DE2823255A1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung von turboladern und zugeordneter brennkraftmaschinen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur regelung von turboladern und zugeordneter brennkraftmaschinen

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DE2823255A1 DE19782823255 DE2823255A DE2823255A1 DE 2823255 A1 DE2823255 A1 DE 2823255A1 DE 19782823255 DE19782823255 DE 19782823255 DE 2823255 A DE2823255 A DE 2823255A DE 2823255 A1 DE2823255 A1 DE 2823255A1
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Description

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Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptansprj.chs bzw. des ersten Vorrichtungsanspruchs. Es ist bekannt, im Verlauf des Abgasrohrs einer Brennkraftmaschine den Turbinenteil eines Abgasturboladers anzuordnen, dessen Laderbzw. Verdichterbereich so denn Ansaugrohr der Brennkraftmaschine zugeordnet ist, daß der Brennkraftmaschine die erforderliche Verbrennungsluft mit erhöhtem Ladedruck zugeführt werden kann, so daß sich allgemein eine Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine durch eine solche Aufladung ergibt.
Dabei ist die Aufladung der Brennkraftmaschine abhängig von der jeweiligen Turboladerdrehzahl, wobei sich folgende Probleme ergeben. Es ist möglich, daß sich eine Gefährdung des Turboladers ergibt, da dieser durch hohe Abgastemperaturen zuviel Energie zugeführt erhält und dadurch seine Grenzdrehzahl überschritten wird. Auch die Brennkraftmaschine, die bevorzugt als Dieselmotor ausgebildet sein kann, ist gefährdet, wenn durch den Turbolader eine so hohe Luftaufladung erfolgt, daß der zulässige Kompressions- und Verbrennungsdruck in den Zylindern überschritten wird. Allgemein bestehen Schwierigkeiten, über den gesamten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine eine günstige Abstimmung des Verhaltens des Abgasturboladers zu erreichen, wobei speziell bei einem Otto-Motor zur Erzielung eines ausreichend hohen Drehmoments bei geringer Motordrehzahl ein verhältnismäßig kleiner Abgasturbolader angewendet werden muß, der dann aber bei hoher Motordrehzahl zu viel Luft fördert, so daß das Drehmoment des Motors bei hoher Drehzahl zu hoch ist, desgleichen können die Dreh-
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zahl des Abgasturboladers und die Abgastemperatur hierbei unzulässig hoch werden.
Das Gleiche trifft im Grunde auf die Ausrüstung eines Dieselmotors mit einem Abgasturbolader zu, der bei niedriger Motor drehzahl schon genügend Luft für ein ausreichendes Drehmoment fördern soll und dann bei hoher Drehzahl eine unerwünscht hohe Luftmenge erzeugt. Zwar ist es bei einem Dieselmotor möglich, den Drehmomentverlauf des Motors durch Begrenzung der Kraftstoffmenge zu bestimmen; dennoch kann die Drehzahl des Abgasturboladers unzulässig hoch werden. Außerdem erfordert der hohe Verbrennungsdruck im Brennraum des Motors eine stabile Motorkonstruktion. Insgesamt ist es erwünscht, den Luftdurchlaß so zu begrenzen, daß bei einem Dieselmotor der Kraftstoff raucharm verbrennt.
Bekannt ist die Steuerung der Abgaszuführung zu einem Abgasturbolader dadurch, daß man vor der Turboladerturbine das Abgasrohr aufteilt und eine sogenannte Bypassleitung bildet, die je nach Wunsch einen Teil der gesamten Abgasmenge an der Turbine des Abgasturbuladers vorbeiführt. Hierzu kann in bekannter Weise an der Abzweigstelle der Bypassleitung ein vom Ladedruck des Verdichterteils des Abgasturbuladers gesteuertes Bypassventil angeordnet sein, welches bei sehr starkem Ladedruck ganz oder teilweise öffnet und bestimmte Abgasmengen an der Turbine des Abgasturbuladers vorbeileitet. Nachteilig ist hierbei, daß eine solche Regelung auf die tatsächlichen Verhältnisse, insbesondere Drehzahl von Brennkraftmaschine oder angesaugte Luftmenge bzw. Drehzahl des Turbuladers nicht abstellt; außerdem gehen äußere Luftdruckänderungen in diese Regd ung ein und wirken als Störfaktor.
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Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs bzw. des ersten Vorrichtungsanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß ein : Gefährdung sowohl des Turbuladers als auch der zugeordneten Brennkraftmaschine mit Sicherheit ausgeschlossen ist, denn es wird in die Steuerung der Abgaszuführung zum Turbolader entweder abgestellt direkt auf die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors in Verbindung mit einer Luftmengenmessung oder auf die Luftmengenmessung vor dem Abgasturbolader allein, so daß effektive Parameter der Brennkraftmaschine ausgewertet werden. Es ist so möglich, den Luftdurchsatz der Brennkraftmaschine dem angestrebten Verlauf über der Motordrehzahl präzise anzupassen und eine günstige Abstimmung des Abgasturboladers in allen Drehzahlbereichen zu erzielen.
Besonders vorteilhaft ist, daß aufgrund der Anwendung eines Luftmengenmessers zur Luftdurchsatzbegrenzung auch das Prinzip der Abgasrückführung beibehalten werden kann, bei Einhaltung der gewünschten Luftzahl λ der der Brennkraftmaschine letztendlich zugeführten Kraftstoff-Luftmischung.
Schließlich ist vorteilhaft, daß in sehr vielen Fällen bei Brennkraftmaschinen, beispielsweise bei einem Dieselmotor schon Informationen über den Luftdurchsatz bzw. die Motordrehzahl vorliegen, zum Teil auch schon als elektronische Signale, so daß der Zusatzaufwand für die den Abgasturbolader einschließende Regelung gering ist.
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Schließlich ergibt sich der Vorteil, daß Luftdruckänderungen in die Regelung je nach Art des Luftmengenmessers nur zur Hälfte (bei einer nach dem Bernoulli-Gesetz arbeitenden Meßeinrichtung) oder gar nicht (bei einem Luftmengemesser-Hitzdraht)eingehen, wenn man auf eine Luftmengenmessung abstellt. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens sowie der zur Durchführung dieses Verfahrens geeigneten Vorrichtung möglich.
Besonders vorteilhaft ist, wenn zur Luftmengenmessung im Ansaugkanal der Brennkraftmaschine vor dem Turbolader eine Drosselstelle angeordnet wird, wobei der sich an dieser Stelle bildende Unterdruck auf ein Stellglied in Form eines Alembran-Unterdruckreglers einwirkt. Durch einfache Verbindung der Membran mit einer Verteilerklappe im Verzweigungsbereich zwischen Abgashauptrohr und Bypassleitung über ein Gestänge läßt sich eine feinfühlige und auch Zwischenstellungen ermöglichende Regelung erzielen.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein erstes einfaches Ausführungsbeispiel einer durchsatzabhängigen Steuerung eines Abgasturboladers in schematischer Ansicht, Fig. I ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dein zur Steuerung des der Turbine des Abgasturboladers zugeführten Abgasmenge auch die Brennkraftmaschinen-Drehzahl erfaßt und unter Bildung einer Kennlinie aus dieser ein Luftmengensollwert abgeleitet wird, der mit einem gemessenen Luftmengenwert verglichen wird und über einen
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Regler und ein Stellwerk ein Ventil in der Bypassleitung nsteuert, Fig. i in schtmatischer Darstellung eine Variante einer durchsatzabhcingigeii Abgasturbolader sU uerung, wobei als Arbeitsmedium für das die Abgasmenge in der Bypassleitung bestimmende Abblaseventil der Ladedruck verwendet wird, der jedoch luftmengenabhängig gesteuert wird und Fig. 4 eine unter Verwendung mechanischer Baukomponenten ausgebildete Variante der Ausführungsforni der Fig. 3.
Beschreibung der Erfindungsbeispiele
Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht darin, vor dem Turbolader die von dem System Brennkraftmaschine/Turbolader angesaugte Luftmenge im Sinne einer Steuerung der dem Abgasturbolader effektiv zugeführten Abgasmenge auszuwerten.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Luftmengenmessung dadurch, daß im Ansaugkanal eine Drosselstelle angeordnet und mit Hilfe eines zugeordneten Unterdruckabgriffs eine Verteilerklappe im Abgasrohr, die an der Verzweigungsstelle Abgashauptleitung und Bypassleitung angeordnet ist, gesteuert wird. Ih Fig. 1 ist die Brennkraftmaschine, die bevorzugt ein Diesel- aber auch ein Otto-Motor sein kann, mit 1 und der Turbolader mit 2 bezeichnet; die Brennkraftmaschine verfügt über einen schematisch bei 5 dargestellten Lufteinlaß und einen Abgasauslaß 4, wobei das mit diesem Auslaß verbundene Abgasteilrohr 5 sich bei 6 in eine Abgashauptleitung 7 und eine Bypassleitung 8 aufteilt. An dieser Stelle befindet sich eine Verteilerklappe 9, die als Drehklappe ausgebildet sein kann.
Der Lufteiiilaß der Brennkiaftmaschine ist über eine Druckleitung 10
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und das vor dem Lagerbereich des Turboladers 2 liegende Ansaugrohr Il gebildet. Die Abgasleitungen 7 und 8 vereinigen sich hinter dem nicht dargestellten Turbinenteil des Turboladers 2 bei 12 .
Die erfindungsgemäße kombinierte Regel- und Überlastungsschutzeinrichtung für einen Abgasturbolader mit Brennkraftmaschine eignet sich besonders für Dieselmotoren, kann selbstverständlich aber auch für Otto-Motoren angewendet werden. Sowohl der Turbolader 2 als auch die Brennkraftmaschine, nämlich der Dieselmotor 1 sind gefährdet, wenn entweder dem Turbolader durch hohe Abgastemperatur und hohe Leistung der Brennkraftmaschine soviel Energie zugeführt wird, daß seine Grenzdrehzahl überschritten wird oder der Turbolader der Brennkraftmaschine eine so hohe Luftladung zuführt, daß der zulässige Kompressions- und Verbrennungsdruck überschritten wird.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sowohl hohe Turbolader-Drehzahlen als auch eine Zylinder/Kolben-Überlastung an einem hohen angesaugten und dem Dieselmotor 1 zugeführten Luftstrom erkennbar sind. Daher befindet sich im Ansaugrohr 11 des Motors, und zwar möglichst noch vor dem bei 13 dargestellten Luftfilter und auf jeden Fall vor dem Lagerbereich des Turboladers 2 eine Drosselstelle 14, die beispielsweise als Meßblende, oder wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wegen des geringeren Druckverlustes als Venturi-Düse ausgebildet sein kann. Der sich an dieser Drosselstelle
Luftdurchsatz
entsprechend dem / bildende Unterdruck wird als Maß für die angesaugte Luftmenge erfaßt und einer Verstelleinrichtung bzw. einem Stellglied 15, nämlich einem Unterdruckregler zugeführt, der seinerseits auf die schon erwähnte Verteiler- oder Abgasklappe 9 wirkt,
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so daß wahlweise der Abgasstrom durch den Turbolader oder an diesem vorbei in die Bypassleitung 8 geleitet wird. Es versteht sich, daß hier auch beliebige Zwischenstellungen möglich sind.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich die Verteilerklappe 9 vor der Turbine des Turboladers; es ist aber auch möglich, die Verteilerklappe hinter dem Turbolader 2 anzubringen, beispielsweise an der Stelle 12, an welchem die Hauptabgas leitung 7 und die Bypassleitung 8 zusammengeführt sind. Die dort gestrichelt dargestellte Verteilerklappe ist mit 9' bezeichnet. An dieser Stelle ist sie weniger temperaturgefährdet.
Das Stellglied 15 umfaßt eine Arbeitskammer 15a, die gegenüber einem zur Atmosphäre entlüfteten Raum 15b durch eine bewegliche Membran 15c abgetrennt ist, die von einer Feder 16 in einer solchen Richtung vorgespannt ist, daß bei Fehlen der Unterdruckeinwirkung die Verteilerklappe 9 sich in der durchgezogenen Position befindet, in welcher der gesamte Abgasstrom dem Turbolader 2 zugeführt wird. Hierzu kann die Membran 15c mit der Verteilerklappe 9 über ein Gestänge 17 verbunden sein.
Ergibt sich bei steigendem Luftstrom im Ansaugrohr 11 ein Unterdruck, dann löst sich die federvorgespannte Membran 15c von ihrem oberen Anschlag und führt eine jeweils größer werdende Abgasmenge der Bypassleitung 8 zu, bis sich ein entsprechendes Gleichgewicht einstellt. Bei Erreichen eines gefährlichen Betriebszustandes wird die Federvorspannungskraft völlig überwunden und die Klappe schließt den Zugang zur Abgashauptleitung 7 ab, so daß sie sich in der gestri-
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chelt dargestellten Position befindet.
Ein scharfes Abregein des Turboladers läßt sich hierbei durch Verwendung einer weichen Feder (entsprechend kleiner Federkonstante) erzielen, während ein allmähliches Abregein des Turboladers bei steigendem Luftstrom durch eine härtere Feder (mit großer Federkonstante) erreicht wird.
In der Zeichnung ist der atmosphärische Umgebungsluftdruck mit ρ und der an der Drosselstelle 14 sich jeweils ergebende Unterdruck mit
ρ bezeichnet,
u
Für bestimmte Betriebspunkte, beispielsweise bei einem Beschleunigungsvorgang oder bei bestimmten Drehzahlbereichen kann es erwünscht sein, die Überlastungs-Schutzvorrichtung unwirksam zu machen. Dies ist möglich durch ein wahlweise in die Unterdruckleitung von der Drosselstelle 14 zur Arbeitskammer 15c oder an die Arbeitskammer 15c angeschlossene Entlüftungsventil, welches der Arbeitskammer den atmosphärischen Außendruck ρ zuführt. Das Entlüftungsventil 18 kann elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch gesteuert sein, indem man die jeweils verfügbaren, für die gewünschten Betriebspunkte maßgebenden Betriebsparameter für die Steuerung des Entlüftungsνentils 18 verwendet.
Es versteht sich, daß die Gesamtheit aus Verteilerklappe 9, Gestänge 17 Und Unterdruckregler 15 auch als Einheit als sogenanntes Abblaseventil ausgebildet sein kann, wie dies in Fig. 2 etwa mit dem Bezugszeichen 20 und in den Fig. 3 und 4 mit dem Bezugszeichen 30 be-
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zeichnet ist. Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 3 und 4, auf die weiter unten noch eingegangen wird, verfügt das Abblaseventil 30 über ein Ventilglied 31, welches bei entsprechender Ansteuerung von einem zugeordneten Sitz 32 abhebt und dadurch die Bypassleitung 8' für den Durchtritt der Abgase freigibt. Das Ventilglied 31 wird bei diesem Abblaseventil 30 mittels eines durch die Leitung 33 zugeführten Überdrucks von seinem Sitz abgehoben; wird wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 gearbeitet, dann ist der Unterdruck an entsprechend geeigneter Stelle, beispielsweise dem Arbeitsraum 34 zuzuführen.
Bei dem im folgenden zu beschreibenden Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sowie den Ausführungsbeispielen der Fig. 3 und 4 sind für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen wie bei der Ausführungsform der Fig. 1 verwendet worden, zusätzlich versehen mit einem Beistrich oben. Im Ansaugrohr 11' vor dem Laderbereich 2a des Abgasturboladers 2 ist ein Luftmengenmesser 21 angeordnet, der einen Luftmengen-Istwert Qist mü3t und einem nachgeschalteten, bevorzugt elektronischen Regler il zuführt. Als Luftmengenmesser kann beispielsweise ein Stauscheiben-Luftmengenmesser verwendet werden, wobei als Signal für die angesaugte Ist-Luftmenge Qist der Verdrehwinkel der Stauscheibe bzw. der Stauscheibenhub dient.
Ergänzend wird die Drehzahl der Brennkraftmaschine 1' gemessen, und zwar mit Hilfe einer geeigneten, vorzugsweise elektronischen Einrichtung, die beispielsweise mittels eines induktiven Gebers den Vorbeilauf von Zähnen eines synchron zur Motorhauptwelle drehenden Zahnrades erfaßt. Die Drehzahlmei3einrichtung 2.3 erzeugt an ihrem Ausgang ein drehzahlproportionales Signal Sn und führt dieses Signal
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einem nachgeschalteten Kennliniengenerator 24 zu, der entsprechend der Formel Q soll = f(n) ein Luftmengen-Sollwertsignal erstellt, welches aus der Motordrehzahl abgeleitet ist. Das Luftmengen-Sollwertsignal Q doll wird ebenfalls dem Regler 22 zugeführt, der aus den beiden EingangsSignalen die Regelabweichung ermittelt und einem Stellmotor oder Stellwerk 25 zuführt, welcher ein Abblaseventil 20 in der Bypassleitung 8' entsprechend auf steuert. Solange der Luftmengen-Sollwert Q soll größer als der Luftmengen-Istwert Qist ist, bleibt das Abblaseventil 20 geschlossen; sobald aber Qist> Q soll ist, verstellt der Regler 22 das Ventil 20 so lange, bis Qist = Q soll erreicht wird. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel eines Motors mit geregeltem Abgasturbolader umgeht die Bypassleitung 8' den Turbinenbereich 2b des Abgasturboladers; außerdem, ist, falls gewünscht, entsprechend der gestrichelten Linienführung 26 eine Abgasrückführung 27 ohne weiteres möglich.
Verzichtet man in einer vereinfachten Ausführung auf die Messung der Motordrehzahl η und deren Umsetzung in einen Luftmengen-Sollwert, dann nähert sich dieses Ausführungsbeispiel der Fig. 2 der Regel- und Überlastungs-Schutzeinrichtung der Fig. 1 an mit der Ausnahme, daß für die Luftmessung ein mit einer Stauscheibe arbeitender tatsächlicher Luftmengenmesser eingesetzt ist; der Regler 22 ist dann auf einen konstanten Sollwert eingestellt.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3, auf dessen Abblaseventil 30 weiter vorn schon teilweise eingegangen worden ist, betätigt das Stellwerk 25' (bei diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet als Stellmagnet)
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mit zugeordnetem Ventil 25a nicht direkt das die Bypassleitung 8' im Abgasrohr öffnende Abblaseventil, sondern steuert über eine vom Ventil 25a in das Ansaugrohr 11' geöffnete Verbindungsleitung 28 einen pneumatischen Stellmotor 30a, der Teil des Abblaseventils 30 ist. Der Arbeitsraum 29 dieses Stellmotors 30a ist über eine Drossel 35 in einer Verbindungsleitung 36 mit der Druckleitung 37 zwischen dem Verdichterbereich 2a des Laders und der Brennkraftmaschine 1 verbunden, d.h. mit dem Raum stromab des Laders.
Das Ventil 25a entlüftet über die Leitungen 33, 36 den Arbeitsraum 39 des pneumatischen Stellmotors 30a zum Raum zwischen dem Luftmengenmesser 21' und dem Laderbereich 2a des Abgasturboladers. Es versteht sich, daß dieses System so abgestimmt ist, daß bei Erreichen einer vorgegebenen Ansaugluftmenge, die sich als Meßwert am Ausgang des Luftmengenmessers 21' ergibt (und gegebenenfalls nach Vergleich mit einem bei 38 zugeführten Luftmengen-Sollwert Qsoll) das Stellwerk 25' vom Regler 22 in einem solchen Sinn angesteuert wird, daß das Entlüftungsventil 25a schließt, so daß es dem lediglich als Arbeitsmedium verwendeten, hinter dem Verdichter 2a des Abgasturboladers aus der Leitung 37 entnommenen Druckluftmenge gelingt, im Arbeitsraum 29 des pneumatischen Stellmotors 30a einen solchen Druck zu entfalten, daß das Ventilglied 31 vom Sitz abhebt und Abgasmengen an der Turbine des Abgasturboladers vorbeileitet, bis der Luftdurchsatz wieder auf den vorgegebenen Wert begrenzt ist. Das bedeutet, daß sich eine Brennkraftmaschine ergibt, die oberhalb der Motordrehzahl, bei welcher der Luftdurchsatz begrenzt wird, mit konstanter Luftzahl eine im wesentlichen konstante Leistung abgibt.
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Wie weiter vorn schon erwähnt, arbeitet die Drehzahlmeßeinrichtung 23, der Kennliniengenerator 24 und der Regler vorzugsweise mit elektronischen Bauteilen, während das Stellwerk 25' mit zugeordnetem Lüftungsventil 25a ein Magnetventil sein kann.
Die Ausführungsform der Fig. 4 zeigt, daß sich ein solchermaßen geregelter Abgasturbolader auch vergleichsweise einfach mit rein mechanischen Mitteln herstellen läßt; hierzu ist ein kombiniertes Steuerventil 40 vorgesehen, welches ebenfalls zur Entlüftung der dem Arbeitsraum 29 des Stellmotors 30a die erforderliche Druckluft zuführenden Leitung 36 vorgesehen ist und zu diesem Zweck ein Ventilglied 41 aufweist, welches von dem bei 42 gebildeten Sitz der Entlüftungsleitung 28' abheben kann, so daß diese Leitung über eine weitere Leitung 43' in den Raum zwischen dem Luftmengenmesser und dem Ladebereich 2a entlüften kann. Der Luftmengenmesser ist als federvorgespannte Stauscheibe 44 dargestellt; die Vorspannungsfeder ist mit 45 und der stationäre Lagerschwenkpunkt des Stauscheibenhebels 46 mit 47 bezeichnet. Das Ventilglied 41 ist über einen Stöuel 41a mit einer Membran 48 verbunden, die zwei Arbeitsräume 40a und 40b des Steuerventils 40 voneinander trennt. Die Membran ist durch eine Feder 49 federvorgespannt. Der Arbeitsraum 40a ist über eine Verbindung sleitung 50 mit einer Steuerbohrung 51 verbunden, die sich in das Ansaugrohr 11' unterhalb einer in einem erweiterten Teil des Ansaugrohrs sitzenden Steuerbohrung 52 öffnet. Die Steuerbohrung ist über eine Leitung 53 mit dem unteren Arbeitsraum 40b des Steuerventils 40 verbunden. Solange ein bestimmter Luftdurchsatz durch die Brennkraftmaschine unterschritten ist, wie er sich beispielsweise durch die in der Darstellung der Fig. 4 gezeigten mittleren Position
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der Stauscheibe 44 in dem Ansaugrohr 11' charakterisieren läßt, ist der Arbeitsraum 29 des pneumatischen Stellmotors 30a entlüftet und die Bypassleitung 8' daher geschlossen; denn der Druck in dem Arbeitsraum 40a überwiegt den Druck im Arbeitsraum 40b zuzüglich des Federvorspannungsdrucks. Sobald aber die Stauscheibe 44 des Luftmengenmessers die Steuerbohrung 52 übersteigt, also in Strömungsrichtung der angesaugten Luft weiter stromabwärts gedrückt wird, herrscht in den Arbeitsräumen 40a und 40b der gleiche Druck und das Steuerventil 40 schließt, so daß der Arbeitsraum 29 über die Leitungen 33, 36 und 28' nicht mehr entlüftet wird und das Abblaseventil unter Freigabe der Bypassleitung 8' öffnet.
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Claims (1)

  1. Dipl. «ng. Peter Otte 7033 Herrenberg (Kuppingen)
    Patentanwalt Eifelstraße 7
    Telefon (0 70 32) 319 99
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    17. 4. 1978
    Firma Robert Bosch GmbH, 7000 Stuttgart
    PATENTANSPRÜCHE
    Verfahren zur Regelung und zum Schutz gegen Überlastung eines Turboladers und mit diesem ausgerüstete Brennkraftmaschinen (Diesel- und/oder Otto-Motoren u. dgl. ), wobei das Turbinenrad des Turboladers von den Abgasen der Brennkraftmaschine angetrieben ist, der Verdichterteil des Turboladers der Brennkraftmaschine die Verbrennungsluft unter einem vorgegebenen Ladedruck zuführt und je nach den Betriebsbedingungen ein Teil des Abgasstroms über eine Bypassleitung an dem Abgasturbolader vorbeigeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung und Verteilung der dem Turbinenrad des Abgasturboladers zuzuführenden Abgasmengen bzw. deren Vorbeileitung über die Bypassleitung in Abhängigkeit von der der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge vorgenommen wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge im Ansaugrohr vor dem Verdichter des Abgasturboladers gemessen wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
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    ORIGINAL INSPECTED"
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    aus der jeweiligen Drehzahl der Brennkraftmaschine eine zugehörige SοIl-Luftmenge (Qsoll) errechnet und mit dem gemessener Luftmengenwert (Qist) verglichen und je nach ermittelter Regelabweichung die Abgasmengenverteilung vorgenommen wird.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daio zur Messung der der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge im Bereich einer Drosselstelle des Ansaugrohrs der sich bildende Unterdruck erfaßt und ausgewertet wird.
    5. Regel- und Überlastungsschutzeinrichtung für Turbolader und für damit ausgerüstete Brennkraftmaschinen (Diesel- und/oder Otto-Motoren u. dgl. ) mit einem Turbolader, dessen Turbinenrad im Abgasrohr der Brennkraftmaschine angeordnet ist, und deffien \ördichterteil der Brennkraftmaschine die Verbrennungsluft unter erhöhtem Druck zuführt, sowie mit einer Abgas strom-Verteileran-
    die
    Ordnung,/in Abhängigkeit von Turbolader-und/oder Brennkraftmaschinenparametern Abgasteilmengen einer die Turboladerturbine umgehenden Bypassleitung zuführt, zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftmengenmesser (21, 2]'; 14, 15; 40, 44, 51, 52) vorgesehen ist, dessen Ausgangsgröße der Abgasstrom-Verteileranordnung (9; 20, 25; 30, 31, 32) derart zugeführt ist, daß die den Abgasturbolader beaufschlagenden Abgasmengen in Abhängigkeit vom Durchsatz der Brennkraftmaschine gesteuert sind.
    6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftmengenmesser von einer Drosselstelle (14) mit Unterdruck-
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    abgriff und elnan Stellglied (Unterdruckregler 15) gebildet ist, welches mit einer Verteilerklappe (9) in "Wirkverbindung steht, die den Abgasstrom zwischen der Turboladerturbine und der Bypassleitung (8) beeinflußt.
    7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruckregler eine durch eine Membran (15c) gegenüber dem Umgebungsdruck (ρ ) abgeschlossene Arbeitskammer (15a) aufweist, daß die Membran (15c) federvorgespannt ist und daß die Verteilerklappe (9) am Verzweigungspunkt zwischen Turboladerturbine und Bypassleitung (8), vorzugsweise über ein Gestänge (17) so mit der Membran (15c) verbunden ist, daß bei ansteigendem Unterdruck die Verteilerklappe (9) die Bypassleitung (8) zunehmend öffnet.
    8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle (14) mit Unterdruckabgriff durch die Arbeitskammer (15a) des Unterdruckreglers (15) vor dem Verdichterteil des Abgasturboladers und bevorzugt vor dem Luftfilter (] 3) angeordnet ist.
    9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle gebildet ist von einer Meßblende oder einer Venturi-Düse.
    10'. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftmengenmesser (21) eine im Luftstrom angeordnete und gelenkig gelagerte Stauscheibe (44) umfaßt, daß ein Drehzahlmesser (23) vorgesehen und dem Verbrennungsmotor (l') zugeordnet
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    ist und daß dem Drehzahlmesser (23) ein Kennliniengenerator (24) nachgeschaltet ist, der eine der jeweiligen Motordrehzahl entsprechende Soll-Luftmenge (Qsoll) erzeugt und einem nachgeschalteten Regler (22) zuführt, dessen Istwerteingang vom Luftmengenmesser (21) ein Luftmengen-Istwertsignal (Qist) zugeführt ist, und daß der Reglerausgang mindestens mittelbar mit einem in der Bypassleitung (8') angeordnetem Abblaseventil (20; 30) verbunden ist.
    11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Abblaseventil ein vom Reglerausgang angesteuertes Magnetventil (20, 25) ist.
    12. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein pneumatischer Stellmotor (30a) vorgesehen ist, dessen Arbeitsraum über eine Drossel (25) mit dem vom Arbeitsdruck des Abgasturbolader s (2b) beaufschlagten Raum verbunden ist und der ein die Bypassleitung (8') freigebendes Abblaseventil (31, 32) dann öffnet, wenn ein mit dem Reglerausgang verbundenes Stellwerk (25') mit nachgeschaltetem Entlüftungsventil (25a) den Arbeitsraum (29) des pneumatischen Stellmotors (30a) bzw. eine mit diesem verbundene Leitung (33, 36) entlüftet.
    13. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuerventil (40) vorgesehen ist, dessen beide, durch eine federvorgespannte Membran (48) getrennte Arbeitsräume (40a, 40b) an unterschiedlichen, durch eine Querschnittsvergrößerung getrennten Stellen (51, 52) des Ansaugrohrs (H') der Brennkraft-
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    maschine mit diesem ^fcrbunden sind, daß die Stauscheibe (44) eines Luftmengenmessers verschiebbar im Bereich der Verbindungsstellen der Steuerventil-Arbeitskammern mit dem Ansaugrohr angeordnet ist und daß die Membran (48) des Steuerventils mit dem Entlüftungsventil (41, 41a, 42) für den Arbeitsraum (29) des pneumatischen Stellmotors (30a) in Wirkverbindung steht.
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