专利名称：涡轮增压活塞式内燃机的新鲜空气供给装置及其运行方法
技术领域：
本发明涉及一种涡轮增压活塞式内燃机的新鲜空气供给装置和新鲜 空气供给方法，包括一个作为吸气管的新鲜混合气管段，它具有一个可 调的活门和用于流入的第一端部接头以及一个用于流出的第二端部接 头，在它们之间在管状壁内设置一根可摆动地支承的用于可调活门的轴， 活门为了调整而耦合在一个调整装置上，其中， 一个压缩空气接头在活 门与第二端部接头之间通过孔通入到管状内腔中。此外，本发明还涉及一种运行这种装置的方法。
技术背景带涡轮增压的活塞式内燃机一个已知的特性是，当在汽车内供气时 涡轮增压只做出有某种程度迟延的反应，因为涡轮增压器只能緩慢地增加供应的空气量，这在扭矩变化过程中称为涡轮孔(Turboloch)是已知 的。由DE-PS-39 06 312^寻知一种减小或缩短涡轮孔的方法和结构，其 中，在柴油机加速期间从压缩气罐将一定量的空气向吸气管内增压，并 且喷入的燃油量与之相适应。这种涡轮增压的柴油机特别适用于有自动 变速器和压缩空气刹车装置的市内公共汽车。市内公共汽车执行规定的 行驶循环，在这种情况下柴油机的负荷和转速过程可以准确预测，因此 可以预定送风时间和空气量。在使用于长途行驶的商用车中条件完全不 同。它们的行驶没有规则的行驶循环，有效功率在很大范围内变化以及 驾驶员的行驶方式可有巨大差异。釆用上面提到的结构和方法不能排除 这些疑难问题。发明内容本发明的目的是创造一种装置和一种方法，借助它们可使空气增压 与汽车行驶方式和有效负荷相适应，其中，装置可作为一个装配单元安 装在柴油机不同的新鲜混合气管道系统中。此目的从权利要求1前序部分所述的装置出发并结合其特征部分的特征达到。方法技术方面的目的通过权利要求5达到。从属权利要术说 明本发明有利的进一 步发展。本发明的优点源自于，在新鲜混合气管道内的一个活门电子控制地 操纵，因此，不仅如按前言提及的现有技术那样，通过新鲜混合气压力 自动操纵，而且所述的操纵由控制单元测定和电子处理，确切地说取决 于新鲜混合气压力和优选地取决于发动机参数。按本发明，压缩空气接头设有一个具有一个阀的流量调节装置，阀 具有关闭位置和任意开启位置，此外流量调节装置还有一个电/电子输入 端，它与电子控制单元的输出端连接，其中，活门调整装置的输入端与 电子控制单元的第二输出端连接，从而使流量调节装置的全关位置与活 门的全开位置相配合。优选地，电子控制单元的一些输入端与下列输出端连接第一压力传感器输出端，它的压力计设在活门与用于流入的第一端 部接头之间的管状内腔中；第二压力传感器的输出端，它的压力计设在 活门与用于流出的第二端部接头之间的管状内腔中。按本发明一项有利的设计，在电子控制单元中的扭矩需求信号可来 自以下源头加速踏板、驱动装置滑转调整装置、速度调节装置 (Tempomat)、电稳定程序、驾驶员辅助系统或其他将外部扭矩需求输 入发动机控制系统的装置。按本发明另一项有利的设计，为了通过电子控制单元直接操纵，活 门的调整装置也可以设计为位置测定传感器。此外本发明涉及一种改善有涡轮增压的汽车活塞式内燃机，尤其柴 油机，加速和排放特性的方法，其中，它的新鲜空气供给装置设有一个 压缩气罐，在压缩气罐内储存用于有控制地短时向发动机汽缸的吸气管 道内增压的压缩空气。按本发明此方法包含下列步骤-测定扭矩需求信号并将数据向电子控制单元输送，
-测定发动机特征值并将特征值向电子控制单元输送， -测定活门位置并将此值向电子控制单元输送，-测定在第 一端部接头与活门之间或第二端部接头与活门之间的新 鲜混合气管段内腔中的空气压力并将压力值向电子控制单元输送，-测定在汽缸进气门与活门之间的吸气管内腔中的空气压力并将压 值向电子控制单元输送，以及测定在活门与涡轮压缩机之间的吸气管内 腔中的空气压力并将压力值向电子控制单元输送，國在电子控制单元内处理上述数据和测量值，以提供操纵-输出信号， 用于开/关短时向吸气管内增压的压缩空气阀，-并与此同时在开始增压时朝关闭方向和在终止增压时朝开启方向 操纵活门。按方法的一项有利的设计实施方法下列附加的步骤-在控制单元内通过软件测定驾驶员期望的加速的平均频度，-空气增压的调整和活门操纵适应于测定的驾驶员期望的平均频度，以达到空气耗量保持在规定范围内，而在空气增压的持续时间内不发生突然改变。
下面借助附图表示的柴油机的一种实施例详细说明本发明。其中图1涡轮增压活塞式内燃机的新鲜空气供给装置的示意图；图2图1所示装置的新鲜混合气管段；图3从流入端看新鲜混合气管段的轴测图；图4从流出端看新鲜混合气管段的轴测图；以及图5从上方看新鲜混合气管段的轴测图。
具体实施方式
按图1，涡轮增压式柴油机2有六个直列式汽缸3，它们的吸气管4 连接在有连接法兰7的总管5上，新鲜混合气管段8将其用于流出的第 二端部接头9与连接法兰7相连。用于流入的第一端部接头IO通过管道 11与增压空气冷却器13的流出口 12接合，它的流入口 14通过管道15
与涡轮压缩机17的流出口 16接合。空气滤19通过管道20与涡轮压缩 机17的流入口 18连接。涡轮压缩机17构成废气涡轮增压器22的一部 分，它的废气涡轮23将其流入口 24连接在排气总管26的流出口 25上。 涡轮压缩机17和废气涡轮23固定在轴21上。汽缸3通过排气管27与 排气总管26相连。废气涡轮23的流出口 28与废气管29连接在一起。汽缸3的供油通过喷嘴30进行，它们的调整从电子控制单元38的 第一输出端32通过导线31实施。在电子控制单元38的输入端37上通 过导线36连接电子控制单元33的输出端34。此控制单元33设有操纵机 构，它在本实施例中设计为加速踏板35。电子控制单元38的电接头39 通过总线40与新鲜混合气管段8的电接头41连接在一起。新鲜混合气管段8有一个压缩空气接头42，它通过管道43与压缩气 罐45的出口接头44连接。压缩气罐45的供气接头46通过管道47连接 在空气压缩机49的压缩空气接头48上。在管道47内装入调压器50和 空气干燥器51。空气压缩机49有一根设有空气滤53的吸气接管52。空 气压缩机49的轴54通过皮带驱动装置55与涡轮增压式柴油机的主轴56 连接。图2详细表示新鲜混合气管段8，它设计为管状以及有第一端部接头 10和第二端部接头9，在它们之间存在一个圆形横截面的内腔57。内腔 57被壁58围绕，在其中支承并穿过活门60的轴59。活门60将内腔57 分成两部分，亦即在第一端部接头IO与活门60之间形成的流入腔61以 及在第二端部接头9与活门60之间形成的流出腔62。活门60有一个关 闭的和一个全开的位置以及在它们之间任意的位置，它们通过转动轴59 调整。在本实施例中，调整装置66设计为电动机并配备有电调整装置输 入端74和输出端65，它们相应地与电子控制单元38的总线40的接头连 接。调整装置66通过调整装置输入端74供电。从输出端65取出有关活 门60位置的信号。在第二端部接头9与活门60之间的壁58内设计一个 压缩空气流入口 67，配备有流量调节装置68的压缩空气接头42与之连 接。流量调节装置68还有一个全关位置。有一个阀70的流量调节装置 68的电控制输入端69与电子控制单元38的总线40连接。
类似地，在电子控制单元38的总线40上连接固定在壁58上的压力 传感器72的输出端71、延伸到新鲜混合气管段8流出腔62内的压力传 感器72压力计73、以及压力传感器72固定在壁58上的一个类似的接头 71和延伸到流入腔61内的压力传感器72的压力计73。装置1的工作方式如下涡轮增压式柴油机当转速恒定时通过吸气 管4、总管5、新鲜混合气管段8、管道ll、增压空气冷却器13、管道 15、涡轮压缩机17和空气滤19供给新鲜混合气。废气通过排气管27、 排气总管26、废气涡轮23和废气管29离开汽缸3。当驾驶员为了能迅速增大扭矩或发动机转速快压加速踏板35时，涡 轮增压式柴油机2需要更多燃油和更多新鲜混合气。附加的燃油导入汽 缸3内，但是由废气涡轮增压器22提供的新鲜混合气量的增加仍然不足。 新鲜混合气的压力也较低，内腔57中的压力持续地由压力计73测量并 从压力传感器72向电子控制单元38传输。在此工作状态活门60全开。 电子控制单元38确认内腔57中压力的增大不够迅速，并按控制程序规 定应实施附加的空气增压。当应开始空气增压时，控制程序有预定的与条件有关的数据。在一 开始活门60朝关闭方向转动并将压缩空气增压从压缩气罐45释放到流 出腔62内。同样由控制程序规定空气增压的持续时间，控制程序考虑到 由压力计73测得的压差和绝对压力。任何职业的长途车驾驶员或大客车驾驶员有他自己的行驶方式、期 望平均的加速度值，他使用减速器规定的换挡点，可以确定、储存并拟 定减速器特征值。这在电子控制单元38的计算设备中实施并在通过用于 空气增压的持续时间和活门操纵的软件应用在电子控制单元38中。通过 软件应防止过多消耗压缩气罐45的空气，否则对刹车安全性带来负面影 响，因为压缩气罐45是整个压缩空气系统的组成部分，其中就安全性而 言的最重要的部分是制动系统。尽管如此，在辅助加速时不允许突变。此目的原则上这样达到，即，使空气增压的持续时间和活门操纵由 控制软件调整为与驾驶员期望的频度相适应。由此将空气消耗量保持在 规定范围内，但在空气增压的持续时间内不发生突然改变。从而避免驾
驶员在辅助加速时规定一种不希望的改变，亦即减小。附图标记清单1装置26排气总管2涡轮增压式柴油机27排气管3汽缸3028流出口4吸气管29废气管5总管30喷嘴6汽釭体31导线7连接法兰32输出端8新鲜混合气管段3533专用控制单元9第二端部接头"流出"34输出端10第一端部接头"流入"35加速踏板11管道36导线12流出口37输入端13增压空气冷却器4038电子控制单元14流入口39接头15管道40总线16流出口41接头17涡轮压缩才/L42压缩空气接头18流入口4543管道19空气滤44出口接头20管道45压缩气罐21轴46供气接头22废气涡轮增压器47管道23废气涡轮5048压缩空气接头24流入口49空气压缩机25流出口50调压器 51空气干燥器63位置测定传感器52吸气接管64外表面53空气滤1565出54轴66调整装置55皮带驱动装置67压缩空气流入口56主轴68流量调节装置57内腔69电控制输入端58壁2070阀59轴71输出端60活门72压力传感器61流入腔73压力计62流出腔74调整装置输入端
权利要求
1.涡轮增压活塞式内燃机(2)的新鲜空气供给装置，包括一个作为吸气管的新鲜混合气管段(8)，它具有一个可调的活门(60)和一个用于流入的第一端部接头(10)以及一个用于流出的第二端部接头(9)，其中，活门(60)为了调整而耦合在一个调整装置(66)上，并且一个压缩空气接头(42)在活门(60)与第二端部接头(9)之间通过孔(67)通入到管状内腔(57)中，其特征为，压缩空气接头(42)与一个具有一个阀(70)的流量调节装置(68)配合作用，阀(70)具有关闭位置和任意开启位置，通过一个与电子控制单元(38)的接头(39)连接的电输入端(69)，流量调节装置是可控制的，其中活门(60)的调整装置(66)这样地由流量调节装置(68)和/或电子控制单元(38)强制操纵，使得流量调节装置(68)的全关位置与活门(60)的全开位置相配合。
2. 按照权利要求l所述的装置，其特征为，在电子控制单元(38) 的接头(39)上， 一方面连接第一压力传感器(72)的输出端(71)，它 的压力计(73)设在活门(60)与第一端部接头(10)之间的管状内腔(61)中，而另一方面连接第二压力传感器(72)的输出端(71)，它的 压力计(73)设在活门(60)与第二端部接头(9)之间的管状内腔(62) 中。
3. 按照权利要求l所述的装置，其特征为，在电子控制单元(38) 中的扭矩需求信号来自以下源头加速踏板、驱动装置滑转调整装置、 速度调节装置、电稳定程序、将外部扭矩需求输入发动机控制系统的装 置。
4. 按照权利要求l所述的装置，其特征为，为了通过电子控制单元 (38)直接操纵，调整装置(66)设计有一个位置测定传感器(63)。
5. 用于改善具有涡轮增压的汽车活塞式内燃机尤其柴油机的加速和 排放特性的方法，其中，设有一个按照前列诸权利要求之一所述的装置， 它具有一个压缩气罐，在压缩气罐内储存用于有控制地短时向发动机汽 缸的新鲜混合气管段(8)内增压的压缩空气，其特征在于下列方法步骤 -测定扭矩需求信号并将数据向电子控制单元(38)输送， -测定发动机特征值并将特征值向电子控制单元(38)输送， -测定在汽缸进气门与活门(60)之间的吸气管内腔中的空气压力并将压力值向电子控制单元(38)输送，以及测定在活门(60)与涡轮压缩机之间的吸气管内腔中的空气压力并将压力值向电子控制单元(38 )输送，画在电子控制单元(38)内处理上述数据和测量值，以提供操纵-输 出信号，用于开/关在新鲜混合气管段(8)内短时增压的阀(70),并与 此同时在开始增压时朝关闭方向和在终止增压时朝开启方向操纵活门 (60 )。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于下列方法步骤-在控制单元(38)内通过软件测定驾驶员期望的加速的平均频度，-空气增压的调整和活门操纵适应于测定的驾驶员期望的平均频度，以达到空气耗量保持在规定范围内，而在空气增压的持续时间内不发生突然改变。
全文摘要
本发明涉及一种涡轮增压活塞式内燃机(2)的新鲜空气供给装置和新鲜空气供给方法，包括一个作为吸气管的新鲜混合气管段(8)，它具有一个可调的活门(60)和一个用于流入的第一端部接头(10)以及一个用于流出的第二端部接头(9)，在它们之间在管状壁(58)内设置一根可摆动地支承的用于可调活门(60)的轴(59)，活门(60)为了调整而耦合在一个调整装置(66)上，并且一个压缩空气接头(42)在活门(60)与第二端部接头(9)之间通过孔(67)通入到管状内腔(57)中，其中，压缩空气接头(42)与一个具有一个阀(70)的流量调节装置(68)配合作用，阀(70)具有关闭位置和任意开启位置，通过一个与电子控制单元(38)的接头(39)连接的电输入端(69)，流量调节装置(68)是可控制的，其中活门(60)的调整装置(66)这样地由流量调节装置(68)和/或电子控制单元(38)强制操纵，使得流量调节装置(68)的全关位置与活门(60)的全开位置相配合。
文档编号F02B37/04GK101160460SQ200680011971
公开日2008年4月9日 申请日期2006年2月24日 优先权日2005年2月24日
发明者E·格鲁姆, H·内梅特 申请人:克诺尔商用车制动系统有限公司