DE19843026C2 - Brennkraftmaschine und Verfahren zum Steuern eines Bypassventils im Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine und ein Verfah­ ren zum Steuern eines Bypassventils im Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 16.

Aus der Druckschrift US 46 85 302 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader bekannt, dessen Turbine im Abgas­ strang der Brennkraftmaschine einen im Ansaugtrakt angeordneten Verdichter zur Erhöhung des Ansaugdrucks antreibt. Die Turbine ist mit einer variabel einstellbaren Turbinengeometrie ausges­ tattet, die es erlaubt, den wirksamen Turbinenquerschnitt und als Folge hieraus den Druck im Abgasstrang zwischen dem Zylin­ derauslaß und dem Turbineneintritt lastabhängig veränderlich einzustellen.

Um bei den auftretenden hohen Abgasgegendrücken eine Bauteil­ überlastung zu vermeiden, zweigt stromauf der Turbine ein Über­ brückungskanal mit einem Überlastventil von der Abgasleitung ab, wobei das Überlastventil bei Erreichen eines Druck- Grenzwertes öffnet, so daß ein Teil des Abgasstromes vor der Turbine abgeleitet und der Abgasgegendruck abgebaut wird.

Weitere Betriebsarten des Abgasturboladers sind in der Druck­ schrift US 46 85 302 nicht offenbart.

Darüberhinaus ist es aber bekannt, siehe beispielsweise die Druckschrift DE 195 43 190 A1, den Abgasturbolader auch im Mo­ torbremsbetrieb einzusetzen. Hierbei wird die variabel ein­ stellbare Turbinengeometrie in eine den Düsenquerschnitt der Turbine reduzierende Staustellung überführt, wodurch ein erhöh­ ter Abgasgegendruck mit einhergehender gesteigerter Bremslei­ stung erzielt wird.

Aus der gattungsbildenden Druckschrift DE 197 05 422 C1 ist ei­ ne aufgeladene Brennkraftmaschine mit einem Bypass zur Turbine im Abgasstrang bekannt, wobei der Bypassquerschnitt über ein Ventil regelbar ist, dessen Ventilkörper verschiedene Zonen mit jeweils unterschiedlichem Ventilkörperquerschnitt aufweist. Je nach Betriebsweise der Brennkraftmaschine - befeuerter An­ triebsbetrieb oder Motorbremsbetrieb - wird der Ventilkörper in der Weise in Achsrichtung verstellt, daß die der aktuellen Be­ triebsweise zugeordnete Zone des Ventilkörpers in unmittelbarer Nähe des Ventilsitzes liegt, wodurch der freie Strömungsquer­ schnitt durch das Bypassventil eingestellt werden kann. Mit Hilfe der unterschiedlichen Zonen auf dem Ventilkörper ist es durch eine axiale Bewegung des Ventilkörpers möglich, eine an die aktuelle Betriebsweise angepaßte Reduzierung des Abgasge­ gendrucks durchzuführen.

Die verschiedenen, den unterschiedlichen Betriebsweisen zuge­ ordneten Zonen am Ventilkörper grenzen unmittelbar aneinander, wobei die Zonen eine unterschiedliche axiale Länge und einen unterschiedlichen Gradienten aufweisen. Bei einem raschen Über­ gang zwischen befeuertem Antriebsbetrieb und Motorbremsbetrieb tritt das Problem auf, daß im Übergangsbereich die unterschied­ lichen Gradienten beider Zonen die Gasströmung durch das Ventil beeinflussen, so daß nicht nur jeder Zone eine Kennlinie für die Abhängigkeit der Gasströmung vom Ventilhub zugeordnet wer­ den muß, sondern auch für den Übergangsbereich eine entspre­ chende Kennlinie angegeben werden muß, die aufgrund des sprung­ haften Wechsels des Gradienten stark nichtlinear verläuft, wo­ durch die Einstellung der Gasströmung durch das Ventil sich im Übergangsbereich schwierig gestaltet.

Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß zur Einstellung einer gewünschten Gasströmung der Ventilkörper sich in unmittelbarer Nähe zum Ventilsitz befinden muß, wobei bereits kleine Schwan­ kungen einen Einfluß auf Gasströmung und Abgasgegendruck haben. Derartige Schwankungen können im laufenden Betrieb durch ther­ mische Einflüsse verursacht werden, wodurch eine genaue Ein­ stellung und Betriebsweise an den dem befeuerten Betrieb und dem Motorbremsbetrieb zugeordneten Grenzen erschwert wird.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung das Problem zugrunde, in unterschiedlichen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine bei maximaler Turbinenleistung die Bela­ stungsgrenze des Turboladers einzuhalten.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An­ spruches 1 bzw. 16 gelöst.

Gemäß der Neuerung kann der Ventilkörper des Bypassventils ent­ gegengesetzte Stellbewegungen ausführen, wobei die unterschied­ lichen Bewegungsrichtungen des Ventilkörpers unterschiedlich große Ventilquerschnitte freigeben oder absperren, indem be­ stimmte, aufeinander abgestimmte geometrische Querschnittsfor­ men des Ventilkörpers und des Ventilquerschnitts zusammenwir­ ken. Zugleich wird jeder Stellbewegungsart ein bestimmter Be­ triebszustand der Brennkraftmaschine zugeordnet, mit der Folge, daß in verschiedenen Betriebszuständen der Ventilquerschnitt unterschiedlich stark freigegeben bzw. wieder verschlossen wird. Damit ist es möglich, in einfacher Weise unterschiedliche Öffnungs- und Schließfunktionen des Bypassventils für verschie­ dene Betriebszustände vorzugeben, wodurch der stromauf der Tur­ bine abgeleitete Abgasmassenstrom betriebszustandsabhängig ein­ gestellt werden kann. Durch die Begrenzung der Turbinenleistung wird auch der Ladedruck in Ansaugrohr begrenzt.

Die Neuerung eignet sich für die Verwendung im befeuerten An­ triebsbetrieb und im Motorbremsbetrieb. Diesen Betriebsweisen sind üblicherweise unterschiedlich hohe untere Ladedruckgrenzen zugeordnet, bei deren Überschreiten ein Teil des Abgasmassen­ stromes durch Öffnen des Bypassventils abgeleitet wird. Dar­ überhinaus können obere maximale Ladedruckgrenzen vorgegeben werden, die die obere Grenze erreichbaren Ladedrucks markieren. Die oberen Ladedruckgrenzen entsprechen den maximalen Öffnungs­ stellungen des Bypassventils und demgemäß einem maximalen abzu­ leitenden Abgasmassenstrom. Ebenso wie die unteren Ladedruck­ grenzen können auch die oberen Ladedruckgrenzen für die Be­ triebsarten befeuerter Antrieb und Motorbremsbetrieb auf unter­ schiedlichem Niveau liegen. Die Öffnungsfunktionen des Bypass­ ventils zwischen unterer und oberer Ladedruckgrenze können für den befeuerten Betrieb und den Motorbremsbetrieb unterschied­ lich verlaufen.

Durch die Berücksichtigung unterschiedlicher Grenzwerte ist es möglich, eine vergleichsweise kleine Turbine mit geringer Träg­ heit einzusetzen, die sich durch ein gutes Ansprechverhalten im befeuerten Betrieb auszeichnet. Kleinen Turbinen sind zugleich kleine Verdichter zugeordnet, die sich durch eine Verschiebung der Pumpgrenze in Richtung niedrigerer Drehzahlen auszeichnen, wodurch die Agilität des Fahrzeugs im unteren Drehzahlbereich verbessert wird. Andererseits wandert die Stopfgrenze bei klei­ nen Verdichtern ebenfalls in Richtung niedrigerer Drehzahlen, so daß eine Ladedruckbegrenzung durch Ableitung des Abgas­ massenstromes erforderlich wird, um Bauteilüberlastungen zu verhindern. Die Ladedruckbegrenzung wird durch Ableitung des Abgasmassenstroms erreicht.

Um im Motorbremsbetrieb gute Bremsleistungen zu erzielen, sind dagegen relativ hohe Abgasgegendrücke erforderlich, so daß in der Regel das Bypassventil erst bei höheren Drücken als im be­ feuerten Betrieb geöffnet wird, um Abgas an der Turbine vorbei zu leiten.

Die Berücksichtigung unterschiedlicher Grenzwerte ermöglicht eine optimale Betriebsweise im befeuerten Betrieb und im Motor­ bremsbetrieb. Darüberhinaus können aber auch zusätzliche Be­ triebsarten bzw. zusätzliche Kriterien definiert werden, die für die Ableitung unterschiedlich hoher Abgasmassenströme zu berücksichtigen sind.

Die Zuordnung zwischen unterschiedlichen Stellbewegungen bzw. Stellbewegungsarten des Ventilkörpers, die bestimmten Betriebs­ zuständen entsprechen, und den wirksamen Ventilquerschnitten kann auf ausschließlich geometrischem Wege durch eine aufeinan­ der abgestimmte Geometrie von Ventilkörper und Ventilquer­ schnitt erfolgen. Hierfür weist der Ventilquerschnitt eine auf die unterschiedlichen Betriebszustände abgestimmte Quer­ schnittsgeometrie auf, wobei je nach Stellbewegung unterschied­ liche Abschnitte der Querschnittsgeometrie vom Ventilkörper freigegeben bzw. blockiert werden. Sowohl der Betriebspunkt, bei dem das Bypassventil geöffnet wird, als auch der Be­ triebspunkt, bei dem der maximale Öffnungsquerschnitt erreicht wird, als auch der Funktionsverlauf zwischen beiden Be­ triebspunkten kann für jede Betriebsart unterschiedlich ausge­ prägt sein.

Als Geometrie des Ventilquerschnitts kommt beispielsweise eine Dreiecksform in Frage, wobei zumindest zwei Seiten des Dreiecks gerade, konvex oder konkav geformt sein können. Je nachdem, ob zunächst eine Spitze oder eine Seiten- bzw. Grundfläche des Dreiecks vom Ventilkörper überstrichen bzw. freigegeben wird, stellen sich unterschiedliche wirksame Strömungsquerschnitte im Bypassventil mit entsprechend unterschiedlich hohen Abgas­ massenströmen ein. Dabei ist üblicherweise der flächenmäßig größere Abschnitt des Ventilquerschnitts dem Motorbremsbetrieb, der flächenmäßig kleinere Abschnitt dagegen dem befeuerten Be­ trieb zugeordnet, wodurch sichergestellt ist, daß bei Erreichen der oberen Druckgrenze in kurzer Zeit ein hoher Abgasmassen­ strom abgeleitet und hohe Abgasgegendrücke schnell auf ein Ma­ ximum begrenzt werden können.

Gegebenenfalls ist die Dreiecksform des Ventilquerschnitts er­ gänzt durch ein schmales Rechteck, welches vorteilhaft im be­ feuerten Betrieb freigegeben wird.

In einer zweckmäßigen Ausführung führt der Ventilkörper entge­ gengesetzte translatorische Stellbewegungen aus, die jeweils dem befeuerten Betrieb und dem Motorbremsbetrieb zugeordnet sind.

Es wird bevorzugt eine Turbine mit variabel einstellbarer Tur­ binengeometrie eingesetzt, insbesondere in Form eines Axial­ schiebers zur Einbringung von Leitschaufeln in den Eintrittska­ nal stromauf des Turbinenrades. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist die variable Turbinengeometrie in Form eines Leitgitters mit verstellbaren Leitschaufeln ausgebildet. Es kann aber auch angezeigt sein, eine Klappenturbine vorzusehen. Die entgegengesetzten translatorischen Stellbewegungen des Ven­ tilkörpers können mit geringem konstruktivem Aufwand ausgeführt werden.

Für die Einstellung des Bypassventils wird vorteilhaft ein pneumatisches Stellelement verwendet, insbesondere eine Druck­ dose mit zwei Druckkammern, welche durch ein verstellbares Stellglied getrennt sind. Die Druckkammern werden mit Steuer­ druck beaufschlagt, zweckmäßig mit Ladedruck aus dem Ansaug­ rohr, wobei sich gemäß der Resultierenden aus der Druckdiffe­ renz zwischen beiden Druckkammern sowie eventuell am Stellglied angreifender Federn eine Stellbewegung des Stellglieds ergibt, die auf das Bypassventil übertragen wird. Je nachdem, welche der beiden Druckkammern mit Überdruck beaufschlagt wird, erge­ ben sich entgegengesetzt gerichtete Stellbewegungen des Stell­ glieds, die unmittelbar auf den Ventilkörper zur betriebszu­ standsabhängigen Einstellung des Bypassventils übertragen wer­ den.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnun­ gen zu entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer aufgeladenen Brenn­ kraftmaschine mit einem die Turbine des Turboladers überbrückenden Bypassventil,

Fig. 2a bis 2c eine Ansicht des Bypassventils mit Ventilquerschnitt und Ventilkörper in Schließstellung, in Öffnungsstel­ lung im Motorbremsbetrieb und in Öffnungsstellung im befeuerten Betrieb,

Fig. 3 verschiedene Geometrien des Ventilquerschnitts,

Fig. 4 ein pneumatisches Stellelement für das Bypassventil. Die in Fig. 1 dargestellte Brennkraftmaschine 1 weist einen Ab­ gasturbolader 3 auf, dessen Turbine 4 im Abgasstrang 7 von den Abgasen der Brennkraftmaschine 1 angetrieben wird und über eine Welle einen Verdichter 5 im Ansaugtrakt 6 betätigt. Im Ansaug­ trakt 6 wird Ansaugluft aus der Atmosphäre mit dem Umgebungs­ druck p₀ angesaugt, in einem Filter 12 gereinigt und anschlie­ ßend mit dem Druck p₁ dem Verdichter 5 zugeführt. Die im Ver­ dichter 5 auf den Druck p₂ komprimierte Ansaugluft wird in ei­ nem Ladeluftkühler 13 gekühlt und tritt mit dem Ladedruck p_2S in ein Saugrohr der Brennkraftmaschine 1. Über das Saugrohr wird die Ansaugluft Saugkanälen, die in die Zylindereinlässe der Brennkraftmaschine 1 münden, zugeführt.

Das in der Brennkraftmaschine produzierte Abgas wird in den Ab­ gasstrang 7 geleitet und wird mit dem Abgasgegendruck p₃ der Turbine 4 zugeführt, die mit einer variabel einstellbaren Tur­ binengeometrie 14 ausgestattet ist, welche über einen Aktuator 15 zwischen einer den Turbinenquerschnitt freigebenden Öff­ nungsstellung und einer den Turbinenquerschnitt reduzierenden Staustellung verstellbar ist. In einer Motorsteuerung und - regelung 2 werden in Abhängigkeit des Last- und Betriebszustan­ des der Brennkraftmaschine 1 Stellsignale für den Aktuator 15 der variablen Turbinengeometrie 14 erzeugt, welche über eine Signalleitung 16 dem Aktuator 15 zugeführt werden.

Die variable Turbinengeometrie 14 wird insbesondere im Motor­ bremsbetrieb in die Staustellung zur Erhöhung des Abgasgegen­ drucks p₃ und damit verbundener Steigerung des Ladedrucks p_2S überführt. Die variable Turbinengeometrie kann beispielsweise ein axial verschiebliches oder ein verdrehbares Bremsleitgitter aufweisen, das zur Reduzierung des freien Querschnitts in den Düsenkanal der Turbine eingeschoben werden kann. In Staustel­ lung ist der Strömungsquerschnitt der Turbine reduziert und es wird ein hoher Abgasgegendruck im Leitungsabschnitt zwischen den Zylindern und dem Abgasturbolader aufgebaut. Das Abgas strömt mit hoher Geschwindigkeit durch die Kanäle der Turbinen­ geometrie und beaufschlagt das Turbinenrad, woraufhin der Ver­ dichter im Ansaugtrakt einen Überdruck aufbaut. Dadurch wird der Zylinder eingangsseitig mit erhöhtem Ladedruck beauf­ schlagt, ausgangsseitig liegt zwischen dem Zylinderauslaß und dem Abgasturbolader ein Überdruck an, der dem Abblasen der im Zylinder verdichteten Luft über Bremsventile in den Abgasstrang hinein entgegenwirkt. Im Motorbremsbetrieb muß der Kolben im Verdichtungs- und Ausschiebehub Kompressionsarbeit gegen den hohen Überdruck im Abgasstrang verrichten, wodurch eine starke Bremswirkung erreicht wird.

Stromab der Turbine 4 wird das entspannte Abgas mit dem Druck p₄ über eine nicht dargestellte Abgasreinigungsvorrichtung in die Atmosphäre abgeleitet.

Um eine Überlastung durch einen unzulässig hohen Druckanstieg sowohl im befeuerten Betrieb als auch im Motorbremsbetrieb zu verhindern, kann zumindest ein Teil des Abgasstromes aus dem Abgasstrang 7 durch eine Abblaseeinrichtung ausgeleitet werden. Die Abblaseeinrichtung besteht aus einem die Turbine 4 umgehen­ den Überbrückungskanal 10, der stromauf der Turbine vom Ab­ gasstrang abzweigt und stromab der Turbine wieder in den Ab­ gasstrang mündet, und einem im Überbrückungskanal 10 angeordne­ ten Bypassventil 9. Das Bypassventil 9 ist zwischen einer den Überbrückungskanal 10 sperrenden Schließstellung und einer den Überbrückungskanal 10 freigebenden Öffnungsstellung verstell­ bar, wobei beliebige Zwischenstellungen zwischen der Schließ­ stellung und der Öffnungsstellung möglich sind. In Schließstel­ lung fließt der gesamte Abgasstrom durch die Turbine 4 und es findet keine Reduzierung des Abgasgegendruckes statt. In Öff­ nungsstellung fließt zumindest ein Teil des Abgasstromes durch den geöffneten Überbrückungskanal 10, der an der Turbine anlie­ gende Abgasgegendruck p₃ wird reduziert.

Das Bypassventil 9 kann sowohl im befeuerten Betrieb als auch im Motorbremsbetrieb geöffnet werden, wobei die Überführung von Schließstellung in Öffnungsstellung für die beiden Betriebsar­ ten bei unterschiedlich hohen Ladedrücken p_2S erfolgen kann. In der befeuerten, angetriebenen Betriebsweise wird das Bypassven­ til 9 geöffnet, sobald der Ladedruck p_2S eine erste vorgegebene Ladedruckgrenze erreicht. Im Motorbremsbetrieb wird das Bypass­ ventil 9 geöffnet, sobald der Ladedruck p_2S eine zweite vorge­ gebene Ladedruckgrenze erreicht, wobei insbesondere die dem be­ feuerten Betrieb zugeordnete Ladedruckgrenze niedriger ist als die dem Motorbremsbetrieb zugeordnete Ladedruckgrenze. Hat der Ladedruck die jeweilige Ladedruckgrenze überschritten, wird das Bypassventil 9 auf einen dem aktuellen Ladedruck entsprechenden Öffnungswert eingestellt.

Das Bypassventil 9 wird über ein Stellelement 11 eingestellt, das im Ausführungsbeispiel als pneumatische Druckdose ausge­ führt ist. Dem Stellelement 11 wird als Stellsignal ein Steuer­ druck p_akt zugeführt, mittels dem die aktuelle Einstellung des Bypassventils 9 erfolgt. Als Steuerdruck P_akt wird dem Stellele­ ment 11 über eine Druckleitung 17 der Ladedruck p_2S aus dem An­ saugtrakt 6 zugeführt, woraufhin im Stellelement 11 ein über ein Stellglied auf das Bypassventil 9 zu übertragender Stellweg s erzeugt wird, der je nach Betriebsmodus befeuerter Be­ trieb/Motorbremsbetrieb entgegengesetzt gerichtete positive oder negative Werte einnimmt. Die Identifizierung des aktuellen Betriebsmodus erfolgt in der Motorsteuerung und -regelung 2, die über Signalleitungen 18, 19 Informationen über Betriebszu­ standsgrößen und -parameter der Brennkraftmaschine 1 bzw. des Ansaugtraktes 6 in Signalform empfängt, beispielsweise Motor­ last, Drehzahl, Ladedruck etc. Aus diesen Informationen be­ stimmt die Motorsteuerung 2 den aktuellen Motor-Betriebszustand und generiert ein entsprechendes Stellsignal S_St, das über eine weitere Signalleitung 20 dem Stellelement 11 zugeführt wird. Anhand des Stellsignals S_St wird im Stellelement 11 die Stell­ richtung und die Stellgröße des Stellgliedes festgelegt.

Die Fig. 2a, 2b und 2c zeigen jeweils ein Bypassventil 9, dar­ gestellt in unterschiedlichen Positionen seines Ventilkörpers 21. Der Ventilkörper 21 kann zwei entgegengesetzte Stellbewe­ gungen ausführen, von denen jede einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine - Motorbremsbetrieb und befeuerter Betrieb - zugeordnet ist. Die Geometrien von Ventilkörper 21 und Ventil­ querschnitt 22 sind in der Weise aufeinander abgestimmt, daß entgegengesetzte Stellbewegungen des Ventilkörpers unterschied­ liche Zuwächse des für die Abströmung zur Verfügung stehenden freien Querschnitts bewirken. Im Ausführungsbeispiel hat der Ventilkörper 21 Rechteckform, der Ventilquerschnitt 22 Dreieck­ form.

In Fig. 2a befindet sich das Bypassventil 9 in seiner Schließ­ stellung, in der der Ventilquerschnitt 22, über den Strömungs­ medium abströmt, vollständig verschlossen ist. Die Quer­ schnittsform des Ventilkörpers 21 ist rechteckig und so dimen­ sioniert, daß der dreieckförmige Ventilquerschnitt 22 in Schließstellung vollständig vom Ventilkörper 21 verdeckt ist. Der Ventilkörper 21 kann in Pfeilrichtung 23 translatorisch in beide Richtungen verstellt werden, wohingegen die Position des Ventilquerschnitts 22 im Bypassventil 9 unveränderlich fest­ liegt. Eine Seitenfläche des dreieckförmigen Ventilquerschnitts 22 liegt parallel zu einer der Seitenflächen des rechteckförmi­ gen Ventilkörpers 21, eine Spitze des Ventilquerschnitt- Dreiecks ist der gegenüberliegenden Seitenfläche des Ventilkör­ pers 21 zugewandt.

In Fig. 2b ist das Bypassventil in seiner dem Motorbremsbetrieb entsprechenden Öffnungsstellung gezeigt, in der der Ventilkör­ per 21 über die Spitze des Ventilquerschnitts 22 hinaus um den positiven Stellweg +s ausgelenkt ist. Durch die Auslenkung des Ventilkörpers 21 in diese Richtung ist lediglich der Bereich der Spitze des Ventilquerschnitts 22 noch verdeckt und steht somit für die Abströmung des Abgases nicht zur Verfügung. Dage­ gen liegt der größere Teil - schraffiert eingezeichnet - des Ventilquerschnitts 22 außerhalb des Querschnitts des Ventilkör­ pers 21, so daß Abgas über den schraffierten, größeren Teil des Ventilquerschnitts abströmen kann.

Bei einer Auslenkung des Ventilkörpers 21 von Schließstellung in die dem Motorbremsbetrieb zugeordnete Öffnungsstellung kommt zuerst eine Seitenfläche des Ventilquerschnitt-Dreiecks frei, so daß bereits kleine Auslenkungen des Ventilkörpers 21 einen relativ großen Ventilquerschnitt freigeben.

In Fig. 2c ist das Bypassventil in seiner der befeuerten An­ triebsbetriebsweise entsprechenden Öffnungsstellung gezeigt, in der der Ventilkörper 21 über die Seitenfläche des Ventilquer­ schnitts 22 hinaus um den negativen Stellweg -s ausgelenkt ist, so daß der Bereich der Spitze des Ventilquerschnitt-Dreiecks freiliegt (schraffiert eingezeichnet) und für die Abströmung zur Verfügung steht. Der größere Teil des Ventilquerschnitt- Dreiecks ist dagegen trotz ausgelenktem Ventilkörper 21 noch verdeckt.

Bei einer Auslenkung des Ventilkörpers 21 von Schließstellung in die dem befeuerten Betrieb zugeordnete Öffnungsstellung kommt zuerst eine Spitze des Ventilquerschnitt-Dreiecks frei, mit der Folge, daß kleine Auslenkungen des Ventilkörpers 21 auch nur einen kleinen Ventilquerschnitt freigeben und mit steigender Auslenkung des Ventilkörpers nur kleine Zuwächse in dem für die Abströmung zur Verfügung stehenden freien Quer­ schnitt erreicht werden.

In Fig. 3 sind weitere Varianten für Geometrien des Ventilquer­ schnitts 22 dargestellt. Bei allen Ausführungsformen wird davon ausgegangen, daß die im Bild untenliegende Grundfläche mit grö­ ßerem Flächeninhalt diejenige Seite ist, die beim Öffnen im Mo­ torbremsbetrieb zunächst freigegeben wird. Die obenliegende, schmale Spitze mit geringerem Flächeninhalt wird beim Öffnen im befeuerten Betrieb zuerst freigegeben.

In einer ersten Ausführung weist der Ventilquerschnitt eine dreieckige Grundform auf, wobei zwei Seitenflächen des Dreiecks konkav und die Grundfläche des Dreiecks eben geformt sind. In einer zweiten Ausführung ist eine obenliegende Spitze des Drei­ ecks zu einem schmalen Rechteck verlängert. In einer dritten Ausführungsform sind die Seitenflächen konvex geformt. In einer vierten Ausführungsform ist die obere Spitze als schmales, zu­ sätzliches Dreieck geformt. In einer fünften Ausführungsform ist die untere Grundfläche elliptisch geformt und weist eine sich nach oben erstreckende rechteckförmige Verlängerung auf.

Es kann zweckmäßig sein, die Geometrie des Ventilquerschnitts regelmäßig auszubilden, beispielsweise rechteckförmig oder kreisförmig, und die Geometrie des Ventilkörpers entsprechend dem gewünschten Öffnungsverlauf des Ventils mit einem sich in Öffnungsrichtung ändernden Querschnittsverlauf auszubilden.

Fig. 4 zeigt ein Stellelement 11, mittels dem das Bypassventil eingestellt wird. Das Stellelement 11 ist als pneumatische Va­ riodruckdose ausgeführt und weist in einem Druckbehälter 24 zwei Druckkammern 25, 26 auf, die durch ein verschiebbares Stellglied 27 getrennt sind. In jeder Druckkammer 25, 26 ist eine Feder 28, 29 angeordnet, die das Stellglied 27 gegensinnig beaufschlagen und die insbesondere unterschiedliche Federstei­ figkeiten aufweisen. Jede Druckkammer 25, 26 wird über Druck­ leitungen 30, 31 mit einem Steuerdruck p_akt von einer Druckver­ sorgung 32 versorgt. Die Zuweisung des Steuerdrucks p_akt zur er­ sten Druckkammer 25 oder zur zweiten Druckkammer 26 über die Druckleitung 30 bzw. 31 erfolgt über ein Umschaltventil 33, das über ein Stellsignal S_St eingestellt wird, welches von der Mo­ torsteuerung und -regelung über die Signalleitung 20 zugeführt wird.

Als Druckversorgung 32 kann entweder ein Borddruck-Netzspeicher oder, wie in Fig. 1 dargestellt, der Ladedruck p_2S verwendet werden.

In Abhängigkeit der Höhe des aktuellen Steuerdrucks p_akt, der Zufuhr zur ersten oder zur zweiten Druckkammer 25 bzw. 26 und den Federsteifigkeiten der Federn 28, 29 stellt sich im Druck­ behälter 24 ein stationäres Gleichgewicht ein, indem das Stell­ glied 27 den momentanen Kraftverhältnissen entsprechend in Pfeilrichtung 23 um den positiven oder negativen Stellweg s verschoben wird. Jede Stellrichtung in positiver oder negativer Richtung ist einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine zuge­ ordnet, insbesondere jeweils dem Motorbremsbetrieb und dem be­ feuerten Betrieb. Der Stellweg s wird auf das Bypassventil übertragen, das der Stellbewegung entsprechend geöffnet oder geschlossen wird.

Die Einstellung des Bypassventils über das Stellelement 11 kann sowohl gesteuert als auch geregelt erfolgen. Bei einer Regelung wird zweckmäßig der Ladedruck als Regelgröße verwendet.

Claims (16)

1. Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader, der eine Tur­ bine (4) im Abgasstrang (7) und einen Verdichter (5) im Ansaug­ trakt (6) umfaßt, mit einem in einem Überbrückungskanal (10) zur Turbine (4) angeordneten Bypassventil (9), welches in Ab­ hängigkeit des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine (1) zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung ver­ stellbar ist, wobei das Bypassventil (9) einen einen Ventil­ querschnitt (22) freigebenden bzw. versperrenden Ventilkörper (21) aufweist, der in Abhängigkeit des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine (1) unterschiedliche Stellbewegungen aus­ führt, wobei die Geometrien des Ventilkörpers (21) und des Ven­ tilquerschnitts (22) derart aufeinander abgestimmt sind, daß in Abhängigkeit der Stellbewegung des Ventilkörpers (21) unter­ schiedlich große Ventilquerschnitte (22) für den befeuerten An­ triebsbetrieb und den Motorbremsbetrieb der Brennkraftmaschine (1) freigebbar bzw. versperrbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass
der Ventilkörper (21) aus der Schließstellung des Bypassventils (9) heraus in zwei entgegengesetzte Bewegungsrichtungen Stell­ bewegungen ausführen kann, wobei eine Bewegungsrichtung dem be­ feuerten Antriebsbetrieb und die andere Bewegungsrichtung dem Motorbremsbetrieb der Brennkraftmaschine zugeordnet ist, und
der in einer der beiden Bewegungsrichtungen durch den Ventil­ körper (21) freigebbare Ventilquerschnitt (22) sich erweitert und der in der anderen der beiden Bewegungsrichtungen durch den Ventilkörper (21) freigebbare Ventilquerschnitt (22) sich ver­ jüngt.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (21) translatorische Stellbewegungen aus­ führt.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im befeuerten Antriebsbetrieb bei gleich großer Stellbewe­ gung ein kleinerer Ventilquerschnitt (22) durch den Ventilkör­ per (21) freigegeben wird als im Motorbremsbetrieb.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilquerschnitt (22) dreieckförmig ist.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Dreiecksseiten des Ventilquerschnitts (22) konvex ge­ formt sind.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Dreiecksseiten des Ventilquerschnitts (22) konkav ge­ formt sind.

7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich des Ventilquerschnitts (22) teilkreisförmig ausgebildet ist.

8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich des Ventilquerschnitts (22) rechteckförmig ausgebildet ist.

9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Ventilkörpers (21) rechteckförmig aus­ gebildet ist.

10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein pneumatisches Stellelement (11) zur Einstellung des Bypassventils (9) vorgesehen ist.

11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (11) als Druckdose mit zwei Druckkammern (25, 26), zwischen denen ein verstellbares Stellglied (27) an­ geordnet ist, ausgebildet ist, wobei die Druckkammern (25, 26) mit Steuerdruck (p_akt) beaufschlagbar sind.

12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Steuerdruck (p_akt) der Ladedruck ( p_2S) aus dem Ansaug­ trakt (6) heranführbar ist.

13. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umschaltventil (33) vorgesehen ist, um den Steuerdruck (p_akt) wahlweise auf eine der Druckkammern (25, 26) zu leiten.

14. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das verstellbare Stellglied (27) zwischen den Druckkammern (25, 26) von entgegengesetzten Federn (28, 29) beaufschlagt wird.

15. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (4) mit variabel einstellbarer Turbinengeomet­ rie ausgestattet ist.

16. Verfahren zum Steuern eines Bypassventils, das in einem Überbrückungskanal (10) der Turbine (4) eines Abgasturboladers (3) angeordnet ist, welcher mit einer Brennkraftmaschine (1), insbesondere mit einer Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zu­ sammenwirkt, und das in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1) zwi­ schen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung verstellbar ist, wobei in Abhängigkeit von der Stellbewegung eines Ventilkörpers (21) des Bypassventils (9) unterschiedlich große Ventilquerschnitte (22) für den befeuerten Antriebsbetrieb und den Motorbremsbetrieb der Brennkraftmaschine (1) freigegeben werden, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Schließstellung des Bypassventils (9) heraus

• - der Ventilkörper (21) des Bypassventils (9) in einer ersten Bewegungsrichtung zu einer Stellbewegung veranlasst wird, wenn die Brennkraftmaschine (1) sich im Antriebsbetrieb befindet und die Bedingung für das Öffnen des Bypassventils (9) erfüllt ist,
• - der Ventilkörper (21) des Bypassventils (9) in einer zweiten Bewegungsrichtung, die zur ersten Bewegungsrichtung entgegengesetzt ist, zu einer Stellbewegung veranlasst wird, wenn die Brennkraftmaschine (1) sich im Motorbremsbetrieb befindet und die Bedingung für das Öffnen des Bypassventils (9) erfüllt ist,

wobei einer Stellbewegung in der einen der beiden Bewegungsrichtungen ein größerer freizu­ gebender Ventilquerschnitt (22) als einer gleich großen Stellbewegung in der anderen der beiden Bewegungsrichtungen zugeordnet wird.