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EP0095789B1 - Verfahren und Einrichtung zur Steuerung der Rezirkulation von Abgas in einem Druckwellenlader für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Steuerung der Rezirkulation von Abgas in einem Druckwellenlader für einen Verbrennungsmotor Download PDF

Info

Publication number
EP0095789B1
EP0095789B1 EP83200493A EP83200493A EP0095789B1 EP 0095789 B1 EP0095789 B1 EP 0095789B1 EP 83200493 A EP83200493 A EP 83200493A EP 83200493 A EP83200493 A EP 83200493A EP 0095789 B1 EP0095789 B1 EP 0095789B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
duct
pressure wave
air
wave supercharger
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
EP83200493A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0095789A1 (de
Inventor
Andreas Mayer
Ibrahim El-Nashar
Fritz Spinnler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BBC Brown Boveri AG Switzerland
Original Assignee
BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BBC Brown Boveri AG Switzerland filed Critical BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority to AT83200493T priority Critical patent/ATE16626T1/de
Publication of EP0095789A1 publication Critical patent/EP0095789A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0095789B1 publication Critical patent/EP0095789B1/de
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00—Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/32—Engines with pumps other than of reciprocating-piston type
    • F02B33/42—Engines with pumps other than of reciprocating-piston type with driven apparatus for immediate conversion of combustion gas pressure into pressure of fresh charge, e.g. with cell-type pressure exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/40—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with timing means in the recirculation passage, e.g. cyclically operating valves or regenerators; with arrangements involving pressure pulsations

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for controlling the recirculation of exhaust gas in a pressure wave charger for an internal combustion engine according to the preamble of claims 1 and 5.
  • a primary i.e. That is, recirculation of exhaust gas into the compressed charge air, which functions without additional devices, by mixing air and exhaust gas at the separating front of the two media in the pressure wave charger can be arranged in a certain speed and load range of the engine, for example in the center of gravity of a driving cycle, by arranging the Reach control edges where the relaxed exhaust gas in the low-pressure section is not completely flushed out. The portion of the exhaust gas that is not flushed out is compressed in the high-pressure section together with the fresh air and enters the engine with it.
  • This primary recirculation control via the control edge geometry worsens the effectiveness of the high-pressure side and also the idling properties. Since this recirculation control takes place via the low-pressure flushing, it is also influenced by the low-pressure resistances, which change over time, particularly due to filter contamination. can change.
  • this solution has the disadvantage that the difference between charge air pressure and high pressure exhaust gas and also the boost pressure are reduced due to the removal of high pressure exhaust gas. In this way, however, the degree of recirculation can be better adapted to the respective operating state of the engine than by primary exhaust gas recirculation alone.
  • FIG. 1 shows a part of the developed central section through the rotor space and the adjacent channels in the air or gas housing of a pressure wave charger for a diesel engine.
  • the rotor space is denoted by 1, one of the two high and low pressure exhaust gas channels, namely 4 and 5, or high and low pressure exhaust gas channels, namely 4 and 5, or high and low pressure air channels 6 and 7, are respectively from the gas housing 2 and the air housing 3 shown.
  • the arrow 8 indicates the direction of rotation of the rotor, the arrows 9, 10, 11 and 12 the flow directions of the high-pressure exhaust gas coming from the engine, the compressed high-pressure air pushed out of the rotor, i. i.e., the charge air, the low-pressure exhaust gas exhausting from the rotor or the low-pressure air flowing into the rotor, i.e. that is, the intake air.
  • This degree of recirculation can be influenced by arranging baffles 13 or 14 either in the low-pressure air duct 7 or in the low-pressure exhaust gas duct 5 or in both ducts.
  • baffles 13 or 14 either in the low-pressure air duct 7 or in the low-pressure exhaust gas duct 5 or in both ducts.
  • both an intake damper 13 in the low-pressure air duct 7 and an exhaust damper 14 in the low-pressure exhaust gas duct 5 are provided.
  • the axes of rotation 15, 16 of these baffles lie in the middle of the baffles or the cross sections of the channels.
  • Other flap arrangements or types of throttles, such as rotary valves or the like, are of course also possible, but they should deteriorate the intake resistance or the exhaust resistance as little as possible compared to the resistance of the free channels when the opening is fully open.
  • baffles which, as said, can be provided in one or in both channels, is explained with reference to FIG. 2, in which two rotor cells 17 are entered in the rotor space, the illustration of which has been omitted in FIG. 1.
  • the baffles 13, 14 are omitted in FIG. 2.
  • the dashed line 18 represents the course of the separating front as it forms from the high-pressure area between the high-pressure exhaust gas duct 4 and the high-pressure air duct 6 when there is no recirculation of exhaust gas.
  • the separating front 18 then remains in the high-pressure region and in its further course until it enters the region of the low-pressure channels 5 and 7 always within the rotor space 1. It is therefore possible, provided that the mixing zone in the region of the separating front remains narrow, that no exhaust gas enter duct 6, i.e. the charge air.
  • the degree of recirculation can be increased and its course can be controlled in the engine map.
  • the intake air flow in channel 7 is throttled by the baffle flap 13 and / or the baffle flap 14 in channel 5, the exhaust gases are prevented from being flushed out, so that the separating front 21 which now occurs takes place in the low pressure region from the fork point 19 to the dotted line. It therefore remains in the rotor space after leaving the low-pressure area, i. i.e., in the rotor cells. This means that exhaust gas, together with the intake air, reaches the high-pressure area, where it is compressed together with the air and fed into the internal combustion engine.
  • the separating front 21 between the sucked-in air and the exhaust gas to be recirculated remains until it enters the next high-pressure region, approximately as in the upper part of FIG. 2, and is then pushed against and into the high-pressure air duct by the front of the high-pressure exhaust gases. Since a pressure wave machine generally has two high and two low pressure parts, the separating front 21 entered in the lower part of FIG. 2 does not originate from the low pressure part 5 + 7 in the upper part of FIG. 2, but from the second, not shown, low pressure part, while the upper part Separating front 21 merges into the second high pressure part, not shown.
  • FIG. 3 A block diagram of a pressure wave charger with controllable recirculation is shown in FIG. 3.
  • 22 designate an intake air filter, 23 an intake silencer, 24 the pressure wave charger, 25 an exhaust silencer, 26 the intake line, 27 the exhaust line, 28 the high-pressure exhaust line, 29 the charge air line, 30 an intake port upstream of the air filter 22, in which the intake air side damper 31 is provided .
  • this could also be arranged immediately before the junction of the low-pressure air duct in the rotor space, but also at any other point between the filter and the inlet of the intake air that is more convenient for installation, maintenance or actuation linkage the rotor space.
  • a compensation element such as a pressure cell, can be provided in the actuating linkage for the storage flap, as will be shown later.
  • the control for the storage flap will preferably be designed so that the flap is fully open when idling and in the upper load range and from a certain speed. Only a primary recirculation is effective in these areas.
  • FIG. 4 shows an ideal recirculation map, wherein in the hatched area, the so-called “recirculation island 32, the swivel angle ⁇ , see FIG. 6, the baffle flap can be constant or can be controlled in order to obtain the desired course of the degree of recirculation.
  • the mussel curve 33 applies to constant recirculation.
  • the flap is opened and closed using a speed sensor that controls the flap so that recirculation in the upper speed range is reduced.
  • FIG. 7 schematically shows a device for controlling the flap position in a diesel engine as a function of the accelerator pedal position to compensate for a change in the intake resistance depending on the degree of contamination of the air filter and the speed.
  • the intake air line 34 is flowed through in the direction indicated by the two flow arrows 35, i. that is, the damper 36 is in front of the air filter 37.
  • the stowage flap 36 is actuated in the desired load or speed-dependent manner by the gas linkage 38, 39 via a resilient element installed between the rods 40, 41 in the form of a pressure can 42 shown in the secondary figure. In the main figure, this pressure can 42 is shown schematically as a spring.
  • the double arrow 44 indicates this relationship.
  • the adjustment of the flap 36 as would occur with a rigid connection of the gas linkage to the flap, is overlaid by the pressure cell 42, a correction movement which compensates for a change in the intake resistance as a result of filter contamination and / or a change in speed.
  • the housing of the pressure cell 42 is connected to the rod 40 and its spring-loaded membrane 43, which is pressurized on both sides, is rigidly connected to the rod 41.
  • the static pressures P vK and PIK in the intake air line upstream or downstream of the flap 36 can be used to apply the membrane 43.
  • a different pressure difference preferably in the suction area of the pressure wave charger, could also prove useful for this.
  • the compensation of a change in the intake resistance can also be achieved by a pressure cell 45, in which the pressure difference between the ambient air and the intake air line 49 after the air filter 46 is used to compensate for the change in the intake resistance, for which purpose a pressure decrease line 50 between the spring-loaded Top of the pressure cell 45 and the intake air line 49 is provided behind the filter.
  • a stop that limits the flap pivoting angle so that the intake air line can never be completely closed.
  • a stop will preferably be provided as close as possible to the valve axis.
  • Another advantageous measure for this purpose is. to connect the flap to the sniffer valve, which allows the engine to draw the combustion air directly from the atmosphere during the start-up period, so that the latter is opened when the damper is closed.
  • Another option is to use a return spring that swings the flap back to the fully open position in the event of an accident.
  • Simpler measures are to provide the flap with holes or to only dimension it so large that it still keeps part of the cross section of the intake air line free at the largest possible swivel angle.

Landscapes

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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Steuerung der Rezirkulation von Abgas in einem Druckwellenlader für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 5.
  • Es ist üblich, bei Verbrennungsmotoren zur Verringerung der Schadstoffemission, insbesondere des Anteils der Stickoxide und Kohlenwasserstoffe, bei Verbrennungsmotoren der Verbrennungsluft Abgas beizumischen, und zwar bei Saugmotoren der Ansaugluft und bei Ladermotoren der verdichteten Ladeluft.
  • Bei dieser Rückführung oder Rezirkulation eines Teiles der Abgase in die Verbrennungsluft stellt sich bei allen Laderbauarten das Problem der günstigsten Dosierung des rückzuführenden Abgasanteils in Abhängigkeit von der Belastung des Motors.
  • Eine primäre, d. h., ohne Zusatzeinrichtungen funktionierende Rezirkulation von Abgas in die verdichtete Ladeluft durch die Vermischung von Luft und Abgas an der Trennfront der beiden Medien im Druckwellenlader lässt sich in einem bestimmten Drehzahl- und Lastbereich des Motors, beispielsweise im Schwerpunktsbereich eines Fahrzyklus, durch eine Anordnung der Steuerkanten erreichen, bei der im Niederdruckteil das entspannte Abgas nicht vollständig ausgespült wird. Der nicht ausgespülte Anteil des Abgases wird im Hochdruckteil zusammen mit der Frischluft verdichtet und gelangt mit dieser in den Motor. Durch diese primäre Rezirkulationssteuerung über die Steuerkantengeometrie werden die Wirksamkeit der Hochdruckseite und auch die Leerlaufeigenschaften verschlechtert. Da diese Rezirkulationssteuerung über die Niederdruckspülung erfolgt, wird sie auch von den Niederdruckwiderstanden beeinflusst, die sich im Laufe der Zeit, namentlich wegen Filterverschmutzung. ändern können.
  • Zur Verbesserung des Rezirkulationsverlaufes über den ganzen Betriebsbereich von Druckwellenladern sind verschiedene Lösungen vorgeschlagen worden, z. B. durch die CH-PS 552 135. Diese beschreibt ein Verfahren und eine Einrichtung, bei der neben der primären Abgasrückführung zwecks Steuerung der Rezirkulation über den ganzen Lastbereich eine sekundäre Abgasrückführung vorgesehen ist. Dabei wird nach den Fig. 7 und 8 dieser Patentschrift Abgas aus dem Abgashochdruckkanal 5 abgezweigt und an mindestens einer Stelle, an der die Zellen des Läufers mit Luft gefüllt sind, direkt in den Druckwellenprozess eingeführt. Die dafür benötigten Elemente komplizieren jedoch den Lader bzw. wirken beim Einbau in das Fahrzeug störend. In thermodynamischer Hinsicht hat diese Lösung den Nachteil, dass wegen der Entnahme von Hochdruckabgas die Differenz von Ladeluftdruck und Hochdruckabgas und auch der Ladedruck verringert werden. Es gelingt aber auf diese Weise eine bessere Anpassung des Rezirkulationsgrades an den jeweiligen Betriebszustand des Motors als durch eine primäre Abgasrückführung allein.
  • Die vorliegende, im kennzeichnenden Teil der Patentansprüche 1 und 5 definierte Erfindung entstand aus der Aufgabe, die Nachteile der vorstehend skizzierten, bekannten Lösungen bei möglichst geringem baulichen Aufwand zu vermindern. Insbesondere sollte sie folgende Forderungen erfüllen :
    • Die Erhöhung der Rezirkulation darf die Effizienz des Druckwellenprozesses hochdruckseitig nur geringfügig verschlechtern,
    • die hochdruckseitige Druckdifferenz und die Höhe des Ladedrucks sollen unabhängig von Rezirkulationskriterien optimiert werden können,
    • der Rezirkulationsgrad soll unabhängig von den Erfordernissen des Leerlaufbetriebs optimierbar sein, und
    • der Rezirkulationsgrad soll unabhängig vom Ansaugwiderstand konstant bleiben, beispielsweise bei Verschmutzung des Filters.
  • Diese Ziele der Erfindung werden erreicht allein durch eine Steuerung der niederdruckseitigen Spülung, wobei aber die für bestmögliche Aufladung günstigste Steuerkantengeometrie beibehalten werden kann.
  • Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. In diesen stellen dar :
    • Figur 1 schematisch die prinzipiellen Elemente für die Steuerung des Rezirkulationsgrades,
    • Figur 2 den Verlauf der Trennfronten mit und ohne Rezirkulationssteuerung,
    • Figur 3 ein Blockdiagramm einer Druckwellenmaschine mit steuerbarer Rezirkulation,
    • Figur 4 ein Rezirkulationskennfeld,
    • Figur 5 ein Steuerdiagramm für den Rezirkulationsgrad,
    • Figur 6 die Definition für den Klappenwinkel, und die
    • Figur 7 und 8 schematisch Prinzip zweier möglicher Einrichtungen für eine Steuerung des Rezirkulationsgrades.
  • . Die schematische Darstellung von Fig. 1 zeigt einen Teil des abgewickelten Mittelschnittes durch den Rotorraum und die angrenzenden Kanäle im Luft- bzw. Gasgehäuse eines Druckwellenladers für einen Dieselmotor. Der Rotorraum ist mit 1 bezeichnet, vom Gasgehäuse 2 und vom Luftgehäuse 3 ist je einer der beiden Hoch- und Niederdruckabgaskanäle, nämlich 4 und 5, bzw. Hoch- und Niederdruckabgaskanäle, nämlich 4 und 5, bzw. Hoch- und Niederdruckluftkanäle 6 und 7 gezeigt. Der Pfeil 8 deutet die Drehrichtung des Rotors an, die Pfeile 9, 10, 11 und 12 die Strömungsrichtungen des aus dem Motor kommenden Hochdruckabgases, der aus dem Rotor ausgeschobenen, verdichteten Hochdruckluft, d. h., der Ladeluft, des aus dem Rotor auspuffenden Niederdruckabgases bzw. der in den Rotor einströmenden Niederdruckluft, d. h., der Ansaugluft.
  • Der Grundgedanke der Erfindung besteht nun darin, den Verlauf des Rezirkulationsgrades in Abhängigkeit vom Lastzustand durch Aenderung des Ansaugwiderstandes im Niederdruckluftkanal 7 (= Ansaugluftkanal) und/oder des Auspuffwiderstandes im Niederdruckabgaskanal 5 (= Auspuffkanal) über den ganzen Betriebsbereich in der gewünschten Weise zu steuern.
  • Diese Beeinflussung des Rezirkulationsgrades gelingt durch Anordnung von Stauklappen 13 bzw. 14 entweder im Niederdruckluftkanal 7 oder im Niederdruckabgaskanal 5 oder in beiden Kanälen. Im Schema der Fig. 1 ist sowohl eine Ansaugstauklappe 13 im Niederdruckluftkanal 7 als auch eine Auspuffstauklappe 14 im Niederdruckabgaskanal 5 vorgesehen. Die Drehachsen 15, 16 dieser Stauklappen liegen in der Mitte der Stauklappen bzw. der Querschnitte der Kanäle. Andere Klappenanordnungen bzw. Drosselbauarten, wie Drehschieber oder dergl. sind näturlich auch möglich, doch sollen sie bei voller Oeffnung den Ansaugwiderstand bzw. auch den Auspuffwiderstand gegenüber dem Widerstand der freien Kanäle möglichst wenig verschlechtern.
  • Die Wirkung solcher Stauklappen, die, wie gesagt in einem oder in beiden Kanälen vorgesehen werden können, sei anhand der Fig. 2 erläutert, in der im Rotorraum zwei Rotorzellen 17 eingetragen sind, auf deren Darstellung in Fig. 1 verzichtet wurde. Der Uebersichtlichkeit halber sind in Fig. 2 hingegen die Stauklappen 13, 14 weggelassen.
  • In Fig. 2 stellt die eng strichlierte Linie 18 den Verlauf der Trennfront dar, wie sie sich vom Hochdruckbereich zwischen dem Hochdruckabgaskanal 4 und dem Hochdruckluftkanal 6 ausbildet, wenn dort keine Rezirkulation von Abgas auftritt. Die Trennfront 18 verbleibt dann im Hochdruckbereich und in ihrem weiteren Verlauf bis zum Eintritt in den Bereich der Niederdruckkanäle 5 und 7 immer innerhalb des Rotorraums 1. Es kann also, unter der idealisierenden Voraussetzung, dass die Mischzone im Bereich der Trennfront schmal bleibt, kein Abgas in den Kanal 6, also in die Ladeluft, eintreten. Ab dem Gabelungspunkt 19 des Verlaufes der Trennfront 18 biegt diese in den Niederdruckabgaskanal 5, also in den Auspuff, ein, was bedeutet, das die Ansaugluft die Abgase vollständig ausspült und mit einem geringen, durch einen Strömungspfeil 20 angedeuteten Anteil zusammen mit den Abgasen den Druckwellenlader verlässt. Es findet also bei diesen Verhältnissen theoretisch keine Rezirkulation statt. Praktisch wird aber ein Druckwellenlader so ausgelegt, dass ein Teil der erwähnten Mischzone in einem gewissen Lastbereich in den Hochdruckluftkanal 6 hinein gelangt, was die eingangs erwähnte primäre Abgasrezirkulation ergibt.
  • Mit den beiden Stauklappen 13.14. siehe Fig. 1, oder einer derselben kann der Rezirkulationsgräd verstärkt und dessen Verlauf im Motorkennfeld gesteuert werden. Bei einer Drosselung des Ansaugluftstromes im Kanal 7 durch die Stauklappe 13 und/oder die Stauklappe 14 im Kanal 5 wird die Ausspülung der Abgase behindert, so dass die sich jetzt einstellende Trennfront 21 im Niederdruckbereich vom Gabelungspunkt 19 an den punktiert gezeichneten Verlauf nimmt. Sie verbleibt also nach Verlassen des Niederdruckbereiches im Rotorraum, d. h., in den Rotorzellen. Damit gelangt Abgas zusammen mit der Ansaugluft in den Hochdruckbereich, wo sie zusammen mit der Luft verdichtet und in den Verbrennungsmotor gefördert wird.
  • Die Trennfront 21 zwischen der angesaugten Luft und dem rückzuführenden Abgas bleibt bis zum Eintritt in den nächsten Hochdruckbereich etwa wie im oberen Teil der Fig. 2 erhalten und wird dann von der Front der Hochdruckabgase gegen und in den Hochdruckluftkanal abgedrängt. Da eine Druckwellenmaschine im allgemeinen zwei Hoch- und zwei Niederdruckteile hat, stammt die im unteren Teil der Fig. 2 eingetragene Trennfront 21 nicht vom Niederdruckteil 5 + 7 im oberen Teil der Fig. 2, sondern vom zweiten, nicht dargestellten Niederdruckteil, während die obere Trennfront 21 in den zweiten, nicht dargestellten Hochdruckteil übergeht.
  • Ein Blockdiagramm eines Druckwellenladers mit steuerbarer Rezirkulation ist in Fig. 3 dargestellt. Darin bezeichnen 22 einen Ansaugluftfilter, 23 einen Ansaugschalldämpfer, 24 den Druckwellenlader, 25 einen Auspuffschalldämpfer, 26 die Ansaugleitung, 27 die Auspuffleitung, 28 die Hochdruckabgasleitung, 29 die Ladeluftleitung, 30 einen dem Luftfilter 22 vorgeschalteten Ansaugstutzen, in dem die ansaugluftseitige Stauklappe 31 vorgesehen ist. Diese könnte, wie beispielsweise in Fig. 1 gezeigt, auch unmittelbar vor der Einmündung des Niederdruckluftkanals in den Rotorraum angeordnet sein, aber ebenso an beliebiger anderer, für den Einbau, die Wartung oder das Betätigungsgestänge günstiger Stelle zwischen dem Filter und dem Eintritt der Ansaugluft in den Rotorraum.
  • Die Anordnung einer Stauklappe 31 gemäss Fig. 3 vor dem Filter 22 ergibt eine ausreichend lange Beruhigungsstrecke für die nach Passieren der Stauklappe verwirbelte Ansaugluft.
  • Um den bei einer Verschmutzung des Luftfilters 22 zunehmenden Ansaugwiderstand zu kompensieren, kann, wie später gezeigt wird, im Betätigungsgestänge für die Stauklappe ein Kompensationsglied, etwa eine Druckdose, vorgesehen werden.
  • Die Steuerung für die -Stauklappe wird man vorzugsweise so auslegen, dass die Klappe im Leerlauf und im oberen Lastbereich sowie ab einer bestimmten Drehzahl ganz geöffnet ist. In diesen Bereichen ist dann also nur eine primäre Rezirkulation wirksam. Die Fig. 4 zeigt ein ideales Rezirkulationskennfeld, wobei im schraffierten Bereich, der sogenannten « Rezirkulationsinsel 32, der Schwenkwinkel a, siehe Fig. 6, der Stauklappe konstant sein oder gesteuert werden kann, um den gewünschten Verlauf des Rezirkulationsgrades zu erhalten. Die Muschelkurve 33 gilt für eine konstante Rezirkulation.
  • Praktisch wichtige Möglichkeiten der Klappensteuerung sind beispielsweise :
    • Die Stauklappe wird über das Gaspedal mechanisch in zwei Stellungen gebracht, und zwar in die voll geöffnete in einem gewissen unteren Lastbereich einschliesslich Leerlauf und in einem oberen Lastbereich bis Vollast sowie in eine zweite, teilgeöffnete Stellung, beispielsweise mit einem Klappenwinkel von 60°. wie es im Oeffnungsdiagramm der Fig. 5 dargestellt ist, wo die Ordinate den in der Fig. 6 definierten Stauklappenwinkel und die Abszisse die Last bzw. die davon abhängige Gaspedalstellung darstellen.
  • Das Oeffnen und Schliessen der Klappe erfolgt über einen Drehzahlgeber, der die Klappe so steuert, dass die Rezirkulation im oberen Drehzahlbereich reduziert wird.
  • Steuerung der Klappe in Abhängigkeit vom Grad der primären Rezirkulation.
  • Die Fig. 7 zeigt schematisch eine Einrichtung zur Steuerung der Klappenstellung bei einem Dieselmotor in Abhängigkeit von der Gaspedalstellung zur Kompensation einer vom Verschmutzungsgrad des Luftfilters und der Drehzahl abhängigen Aenderung des Ansaugwiderstandes.
  • Die Ansaugluftleitung 34 wird dabei in der durch die beiden Strömungspfeile 35 angedeuteten Richtung durchströmt, d. h., dass die Stauklappe 36 vor dem Luftfilter 37 liegt. Die Stauklappe 36 wird in der gewünschten last- oder drehzahlabhängigen Weise vom Gasgestänge 38, 39 über ein zwischen den Stangen 40, 41 eingebautes federndes Element in Form einer in der Nebenfigur dargestellten Druckdose 42 betätigt. In der Hauptfigur ist diese Druckdose 42 schematisch als Feder dargestellt. Der Doppelpfeil 44 weist auf diesen Zusammenhang hin. Der Verstellung der Klappe 36, wie sie sich bei einer starren Verbindung des Gasgestänges mit der Klappe einstellen würde, wird durch die Druckdose 42 eine Korrekturbewegung überlagert, die eine Aenderung des Ansaugwiderstandes infolge einer Filterverschmutzung und/oder Drehzahländerung kompensiert. Das Gehäuse der Druckdose 42 ist mit der Stange 40 und ihre federbelastete, beiderseitig druckbeaufschlagte Membran 43 ist mit der Stange 41 starr verbunden.
  • Für die Beaufschlagung der Membran 43 kommen beispielsweise die statischen Drücke PvK und PIK in der Ansaugluftleitung vor bzw. hinter der Klappe 36 in Frage. Es könnte sich aber auch eine andere Druckdifferenz, vorzugsweise im Ansaugbereich des Druckwellenladers, hiefür als brauchbar erweisen.
  • Nach Fig. 8 kann die Kompensation einer Aenderung des Ansaugwiderstandes auch durch eine Druckdose 45 erreicht werden, bei der die Druckdifferenz zwischen der Umgebungsluft und der Ansaugluftleitung 49 nach dem Luftfilter 46 zur Kompensation der Aenderung der Ansaugwiderstandes benutzt wird, wozu eine Druckabnahmeleitung 50 zwischen der federbelasteten Oberseite der Druckdose 45 und der Ansaugluftleitung 49 hinter dem Filter vorgesehen ist.
  • Zu den Fig. 1 und 2 wäre noch zu erwähnen, dass die schrägverlaufenden Vollinien im Rotorraum Verdichtungswellen und die schrägverlaufenden strichlierten Linien die Expansionswellen des Druckwellenprozesses darstellen.
  • Um zu verhindern, dass bei einem unprogrammgemässen Schliessen einer Stauklappe als Folge einer Havarie im Betätigungsgestänge die Durchströmung und damit Kühlung des Rotors ausfällt, was zur Zestörung des Laders führen könnte, sind Massnahmen vorzusehen, die eine solche Gefährdung verhindern, z. B. ein Anschlag, der den Klappenschwenkwinkel so begrenzt, dass die Ansaugluftleitung nie ganz geschlossen werden kann. Einen solchen Anschlag wird man vorzugsweise möglichst nahe der Klappenachse vorsehen. Eine weitere vorteilhafte Massnahme für diesen Zweck besteht darin. die Klappe mit dem Schnüffelventil, durch das der Motor in der Anfahrperiode die Verbrennungsluft direkt aus der Atmosphäre ansaugen kann, so zu verbinden, dass letzteres bei geschlossener Stauklappe geöffnet wird. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung einer Rückholfeder, die die Klappe im Havariefall in die voll geöffnete Stellung zurückschwenkt.
  • Einfachere Massnahmen bestehen darin, die Klappe mit Löchern zu versehen oder sie nur so gross zu bemessen, dass sie beim grösstmöglichen Schwenkwinkel noch immer einen Teil des Querschnittes der Ansaugluftleitung frei hält.
  • Das für die Stauklappe in einem Niederdruckluftkanal oder in einer Ansaugluftleitung bezüglich der Steuerung oder Regelung und der Kompensation infolge von Druckänderungen im angesaugten Luftstrom gesagte gilt sinngemäss auch für eine allein oder in Verbindung mit einer Luftstauklappe vorgesehene Auspuffstauklappe im Niederdruckabgaskanal bzw. in der Auspuffleitung.

Claims (12)

1. Verfahren zur Steuerung der Rezirkulation von Abgas in einem Druckwellenlader für einen Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf des Rezirkulationsgrades in Abhängigkeit vom Lastzustand des Verbrennungsmotors durch Aenderung des Widerstandes im Niederdruckleitungssystem des Druckwellenladers gesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand im Ansaugluftkanal geändert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand im Auspuffkanal geändert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Widerstand im Ansaugluftkanal als auch der Widerstand im Auspuffkanal geändert wird.
5. Druckwellenlader zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Einrichtung zur Rezirkulationssteuerung der Abgase, mit einem Rotorgehäuse, das einen mit axial durchströmten Zellen versehenen Rotor (1) aufnimmt, einem Luftgehäuse (3) mit einem Zuströmkanal (7) für die Ansaugluft und einem Abströmkanal (6) für die verdichtete Ladeluft, ferner mit einem Gasgehäuse (2) mit einem Zuströmkanal (4) für die Hochdruckabgase und einem Abströmkanal (5) für die Auspuffgase, wobei der Zuströmkanal (4) für die Hochdruckabgase und der Abströmkanal (6) für die Ladeluft die Hochdruckseite und der Abströmkanal (6) für die Ladeluft die Hochdruckseite und der Abströmkanal (5) für das Aspuffgas und der Zuströmkanal (7) für die Ansaugluft die Niederdruckseite des Druckwellenladers bilden, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem der Kanäle (5, 7 ; 34 : 49) der Niederdruckseite eine Stauklappe (14 und/oder 13 ; 36: 48) vorgesehen ist und dass die Stauklappe mit einer Betätigungseinrichtung (38 bis 43 ; 45, 50) für die Steuerung oder Regelung des Rezirkulationsgrades in Wirkverbindung steht.
6. Druckwellenlader nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl im Abströmkanal (5) für die Auspuffgase als auch im Zuströmkanal (7) für die Ansaugluft eine Stauklappe (14 bzw. 13) vorgesehen ist.
7. Druckwellenlader nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nur im Abströmkanal (5) für die Auspuffgase eine Stauklappe (14) vorgesehen ist.
8. Druckwellenlader nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nur im Ansaugluftkanal (34 ; 49) eine Stauklappe (36 ; 48) vorgesehen ist und diese Stauklappe in Strömungsrichtung vor dem Luftfilter (37 ; 46) angeordnet ist.
9. Druckwellenlader nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung für die Stauklappe (36) bzw. die Stauklappen aus einem mit dem Regelgestänge des Motors verbundenen Gestänge besteht.
10. Druckwellenlader nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine auf die Betätigungseinrichtung einwirkende Kompensationseinrichtung (42; 45) zum Ausgleich der Wirkung von Druckänderungen in der Ansaugluftleitung (34; 49).
11. Druckwellenlader nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationseinrichtung eine Druckdose (42), die von den Drücken vor und hinter der Stauklappe (36) in der Ansaugluftleitung (34) beaufschlagbar ist, sowie ein Gestänge (40, 41) aufweist, das die Druckdose (42) mit dem Gestänge (38, 39) der Betätigungseinrichtung kinematisch koppelt.
12. Druckwellenlader nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationseinrichtung aus einer in das Betätigungsgestänge eingeschalteten Druckdose (45) besteht, deren Membran vom atmosphärischen Luftdruck und vom Druck hinter einem Luftfilter (46) in der Ansaugluftleitung (49) beaufschlagbar ist.
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