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Die Erfindung betrifft ein Saugrohrmodul für einen Turbomotor, welches ein Steuerventil aufweist, mit Hilfe dessen der Verdichter eines Turboladers des Turbomotors kurzgeschlossen werden kann. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Motor und ein Fahrzeug mit einem entsprechenden Saugrohrmodul und ein Steuerventil.
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Im Stand der Technik ist es bekannt, dass der Betrieb von turboaufgeladenen Benzinmotoren, die mit einer Drosselklappe ausgestattet sind, Maßnahmen zur Geräuschminderung und zum Schutz des Turboladers erfordern. Die vom Turbolader komprimierte Luft wird einem Saugrohr des Motors zugeführt, welches die Luft den Zylindern des Turbomotors bereitstellt. Zur Regelung der zugeführten Luftmenge und damit zur Leistungsregelung des Turbomotors ist zwischen Turbolader und Saugrohr eine Drosselklappe angeordnet. Die Laufzeuge der Turbolader, welche aus Verdichterrad, Turbinenrad und Welle bestehen, besitzen eine Massenträgheit, die zu gewissen Anlauf- und Nachlaufzeiten führt. Wird die Drosselklappe infolge von Gaswegnahme vollständig geschlossen, läuft das Laufzeug des Turboladers aufgrund seiner Massenträgheit zunächst weiter. Die Folge ist ein Druckanstieg hinter dem Verdichter, welcher eine Druckwelle bewirkt, die an der Drosselklappe umkehrt und auf das sich weiterhin drehende Verdichterrad des Turboladers geleitet wird. Das Verdichterrad wird in der Folge stark abgebremst. Dieser Betrieb im Bereich oder jenseits der Pumpgrenze des Verdichterkennfeldes verursacht einerseits Störgeräusche und andererseits wird der Turbolader dabei ggf. so stark belastet, dass er zerstört werden kann. Dies gilt umso mehr bei Turboladern, die mit hohem Ladedruck arbeiten. Beim darauffolgenden Beschleunigen muss das abgebremste Laufzeug aus niedrigeren Drehzahlen beschleunigt werden, was sich durch schlechteres Ansprechverhalten äussert.
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Zur Überwindung dieses Problems sind im Stand der Technik zwei unterschiedliche Ansätze bekannt. Zum einen wird mit offenen Systemen gearbeitet, bei denen ein Überdruckventil vorhanden ist, welches den Überdruck des Verdichters in die Umgebung abbläst.
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Systeme dieser Art werden in der Fahrzeugindustrie nicht mehr angewendet, da hierbei Luft nach dem Luftmassenmesser das System verlässt und nicht für die Verbrennung verwendet wird. Dadurch wird das Luft-/Kraftstoffverhältnis unzulässig verändert.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird bei modernen turboaufgeladenen Ottomotoren ein geschlossenes Umluftsystem verwendet, wobei keine Luft die Systemgrenzen verlässt. Hierbei wird mit Hilfe eines Umluftventils der Verdichterausgang mit dem Verdichtereingang kurzgeschlossen, sodass der Turbolader einerseits nicht hochdruckseitig mit rückstauender Luft beaufschlagt und andererseits das Laufzeug nicht zusätzlich abgebremst wird.
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Zur Verwirklichung eines derartigen geschlossenen Umluftsystems sind eine Vielzahl von Bauteilen notwendig. Zur Steuerung des Umluftventils, welches den Verdichterausgang mit dem Verdichtereingang des Turboladers kurzschließt, ist im Stand der Technik ein System bekannt, welches mit einem Dreiwege-Steuerventil arbeitet, dessen einer Anschluss mit dem Umluftventil verbunden ist und das Umluftventil schalten kann, sobald die Drosselklappe geschlossen wird. Das Dreiwege-Steuerventil ist mit einem weiteren Anschluss an das Saugrohr angeschlossen und mit dem dritten Anschluss an einen Unterdruck- bzw. Vakuumbehälter, welcher seinerseits unter Zwischenschaltung eines Rückschlagventils mit dem Saugrohr verbunden ist. Je nachdem, welche zwei Wege des Dreiwege-Ventils mit dem Umluftventil strömungsverbunden werden, wird das Umluftventil entweder geöffnet oder geschlossen.
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Nachteilig an dem bekannten Aufbau eines geschlossenen Umluftsystems ist, dass zum Aufbau dessen eine Vielzahl von Bauteilen benötigt werden, die einerseits im Motorraum sinnvoll angeordnet werden müssen und die andererseits miteinander strömungsverbunden werden müssen. Hierzu sind eine Vielzahl von Haltevorrichtungen erforderlich und eine Vielzahl von Rohr- oder Schlauchverbindungen sowie Abzweigen, T-Stücken und dergleichen. Insbesondere Schlauchverbindungen unterliegen alterungsbedingtem Verschleiß und sind ein bekannter Grund für Motordefekte.
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Aufgabe der Erfindung ist es damit, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und insbesondere den Aufbau eines Turbomotors mit Umluftventil zu ermöglichen, bei dem eine geringere Anzahl von Bauteilen vonnöten ist und bei dem möglichst wenige Schlauchverbindungen notwendig sind.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Saugrohrmodul gemäß Anspruch 1, einen Turbomotor gemäß dem nebengeordneten Anspruch 10, ein Kraftfahrzeug gemäß dem nebengeordneten Anspruch 11 sowie ein Steuerventil gemäß dem nebengeordneten Anspruch 13. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das erfindungsgemäße Saugrohrmodul weist ein Saugrohr, ein Steuerventil und einen Unterdruckspeicher auf. Das Steuerventil ist als Dreiwegeventil ausgebildet. Einer der drei Anschlüsse des Steuerventils ist an das Saugrohr angeschlossen. Ein weiterer Anschluss des Steuerventils ist an einen Unterdruckspeicher angeschlossen und der dritte Anschluss ist zur Verbindung mit einem Umluftventil vorgesehen, welches dazu dient, den Verdichterausgang eines Turboladers mit dem Verdichtereingang kurzzuschließen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Steuerventil an das Saugrohr angebaut ist. Das erfindungsgemäße Saugrohrmodul ermöglicht es, auf die Verwendung einer separaten Halterung für das Steuerventil verzichten zu können. Der erfindungsgemäße Aufbau ermöglicht darüber hinaus, das Steuerventil platzsparend im Motorraum unmittelbar an dem Saugrohr anzuordnen.
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In einer ersten Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Steuerventil und das Saugrohr zueinander korrespondierende Montageflächen aufweisen, welche in montiertem Zustand des Steuerventils an dem Saugrohr aneinandergrenzen. Dies ermöglicht den direkten Anschluss des Steuerventils an das Saugrohr.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Saugrohr einen Anschlusskanal aufweist, der in Strömungsverbindung mit dem Anschluss des Steuerventils steht. Die Strömungsverbindung ist bevorzugt unmittelbar ausgebildet, also ohne Zwischenschaltung von zusätzlichen Leitungen oder Schläuchen. Auf diese Weise kann auf deren Verwendung verzichtet werden, was einerseits die Defektanfälligkeit des Saugrohrmoduls verringert und andererseits die Anzahl der benötigten Bauteile sowie die Anzahl der notwendigen Montageschritte reduziert.
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In weiterer möglicher Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Unterdruckspeicher als Unterdruckkammer in dem Saugrohr ausgebildet ist. Dies erlaubt den Verzicht auf weitere Halterungen für einen separaten Unterdruckspeicher und weitere zu montierende Einzelbauteile. Die Unterdruckkammer kann im Rahmen dieser Weiterbildung besonders platzsparend angeordnet werden.
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In weiterer Ausgestaltung kann die Unterdruckkammer einen Unterdruck-Anschlusskanal aufweisen, der in Strömungsverbindung mit dem Unterdruckanschluss des Steuerventils steht. Dieser Anschluss ist ebenfalls bevorzugt unmittelbar ausgebildet, also ohne Zwischenschaltung von weiteren Leitungen oder Schläuchen, was die Anzahl der benötigten Bauteile weiter reduziert und zu einer geringeren Defektanfälligkeit beitragen kann.
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Zur Abdichtung der Anschlüsse ist gemäß einer weiteren möglichen Weiterbildung der Erfindung je ein Dichtelement, bevorzugt je eine O-Ring-Dichtung vorgesehen, welches die Anschlüsse und die Anschlusskanäle abdichtet und auf diese Weise eine leichte Montage ermöglicht.
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Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Unterdruckspeicher ein Rückschlagventil aufweist, welches in geöffnetem Zustand den Unterdruckspeicher mit dem Saugrohr in bevorzugt unmittelbare Strömungsverbindung bringt. Dies ermöglicht den Verzicht auf weitere Bauteile, beispielsweise einen T-Abzweig zwischen Steuerventil und Unterdruckspeicher, die gemäß dem Stand der Technik mit einer Leitung mit dem Saugrohr kommunizieren.
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Bei Verwendung einer in das Saugrohr integrierten Unterdruckkammer kann das Rückschlagventil direkt in dem Saugrohr angeordnet sein, sodass zwischen Unterdruckkammer und Saugrohr eine direkte Strömungsverbindung besteht, wenn das Rückschlagventil geöffnet ist.
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Gemäß einer weiteren möglichen Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass das Rückschlagventil eine Ventilkugel und/oder eine Ventilfeder aufweist, welche bei Überdruck, der die Gegenkraft der Ventilfeder kompensiert, eine Strömungsverbindung zwischen Unterdruckkammer und Saugrohr öffnen.
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In einer alternativen Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass das Rückschlagventil eine federnde Membran aufweist, welche bei Überdruck, der die Gegenkraft der Membran kompensiert, eine Strömungsverbindung zwischen Unterdruckkammer und Saugrohr öffnet.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zur Befestigung von Steuerventil und Saugrohrmodul aneinander zumindest ein Befestigungselement, bevorzugt ein Befestigungsbolzen oder eine Befestigungsschraube, vorgesehen ist, das in einen Befestigungsabschnitt eingreift, welcher bevorzugt aus einer Materialverdickung besteht oder als eine einstückig ausgebildete Montagehülse ausgebildet ist. Dies ermöglicht eine einfache Montage des Steuerventils an dem Saugrohrmodul.
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Ein erster unabhängiger Gegenstand der Erfindung betrifft einen Turbomotor, der nach dem Prinzip eines Ottomotors arbeitet, mit einem Saugrohrmodul gemäß der zuvor beschriebenen Erfindung.
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Ein weiterer unabhängiger Gegenstand betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem entsprechenden Saugrohrmodul.
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Ein letzter unabhängiger Gegenstand der Erfindung betrifft ein Steuerventil, insbesondere ein Steuerventil für ein Saugrohrmodul gemäß der zuvor beschriebenen Erfindung. Das erfindungsgemäße Steuerventil weist eine Montagefläche zur Montage an einem Saugrohr auf. Ein Unterdruckanschluss sowie ein weiterer Anschluss des Steuerventils münden im Bereich der Montagefläche.
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Dabei kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung eine unmittelbare Strömungsverbindung zwischen Steuerventil und Saugrohr vorgesehen sein oder aber eine Strömungsverbindung mittels Rohren, die unter anderem gesteckt sein können. Zur Abdichtung der gesteckten Rohre können radiale Dichtelemente vorgesehen sein.
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Gemäß einer ersten Weiterbildung der Erfindung kann das erfindungsgemäße Steuerventil elektronisch steuerbar sein.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Steuerventils ist das Steuerventil als Dreiwegeventil ausgebildet.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen schematisch:
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1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Saugrohrmodul sowie
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2 ein Systembild eines Turbomotors mit einem Umluftventil gemäß dem Stand der Technik.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Saugrohrmodul 2.
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Das erfindungsgemäße Saugrohrmodul 2 weist ein Saugrohr 4 sowie ein Steuerventil 6 auf. Das Steuerventil 6 ist direkt an dem Saugrohr 4 befestigt. Zur Befestigung weist das Saugrohr 4 einen Befestigungsabschnitt 8 auf, welcher mit einem Befestigungselement 10 zusammenwirkt, welches in das Steuerventil 6 eingreift. Der Befestigungsabschnitt 8 kann beispielsweise als einstückig ausgebildete Hülse oder als Materialverdickung im Saugrohr 4 ausgebildet sein. Das Befestigungselement 10 kann als Bolzen oder als Mutter ausgebildet sein. Wichtig ist, dass die Befestigung auch unter hohen oder niedrigen Drücken abdichtet.
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Saugrohr 4 und Steuerventil 6 weisen jeweils zueinander korrespondierende Befestigungsflächen 12, 14 auf, mit denen Saugrohr 4 und Steuerventil 6 flächenbündig aneinander befestigbar sind.
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Das erfindungsgemäße Saugrohrmodul 2 weist eine an das Saugrohr 4 angrenzende, integrierte Unterdruckkammer 16 auf, welche zum Saugrohr 4 hin ausgerichtet mit einem Rückschlagventil 18 ausgestattet ist. Das Rückschlagventil 18 ist vom Typ eines federbelasteten Kugelventils, welches eine Ventilkugel 20 und eine Ventilfeder 22 aufweist. Das Rückschlagventil 18 wird demnach geöffnet, wenn die Druckdifferenz zwischen Unterdruckkammer 16 und Saugrohr 4 so groß ist, dass die Federkraft der Ventilfeder 22 überwunden und die Ventilkugel 20 aus ihrem Ventilsitz gehoben wird.
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Das erfindungsgemäße Steuerventil 6 ist als Dreiwegeventil ausgebildet. Das Steuerventil 6 stellt, in Abhängigkeit von seiner Schaltstellung, bedarfsweise eine Strömungsverbindung eines Umluftventils mit einem Unterdruck-Anschlusskanal 24 her, welcher in der Unterdruckkammer 16 mündet, oder mit einem weiteren Anschlusskanal 26, der in das Saugrohr 4 mündet. Die Verbindung mit dem Unterdruck-Anschlusskanal 24 wird durch den Unterdruckanschluss 28 bewerkstelligt, die Verbindung mit dem Anschlusskanal 26 mit dem Anschluss 30. Die Anschlüsse 28, 30 sind elektronisch schaltbar. Zum gasdichten Abschluss der Anschlüsse 28, 30 sind jeweils Dichtelemente 34, 36 vorgesehen, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als O-Ringe ausgebildet sind.
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Ein Umluftventilanschluss 32 ragt von dem Steuerventil 6 ab und dient zum Anschluss an ein Umluftventil. Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Saugrohrmoduls wird im Zusammenhang mit 2 eingehender erläutert.
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2 zeigt ein schematisches Systembild eines Turbomotors 100, der mit einem Umluftventil ausgerüstet ist. Gleiche oder gleich wirkende Bauteile zu dem erfindungsgemäßen Saugrohrmodul 2 gemäß 1 sind mit um jeweils 100 erhöhten Bezugziffern versehen. Die Funktionsweise eines Turbomotors mit einem erfindungsgemäßen Saugrohrmodul 2 ist nahezu gleich zu der Funktionsweise des Motors aus 2. Auf Unterschiede wird im Rahmen der Erläuterungen hingewiesen.
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Der erfindungsgemäße Turbomotor 100 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel nach dem Prinzip des Ottomotors aufgebaut, arbeitet also mit Treibstoff, der aktiv gezündet wird.
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Die Zylinder bzw. Brennkammern 101 eines Motorblocks 103 werden mit Hilfe eines Saugrohrs 104 mit Luft versorgt, die mit Hilfe eines Turboladers 105 verdichtet wird.
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Die Leistung des Turbomotors 100 wird mit Hilfe einer Drosselklappe 107 geregelt. Der Turbolader 105 wird mit Hilfe des Abgases aus den Brennkammern 101 angetrieben, welches mittels einer Abgasleitung 109 einem Turbinengehäuse 105.1 zugeleitet wird. Die Abgase treiben ein nicht dargestelltes Turbinenrad an. Das drehfest mit dem Turbinenrad verbundene, nicht gezeigte Verdichterrad im Verdichtergehäuse 105.2 saugt über eine Frischluftleitung 111 zugeführte frische Luft an, verdichtet diese und stellt sie mit Überdruck über eine Hochdruckleitung 113 dem Saugrohrmodul 104 zur Verfügung. Die Drosselklappe 107 ist in der Hochdruckleitung 113 vorgesehen.
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Mit Hilfe eines Umluftventils 115 kann das Verdichtergehäuse 105.2 des Turboladers 105 mittels der Kurzschlussleitung 117 kurzgeschlossen werden. Die Betätigung des Umluftventils 115 erfolgt mit Hilfe des Steuerventils 106, dessen Funktionsweise im Nachfolgenden erläutert wird.
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Wenn der Fahrer des Kraftfahrzeugs Gas wegnimmt, wird die Drosselklappe 107 geschlossen. Dadurch, dass der Turbomotor 100 weiterläuft, wird Luft, die sich noch in der Hochdruckleitung 113 zwischen der geschlossenen Drosselklappe 107 und den Brennräumen 101 befindet, angesaugt und ein Unterdruck erzeugt, durch den das Rückschlagventil 118 geöffnet und der Vakuumbehälter 116 entleert wird. Gleichzeitig erhält das Steuerventil 106 ein Schaltsignal der elektronischen Motorsteuerung und öffnet den Unterdruckanschluss 128, sodass dieser mit dem Umluftventilanschluss 132 verbunden ist. Gleichzeitig wird der Anschluss 130 des Steuerventils 106 geschlossen. Dadurch wird der Unterdruck auf die Rückseite einer nicht gezeigten Membrane im Umluftventil 115 geleitet, welches so geöffnet wird und die Bypassleitung 117 freigibt.
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Sobald die Drosselklappe 107 wieder geöffnet wird, muss das Umluftventil 115 geschlossen werden. Hierzu wird der Anschluss 130 des Steuerventils 106 mit dem Anschluss 132 verbunden. Gleichzeitig wird der Unterdruckanschluss 128 geschlossen. Dadurch kann der Unterdruck auf der Rückseite der nicht gezeigten Membrane des Umluftventils 115 entweichen und der Saugrohrdruck kann zusammen mit der Federkraft das Umluftventil schließen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Saugrohrmodul
- 4
- Saugrohr
- 6
- Steuerventil
- 8
- Befestigungsabschnitt
- 10
- Befestigungselement
- 12, 14
- Montageflächen
- 16
- Unterdruckkammer
- 18
- Rückschlagventil
- 20
- Ventilkugel
- 22
- Ventilfeder
- 24
- Unterdruckanschlusskanal
- 26
- Anschlusskanal
- 28
- Unterdruckanschluss
- 30
- Anschluss
- 32
- Umluftventilanschluss
- 100
- Turbomotor
- 101
- Brennkammern
- 103
- Motorblock
- 104
- Saugrohr
- 105
- Turbolader
- 105.1
- Turbinengehäuse
- 105.2
- Verdichtergehäuse
- 106
- Steuerventil
- 107
- Drosselklappe
- 109
- Abgasleitung
- 111
- Frischluftleitung
- 113
- Hochdruckleitung
- 115
- Umluftventil
- 116
- Unterdruckbehälter
- 117
- Kurzschlussleitung
- 118
- Rückschlagventil
- 128
- Unterdruckanschluss
- 130
- Anschluss
- 132
- Umluftventilanschluss
