DE1426095C - Brennkraftmaschine, die durch einen Brennstoffregler in Abhängigkeit von ihrer Belastung regelbar ist und die durch einen Abgasturbolader aufgeladen wird - Google Patents

Description

1 2

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, gene Versuche die richtigen Luft-Brennstoff-Verhält-

die durch einen Brennstoffregler in Abhängigkeit nisse festgestellt wurden, wird die Kontur des Nockens

von ihrer Belastung regelbar ist und die durch einen entsprechend gestaltet. Der Brennstoffregler wird

Abgasturbolader aufgeladen wird, dem ein auf den dann so eingestellt, daß der mit ihm verbundene

Druck in der Ladeluftleitung zur Maschine an- 5 Nocken derart gedreht wird, daß immer die dem

sprechender weiterer Regler nachgeschaltet ist, der richtigen Luft-Brennstoff-Verhältnis entsprechende

die der Maschine zuzuführende Ladeluftmenge regelt, Kontur zur Wirkung kommt. Durch diese Gestaltung

wobei eine Verbindung zwischen dem Brennstoff- des Nockens wird der Maschine bereits das theore-

regler und dem weiteren Regler derart hergestellt ist, tisch richtige Luft-Brennstoff-Verhältnis zugeführt,

daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis über den ge- 10 In der Praxis kann dieses aber nicht sichergestellt

samten Betriebsbereich der Maschine in Abhängig- werden, da der Turbolader häufig nicht unter den

keit von der Stellung des Brennstoffreglers in einer theoretisch günstigsten Bedingungen arbeitet, da er

bestimmten Gesetzmäßigkeit veränderbar ist. beispielsweise schon älter ist. Durch diese Ab-

Bei einer bekannten Brennkraftmaschine der vor- weichung der Arbeitsweise des Turboladers von der

stehend genannten Art erfolgt die Steuerung so, daß 15 theoretisch möglichen und günstigsten, würde die

die Drehzahl der Brennkraftmaschine im wesent- Maschine also nicht mit dem richtigen und gewünsch-

lichen konstant gehalten wird (deutsche Patentschrift ten Luft-Brennstoff-Verhältnis arbeiten. Aus diesem

450163). . Grunde wird der Luftdruck und damit die Luft-

Bei einer anderen bekannten Brennkraftmaschine menge in der Ladeluftleitung gemessen und mit dermit Abgasturbolader ist ein Regler vorgesehen, der 20 jenigen auf der Kontur des Nockens festgehaltenen auf mechanischem Wege die Stellung eines Klappen- verglichen, um durch entsprechende Verstellung und ventils in der Ladeluftleitung über ein entsprechen- Anpassung den Turbolader so zu beeinflussen, daß des Gestänge so beeinflußt, daß die Luft, die durch dieser schließlich auch unter Berücksichtigung der den Abgasturbolader zugeführt wird, beeinflußt wird. praktischen Gegebenheiten das richtige Luft-Brenn-Bei dieser Brennkraftmaschine wird das Luft-Brenn- 25 stoff-Verhältnis für die Maschine erzeugt. Die Bestoff-Verhältnis nicht beeinflußt. Der Druck in der rücksichtigung der Temperatur der Abgase vor der Ladeluftleitung wird bei dieser bekannten Brenn- Turbine unterstützt diese Steuerung,
kraftmaschine nicht herangezogen, um auf die Steue- In den Unteransprüchen sind verschiedene Mögrung derselben einzuwirken (USA.-Patentschrift lichkeiten angegeben, wie das Ventil, das die Abgas-2 865 164). 30 turbinenbeaufschlagung steuert, angeordnet sein kann.

Schließlich ist noch eine Brennkraftmaschine ohne Wenn die Öffnungs- und Schließzeiten der Ventile

Abgasturbolader bekanntgeworden, bei der zwei der Brennkraftmaschine selbst beeinflußt werden,

elektrische Systeme vorgesehen sind, durch die ge- wird die Luftmenge, die unmittelbar durch die Ma-

trennte elektrische Signale zur Steuerung der Drossel- schine während des Spülvorganges strömt, d. h. die

klappe der Maschine erzeugt werden. Das Luft-Brenn- 35 Luftmenge, die nicht während der Verbrennung zur

stoff-Verhältnis ist bei dieser bekannten Brennkraft- Verfügung steht, verändert, um auf diese Weise in-

maschine konstant (USA.-Patentschrift 2 482 254). direkt auf die Arbeit des Turboladers einzuwirken.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe Hierdurch wird der Betrieb der Brennkraftmaschine

zugrunde, eine Brennkraftmaschine der eingangs ge- nicht zwangläufig mit beeinflußt,

nannten Art zu schaffen, durch die bei jeder BeIa- 40 Im folgenden ist die Erfindung unter Hinweis auf

stung der Maschine das richtige — also verschie- die Zeichnung an Hand verschiedener Ausführungs-

dene — Luft-Brennstoff-Verhältnis eingestellt werden beispiele näher erläutert. Es zeigt

kann, welches aus Versuchsergebnissen resultiert und Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Brenn-

durch den tatsächlichen Betriebszustand korrigierbar kraftmaschine, an welcher die Erfindung angewendet

ist. - 45 wird,

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- F i g. 2 eine schematische Ansicht der Regeleinlöst, daß der in der Ladeluftleitung abgenommene richtung der Brennkraftmaschine nach der Erfindung, Druck den Druck eines Steuergestänges beeinflußt, F i g. 3 eine schematische Ansicht im wesentlichen daß ein vom Regelglied des Brennstoffreglers ver- des Abgasturboladers nach einer Ausführungsform stellter und in seiner Kontur in Übereinstimmung mit 50 der Erfindung,

dem gewünschten optimalen Luft-Brennstoff-Ver- Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Ansicht

hältnis gestalteter Nocken ebenfalls den Druck eines jedoch einer anderen Ausführungsform und

Steuergestänges beeinflußt und daß die Drücke der Fig. 5 eine der Fig. 2 entsprechende schema-

beiden Steuergestänge verglichen werden und in Ab- tische Ansicht jedoch einer weiteren Ausführungs-

hängigkeit von dem Vergleichsergebnis auf ein Ventil 55 form.

eingewirkt wird, das die der Maschine zuzuführende In F i g. 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 mit einem

Ladeluftmenge steuert und zugleich von der Tempe- Abgasturbolader 10 veranschaulicht. Das Auspuff-

ratur der Abgase vor der Turbine verstellt wird. rohr 12 führt von der Brennkraftmaschine 1 zu der

Bei der Brennkraftmaschine nach der Erfindung Turbine 13 des Abgasturboladers. Die Turbine 13 werden die verschiedenen Luft-Brennstoff-Verhält- 60 sitzt mit einem Verdichter 15 auf einer gemeinsamen nisse für die verschiedenen Betriebs- und Belastungs- Welle 14. Der Verdichter saugt durch die Leitung 16 zustände der Maschine im voraus ermittelt. Das Luft an, die dann verdichtet durch die Leitung 17 Luft-Brennstoff-Verhältnis ist im Teillastbereich bei- zur Ansaugseite der Brennkraftmaschine geführt spielsweise verschieden von demjenigen im Vollast- wird. Ein Zwischenkühler 20 ist zwischen der Ladebereich, so daß der Wirkungsgrad der Maschine sehr G5 luftleitung 18 an der Brennkraftmaschine und dem verbessert wird, wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis Verdichter angeordnet. Der Zwischenkühler weist in Anpassung an die unterschiedliche Belastung der einen Einlaß 21 und einen Auslaß 22 zum Zu- und Maschine veränderbar ist. Wenn durch vorausgegan- Abführen des Kühlmittels auf.

In Fig. 1 ist eine Umgehungsleitung 30 zwischen der Leitung 12 und der Auslaßleitung 31 der Turbine 13 veranschaulicht. In der Umgehungsleitung 30 befindet sich ein Ventil 32.. Weiterhin ist ein Brennstoffregler 41 vorgesehen, der mit einem weiteren Regler 50 zusammenarbeitet, der im folgenden, insbesondere in Verbindung mit Fig. 2, genauer beschrieben wird. Dieser weitere Regler 50 ist bei 55 mit dem Ventil 32 verbunden.

In Fig. 2 ist die Regeleinrichtung für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine im einzelnen dargestellt. Eine Leitung 51 ist mit einer Druckluftquelle verbunden, die diese Leitung im wesentlichen mit konstantem Druck versorgt. Ein Druckregelventil 52 sorgt dafür, daß der gewünschte und eingestellte Druck in dem System aufrechterhalten wird.

Dieser konstante Druck herrscht in der Leitung 53 und damit in den Steuereinrichtungen 60 und 61, die durch den Brennstoffregler 41 beeinflußt werden. Die Brennstoffmenge, die an die Maschine abgegeben wird, bestimmt die Stellung eines Nockens 62, durch den zwei Fühler 63 und 64 gehoben bzw. gesenkt werden. Diese Fühler beeinflussen die Steuereinrichtungen 60 und 61. Die Steuereinrichtung 60 regelt den Druck, der von der Leitung 53 in eine Leitung 59 und 59 a gelangt.

Der Druck in der Ladeluftleitung 18 wird bei 81 gemessen und über Leitungen 54 und 56 zu der Vergleichseinrichtung 75 α geführt, wo ein Vergleich mit dem Druck in der Leitung 59 α stattfindet. Stimmen diese beiden Drücke nicht überein, so erfolgt eine entsprechende Verstellung. Der Druck in der Leitung 59 kann als Grundsignal aufgefaßt werden, das .von dem Brennstoffregler 41 geliefert wird. Der Druck in der Leitung 56 bildet ein entsprechendes Signal, das mit dem Grundsignal in der Vergleichseinrichtung 75 α verglichen wird. Stimmen diese beiden Signale nicht überein, erfolgt eine Korrektur durch die Rückstelleinrichtung 72. Bei dieser Korrektur wird der »Waagebalken« 77 zur Beeinflussung des Druckes in der Leitung 55 b verstellt. Hierdurch wird ein Nadelventil 75 und damit der Druck in einer Kammer 76 beeinflußt, die auf den »Waagebalken« 77 entgegen dem Druck in der an die Druckluftversorgung angeschlossenen Leitung 58 einwirkt. Eine Ruhe- oder Ausgleichsstellung ist erreicht, wenn das Grundsignal mit dem durch den Druck in der Leitung 56 bestimmten Signal übereinstimmt und die Rückstelleinrichtung ebenfalls ausgeglichen ist.

Eine Reihe von Federventilen 70, 71 und 73 ist vorgesehen, um für die richtige Einstellung und Aufrechterhaltung der gewünschten Drücke zu sorgen.

Weiterhin ist der Regler 50 mit einer über die Leitung 55 α an die Druckluftversorgung angeschlossenen Temperatursteuerung 80 ausgerüstet, die die Temperatur bei 81 α in der Auspuffleitung 12 mißt. Diese Steuerung wird so vorgenommen, daß sie bei hoher Temperatur der Auspuffgase dafür sorgt, daß diese an der Turbine vorbei in die Atmosphäre geleitet werden. Dies geschieht mit Hilfe eines Ventils 78, das auf das Ventil 32 über die Verbindung 55 (siehe auch Fig. 1) einwirkt.

Eine Zahnstangensteuerung 90 wird über eine Leitung 57 von der Steuereinrichtung 61 beeinflußt, und zwar über das Federventil 73 und ein Ventil 79. Die Zahnstangensteuerung 90 besteht aus einem federbelasteten Kolben 93, dessen Bewegung auf ein Gestänge 94 übertragen wird. Hierdurch wird das Einlaßventil 95 beeinflußt. Diese Steuerung kann auch von Hand durch eine entsprechende Einrichtung am Armaturenbrett vorgenommen werden.
Das Ventil 79 wird von einem Signalgeber 74 gesteuert.

In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform dargestellt, bei der eine »kalte« Umgehungsleitung 101 zwischen der Leitung 16 und der Leitung 17 vorgesehen ist. In die Umgehungsleitung 101 ist ein Ventil 102 eingebaut, das über die Leitung gesteuert wird, die die Verbindung 55 bildet. Auf diese Weise kann mehr oder weniger Luft zurück zu dem Verdichter gelangen. ' .

Bei der weiteren Ausführungsform nach Fig. 4 ist in die Ladeluftleitung 18 ein Drosselventil 103 eingebaut. Auch dieses Drosselventil wird über die die Verbindung 55 bildende Leitung gesteuert. Das Drosselventil kann vor oder hinter dem Zwischen-

ao kühler 20 eingebaut sein.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 beeinflußt ein durch den Luftdruck in der Ladeluftleitung 18 gebildetes Signal über die Leitung 54 ein nach Art eines Relais arbeitendes Ventil 71. Auch hier erfolgt ein Vergleich mit dem Grundsignal in der Leitung 59. Eine Leitung 110 führt unmittelbar zu der Zahnstangensteuerung 90, um das Einlaßventil 95 zu beeinflussen.

Grundsätzlich arbeitet die Brennkraftmaschine nach der Erfindung so, daß die Stellung des Brennkraftreglers erfaßt und ein entsprechendes Grundsignal erzeugt wird. Dieses Grundsignal wird mit einem durch den Druck in der Ladeluftleitung festgelegtes Signal verglichen. Das auf diese Weise ermittelte Verhältnis oder der entsprechende Vergleichswert wird nun mit dem im voraus ermittelten optiamlen Luft-Brennstoff-Verhältnis verglichen. Wenn eine Abweichung des praktischen von dem theoretischen Verhältnis vorliegt, wird eine Korrektur vorgenommen, d. h., die Arbeitsweise des Laders wird ' beeinflußt. In der Beschreibung sind eine Anzahl von Möglichkeiten aufgezeigt, wie dieses geschehen kann. Entweder erfolgt die Regelung unmittelbar am Lader, beispielsweise durch das Ventil in der »heißen« Umgehungsleitung (Fig. 2) oder das Ventil in der »kalten« Umgehungsleitung (F i g. 3), oder die Brennkraftmaschine selbst kann beeinflußt werden, wie es bei der Ausführungsform nach F i g. 5 der Fall ist. Bei dieser Ausführungsform wird die Luftmenge beeinflußt, die während des Spülens unmittelbar durch die Brennkraftmaschine hindurchströmt und die während der Verbrennung nicht vorhanden ist, um Energie zum Antrieb des Abgasturboladers zu erzeugen. Diese Art der Steuerung, bei der die öff-

nungs- und Schließzeiten der Ventile der Brennkraftmaschine beeinflußt werden, ist ein indirekter Weg zur Beeinflussung des Abgasturboladers und nicht ein Weg zur Steuerung der Brennkraftmaschine selbst. Diese Art der Steuerung muß auch nicht zwangläufig die Betriebsweise der Brennkraftmaschine beeinflussen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Brennkraftmaschine, die durch einen Brennstoffregler in Abhängigkeit von ihrer Belastung regelbar ist und die durch einen Abgasturbolader aufgeladen wird, dem ein auf den Druck in der

Ladeluftleitung zur Maschine ansprechender weiterer Regler nachgeschaltet ist, der die der Maschine zuzuführende Ladeluftmenge regelt, wobei eine Verbindung zwischen dem Brennstoffregler und dem weiteren Regler derart hergestellt ist, daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis über den gesamten Betriebsbereich der Maschine in Abhängigkeit von der Stellung des Brennstoffreglers in einer bestimmten Gesetzmäßigkeit veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Ladeluftleitung (18) abgenommene Druck (bei 81) den Druck eines Steuergestänges (54) beeinflußt, daß ein vom Regelglied des Brennstoffreglers (41) verstellter und in seiner Kontur in Übereinstimmung mit dem gewünschen optimalen Luft-Brennstoff-Verhältnis gestalteter Nocken (62) ebenfalls den Druck eines Steuergestänges (53, 59) beeinflußt und daß die Drücke der beiden Steuergestänge verglichen werden (bei 75 a) und in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis auf ein Ventil (32,102,103, 95) eingewirkt wird, das die der Maschine zuzuführende Ladeluftmenge steuert und zugleich von der Temperatur (bei

81a) der Abgase vor der Turbine verstellt wird.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (32) in einer Umgehungsleitung (30) angeordnet ist, die die Auspuffleitung (12) der Brennkraftmaschine mit der Abgasleitung (31) der Turbine (13) verbindet.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (102) in einer Umgehungsleitung (101) angeordnet ist, die die Ladeluftleitung (18) der Brennkraftmaschine mit der Ansaugleitung (16) des Verdichters (15) verbindet.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (103) in der Ladeluftleitung (18) der Brennkraftmaschine angeordnet ist.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaswechselventile (95) der Brennkraftmaschine in ihren öffnungs- und Schließzeiten beeinflußbar sind, um die Abgasturbinenbeaufschlagung zu steuern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen