DE2435707C3 - Regeleinrichtung für eine aufgeladene Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit in Abhängigkeit von der angesaugten Luftmenge dosierten Kraftstoffmenge, mit einem von einer Abgasturbine angetriebenen Ladegebläse, einem stromab des Ladegebläses den Durchlaßquerschnitt der Ladeluftleitung beherrschen- s.s den willkürlich betätigbaren Leistungsregelorgan und mit eine.- dem Ladegebläse zugeordneten, die Saugleitung des Ladegebläses mit der Ladeluftleitung verbindenden, stromauf des Leistungsregelorgans in die Ladeluftleitung mündenden Umgehungsleitung, in der u, ein in Abhängigkeit von der Stellung des Leistungsregelorgans derart beaufschlagtes Absperrorgan angeordnet ist, daß es bei sich vergrößerndem Durchlaßquerschnitt der Ladeluftleitung im Schließsinn verstellt wird. '<■·

Bei mittels eines Turboladers aufgeladenen Brennkraftmaschinen werden die Abgase der Brennkraftmaschine einer in deren Auspuffleitung angeordneten Abgasturbine zugeleitet, welche unter Ausnutzung der in den Abgasen enthaltenen Energien ein in d«s Saugsystem der Brennkraftmaschine eingeschaltetes Ladegebläse antreibt, welches der Brennkraftmaschine verdichtete Luft zuführt

Zum Antrieb von Fahrzeugen bestimmte Brennkraftmaschinen unterliegen innerhalb weiter Grenzen rasch wechselnden Leistungsanforderungen und müssen insbesondere beim Beschleunigen des Fahrzeugs ausgehend von der Leerlaufstellung sehr schnell eine hohe Leistung abgeben. Hierbei hat es sich bei bekannten, mittels eines Abgasturboladers aufgeladenen Brennkraftmschineri (DE-OS 15 26 443) als nachteilig erwiesen, daß im Leerlauf- bzw. Schubbetrieb der Brennkraftmaschine der Abgasturbine lediglich noch die Leerlauiabfcasenergie zugeführt wird und dadurch die für das Ladegebläse zur Verfugung stehende Antriebsleistung stark verringert ist Zusätzlich zu der Verringerung der Antriebsleistung für das Ladegebläse baut sich irn Leerlauf- bzw. Schubbetrieb der Brennkraftmaschine vor dem geschlossenen Leistungsregelorgan ein rasch über den Nonnalwert ansteigender Ladedruck auf, so daß die Drehzahl des Ladegebläses rasch sehr stark abfällt Bei einem erneuten öffnen des Leistungsregelorganes der Brennkraftmaschine kann diese zufolge der bei niedriger Drehzahl des Ladegebläses zu geringen Aufladung ihre volle Leistung se lange nicht erbringen, bis das Ladegebläse durch vermehrte Zuführung von Abgasenergie zur Abgasturbine wieder auf seine für die normale Aufladung der Brennkraftmaschine erforderliche Drehzahl beschleunigt ist Um den raschen Drehzahlabfall des Turboladers beim Schließen des Leistungsregelorganes der Brennkraftmaschine zu vermeiden, und damit das Beschleunigungsverhalten der Brennkraftmaschine zu verbessern, ist bereits bekannt (DE-OS 22 07 221), das Ladegebläse mittels einer von der Ladeluftleitung abzweigenden Umluftleitung direkt miteinander zu verbinden, wobei in der Umluftleitung ein in Abhängigkeit vom Leistungsregelorgan der Brennkraftmaschine derart gC3teuer.es Regelorgan angeordnet ist, daß die Umluftleitung bei geöffnetem Leistungsregelorgan geschlossen und beim geschlossenen Leistungsregelorgan geöffnet ist Die das Ladegebläse mit der Abgasturbine verbindende Umluftleitung verhindert zwar einen starken Druckanstieg in der Ladeluftleitung beim Schließen des Leistungsregelorgans und damit auch einen raschen Drehzahlabfall des Ladegebläses, jedoch kann diese Maßnahme nicht bei jeder aufgeladenen Brennkraftmaschine angewandt werden. Insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit einer durch Vermittlung eines in die Saugleitung eingeschalteten Luftmengenmessers in Abhängigkeit von der jeweils angesaugten Luftmenge dosierten Kraftstoffeinspritzung würde diese Maßnahme bei geschlossenem Leistungsregelorgan zu einer Überfettung des Brennstoff-Luft-Gemisches führen, da die angesaugte und vom Luftmengenmesser erfaßte Luftmenge zum überwiegenden Teil der Abgasturbine und nicht dem Zylinder zugeführt wird.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, bei einer mittels eines Abgasturboladers aufgeladenen und mit einer Anlage zur in Abhängigkeit von der angesaugten Lufunenge dosierten Kraftstoffeinspritzung versehenen Brennkraftmaschine unbeschadet der Einhaltung einer optimalen Gemischzusammensetzung über den gesamten Drehzahlbereich hin einen raschen Drehzahlabfall des Turboladers beim Schließen des Leistunßsregelorgans

der Brennkraftmaschine zu verhindern,

Erfmdungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Einrichtung eingangs umrissener Gattung dadurch gelöst, daß die Umgehungsleitung von der Saugleitung stromab eines in der Saugleitung angeordneten, abhängig von der durchströmenden Luftmenge verstellbaren, die Kraftstoffmenge einer Einspritzanlage dosierenden Luftmengenmessers abzweigt und das Absperrorgan bei jeder einen Durchlaß freigebenden Stellung des Leistungsregelorganes geschlossen ist

In Verbindung mit einem Abschnitt der Saugleitung und einem Abschnitt der Ladeluftleitung bildet die Umgehungsleitung eine dem Ladegebläse zugeordnete, absperrbare Ringleitung. Die dem Ladegebläse zugeordnete und lediglich bei in der Schließlage befindlichem Leistungsregelorgan geöffnete Ringleitung bewirkt daß bei geschlossenem Leistungsregelorgan der Brennkraftmaschine die von Ladegebläse geförderte Luftmenge in einer Kreisförderung wieder dem Ladegebläse zugeführt wird, so daß diese praktisch drucklos fördert und somit der Aufbau eines die Drehzahl des Ladegebläses drosselnden, zu hohen Ladedruckes beim Schließen des Leistungsregebrgancs vermieden ist Darüber hinaus wird während des Schließvorganges des Leistungsregelorganes eine »Pumpe« des Verdichters vermieden. Ein für den Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine erforderlicher und auch bei geschlossenem Leistungsregelorgan aus dem Kreislauf in der Ringleitung um das Ladegebläse entnommener Anteil an Ladeluft wird dabei durch Ansaugen einer entsprechenden Frischluftmenge ersetzt Da hierbei nur die jeweils der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge über die Saugleitung angesaugt wird, entspricht die vom Luftmengenmesser geregelte Dosierung der Kraftstoffeinspritzung unabhängig von der Drehzahl des Ladegebläses exakt der der Brennkraftmaschine zugeführten Ladeluftmenge.

Das Absperrorgan kann in weiterer Ausbildung der Erfindung einerseits vom Druck im saugrohrseitigen Teil der Umgehungsleitung und andererseits von dem unmittelbar hinter dem geschlossenen Leistungsregelorgan herrschenden Druck in der Ladeluftleitung beaufschlagt sein. Das Absperrorgan selbst ist hierbei zweckmäßigerweise durch einen in Schließrichtung federbelasteten Kolbenschieber gebildet Die Steuerluftleitung für das Absperrorgan zweigt unmittelbar neben der rraschinenseitigen Hinterkante des in der SchlieSlage befindlichen, insbesondere durch eine Drosselklappe gebildeten Leistungsregeiorgans von der Ladeluftleitung ab.

Die Beaufschlagung d*s Absperrorgans in der Umgehungsleitung mit dem in Strömungsrichtung unmittelbar hinter dem geschlossenen Leistungsregelorgan in der Ladeluftleitung herrschenden Druck bewirkt, daß die Umgehungsleitung für das Ladegebläse durch den sich hinter den in der Schließlage befindlichen Leistungsregelorgan aufbauenden Unterdruck sofort geöffnet wird, sobald das Leistungsregelorgan seine Schließlage erreicht hat, andererseits jedoch geschlossen wird, sobald das Leistungsregelorgan auch nur eine geringe Öffnungsstcllung einnimmt, da dann die Steuerluftleitung sofort mit dem vollen Ladedruck beaufschlagt ist. Diese Steuerung des Absperrorgans der Umgehungsleitung gewährleistet einerseits die Vermeidung einer Überhöhung des Ladedruckes beim Schließen des Leistungsregelorganes und damit die Vermeidung eines raschen Drehzahlabfalles des Ladegebläses und ermöglicht andererseits die sofortige

Bereitstellung eines ausreichenden Udeluftdmckes beim öffnen des Leistungsregelorganes.

Zwar ist bereits eine mit einem Abgasturbolader betriebene und eine die Saugleitung mit der Ladeluftleitung verbindende Umgehungsleitung aufweisende Brennkraftmaschine bekannt (DE-AS 1751 061), bei der die Umgehungsleitung in die Saugleitung vor dem Ladegebläse und in die Ladeluftleitung vor dem Vergaser und dem Leistungsregelorgan mündet jedoch dient diese Umgehungsleitung nicht zur Lösung der durch die erfindungsgemäße Regeleinrichtung zu lösenden Aufgabe. Diese Umgehungsleitung wird in Abhängigkeit von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine derart geregelt daß diese bei Leerlauf und angrenzendem geringem Lastbereich der Brennkraftmaschine geschlossen ist Durch diese Maßnahme soll im gesamten Leistungsbereich der Brennkraftmaschine eine besonders günstige Anpassung des Laderkennfeldes an das Motorkennfeld und bei raschen Last- und Drehzahländerungen erzielt werden, ohne die Pumpgrenze des Laders zu überschreiten.

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beispielsbeschreibung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im einzelnen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine mehr oder minder schematische Darstellung der Ladeluftversorgung einer aufgeladenen Brennkraftmaschine bei voll geöffnetem Leistungsregelorgan;

Fig.2 eine gleichfalls mehr oder minder schematische Darstellung der Ladeluftversorgung einer aufgeladenen Brennkraftmaschine, jedoch bei in der Schüeßlage befindlichem Leistungsregelorgan.

Bei der im Ausführungsbeispiel dargestellten Ladeluftversorgung für eine Brennkraftmaschine 1 saugt ein durch eine vom Abgasstrom in der nicht näher dargestellten Abgasleitung der Brennkraftmaschine 1 beaufschlagte Abgasturbine angetriebenes Ladegebläse 2 über einen Luftfilter 3 und eine Saugleitung 4 Frischluft mit atmosphärischem Druck an und führt diese über eine Ladeluftleitung 5 mit einem gegenüber der Atmosphäre höheren Druck der Brennkraftmaschine 1 ?u. Dem Ladegebläse 2 ist eine Umgehungsleitung 6 zugeordnet, die zusammen mit den ladegebläseseitigen Abschnitten 7 und 8 der Saugleitung 4 und der Ladeluftleitung 5 eine dem Ladegebläse 2 zugeordnete Ringleitung bildet. Die Umgehungsleitung 6 z-veigt dabei stromauf des Ladegebläses 2 stromab eines Luftmengenmessers 9 von der Saugleitung 4 ab und mündet stromab des Ladegebläses 2 stromauf eines z. B. durch eine Drosselklappe 10 gebildeten Leistungsregelorganes in die Ladeluftleitung 5. Die Drosselklappe 10 ist über ein aus eine.n mit ihrer Welle 11 drehsicher verbundenen Hebel 12 und einem Gestängeteil 13 bestehendes Bedienungsgestänge mit einem nicht dargestellten Gaspedal verbunden. In die Umgehungsleitung 6 ist ein z. B. durch einen Kolbenschieber 14 gebildetes Absperrorgan eingeschaltet, welches bei geschlossener Drosselklappe 10 durch den unmittelbar hinter dieser herrschenden Druck in der Ladeluftleitung 5 gesteuert ist. Hier?·) ist ein in die Umgehungsleitung 6 eingeschaltetes Gehäuse 15 für den Kolbenschieber 14 Über eine Steüeflüftleitung 16 einerseits mit einer in Strömungsrichtung unmittelbar hinter der geschlossenen Drosselklappe in der Ladeluftleitung 5 angeordneten Steuerluftbohrung 17 verbunden. Andererseits ist das Kolbenschiebergehäuse 15 über eine Luftleitung 18 mit dem saugleitungsseitigen Teil der Umgehungsleitung 6 verbunden. Dem Kolbenschieber 14 ist ferner

eine gegen das Kolbenschiebergehäuse 15 abgestützte Schließfeder 23 zugeordnet, gegen deren Kraft der Kolbenschieber 14 durch den sich hinter der geschlossenen Drosselklappe 10 aufbauenden und über die Steuerluftleitung 16 einseitig in das Kolbenschiebergehäuse 15 eingeleiteten Unterdruck verstellt wird, sobald die Drosselklappe 10 in ihre Schließlage gelangt. Der nach dem Schwebekörperprinzip arbeitende Luftmengenmesser besteht im wesentlichen aus einem Konus 19 und einem Schwebekörper 20, welcher über einen Hebelarm 21 einen Kraftstoffmengenteiler 22 entsprechend der der Brennkraftmaschine jeweils zugeführten Luftmenge verstellt.

Im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 werden deren Abgase der Abgasturbine zugeführt, welche ihrerseits das Ladegebläse 2 antreibt. Über den Luftfilter 3 und die Saugleitung 4 angesaugte Frischluft wird vom Ladegebläse 2 mit einem gegenüber der Atmosphäre höheren Druck als Ladeluft über die Ladeluftleitung 5 der Brennkraftmaschine 1 zugeführt. Gleichzeitig steuert der Luftmengenmesser 9 über den Kraftstoffmengenteiler 22 die Dosierung der der Brennkraftmaschine jeweils zugeführten Kraftstoffmenge in der Weise, daß diese entsprechend der angesaugten Luftmenge dosiert wird. Bei im Voll- oder auch im Teillastbereich arbeitender Brennkraftmaschine ist die Drosselklappe 10 und damit die Ladeluftleitung 5 entweder voll oder teilweise geöffnet. Damit liegt an der Abzweigung 17 der volle Ladeluftdruck an, der über die Steuerluftleitung 16 auch in das Kolbenschiebergehäuse 15 eingeleitet wird und in Verbindung mit der Schließfeder 23 den Kolbenschieber 14 in einer die Umgehungsleitung 6 absperrenden Stellung hält, wodurch der volle Ladedruck für die Brennkraftmaschine zur Verfügung steht. Beim Übergang in den Schub- bzw. Leerlaufbetrieb wird die Drosselklappe 10 geschlossen, wodurch an der unmittelbar hinter der geschlossenen Drosselklappe 10 befindlichen Abzweigung 17 und damit auch in der Steuerleitung 16 sowie im unteren Teil des Kolbenschiebergehäuses 15 ein Unterdruck aufgebaut wird, welcher entgegen der Kraft der Schließfeder 23

eine Verstellung des Kolbenschiebers 14 aus seiner Absperrstellung in eine Öffnungsstellung bewirkt, so daß die Umgehungsleitung 6 nunmehr geöffnet ist. Bei geschlossener Drosselklappe 10 wird nunmehr die vom Ladegebläse 2 geförderte Ladeluft über die aus dem Abschnitt 8 der Ladeluftleitung 5, der Umgehungsleitung 6 und dem Abschnitt 7 der Saugleitung 4 gebildete Ringleitung erneut dem Ladegebläse 2 zugeführt, so daß unter Vermeidung eines überhöhten Ladedruckes beim Schließen der Drosselklappe 10 ein nahezu druckloser Umlauf des Ladegebläses 2 gewährleistet ist. Die nahezu drucklose Kreisförderung der Ladeluft in der aus den Abschnitten 7 und 8 der Saug- und Ladeluftleitung sowie der Umgehungsleitung 6 gebildeten Ringleitung gewährleistet gleichzeitig die Vermeidung eines raschen Drehzahlabfalls des Ladegebläses 2. Andererseits ist durch die Kreisförderung der Ladeluft auch vermieden, daß über die Saugleitung 4 die als Ersatz der auch bei geschlossener Drosselklappe 10 zur Aufrechterhaltung des Leerlaufes an die Brennkraftmaschine 1 abgeführten Ladeluft erforderliche Frischluftmenge angesaugt wird, so daß sich die durch den Luftmengenmesser 9 gesteuerte, dosierte Kraftstoffeinspritzung auch bei geschlossener Drosselklappe und volhr Drehzahl des Ladegebläses im richtigen Verhältnis zu der der Brennkraftmaschine 1 zugeführter Luftmenge befindet. Beim erneuten öffnen der Drossel klappe 10 liegt an der Abzweigung 17 der Steuerleitung 16 sofort wieder der volle Ladeluftdruck an und gelangi über die Steuerluftleitung 16 in das Kolbenschieberge häuse 15, so daß der Kolbenschieber 14 in sein« Absperrstellung bewegt und damit die Umgehungslei tung 6 geschlossen wird. Dadurch wird sichergestellt daß der volle Ladeluftdruck auch bei teilweis« geöffneter Drosselklappe für die Brennkraftmaschine 1 zur Verfugung steht.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist darin zu sehen daß die Steuerung des Absperrorgans in der Umge hungsleitung mechanisch durch Gestänge oder elek trisch durch Schalter an der Drosselklappe und mittel! Hubmagnet erfolgen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche;

1. Regeleinrichtung für eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit in Abhängigkeit von der ange- saugten Luftmenge dosierter Kxaftstoffmenge, mit einem von einer Abgasturbine angetriebenen Ladegebläse, einem stromab des Ladegebläses den Durchlaßquerschnitt der Ladeluftleitung beherrschenden willkürlich betätigbaren Leistungsregelor- ,0 gan und mit einer dem Ladegebläse zugeordneten, die Saugleitung des Ladegebläses mit der Ladeluftleitung verbindenden, stromauf des Leistungsregelorgans in die Ladeluftleitung mündenden Umgehungsleitung, in der ein in Abhängigkeit von der Stellung des Leistungsregelorgans derart beaufschlagtes Absperrorgan angeordnet ist daß es bei sich vergrößerndem Durchlaßquerschnitt der Ladelufileitung im Schließsinn verstellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgehungsleitung (6) von der Saagieitung (4) stromab eines in der Sauglcitung angeordneten, abhängig von der durchströmenden Luftmenge verstellbaren, die Kraftstoff -menge einer Einspritzanlage dosierenden Luftmengenmessers (20 bis 22) abzweigt und das Absperror- gan (14) bei jeder einen Durchlaß freigebenden Stellung des Leistungsregelorgans (10) geschlossen ist.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan (14) einerseits vom Druck im saugrohrseitigen Teil der Umgehungsleitung (6) und andererseits von dem unmittelbar hinter dem geschlossenen Leistungsregelorgan (10) in der Ladeluftleitung (5) herrschenden Druck beaufschlagt ist

3. Regeleinrichtung nach Anspruch J oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerluftleitung (16) für das Absperrorgan (14) unmittelbar neben der maschinenseitigen Hinterkante des in der Schließlage befindlichen, insbesondere durch ein«: Drossel- klappe gebildeten Leistungsregelorganes (10) von der Ladeluftleitung (5) abzweigt.

4. Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan (14) durch einen in Schließrichtung federbelastet Kolbenschieber gebildet ist.