BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Leistungsregelung eines abgasaufgeladenen Verbrennungsmotors gemass Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Sie bezieht sich ebenfalls auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei der Leistungsregelung eines mit einem Abgasturbolader ausgerüsteten Fahrzeug-Verbrennungsmotors mit Mengen regelung (Ottomotor) wird zumindest im Aufladebereich ein Überdruck im Ansaugsystem des Motors erzeugt. Durch die Drosselung der Ansaugleitung wird im Saugbereich des Motors das vom Fahrer verlangte Motordrehmoment eingestellt. Der Überdruck im Ansaugsystem des Motors ist allein durch das Energieangebot an der ungeregelten Abgasturbine bzw. durch den maximal zulässigen Ladedruck bestimmt.
Der maximal zulässige Ladedruck wird vom Abgasbypass gesteuert.
Verfahren und Einrichtungen zur Leistungsregelung der eingangs genannten Art sind bereits bekannt. Eine Ausführung ist beispielsweise in der MTZMotortechnische Zeitschrift 44(1983)4, Seite 117 bis 120 gezeigt und beschrieben. Diese Einrichtung zur Leistungsregelung besteht aus einem mit einer Membran und einer vorgespannten Schraubenfeder ausgerüsteten Bypassventil sowie einer Steuerdruckleitung, wobei die Steuerdruckleitung den Ladeluftkanal des Motors mit einer Druckkammer des
Bypassventils verbindet.
Bei der Auslegung des Bypassventils ist der vorgegebene Vollastladedruck massgebend, wobei die umgeleitete Abgasmenge mit der steigenden Motorleistung steigt.
Bei dem beschriebenen Regelverfahren ist der im Verdichter erzeugte Überdruck von der durch die Abgasturbine stömenden Teilmenge des Abgases abhängig. Bei Teillast im Ladebereich muss ein Teil des Abgases durch das Bypassventil in die Auspuffleitung freigelassen werden. Die Drosselung des Abgases im Bypassventil hat eine Erhöhung der Gaswechselverluste und damit verbundene Leistungseinbusse zur Folge.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Leistungsregelung eines abgasaufgeladenen Verbrennungsmotors der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher die Gaswechselverluste im ganzen Ladebereich auf ein Minimum beschränkt werden.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass das Verhalten des Motors in bezug auf Drehmomentverlauf und Beschleunigungsvermögen im Ladebereich wesentlich verbessert ist, bei gleichzeitiger Verbesserung der Wirtschaftlichkeit im Teillastbereich.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Einrichtung zur Leistungsregelung eines Ottomotors mittels verstellbarer Turbinenleitschaufeln in der Stellung für den Leerlauf des Motors;
Fig. 2 dieselbe Einrichtung in der Stellung für einen Mitteldruck entsprechend der Saugmotorvollast;
Fig. 3 dieselbe Einrichtung in der Stellung für die Vollast des Motors bei einer niedrigen Drehzhal;
Fig. 4 dieselbe Einrichtung in der Stellung für die Vollast des Motors bei einer hohen Drehzhal.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Strömungsrichtung des Arbeitsmediums ist mit Pfeilen eingezeichnet. Erfindungsunwesentliche Teile wie beispielsweise Auspuffleitung des Motors und Abgasturbolader sind fortgelassen.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung ist mit 1 der Ansaugkanal eines nicht gezeigten Verbrennungsmotors bezeichnet. In dem Ansaugkanal 1 des Verbrennungsmotors ist eine Drosselklappe 2 auf bekannte Weise zentral gelagert.
Die Achse der Drosselklappe 2 ist mit einem Hebel 3 fest verbunden. Eine Druckstange 4 verbindet ein Gaspedal 5 mit einem Ladedruckregelorgan 9...16, im wesentlichen bestehend aus einem Druckgehäuse 14, einem Zwischengehäuse 15 und einem Gehäusedeckel 16. In der Druckstange 4 sind in einem zentral gelegenen Längsschlitz ein Bolzen 6 sowie eine Druckfeder 7 gleitend angeordnet. Die Druckstange 4 ist an ihrer dem Regelorgan zugewandten Seite in einer Bohrung des Gehäusedeckels 16 geführt und mit einem Druckstempel 8 versehen. Im Innern des Regelorgans sind noch eine Hülse 9, eine härtere Feder 11, eine weichere Feder 12 und eine dazwischenliegende Membran 13 angeordnet. Auf dem Gehäusedeckel 16 ist eine Anschlagstange 10 befestigt.
Das Ladedruckregelorgan 9...16 ist mittels einer Verstellstange 17 weiter mit einer Vorrichtung zur Verstellung der Turbinengeometrie 18...22 des Abgasturboladers verbunden.
Die Vorrichtung 18...22 besteht im wesentlichen aus einem Kranz verstellbarerTurbinenleitschaufeln 21. Auf jeder par allel zur Turbinenachse angeordneten Schaufelachse 22 ist ein mit der Schaufel 21 fest verbundenes Zahnradsegment 20 angeordnet. Alle Zahnradsegmente 20 stehen mit einem mit innerer Verzahnung versehenen Zahnkranz 18 im Eingriff, welcher über den Hebel 19 und die Verstellstange 17 mit dem Ladedruckregelorgan 9...16 verbunden ist. Die Verstellstange 17 ist in einer Durchführung der Membran 13 mit dieser fest verbunden und im Druckgehäuse 14 sowie in der Hülse 9 gleitend geführt. Mit A ist die Zuströmrichtung des Motorabgases zum Turbolader und mit B der Ladeluft zum Motor bezeichnet. Mit C ist die Anschlussstelle eines Steuerdrucks im Druckgehäuse 14 und mit D eine Entlüftung auf Umgebungsdruck bezeichnet.
Die Wirkungsweise der Regeleinrichtung geht aus folgendem hervor: Die in Fig. 1 gezeigte Lage der Regeleinrichtung entspricht dem Leerlauf des Motors. Die Leitschaufeln 21 befinden sich in voll geöffneter Stellung. Bei der Betätigung des Gaspedals 5 öffnet sich zuerst die Drosselklappe 2 allmählich bis in die ganz geöffnete Lage (Fig. 2). Die relativ steife Druckfeder 7 verschiebt dabei über den Bolzen 6 den an der Welle der Drosselklappe 2 befestigten Hebel 3. Bei der vollkommen offenen Lage der Drosselklappe 2 wird eine weitere Bewegung des Hebels 3 und damit der Drosselklappe 2 wegen der Anschlagstange 10 verhindert. Der an der dem Ladedruckregelorgan 9...16 zugewandten Seite angeordnete Druckstempel 8 liegt dabei auf der Stirnfläche der Hülse 9 an.
In diesem Bereich arbeitet der Motor als Saugmotor und erreicht die volle Leistung, die ein identischer Motor ohne Turbolader erreichen würde, da die Wirkung des Abgasturboladers wegen der immer noch offenen Stellung der Leitschaufeln 21 in diesem Bereich vernachlässigbar ist. Der Druck in der Ansaugleitung 1 des Motors bleibt im ganzen Saugbereich unter dem Umgebungsdruck.
Falls mehr Drehmoment verlangt wird, wird über dem weiteren Gaspedalweg die weichere Feder 12 zusammengedrückt (Fig. 3). Das dadurch verursachte Zusammendrücken der in der Druckstange 4 angeordneten Druckfeder 7 ermöglicht in diesem Falle eine weitere Axialverschiebung der Druckstange 4 in Richtung des Ladedruckregelorganes 9...16, bei offengebliebener Drosselklappe 2. Die Druckstange 4 wirkt über den Druckstempel 8, die Hülse 9, die härtere Feder 11, die Membran 13 und die Verstellstange 17 auf die Vorrichtung zur Verstellung der Turbinengeometrie 18...22 und vermindert den Schaufelabstand Y und damit den Abgasstromsquerschnitt.
Im ganzen Ladebereich wird die Ladedruckregelung bei voll geöffneter Drosselklappe mittels der Verstellung der Turbinenleitschaufeln 21 durchgeführt. Der erzeugte Ladedruck ist in jedem Betriebspunkt dem Sollwert gleich, wodurch keine Drosselung der Ladeluft an der Drosselklappe 2 stattfindet und damit verbundene Verluste entfallen.
Da bei Teillast des Ladebereiches die Freilassung des überflüssigen Abgases durch die Turbine und nicht durch ein herkömmliches Bypassventil erfolgt, entfallen die Drosselverluste des Abgases. Dadurch wird die Ladungswechselarbeit geringer und damit der Wirkungsgrad des Motors günstiger.
In Fig. 4 ist die Vollaststellung der Einrichtung im Ladebereich bei hoher Drehzahl gezeigt. Der Steuerdruck, beispielsweise Ladedruck, der durch die Steuerdruckleitung C auf die Membran 13 wirkt ist nunmehr so hoch, dass er die härtere Feder 11 zusammendrückt, wobei die weichere Feder 12 teilweise entlastet wird. Die Verstellstange 17 verdreht den Zahnkranz 18 und verstellt die Turbinenleitschaufeln derart, dass der Abgasstromquerschnitt wieder vergrössert wird, mit der Folge, dass der Vollastladedruck unter der vorgegebenen Grenze gehalten wird.
Mit der vorgeschriebenen Massnahme ist es möglich, dass im gesamten Saugmotorbereich - wobei die Saugbetriebvollast der Ladebetriebteillast entspricht - keine Druckerhöhung im Lader erzeugt wird und dass der Druck im Ladebereich bei voll geöffneter Drosselklappe genau so geregelt wird, dass das jeweils verlangte Motordrehmoment erzeugt wird.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das in der Zeichnung gezeigte und das Beschriebene beschränkt. So kann die Kräfteübertragung vom Gaspedal zur Drosselklappe und Ladedruckregelorgan und weiter bis zur Vorrichtung zur Verstellung der Turbinenleitschaufeln 21 auch mit anderen Mitteln erfolgen, beispielsweise hydraulisch.
Darüber hinaus kann die erfindungsgemässe Regeleinrichtung in ein vollelektronisches Motor-Getriebe-System integriert werden, wobei der Fahrer mit dem Gaspedal lediglich den Leistungsbedarf eingibt. Getriebeübersetzung und Motordrehmoment werden in diesem Fall für jeden Fahrzustand optimal eingestellt.