DE2906243C2 - Verfahren zum Steuern des Zündzeitpunktes einer mit Turbolader ausgerüsteten, fremdgezündeten Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

zunehmend nach »früh« verstellt wird und bei Zu- auf leistungsoptimierte Werte festgelegt Die mit zuneh-

nahme des Druckes der Ladung über den Umge- mender Drehzahl erforderliche Frühverstellung erfolgt

bungsdruck entsprechend der Zunahme zunehmend dabei durch Fliehkraft

nach »spät« verstellt wird. 20 Im Teillastbetrieb wird der Zündwinkel nach Ver-

2. Einrichtung zur Zündzeitpunktverstellung für brauchs- und Abgasgesichtspunkten festgelegt Aufeine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Tür- grund der geringeren Zylinderfüllung ist ein gegenüber bolader, mit einer Membrandose zur Veränderung der Vollast früherer Zündzeitpunkt erforderlich, der in des Zündzeitpunktes, wobei die Membrandose eine Abhängigkeit vom Saugrohrunterdruck mittels einer Frühkammer aufweist die an eine Stelle der Zylin- 25 Unterdruckdose erreicht wird.

dereinlaßleitung angeschlossen ist, welche im ge- Im Leerlauf ist mit Rücksicht auf das .Abgasverhalten

schlossenen Zustand der Drosselklappe unmittelbar eine Verstellung der Zündung nach spät erforderlich,

stromaufwärts der Drosselklappe liegt und eine was wiederum durch eine Unterdruckdose bewerkstel-

Spätkammer aufweist welche mit einer stromab- ligt wird, die üblicherweise mit der Unterdruckdose zur

wärts der Drosselklappe liegenden Stelle der Zylin- 30 Frühverstellung in einem gemeinsamen Gehäuse unter-

dereinlaßleitung verbunden ist wobei ein mit einer gebracht ist

beweglichen Wand der Spätkammer verbundenes Fliehkraft- und Unterdruckzündverstellung erlauben

Bauteil einen Anschlag für ein mit einer beweglichen beim Saugmotor in der Regel eine befriedigende Zünd- Wand der Frühkammer verbundenes Bauteil bildet winkeleinstellung über das gesamte Kennfeld,

welches bei Beaufschlagen der Spätkammer mit Un- 35 Beim Saugmotor ergeben sich eindeutige Signale für

terdruck eine Verstellung der Zündung in Richtung die Zündverstellung bezüglich Teil- und Vollast: bei

»spät« ermöglicht dadurch gekennzeichnet daß die Vollast herrscht im Saugrohr kein nennenswerter Un-

Spätkammer (42) an die Zylindereinlaßleitung (6) terdruck; die Zündverstellung erfolgt ausschließlich in

und an eine Entlüftungsleitung (52) angeschlossen Abhängigkeit von der Drehzahl. Bei Teillast herrscht ein

ist, wobei der Strömungswiderstand für eine Gas- 40 mehr oder weniger großer Unterdruck; der drehzahlab-

strömung von der Spätkammer (42) zur Zylinderein- hängigen Verstellung wird eine unterdruckabhängige

laßleitung (6) und zu der Entlüftungsleitung (52) klei- Versteilung überlagert

ner ist als in umgekehrter Richtung. Beim aufgeladenen Motor besteht diese klare Zuord-

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- nung zwischen den Parametern und der Last des Motors zeichnet daß in der Verbindung zwischen der Zylin- 45 nicht: bei Vollast herrscht sobald der Lader wirksam ist, dereinlaßleitung (6) und der Spätkammer (42) ein Überdruck in der Zylindereinlaßleitung. Bei Teillast sind Rückschlagventil (50), welches eine Gasströmung sowohl Unterdruck als auch Überdruck möglich. Darvon der Spätkammer zur Zylindereinlaßleitung zu- aus ergibt sich, daß mit der herkömmlichen Zündverläßt und eine Bypaßleitung (53) mit kleinerem Quer- stellung die unterdruckabhängige Frühverstellung zuschnitt die eine geringere Gasströmung von der Zy- 50 rückgeht sobald infolge der Tätigkeit des Laders kein lindereinlaßleitung (6) zur Spätkammer (42) zuläßt ausgleichender Unterdruck in der Einlaßleitung mehr vorgesehen sind. vorherrscht, und sich der Vollastzündwinkel einstellt

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn- der bei aufgeladenen Motoren mit Rücksicht auf Klopzeichnet, daß zwischen dem Rückschlagventil (50) fen meist sehr spät liegt Dieser späte Zündwinkel ist im und der Spätkammer (42) eine Leitung (52) abzweigt, 55 Teillastbereich ganz und gar unerwünscht da er zur in der ein weiteres Rückschlagventil (54) angeordnet Leistungsminderung und Verbrauchserhöhung führt ist, welches nur eine Strömung weg von der Spät- Aus der GB-PS 5 72 350 ist ein Verfahren zur Zündkammer zuläßt Zeitpunkteinstellung gemäß dem Oberbegriff des An-

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- Spruchs 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung gemäß zeichnet, daß die Leitung (52) in die Saugseite (4) des ω dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2 bekannt Diese Turboladers (2) mündet. bekannte Zündzeitpunkteinstellvorrichtung besitzt eine

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, Membrandose mit einer Kammer, die mit dem Einlaß

dadurch gekennzeichnet, daß vor der Spätkammer eines Turboladers verbunden ist, während eine Kammer

(42) ein Dreiwegeventil (58) angeordnet ist über auf der anderen Seite der Membran mit dem Auslaß des

welches die Spätkammer belüftbar ist. 65 Turboladers verbunden ist. Die Membran betätigt ein

Hydraulikventil, welches die Einstellung des Zündzeit-

punktes steuert. Bei Leerlauf, d. h. bei Unterdruck im

Auslaß des Turboladers befindet sich die Membran un-

3 4

ter der zusätzlichen Einwirkung einer Feder in ihrer früh verstellt, und die drehzahlabhängige Zündversteiloberen Endstellung, in welcher der Zündzeitpunkt auf kennlinie, bezogen auf die Vollastkenniinie, bereits eine »spät« verstellt ist Sobald der Betriebszustand der gewisse Frühverstellung bewirkt
Brennkraftmaschine derart ist, daß am Auslaß des Tür- Die Ansprüche 3 bis 5 sind auf vorteilhafte Ausgestal-

boladers ein Oberdruck entsteht, bewegt sich die Mem- 5 tungon der die Spätkammer mit der Zylindereinlaßleibran gegen die Kraft der Feder in ihre Stellung, in der tung verbindenden Einrichtung gerichtet
der Zündzeitpunkt auf »früh« verstellt wird. Bei hohem Mit den Merkmalen des Anspruchs 6 kann die L.eer-

Überdruck am Auslaß des Turboladers bewegt sich die 'aufdrehzahl der Brennkraftmaschine erforderlichen-Membran in ihre untere Endstellung, in der der Zund- falls angehoben werden.

Zeitpunkt wiederum nach »spät« verstellt wird. Die Ver- io Die Erfindung wird im folgenden anhand scheniatistellung erfolgt jeweils abrupt, wenn das Hydraulikven- scher Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Eintil in seine verschiedene Stellungen übergeht Es ist eine zelheiten erläutert Es stellt dar
Verstellung auf drei definierte Zündzeitpunkte möglich. F i g. 1 die Anordnung einer mit einer Brennkraftma-

Aus der US-PS 32 49 100 ist eine Zündzeitpunktver- schine zusammenwirkenden Membrandose zur Zündstellung für eine mit einem Turbolader ausgerüstete 15 verstellung, und

Brennkraftmaschine bekannt, bei der der Zündzeit- F i g. 2 einen Schnitt durch ein Rückschlagventil mit

pitnkt abhängig von der Drehzahl verstellt wird. Bypassleitung, wie es in der Anordnung gemäß F i g. 1

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver- verwendet wird.

fahren und eine Einrichtung zum Steuern des Zündzeit- Gemäß Fi g. 1 weist eine nicht im einzelnen darge-

punkts einer mit Turbolader ausgerüsteten fremdgezün- 20 stellte Brennkraftmaschine einen Abgasturbolader 2 deten Brennkraftmaschine zu schaffen, wodurch lei- auf, der an seiner Saugseite 4 Frischluft ansaugt und stungsoptimale Vollastzündwinkel und verbrauchsopti- diese einer Zylindereinlaßleitung 6 der Brennkraftmamale Teillastzündwinkel sichergestellt werden. schine zuführt, in dem eine Drosselklappe 8 angeordnet

Der das Verfahren betreffende Teil der Erfindungs- ist

aufgäbe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ge- 25 Zur Brennkraftmaschine gehört weiter ein Verteiler löst 10, in welchem ein Nocken 12 Unterbrecherkontakte 14

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die öffnet und schließt

drehzahlabhängige Fliehkraftverstellung des Zündzeit- Der Nocken 12 wird mittels einer herkömmlichen

Punktes nicht bei Vollast des aufgeladenen Motors un- Fliehkraftverstellung drehzahlabhängig relativ zu seiter Optimierung der abgegebenen Leistung festgelegt 30 nem Antrieb verstellt, wodurch eine rein drehzahlabsondern bei Teillast entsprechend Betriebspunkten, bei hängige Zündverstellung erfolgt
denen der Druck im Saugrohr etwa dem Umgebungs- Eine Grundplatte 16 des Verteilers 10 ist relativ zum

druck entspricht Dieser drehzahlabhängigen Steuerung Nocken 12 verdrehbar. Diese Verdrehung, die eine des Zündzeitpunktes wird dann eine Steuerung, abhän- Früh- oder Spätverstellung der Zündung hervorruft, ergig vom Druck in der Zylindereinlaßleitung Überlager;, 35 folgt mittels einer Schubstange 18, welche aus einer welche den Zündzeitpunkt bei Überdruck in der Einlaß- Membrandose 20 vorsteht

leitung nach spät und bei Unterdruck in der Einlaßlei- Die Membrandose 20 weist in bekannter Weise ein

tung nach früh verstellt Die Festlegung der Spätverstel- zweiteiliges Gehäuse mit einem Oberteil 22 und sinem lung erfolgt dabei so, daß sich entsprechend dem Lade- Unterteil 24 auf. Zwischen dem Oberteil und dem Undruck eine leistungsoptimierte Vollastkennlinie ergibt 40 terteil ist ein Anschlag 26 befestigt
die ausreichenden Sicherheitsabstand von der Klopf- Im Oberteil 22 ist mittels einer Membran 28, welche

grenze hat. an ihrem Umfang zwischen dem Anschlag 26 und dem

Der die Brennkraftmaschine betreffende Teil der Er- Oberteil 22 eingespannt und in ihrer Mitte an einem findungsaufgabe wird mit den Merkmalen des Anspru- Kopf 30 der Schubstange 18 befestigt ist, eine Frühkamches 2 gelöst 45 mer 32 begrenzt, welche über eine Leitung 34 mit einer

Insgesamt ist die erfindungsgemäße Brennkraftma- von unmittelbar stromoberhalb der Drosselklappe 8 anschine mit einer Membrandose ausgerüstet, die einer geordneten Stelle 36 der Einlaßleitung 6 verbunden ist. herkömmlichen Membrandose zur unterdruckabhängi- Der Kopf 30 wird mittels einer Schraubenfeder 38 vom gen Frühverstellung und zur Spätverstellung des Zünd- Oberteil 22 weggedrängt.

Zeitpunktes im Leerlauf weitgehend entspricht Da- 50 In das Unterteil 24 ragt ein Ringteil 39 ein, welches durch, daß die Spätkammer an die Zylindereinlaßleitung zwischen dem Unterteil 24 und dem Anschlag 26 festgeüber eine Einrichtung angeschlossen ist, welche die spannt ist und zusammen mit einer Membran 40 eine Spätkammer im wesentlichen nur bei Unterdruck in der Spätkammer 42 begrenzt, welche über eine Leitung 44 Einlaßleitung jedoch die Spätkammer belüftet, verstellt stromabwärts der Drosselklappe 8 mit der Einlaßleitung die Frühkammer den Zündzeitpunkt je nach Über- oder 55 6 verbunden ist. An der Membran 40 ist ein napfförmi-Unterdruck in der Einlaßleitung nach spät oder früh. Im ges Bauteil 46 befestigt, welches mit seinem Rücken im Leerlauf ist die Frühkammer nicht mit Unterdruck be- drucklosen Zustand der Kammern am Anschlag 26 anaufschlagt so daß die dann mit Unterdruck beaufschlag- liegt und diesen mit einem Ansatz 48 durchdringt, an te Spätkammer den Zündzeitpunkt nach spät verstellt dem der Kopf 30 der Schubstange 18 normalerweise Mit der erfindungsgemäß geschalteten Membrandose 60 anliegt Das Bauteil 46 ist von einer Feder 49, welche wird der Zündwinkel somit den jeweiligen Erfordernis- stärker ist als die Feder 38, in Anlage gegen den Ansen entsprechend über den gesamten Beti iebsbereich schlag 26 gedrängt,
der Brennkraftmaschine verstellt. Ir der Leitung 44 ist ein Rückschlagventil 50 angeord-

Ein weiterer Vorteil, der mit der erfindungsgemäßen net, welches nur in Richtung des Pfeiles 51 durchström-Schaltung der Membrandose erzielt wird, liegt darin, 65 bar ist. Eine Bypassleitung 53 mit vergleichsweise kleidaß der von der Membrandese herbeigeführte Frühver- nem Querschnitt umgeht das Rückschlagventil 50 und Stellwinkel nur verhältnismäßig kleine Werte erreicht, ist gemäß F i g. 21 im Gehäuse des Rückschlagventiles da die Membrandose sowohl nach spät als auch nach 50 eingebaut Zwischen dem Rückschlagventil 50 und

der Membrandose 20 zweigt von der Leitung 44 eine weitere Leitung 52 ab, welche in die Saugseite 4 des Abgasturboladers 2 mündet und in der ein weiteres Rückschlagventil 54 angeordnet ist, welches nur in Richtung des Pfeiles 56 durchströmbar ist. In der Leitung 44 ist stromoberhalb des Rückschlagventils 50 ein elektrisch betätigbares Drei-Wege-Ventil 58 angeordnet, dessen Auslaß 60 in die Saugseite 4 des Abgasturboladers 2 mündet.

Die Funktion der beschriebenen Anordnung ist folgende:

Leerlauf

Die Drosselklappe 8 ist geschlossen, stromabwärts der Drosselklappe herrscht starker Unterdruck, mit dem über die Leitung 44 nur die Spätkammer 42 beaufschlagt ist. Das Rückschlagventil 50 ist durchlässig, während das Rückschlagventil 54 sperrt. Die Feder 49 ist so dimensioniert, daß der starke Unterdruck (ca. 0,5 bar) in der Spätkammer 42 das Bauteil 46 weg vom Anschlag 26 zieht. Der Kopf 30 und damit die Schubstange 18 folgt dieser Bewegung, so daß eine Zündverstellung in Richtung spät erfolgt Das Volumen der Frühkammer 32 kann sich vergrößern, da diese über die Leitung 34 belüftet ist Der durch die Rückschlagventile 50, 54 beim Übergang vom Leerlauf zum Lastbetrieb in der Spätkammer 42 eingesperrte starke Unterdruck wird durch den Bypass 53 abgebaut. Da dem Leerlaufbetrieb der im nächsten Punkt beschriebene Teillastbetrieb »Druck in der Zylindereinlaßleitung 6 unter Umgebungsdruck« folgt, bei dem die Zündverteilung unabhängig von der Spätkammer 42 nur durch die Frühkammer 32 bewirkt wird, kann der starke Unterdruck in der Spätkammer 42 relativ langsam über die Bypassleitung 53 mit kleinem Querschnitt abgebaut bzw. an den in der Einlaßleitung 6 herrschenden Unterdruck angepaßt werden.

Das Rückschlagventil 50 sperrt, das Rückschlagventil 54 ist durchlässig und die Spätkammer 42 wird in die Saugseite 4 des Abgasturboladers 2 entlüftet, wodurch sich in der Spätkammer wegen der starken Strömung in der Saugseite ein Unterdruck (ca. 0,1 bar) einstellt, der auf das Bauteil 46 eine nach links gerichtete Kraft ausübt. In der Frühkammer 32 wirkt ein Überdruck, der den Kopf 30 und mit diesem zusammen das Bauteil 46 gegen die Kraft der Feder 49 nach links drängt. Die Zündung wird nach spät verstellt. Die geringe Strömung durch den Bypass 53, wegen des dort anstehenden Drucks aus der Zylindereinlaßleitung 6 in Richtung Spätkammer, wird durch das Rückschlagventil 54 und die Leitung 52 zur Saugseite 4 des Turboladers abgesaugt und beeinflußt die Spätkammer 42 somit nicht Der maximal mögliche Unterdruck in der Spätkammer von ca. 0,1 bar ist gegenüber dem starken Unterdruck bei Leerlauf, ca. 0,5 bar, relativ gering. Die Feder 49 ist nun so dimensioniert, daß bei diesem geringen Unterdruck, im Gegensatz zum Leerlauffall, deren Kraft ausreicht, bei Abnahme des Druckes in der Frühkatnmer die Rückstellung der Schubstange 18 nach rechts und damit die Rücknahme der Spätverstellung zu bewirken. Dabei vergrößert sich das Spätkammervolumen. Der Unterdruck in der Spätkammer 42 wird dadurch etwas größer und der Unterdruck an der Saugseite 4 des Turboladers 2 wird durch dessen geringer werdende Drehzahl kleinen Dadurch sperrt das Rückschlagventil 54. Der Druckausgleich zwischen der Saugsieite 4 und der Spätdose 42 wird durch das nun in die Spätkammer über den Bypass 53 strömende Gas aus der Zylindereinlaßleitung 6 wieder hergestellt.

Vollast

Teillast

a) Druck in der Zyiindereinlaßleitung 6 unter Umgebungsdruck

Das Rückschlagventil 50 ist durchlässig, das Rückschlagventil 54 sperrt da der Druck in der Einlaßleitung 6 unter dem Druck an der Saugseite 4 des Abgasturboladers 2 liegt Da die Drosselklappe 8 teilweise geöffnet ist, ist die Frühkammer 32 ebenso wie die Spätkammer 42 mit Unterdruck beaufschlagt Der Kopf 30 entfernt sich vom Ansatz 48, die Schubstange 18 bewegt sich nach rechts, die Zündung wird in Richtung früh verstellt Der Zustand der Spätkammer 42~ und damit die Stellung des Ansatzes 48 hat auf die Zündverstellung keinen Einfluß.

b) Zylindereiniaßleitungsdruck etwa gleich Umgebungsdruck

Die Spätkammer 42 wird je nach Druckverhältnissen (Rückschlagventil 50 durchlässig, Rückschlagventil 50 sperrt) vom Druck in der Einlaßleitung 6 oder vom Druck an der Saugseite 4 des Abgasturboladers 2 beaufschlagt Die Frühkammer 32 wird vom Druck in der Zylindereinlaßleitung 6 beaufschlagt Die Membrandose befindet sich in dem dargestellten Zustand, der Zündzeitpunkt ist ausschließlich durch die Fliehkraftverstellung gegeben.

c) Zylindereiniaßleitungsdruck deutlich über Atmosphärendruck

Die Verhältnisse bei Vollast entsprechen denen bei Teillast mit Druck in der Zylindereinlaßleitung deutlich über Atmosphärendruck, sobald der Abgasturbolader in Funktion ist.

Die Funktion des Drei-Wege-Ventiles 58 ist folgende: Normalerweise ist der Auslaß 60 des Drei-Wege-Ventiles 58 geschlossen, so daß das Rückschlagventil 50 mit der Spätkammer 42 verbunden ist

Es sei angenommen, daß die Brennkraftmaschine im Leerlauf läuft, d. h. die Spätkammer 42 mit Unterdruck beaufschlagt ist und die Zündung nach spät verstellt ist Soll nun die Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine angehoben werden, weil beispielsweise im Leerlauf ein Klimakompressor von der Brennkraftmaschine mit angetrieben werden muß, so wird das Dreiwegeventil 58 elektrisch umgeschaltet wodurch die Spätkammer 42 von der Zylindereinlaßleitung 6 getrennt wird und belüftet wird. Dadurch endet die Spätverstellung der Zündung und die Leerlaufdrehzahl bzw. Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine erhöht sich.

Fig.2 zeigt ein Rückschlagventil, wie es vorteilhafterweise als Rückschlagventil 50 verwendet wird. Dieses Rückschlagventil, dessen Gehäuse 62 ein Kunststoffpreßteil ist, weist eine innere Trennwand 64 und Anschlüsse 66 und 68 auf.

In eine öffnung 70 der Trennwand 64 ist ein poröses Plättchen 72, beispielsweise aus Keramik, eingesetzt welches einen gegenüber weiteren öffnungen 74 und 76 größeren Strömungswiderstand aufweist und den Bypass 53 bildet Die Öffnungen 74 und 76 werden bei

Überdruck gemäß F i g. 2 rechts der Trennwand 64 von einer Membran 78 verschlossen, welche in die Trennwand 64 eingeclipst ist Bei Überdruck gemäß Fig.2 links der Trennwand hebt sich die Membran 78 von der öffnung 74 und 76 ab.

Vor dem Anschluß 66 befindet sich ein gasdurchlässiger Einsatz 80 aus adsorptivem Material, beispielsweise Filterpapier, um durch den Anschluß 66 strömende Verunreinigungen aufzufangen.

Eine Bypassleitung zum Rückschlagventil 54 entsprechend dem Bypass 53 beeinträchtigt die Funktion der Zündwinkelverstellung nicht, so daß das beschriebene Ventil auch als Rückschlagventil 54 verwendet werden kann.

Es versteht sich, daß die Rückschlagventile 50 und 54 auch durch Ventile ersetzt werden könnten, welche bei einem vorbestimmten Druck öffnen, oder elektrisch angesteuert werden, wodurch die mit der Membrandose 20 erzielbaren Zündverstellcharakteristik in unterschiedlicher Weise beeinflußt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

25

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40

45

50

eo

Claims (1)

1 2

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des

Patentansprüche: Zündzeitpunktes einer mit Turbolader ausgerüsteten,

' fremdgezündeten Brennkraftmaschine gemäß dem

L Verfahren zum Steuern des Zündzeitpunktes Oberbegriff des Anspruchs t. Weiterhin betrifft die Ereiner mit Turbolader ausgerüsteten, fremdgezünde- 5 fkidung eine Brennkraftmaschine mit Turbolader und

ten Brennkraftmaschine in Abhängigkeit vom Druck einer Membrandose zur Veränderung des Zündzeit-

der der Brennkraftmaschine zugeführten Ladung, punktes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 2.

wobei der Zündzeitpunkt bei über den Umgebungs- Der für verschiedene Betriebspunkte erforderliche

druck ansteigendem Druck der Ladung nach »spät« Züudwinkel bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaverstellt wird, dadurch gekennzeichnet, io schine hängt im wesentlichen ab von der Drehzahl und

daß der Zündzeitpunkt bei einem Druck der Ladung der Zylinderfüllung. Der Drehzahlabhängigkeit wird bei

gleich dem Umgebungsdruck in Abhängigkeit von herkömmlichen Verteilern durch eine Fliehkraftverstel-

der Drehzahl entsprechend einer verbrauchsopti- lung Rechnung getragen, während als Maß für die Zylin-

mierten Kennlinie gesteuert wird, bei zunehmendem derfüllung der Saugrohrdruck den Zündwinkel beein-

Abfall des Druckes unter den Umgebungsdruck und is flußt

nicht im Leerlauf arbeitender Brennkraftmaschine Der Zündwinkel im Vollastbetrieb wird in der Regel