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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern einer Abgasklappe einer Ladedrucksteuerung für turboaufgeladene Brennkraftmaschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Eine gattungsgemäße Vorrichtung zeigt beispielsweise die
DE 10 2006 028 015 A1 , bei der wie in
3 dargestellt die eine Bypassleitung steuernde Abgasklappe in das Gehäuse der Abgasturbine integriert ist und über einen elektropneumatischen Aktuator abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine bzw. zur Regelung des verdichterseitigen Ladedruckes über einen Stellhebel und eine linear verstellbare Regelstange betätigt ist. Bedingt durch Aggregateschwingungen und/oder Abgaspulsationen können an der Abgasklappe Schwingungen auftreten, die insbesondere bei beginnendem Abheben der Abgasklappe von deren Ventilsitz in der Abgasleitung bzw. der Abgasturbine störende Geräusche verursachen können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Vorrichtung der gattungsgemäßen Art bei geringem baulichen und/oder fertigungstechnischen Mehraufwand derart weiterzubilden, dass durch Schwingungen an der Abgasklappe verursachte Geräusche weitestgehend vermieden sind.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte und besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Abgasklappe bei definierten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine unmittelbar durch den Aktuator generierte Schwingungen überlagerbar sind. In einfachster Ausführung der Erfindung wird über den Aktuator quasi eine der Stellbewegung überlagerte Störschwingung eingeleitet, mittels der es gelingt, die Klappenschwingungen zu unterdrücken. Von besonderem Vorteil ist dabei, dass diese Schwingungsüberlagerung nahezu ohne Mehraufwand an den Bauteilen der Klappenbetätigung verwirklichbar ist.
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Die Überlagerung der Schwingungen kann über den gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine erfolgen; bevorzugt wird jedoch vorgeschlagen, die Schwingungsüberlagerung nur dann einzusteuern, wenn Klappengeräusche auftreten können, also insbesondere bei Beginn des Abregelvorganges zum Vermindern des Ladedruckes bzw. bei beginnendem Abheben der Abgasklappe von deren korrespondierenden Ventilsitz in der Abgasleitung.
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In vorteilhafter, weiterer Ausführung der Erfindung kann der Aktuator als ein elektrischer Linearmotor ausgebildet sein, der mit einem ansteuerbaren Schwingungsgenerator kombiniert ist. Alternativ dazu kann der Aktuator als ein elektropneumatischer Aktuator mit einem elektrischen Taktventil und einem pneumatischen Stellmotor ausgebildet sein, wobei durch Anpassung der Ansteuerfrequenz des Taktventiles auch die auftretenden Schwingungen überlagerbar sind. Insbesondere die letztere Ausführung erfordert lediglich eine softwareseitige Anpassung des elektronischen Steuergerätes, während der elektropneumatische Aktuator unverändert einsetzbar ist.
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Das Schwingungsspektrum kann hinsichtlich Frequenz und/oder Amplitude der Überlagerungsschwingungen in den relevanten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine empirisch derart festgelegt sein, dass Schwingungen an der Abgasklappe zumindest im Wesentlichen unterdrückt sind. Es wird praktisch keine destruktive Interferenz, sondern eine Störschwingung generiert, die in vielen Fällen zufriedenstellend Klappengeräusche eliminiert.
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Alternativ und bei entsprechendem Mehraufwand kann an der Klappenbetätigung im Kraftfluss stromab des Aktuators ein Schwingungssensor angeordnet sein, der das Schwingungsspektrum der Abgasklappe erfasst und über den Aktuator gegenphasige Schwingungen (Interferenzprinzip) generiert, die den Klappenschwingungen entgegenwirken bzw. diese glätten. Klappengeräusche sind dadurch zuverlässig ausgeschlossen.
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Schließlich kann in besonders zweckmäßiger Weise der Schwingungssensor an dem Stellhebel der Abgasklappe derart angeordnet sein, dass dessen Aufnehmer an dem Stellhebel nur im unteren Öffnungsbereich der Abgasklappe anliegt und bei größerem Öffnungsgrad von dem Stellhebel abgehoben ist und somit keine weiteren Schwingungsüberlagerungen auslöst.
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Ferner wird mit Anspruch 8 eine Verfahrensführung beansprucht, mittels der die vorbeschriebenen Vorteile erzielt werden können.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert.
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Die schematische Zeichnung zeigt eine Abgasturbolader-Anordnung für eine Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge, mit einer Abgasklappe zur Ladedrucksteuerung und einem elektropneumatischen Aktuator zur Betätigung der Abgasklappe, sowie mit einem Schwingungssensor zur Einsteuerung von Überlagerungsschwingungen über den Aktuator.
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Die als Blockschaltbild ausgeführte Zeichnung zeigt einen Abgasturbolader 10, der sich im Wesentlichen aus einer Abgasturbine 12 und einem Verdichter 14 üblicher Bauart zusammensetzt.
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Das Abgas aus den Brennräumen der Brennkraftmaschine wir über einen Abgassammler (nicht dargestellt) und eine Abgasleitung 16 der Abgasturbine 12 zugeführt und über eine Abströmleitung 18 zum nachgeschalteten Abgassystem abgeleitet.
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Das Turbinenlaufrad 20 der Abgasturbine 12 treibt über eine Welle 22 das Laufrad 24 des Verdichters 14 an, das aus einer Zuführleitung 26 in üblicher Weise Verbrennungsluft ansaugt und einer zu den Brennräumen der Brennkraftmaschine führenden Ladedruckleitung 28 zuführt.
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Von der Abgasleitung 16 zweigt eine Bypassleitung 30 ab, die stromab des Turbinenlaufrades 20 in die Abströmleitung 18 mündet.
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An der Abzweigung der Bypassleitung 30 von der Abgasleitung 16 ist eine Abgasklappe 32 schwenkbar an einem Stellhebel 34 gelagert, die den Öffnungsquerschnitt eines in der Abgasleitung 16 angeordneten Ventilsitzes 36 steuert.
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Durch zunehmendes Abheben der Abgasklappe 32 vom Ventilsitz 36 kann zunehmend Abgas aus der Abgasleitung 16 unter Umgehung des Turbinenlaufrades 20 in die Abströmleitung 18 geleitet werden und damit verbunden der Ladedruck in der Ladedruckleitung 28 vermindert werden.
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Die Steuerung der Abgasklappe 32 erfolgt mittels eines elektropneumatischen Aktuators, der sich im Wesentlichen aus einem pneumatischen Stellmotor 38 und einem elektrischen Taktventil 40 zusammensetzt.
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Das Taktventil 40 weist in einem gemeinsamen Gehäuse 40a einen Elektromagneten 40b und einen Stößel 40c auf und kann nach Maßgabe von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine und des momentanen Ladedruckes in unterschiedlichen Taktfrequenzen betrieben werden, wobei der oszillierende Stößel 40c im Gehäuse 40a vorgesehene Kanäle mehr oder minder schließt bzw. freigibt.
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Die Kanäle (ohne Bezugszeichen) münden in die stromauf des Laufrades 24 des Verdichters 14 liegende Zuführleitung 26 und in die stromab des Laufrades 24 abgehende Ladedruckleitung 28 und ermöglichen die Einsteuerung eines modifizierten Steuerdruckes über die Steuerleitung 42, die mit dem pneumatischen Stellmotor 38 verbunden ist.
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Das bewegliche Stellorgan 38a (Kolben oder Membrane) des Stellmotors 38 ist dabei über eine Regelstange 44 gelenkig mit dem schwenkbar an der Ladedruckleitung 30 gelagerten Stellhebel 34 verbunden. Die Gelenkverbindungen können durch einfache Bolzengelenke ausgeführt sein. Eine in den Stellmotor 38 integrierte Rückstellfeder 46 spannt die Abgasklappe 32 über den Stellhebel 34 und die Regelstange 44 in die geschlossene Position vor.
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Die Ansteuerung des Taktventiles 40 erfolgt mittels eines elektronischen Steuergerätes 48, dem u. a. Lastsignale über ein Gaspedal 50, der Ladedruck in der Ladedruckleitung 28 über einen Drucksensor 52 und Signale eines an der Bypassleitung 30 befestigten Schwingungssensors 54 zugeführt werden.
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Es versteht sich, dass über das Steuergerät 48 auch andere, zur Steuerung der Brennkraftmaschine erforderliche Betriebsparameter wie Drehzahl, Temperatur, etc. elektronisch verarbeitet werden können. Das Steuergerät 48 kann insbesondere ein zentrales Motorsteuergerät sein, in das die Ladedrucksteuerung und die Funktion der Überlagerungsschwingungen softwaremäßig integriert ist.
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Der Schwingungssensor 54 weist einen an dem Stellhebel 34 anliegenden, stößelförmigen Aufnehmer 54a auf, der an der Abgasklappe 32 durch Aggregatschwingungen und/oder Abgaspulsationen angeregte Schwingungen hinsichtlich deren Amplitude, Phasenlage und Frequenz erfasst und als elektrische Signale dem Steuergerät 48 zuführt.
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Im Steuergerät 48 wird aus den anliegenden Signalen eine Ansteuerfrequenz für das Taktventil 40 errechnet, die neben der Druckmodulation bzw. Stellfunktion des Stellmotors 38 diesem Überlagerungsschwingungen aufprägt, die in der Phasenlage den Schwingungen der Abgasklappe 32 entgegengerichtet sind und diese Schwingungen glätten bzw. eliminieren.
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Der Schwingungssensor 54, der an sich geläufigem Stand der Technik entsprechen kann, ist bevorzugt derart angeordnet, dass dessen Aufnehmer 54a Schwingungen der Abgasklappe nur im unteren Öffnungsbereich bzw. bei abhebender Abgasklappe 32 von ihrem Ventilsitz 36 erfasst, wodurch Aufschlaggeräusche (Prasseln) am Ventilsitz 36 vermieden sind.
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Bei weiterem Öffnen der Abgasklappe 32 hebt der stößelförmige Aufnehmer 54a des Schwingungssensors 54 von dem Stellhebel 34 ab, so dass keine weiteren Signale erfasst werden und die Funktion der Schwingungsüberlagerung abgeschaltet ist.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.
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So kann anstelle des beschriebenen elektropneumatischen Aktuators 38, 40 auch ein Elektromotor, insbesondere ein elektrischer Linearmotor eingesetzt sein, der ggf. mit einem Schwingungsgenerator kombiniert ist.
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Des Weiteren kann die beschriebene Schwingungsüberlagerung auf das Stellorgan bzw. den Stellhebel 34 der Abgasklappe 32 auch durch Generierung empirisch ermittelter Ansteuerfrequenzen des Taktventils 40 bewirkt werden, wobei hier das Schwingungsverhalten der Abgasklappe 34 verändernde Störschwingungen eingesteuert werden, die zumindest im Wesentlichen Klappengeräusche unterdrücken. Der beschriebene Schwingungsaufnehmer 54 kann dann entfallen.
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Abweichend von dem Ausführungsbeispiel können die Bypassleitung 30 und die Abgasklappe 32 wie bekannt unmittelbar in das Gehäuse der Abgasturbine 12 integriert sein. Dabei kann die Betätigung der Abgasklappe 32 über eine im Gehäuse drehbar gelagerte Welle und einen außerhalb des Gehäuses angeordneten Mitnehmerhebel 34 bewerkstelligt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006028015 A1 [0002]
