DE102015121970A1

DE102015121970A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Betätigen eines Rückführventils für einen Turbomotor

Info

Publication number: DE102015121970A1
Application number: DE102015121970.0A
Authority: DE
Inventors: Jeong Kyu Lim
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2015-06-12
Filing date: 2015-12-16
Publication date: 2016-12-15
Also published as: CN106246338A; US20160363044A1; KR20160146242A

Abstract

Vorrichtung und Verfahren zum Betätigen eines Rückführventils (22) für einen Turbomotor, aufweisend eine Bypassleitung (20), die zwischen einer Einlassleitung, welche mit einer Eintrittsseite eines Kompressors (14) für einen Turbolader verbunden ist, und einer Einlassleitung, welche mit einer Austrittsseite des Kompressors (14) verbunden ist, angeschlossen ist, und ein Rückführventil (22), das in der Bypassleitung (20) montiert ist und zu öffnen und zu schließen ist, wobei eine Vakuumpumpe (36) zum Betätigen einer Bremse mit dem Rückführventil (22) derart verbunden ist, dass das Rückführventil (22) durch Unterdruck der Vakuumpumpe (36) geöffnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betätigen eines Rückführventils für einen Turbomotor, und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betätigen eines Rückführventils für einen Turbomotor, welche geeignet sind, ein Rückführventil mittels Unterdruck einer Vakuumpumpe zum Betätigen einer Bremse leicht zu öffnen und zu schließen.
Ein Turboladersystem verwendet Luft, die einer Einlassseite eines Motors mit einem Druck zugeführt wird, der höher als der atmosphärische Druck ist, um die Menge der Einlassluft, welche in eine Brennkammer eingeführt wird, in dem Motor zu erhöhen, ohne die Größe des Motors zu verändern, so dass es möglich ist, die Motorleistung zu verbessern.
Mit Bezug auf 1 gewinnt ein herkömmliches Turboladersystem kinetische Energie des aus einem Motor 10 abgeführten Abgases zurück, um die dem Motor 10 zugeführte Einlassluft aufzuladen, und weist eine Turbine 12 auf, welche an einer Austrittsseite des Motors 10 montiert ist. Ein Kompressor 14 ist mit der Turbine 12 koaxial verbunden und lädt die dem Motor 10 zugeführte Einlassluft auf.
Daher dreht sich die Turbine 12 durch den Druck des Abgases, das von einem Abgaskrümmer des Motors 10 abgeführt wird, und der Kompressor 14 wird gleichzeitig betrieben. Die Einlassluft wird durch den Kompressor 14 aufgeladen, in welchem die Einlassluft druckbeaufschlagt wird und einer Brennkammer des Motors 10 zugeführt wird, und infolge der Aufladung wird eine große Menge von Luft in die Brennkammer des Motors 10 geführt, wodurch die Effizienz beim Ansaugen der Einlassluft und die Motorleistung verbessert werden.
Wenn ein Fahrer ein Wegtippen ausübt, während er nach dem Beschleunigen des Motors 10 durch Drücken eines Gaspedals das Gaspedal freigibt, wird die Zufuhr von Luft zu dem Motor 10 sofort unterbrochen, da die eine Drosselklappe 16 geschlossen ist.
Daher erhöht, wenn die Drosselklappe 16 schnell geschlossen wird, die Einlassluft in einem Ansaugkrümmer (an einem vorderen Ende der Drosselklappe 16) schnell den Druck an einem Austritt des Kompressors, übt fortlaufend über einen Ladeluftkühler einen Stoß auf den Kompressor 15 aus, während eine pulsierende Welle gebildet wird, und erzeugt ein Stoßgeräusch. Daher ist es erforderlich, den Einlassstoßdruck zu beseitigen.
Als eine Maßnahme zum Beseitigen des Einlassstoßdruckes ist, wie in 1 gezeigt, eine Einlassleitung zwischen dem vorderen Ende der Drosselklappe 16 und dem Austritt des Kompressors 14 über eine Bypassleitung 20 mit einer Einlassleitung zwischen einem Luftfilter 18, in welchen die Einlassluft zuerst strömt, und einem Eintritt des Kompressors 14 verbunden. Ein Rückführventil (RCV) 22, welches zu öffnen und zu schließen ist, ist in der Bypassleitung 20 montiert, wodurch der Druck der Einlassluft, welcher das Stoßgeräusch verursacht, durch Umleiten der Einlassluft zu einem vorderen Ende des Kompressors 14 abgebaut wird. Hier wird der Betrieb des Öffnens und Schließens des Rückführventils 22 mittels Unterdruck des Motors 10 durchgeführt.
Nachfolgend werden mit Bezug auf die 2 und 3 die Struktur und der Betrieb zum Öffnen und Schließen des Rückführventils nach der bezogenen Technik beschrieben.
Wie in 2 gezeigt, ist eine separate Vakuumkammer 32 in einem Einlasskrümmer 30 ausgebildet, um den Motorunterdruck zum Öffnen und Schließen des Rückführventils 22 zu speichern, und ein Rückschlagventil 34 ist in der Vakuumkammer 32 montiert, um eine Leckage des Unterdruckes zu verhindern.
Daher wird die Einlassluft zu einem vorderen Ende des Kompressors 14 umgeleitet durch Erzeugen des Motorunterdruckes in dem Einlasskrümmer 30, Speichern des erzeugten Motorunterdruckes in der Vakuumkammer 32, die in dem Einlasskrümmer 30 ausgebildet ist, Zuführen eines Steuersignals zum Betätigen des Rückführventils 22, und Öffnen des Rückführventils 22 mittels des Motorunterdruckes, der in der Vakuumkammer 32 gespeichert ist.
Jedoch gibt es, wenn die separate Vakuumkammer in dem Einlasskrümmer ausgebildet ist, die folgenden Probleme.
Erstens wird, da die Vakuumkammer in einem Raum ist, der von einem Einlasskrümmerkanal getrennt ist, bei der Gestaltung einer Form zum einstückigen Formen der Vakuumkammer in dem Einlasskrümmer die Anzahl von Gehäusestrukturen in dem gesamten Einlasskrümmer erhöht, wodurch die Gesamtgröße des Motors erhöht wird.
Zweitens muss im Falle eines Turbomotors, da in dem Einlasskrümmer kein Unterdruck gebildet wird, wenn das Fahrzeug beschleunigt, eine größere Kapazität der Vakuumkammer sichergestellt werden, so dass das Rückführventil normal betrieben wird, wenn eine Beschleunigung und Verzögerung fortlaufend wiederholt werden. In diesem Falle erhöht sich zwangsläufig die Größe der Vakuumkammer, was ein Problem bei der Gestaltung eines Motorraumes und eine Erhöhung der Kosten und des Gewichts verursacht.
Mit der Erfindung werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betätigen eines Rückführventils für einen Turbomotor geschaffen, welche geeignet sind, einen mit der Gestaltung eines Motors verbundenen Freiheitsgrad durch Weglassen einer in einem Einlasskrümmer konfigurierten Vakuumkammer zu verbessern und die Herstellungskosten und das Gewicht durch Betätigen des Rückführventils mittels einer Vakuumpumpe, welche Unterdruck zum Betätigen einer Bremse bereitstellt, anstatt mittels der Vakuumkammer zu reduzieren.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist eine Vorrichtung zum Betätigen eines Rückführventils für einen Turbomotor eine Bypassleitung, die zwischen einer Einlassleitung, welche mit einer Eintrittsseite eines Kompressors für einen Turbolader verbunden ist, und einer Einlassleitung, welche mit einer Austrittsseite des Kompressors verbunden ist, angeschlossen ist, und ein Rückführventil auf, das in der Bypassleitung montiert ist und zu öffnen und zu schließen ist. Eine Vakuumpumpe zum Betätigen einer Bremse ist mit dem Rückführventil derart verbunden, dass das Rückführventil durch Unterdruck der Vakuumpumpe geöffnet ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Betätigen eines Rückführventils für einen Turbomotor das Schließen einer Drosselklappe, wenn ein Fahrer ein Wegtippen ausübt, während er ein Gaspedal freigibt, Zuführen eines Steuersignals zum Betätigen eines Rückführventils, welches zwischen einer Einlassleitung an einer Eintrittsseite eines Kompressors für einen Turbolader und einer Einlassleitung an einer Austrittsseite des Kompressors montiert ist, Zuführen von Unterdruck einer kontinuierlich betriebenen Vakuumpumpe zum Betätigen einer Bremse zu dem Rückführventil, und Öffnen des Rückführventils mittels des Unterdruckes der Vakuumpumpe, so dass Einlassluft zu der Einlassleitung an der Eintrittsseite des Kompressors umgeleitet wird.
Die Vakuumpumpe zum Betätigen der Bremse kann den Unterdruck durch Drehung einer Einlassnockenwelle eines Motors nach dem Start des Motors kontinuierlich erzeugen.
Der Unterdruck der Vakuumpumpe zum Betätigen der Bremse kann dem Rückführventil zugeführt werden, wenn der Fahrer das Wegtippen ausübt, während er das Gaspedal freigibt, und einem Bremsbetätigungsmechanismus zugeführt werden, wenn der Fahrer ein Bremspedal drückt.
Durch die oben genannte Erfindung werden die folgenden Effekte erzielt.
Erstens kann das Rückführventil mittels der Vakuumpumpe, welche Unterdruck zum Betätigen der Bremse bereitstellt, anstatt mittels einer Vakuumkammer eines Einlasskrümmers betätigt werden. Daher ist es möglich, die Einlassluft, welche den Druck an dem Austritt des Kompressors schnell erhöht, zu dem Eintritt des Kompressors leicht umzuleiten, wodurch das von dem Einlassstoßdruck verursachte Stoßgeräusch unterdrückt wird.
Zweitens ist es möglich, die herkömmliche Vakuumkammer aus dem Einlasskrümmer wegzulassen, einen mit einer Motorgestaltung verbundenen Freiheitsgrad durch Reduzieren der Gesamtgröße des Motors zu verbessern, und die Herstellungskosten und das Gewicht durch Entfernen der Vakuumkammer aus dem Einlasskrümmer zu reduzieren.
Es versteht sich, dass der Begriff „Fahrzeug“ allgemeine Kraftfahrzeuge, wie Personenkraftwagen, die Geländewagen (SUV) einschließen, Busse, Lastwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, die eine Vielfalt von Booten und Schiffen einschließen, Luftfahrzeuge, und dergleichen, sowie Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Steckdosen-Hybrid-Elektrofahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit Alternativkraftstoff (z.B. Kraftstoffe, die aus anderen Rohstoffen als Erdöl stammen) umfasst. Wie hierin Bezug genommen wird, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehrere Antriebsquellen, zum Beispiel sowohl Benzinantrieb als auch Elektroantrieb aufweist.
Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 ein Schema einer Struktur eines Einlass- und Auslasssystems eines Motors mit einem herkömmlichen Turboladersystem;
2 ein Schema einer herkömmlichen Struktur zum Öffnen und Schließen eines Rückführventils;
3 ein Flussdiagramm eines herkömmlichen Betriebsablaufs zum Öffnen und Schließen des Rückführventils;
4 ein Schema einer Struktur zum Öffnen und Schließen eines Rückführventils gemäß der Erfindung; und
5 ein Flussdiagramm eines Betriebsablaufs zum Öffnen und Schließen des Rückführventils gemäß der Erfindung.
In den Figuren sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Nachfolgend wird mit Bezug auf die Zeichnung eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung ausführlich beschrieben.
Wie mit Bezug auf 1 oben beschrieben, ist eine Einlassleitung zwischen einem vorderen Ende einer Drosselklappe 16 und einem Auslass eines Kompressors 14 über eine Bypassleitung 20 mit einer Einlassleitung zwischen einem Luftfilter 18, in welchen die Einlassluft zuerst strömt, und einem Eintritt des Kompressors 14 verbunden. Ein Rückführventil (RCV) 22, welches zu öffnen und zu schließen ist, ist in der Bypassleitung 20 montiert, wodurch der Druck der Einlassluft, welcher ein Stoßgeräusch verursacht, durch Umleiten der Einlassluft zu einem vorderen Ende des Kompressors 14 abgebaut wird.
Nachfolgend werden mit Bezug auf die 4 und 5 eine Struktur und ein Betrieb zum Öffnen und Schließen eines Rückführventils gemäß der Erfindung beschrieben.
Wenn eine Einlassleitung an einer Eintrittsseite eines Kompressors 14 für einen Turbolader und eine Einlassleitung an einer Austrittsseite des Kompressors 14 über eine Bypassleitung 20 miteinander verbunden sind, und ein zu öffnendes und zu schließendes Rückführventil 22 in der Bypassleitung 20 montiert ist, ist eine Vakuumpumpe 36 zum Betätigen einer Bremse direkt mit dem Rückführventil 22 verbunden.
Die Vakuumpumpe 36 zum Betätigen der Bremse ist an einer Seite einer Einlassnockenwelle (nicht gezeigt) eines Motors 10 angebracht und erzeugt immer Unterdruck, während sie durch Drehung der Einlassnockenwelle nach dem Start des Motors 10 betrieben wird.
Der Unterdruck der Vakuumpumpe 36 zum Betätigen der Bremse kann für unterschiedliche Situationen verwendet werden, das heißt, wenn ein Fahrer ein Bremspedal drückt oder wenn der Fahrer ein Gaspedal freigibt.
Das heißt, der Unterdruck der Vakuumpumpe 36 zum Betätigen der Bremse wird dem Rückführventil 22 zugeführt, wenn der Fahrer das Wegtippen ausübt, während er das Gaspedal freigibt, und wird einem Bremsbetätigungsmechanismus (z.B. einem Verstärker) zugeführt, wenn der Fahrer das Bremspedal drückt. Daher wird der Unterdruck der Vakuumpumpe nicht für zwei oder mehrere Komponenten gleichzeitig verwendet, wodurch der Unterdruck dem Rückführventil 22 sanft zugeführt wird, wenn das Wegtippen ausgeübt wird.
Das Maß, in welchem der Fahrer das Gaspedal freigibt, wenn er das Wegtippen ausübt, das heißt, ein Differenzwert eines Pedalfreigabegrades, welcher das Maß ist, in welchem der Fahrer das Gaspedal freigibt, kann berücksichtigt werden. Wenn der Differenzwert des Pedalfreigabegrades gleich wie oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, kann der Unterdruck dem Rückführventil 22 zugeführt werden.
Daher wird, wenn eine Drosselklappe 16 geschlossen ist, da der Fahrer das Wegtippen ausübt, ein Steuersignal zur Betätigung dem Rückführventil 22 zugeführt, welches zwischen der Einlassleitung an der Eintrittsseite des Kompressors 14 für den Turbolader und der Einlassleitung an der Austrittsseite des Kompressors 14 montiert ist, und der Unterdruck der Vakuumpumpe 36 zum Betätigen der Bremse, welche wie oben beschrieben immer betrieben wird, wird dem Rückführventil 22 zugeführt, so dass das Rückführventil 22 durch den Unterdruck der Vakuumpumpe 36 sofort geöffnet wird. Das Steuersignal wird zum Beispiel von einer elektronischen Steuereinrichtung (ECU) zugeführt.
Daher wird ein Teil der Einlassluft, welche den Druck an dem Austritt des Kompressors 14 schnell erhöht, leicht zu dem Eintritt des Kompressors 14 umgeleitet, während sie durch das Rückführventil 22 hindurchtritt, das sofort geöffnet wird. Infolgedessen ist es möglich, eine schnelle Erhöhung des Druckes der Einlassluft an dem Austritt des Kompressors 14 zu verhindern und den Einlassstoßdruck und das Stoßgeräusch, die durch die von dem Kompressor 14 für den Turbolader aufgeladene Einlassluft verursacht werden, zu unterdrücken.
Wie oben beschrieben, kann gemäß der Erfindung das Rückführventil mittels der Vakuumpumpe, welche Unterdruck zum Betätigen der Bremse bereitstellt, anstatt mittels einer in einem herkömmlichen Einlasskrümmer konfigurierten Vakuumkammer betätigt werden, wodurch ein mit einer Motorgestaltung verbundener Freiheitsgrad durch Weglassen der Vakuumkammer verbessert wird und die Herstellungskosten und das Gewicht durch Entfernen der Vakuumkammer aus dem Einlasskrümmer reduziert werden.

Claims

Vorrichtung zum Betätigen eines Rückführventils (22) für einen Turbomotor, aufweisend: eine Bypassleitung (20), die zwischen einer Einlassleitung, welche mit einer Eintrittsseite eines Kompressors (14) für einen Turbolader verbunden ist, und einer Einlassleitung, welche mit einer Austrittsseite des Kompressors (14) verbunden ist, angeschlossen ist; und ein Rückführventil (22), das in der Bypassleitung (20) montiert ist und zu öffnen und zu schließen ist, wobei eine Vakuumpumpe (36) zum Betätigen einer Bremse mit dem Rückführventil (22) derart verbunden ist, dass das Rückführventil (22) durch Unterdruck der Vakuumpumpe (36) geöffnet ist.
Verfahren zum Betätigen eines Rückführventils (22) für einen Turbomotor, aufweisend: Schließen einer Drosselklappe (16), wenn ein Fahrer ein Wegtippen ausübt, während er ein Gaspedal freigibt; Zuführen eines Steuersignals von einer elektronischen Steuereinrichtung (ECU) zum Betätigen eines Rückführventils (22), welches zwischen einer Einlassleitung an einer Eintrittsseite eines Kompressors (14) für einen Turbolader und einer Einlassleitung an einer Austrittsseite des Kompressors (14) montiert ist; Zuführen von Unterdruck einer kontinuierlich betriebenen Vakuumpumpe (36) zum Betätigen einer Bremse zu dem Rückführventil (22); und Öffnen des Rückführventils (22) mittels des Unterdruckes der Vakuumpumpe (36), so dass Einlassluft zu der Einlassleitung an der Eintrittsseite des Kompressors (14) umgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Vakuumpumpe (36) zum Betätigen der Bremse den Unterdruck durch Drehung einer Einlassnockenwelle eines Motors (10) nach dem Start des Motors (10) kontinuierlich erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Unterdruck der Vakuumpumpe (36) zum Betätigen der Bremse dem Rückführventil (22) zugeführt wird, wenn der Fahrer das Wegtippen ausübt, während er das Gaspedal freigibt, und einem Bremsbetätigungsmechanismus zugeführt wird, wenn der Fahrer ein Bremspedal drückt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei, wenn der Fahrer das Wegtippen ausübt, der Unterdruck dem Rückführventil (22) zugeführt wird, wenn ein Differenzwert eines Pedalfreigabegrades, welcher das Maß ist, in welchem der Fahrer das Gaspedal freigibt, gleich wie oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Bremsbetätigungsmechanismus einen Verstärker aufweist.