei die spezifische Verringerung, die erzielt wird, eine Funktion von den Kraftstoffeinspritzparametern des bestimmten Motors ist. Es kann des weiteren angenommen werden, dass die Verringerung des Brennkammerdrucks für einen Motor mit einem höheren Verdichtungsverhältnis bedeutsamer ist.

Während die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung hier gezeigt und beschrieben sind, ist es offensichtlich, dass derartige Ausführungsbeispiele nur beispielhaft vorgesehen sind. Zahlreiche Abwandlungen, Änderungen und Ersetzungen werden dem Fachmann möglich sein, ohne von der Erfindung abzuweichen. Demgemäß ist beabsichtigt, dass die Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Somit ist die Vorrichtung 11 zum Regeln des Spitzendrucks in der Brennkammer 46 eines turboaufgeladenen Diesellokomotivenmotors 12 ist offenbart. Das Druckablassventil 56 ist in dem Verdichterauslass stromabwärts von dem Turbolader 18 angeordnet. Das Ablassventil 56 ist betriebsfähig, um eine gewählte Menge 58 der verdichteten Luft 24, die durch den Verdichterabschnitt 20 des Turboladers 18 erzeugt wurde, abzulassen. Die Betätigung des Ventils 56 kann eine Funktion des Drucks der verdichteten Luft 24 und/oder des Krümmerlufttemperatursignals 52 und des Kraftstoffeinspritzzeitabstimmungssignals 40 sein. Das Betätigungsglied 60, das an dem Ventil 56 angebracht ist, spricht auf das Ventilpositionssignal 62 an, das durch den Regler 38 erzeugt wird, der die geeigneten Eingänge und eine programmierte logische Fähigkeit hat.

Claims (17)

1. Verfahren zum Schützen eines turboaufgeladenen Diesellokomotivenmotors (12) vor einem übermäßig hohen Brennkammerdruck, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Ermitteln (64) eines zulässigen Brennkammerdrucks für den turboaufgeladenen Dieselmotor;
Ermitteln (60) eines ersten Druckanstiegs in der Brennkammer über einen Einlasskrümmerluftdruck als Funktion der Krümmerluftftemperatur (52);
Ermitteln (62) eines zweiten Druckanstiegs in der Brennkammer über den ersten Druckanstieg als eine Funktion einer Zeitabstimmung (44) einer Kraftstoffeinspritzung in die Brennkammer;
Ermitteln (66) eines Programmeinlasskrümmerluftdrucks als eine Funktion des zulässigen Brennkammerdrucks, des ersten Druckanstiegs und des zweiten Druckanstiegs; und
Vergleichen (68, 72) des Programmeinlasskrümmerluftdrucks mit einem Ist-Einlasskrümmerluftdrucks zum Regeln (70, 74, 76) des Einlasskrümmerluftdrucks.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt des Ermittelns des zulässigen Brennkammerdrucks für den turboaufgeladenen Dieselmotor als eine Funktion einer Drosselstellung (40) für den Motor.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor einen Turbolader (18) zum Bereitstellen verdichteter Luft (34) an einem Einlasskrümmer (14) des Motors aufweist; und
dass der Schritt des Regelns des Einlasskrümmerluftdrucks des weiteren folgendes aufweist:
Vorsehen eines Ablassventils (56) in Fluidverbindung mit dem Einlasskrümmer, wobei das Ablassventil betriebsfähig ist, um eine gewählte Menge (58) der verdichteten Luft zu der Atmosphäre abzulassen; und
Vorsehen eines Betätigungsglieds (60), das an dem Ablassventil angebracht ist, wobei das Betätigungsglied betriebsfähig ist, um das Ablassventil im Ansprechen auf das Ergebnis im Schritt des Vergleichens des Programmeinlasskrümmerluftdrucks mit dem Ist- Einlasskrümmerluftdruck zu positionieren.

4. Verfahren zum Betreiben eines Diesellokomotivenmotors (12), der Motor einen Turbolader (18) zum Bereitstellen verdichteter Luft (34) an einem Einlasskrümmer (14) des Motors hat, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Ermitteln (64) eines zulässigen Brennkammerdrucks für den Motor;
Ermitteln (78) des Ist-Brennkammerdrucks;
Vergleichen (80, 82) des Ist-Brennkammerdrucks mit dem zulässigen Brennkammerdruck; und
Regeln (70, 74, 76) eines Einlasskrümmerdrucks als eine Funktion der Ergebnisse von dem Schritt des Vergleichens des Ist-Brennkammerdrucks mit dem zulässigen Brennkammerdruck.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, gekennzeichnet durch den Schritt des Ermittelns (78) des Ist-Brennkammerdrucks als eine Funktion des Einlasskrümmerluftdrucks (48), der Einlasskrümmerlufttemperatur (52) und der Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung (44).

6. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ermittelns eines zulässigen Brennkammerdrucks des weiteren das Ermitteln eines zulässigen Brennkammerdrucks als eine Funktion einer Drosselstellung (40) für den Motor aufweist.

7. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Regelns des Einlasskrümmerdrucks des weiteren folgendes aufweist:
Vorsehen eines Ventils (56) in Fluidverbindung zwischen dem Turbolader und dem Einlasskrümmer, wobei das Ventil betriebsfähig ist, um eine gewählte Menge (58) der verdichteten Luft zu der Atmosphäre abzulassen; und
Regeln der Position des Ventils als Funktion des Ergebnisses des Schritts des Vergleichens.

8. Verfahren gemäß Anspruch 4, gekennzeichnet durch den Schritt des Ermittelns (78) des Ist-Brennkammerdrucks als eine Funktion des Einlasskrümmerluftdrucks (48) und der Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung (44).

9. Lokomotivenleistungseinheit (10) mit:
einem Dieselmotor (12) mit einem Einlasskrümmer (14) zum Aufnehmen verdichteter Luft (34) und einem Abgaskrümmer (16);
einem Turbolader (18) mit einem Turbinenabschnitt (22), der mit dem Abgaskrümmer (16) verbunden ist, und einem Verdichterabschnitt (20), der einen Auslass (34) hat, der mit dem Einlasskrürnmer verbunden ist, wobei der Turbolader betriebsfähig ist, um verdichtete Luft (34) an dem Einlasskrümmer mit einem Einlasskrümmerluftdruck bereit zu stellen; und
einem Ablassventil (56), das in Fluidverbindung zwischen dem Turboladerauslass und dem Einlasskrümmer steht und betriebsfähig ist, um eine gewählte Menge (58) der verdichteten Luft zu der Atmosphäre im Ansprechen auf den Einlasskrümmerluftdruck abzulassen.

10. Leistungseinheit gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablassventil ein Federablassventil aufweist, das auf den Druck der verdichteten Luft anspricht.

11. Leistungseinheit gemäß Anspruch 9, wobei das Ablassventil ein Regelventil mit einem Betätigungsglied (60) aufweist, gekennzeichnet durch
einen Regler (38), der einen ersten Eingang (48) entsprechend einem Einlasskrümmerluftdruck und einen zweiten Eingang (44) entsprechend einer Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung für den Motor hat und als Ausgang ein Ventilpositionssignal (62), wobei der Ausgang auf den ersten Eingang und den zweiten Eingang anspricht; und
wobei das Betätigungsglied auf das Ventilpositionssignal anspricht.

12. Leistungseinheit gemäß Anspruch 11, gekennzeichnet durch
den Regler, der einen dritten Eingang (52) hat, der der Einlasskrümmerlufttemperatur entspricht; und
wobei der Ausgang auf den ersten Eingang, den zweiten Eingang und den dritten Eingang anspricht.

13. Leistungseinheit gemäß Anspruch 11, gekennzeichnet durch
den Regler, der einen dritten Eingang (40) hat, der der Drosselposition (42) entspricht; und
wobei der Ausgang auf den ersten Eingang, den zweiten Eingang und den dritten Eingang anspricht.

14. Leistungseinheit gemäß Anspruch 9, gekennzeichnet durch
einen Wärmetauscher (36), der zwischen dem Verdichterabschnitt und dem Einlasskrümmer angeordnet ist, wobei der Wärmetauscher betriebsfähig ist, um die verdichtete Luft zu kühlen;
wobei das Ablassventil in Fluidverbindung zwischen dem Turboladerauslass und dem Wärmetauscher steht.

15. Vorrichtung (11) zum Regeln des Drucks in der Brennkammer (46) eines turboaufgeladenen Lokomotivenmotors (12), wobei der Motor einen Turbolader (18) hat, der mit einem Einlasskrümmer (14) des Motors zum Bereitstellen von verdichteter Luft (34) an einem Einlasskrümmerluftdruck verbunden ist, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist:
Mittel (50) zum Erfassen des Einlasskrümmerluftdrucks; und
Mittel (56) zum Ablassen eines gewählten Teils der verdichteten Luft zu der Atmosphäre im Ansprechen auf den einen vorbestimmten Wert übersteigenden Einlasskrümmerluftdruck.

16. Vorrichtung gemäß Anspruch 15, gekennzeichnet durch
Mittel (54) zum Erfassen einer Einlasskrümmerlufttemperatur; und
Mittel (38, 60) zum Variieren eines vorbestimmten Werts als Funktion der Einlasskrümmerlufttemperatur.

17. Vorrichtung gemäß Anspruch 15, gekennzeichnet durch
Mittel (40) zum Erfassen einer Drosselstellung für den Motor; und
Mittel (38, 60) zum Variieren des vorbestimmten Werts als Funktion der Einlasskrümmerlufttemperatur.