DE3037489C2

DE3037489C2 - Aufladeeinrichtung für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3037489C2
Application number: DE3037489A
Authority: DE
Inventors: Yasushi Yokohama Kuribayashi
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-10-05
Filing date: 1980-10-03
Publication date: 1982-10-28
Also published as: JPS5655733U; JPS5930178Y2; US4373335A; DE3037489A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Aufladeeinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art. Bei eir.er solchen, aus der DE-OS 27 38 929 bekannten Aufladeeinrichtung ist der Verdichter stromabwärts

jo vom Drosselventil angeordnet, und der erste Abschnitt befindet sich zwischen dem Drosselventil und dem Verdichter. Mit Hilfe der Umgehungsventil-Betätigungseinrichtung wird das Umgehungsventil immer dann geöffnet, wenn der Aufladedruck einen bestimm-

ji ten Wert erreicht, so daß eine weitere Erhöhung des Aufladedruckes verhindert wird. Wenn die Brennkraftmaschine mit niedriger Last betrieben wird, bleibt das Umgehungsventil geschlossen. Da das gesamte Abgas bei dieser Betriebsweise der Brennkraftmaschine auf die Turbine des Turboladers gegeben wird, ergibt sich ein relativ hoher Rückstaudruck, der die Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine verringert. Gerade bei niedriger Belastung der Brennkraftmaschine führt dieser erhebliche Rückstaudruck zu einem höheren Kraftstoffverbrauch und einem schlechteren Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine. Dieses rührt daher, daß die Brennkraftmaschine bei niedriger Last nur eine relativ geringere Menge an Abgas erzeugt, wodurch die Turbine keine ausreichende Leistung zum Antreiben des Verdichters des Turboladers erzeugen kann. Die vom Turbolader bewirkte Aufladung ist daher nur gering, so daß keine nennenswerte Steigerung der Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine erreicht wird. Dadurch wird die durch den Rückstaudruck bedingte negative Wirkung des Turboladers größer als die durch eine Aufladung des Turboladers bedingte positive Wirkung. Die bekannte Aufladeeinrichtung hat daher den Nachteil, daß sie keine optimale Betriebsweise der Brennkraftmaschine bei niedriger Last ermöglicht.

Aus der DE-OS 28 23 067 ist eine Aufladeeinrichtung vergleichbarer Art bekannt, bei der der Verdichter stromaufwärts vom Drosselventil angeordnet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Aufladeeinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß ein optimaler Betrieb der Brennkraftmaschine auch bei niedriger Belastung möglich ist. Bei einer Aufladeeinrichtung der genannten Art ist diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des

Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Die erfindungsgemäße Aufladeeinrichtung hat den Vorteil, daß das Umgehungsventil den Umgehungskanal schließt um die Aufladung durchzuführen und damit die Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine zu erhöhen, wenn diese bei mittlerer und hoher Last oder mittlerer und hoher Drehzahl betrieben wird, jedoch wird der Rückstaudruck der Brennkraftmaschine vermindert um zu verhindern, daß der Kraftstoffverbrauch und das Betriebsverhalten schlechter werden, wenn die Brennkraftmaschine mit niedriger Last oder niedriger Drehzahl betrieben wird, indem dann das Umgehungsventil den Umgehungskanal öffnet Das gleiche erfolgt um ein übermäßiges Aufladen zu verhindern, wenn der Aufladedruck im Anraugkanal über einem bestimmten Wert liegt ohne daß dadurch jedoch das Aufladen der Brennkraftmaschine bei mittlerer und hoher Last beeinträchtigt wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Diese erfindungsgemäße Aufladeeinrichtung hat den weiteren Vorteil, daß die Umgehungsventil-Betätigungseinrichtung kompakt ist und die Herstellungskosten dadurch verringert sind, daß zwei einfache Membran-Anordnungen verwendet werden, die jeweils nur eine Membran aufweisen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Es zeigt

F i g. 1 schematisch einen Schnitt eines ersten Ausführungsbeispiels und j<i

Fig.2 schematisch einen Schnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels der Aufladeeinrichtung.

Das in F i g. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel ist bei einer Brennkraftmaschine mit Vergaser vorgesehen.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist eine Brennkraftma- j> schine 10 einen Ansaugkanal 12, in dem ein Venturiabschnitt 14 eines Vergasers und ein Drosselventil 16 angeordnet sind, das stromabwärts von dem Venturiabschnitt 14 angeordnet ist sowie einen Abgaskanal 28 auf. Eine Aufladeeinrichtung umfaßt einen Turbolader 18, der eine Turbine 22 umfaßt, die im Abgaskanal 28 stromabwärts vom Auspuffkrümmer 30 angeordnet ist, sowie einen Verdichter 20, der im Ansaugkanal 12 stromabwärts vom Drosselventil 16 und stromaufwärts von einem Ansaugkrümmer 26 angeordnet ist und mit der Turbine 22 über eine Welle 24 verbunden ist.

Ein Abgas-Umgehungskanal 36 verbindet einen Abschnitt 32 des Abgaskanals 28 stromaufwärts von der Turbine 22 mit einem Abschnitt 34 stromabwärts von der Turbine 22, um diese zu umgehen. Ein Ventilsitz 38 ist im Umgehungskanal 36 vorgesehen. Ein Abgas-Umgehungsventil 42 wirkt mit dem Ventilsitz 38 zusammen, um den Umgehungskanal 36 wahlweise zu schließen und zu öffnen. Eine Umgehungsventil-Betätigungseinrichtung 44 ist außerhalb des Abgaskanals 28 angeordnet und weist eine flexible Membran 46, die starr mit dem Umgehungsventil 42 über eine Stange 48 verbunden ist, sowie ein Gehäuse 50 auf, dessen Innenraum in eine erste Druckkammer 52 und eine zweite Druckkammer 54 durch die Membran 46 unterteilt ist. Die erste Druckkammer 52 steht mit einem ersten Abschnitt 27 des Ansaugkanals 12 in Verbindung, welcher zwischen dem Drosselventil 16 und dem Verdichter 20 angeordnet ist, und zwar einen ersten Kanal 56, um den Druck im Abschnitt 27 aufzunehmen. Die zweite Druckkam- h5 mer 54 steht mit einem zweiten Abschnitt 29 des Ansaugkanals 12 in Verbindung, welcher stromabwärts vom Verdichter 20 angeordnet ist. und zwar über einen zweiten Kanal 58, um den Druck im Abschnitt 29 aufzunehmen. Eine Rückstellfeder 60 ist in der ersten Druckkammer 52 angeordnet und drückt die Membran 46 in der Zeichnung nach unten, d. h. in einer das Umgehungsventil 42 schließenden Richtung. Ein Vorsteuerventil 59 umfaßt einen Ventilsitz 62, der mitten im zweiten Kanal 58 angeordnet ist und einen Ventilkörper 64. der mit dem Ventilsitz 62 zusammenwirkt um den zweiten Kanal 58 zu öffnen und zu schließen. Eine Ventilkörper-Betätigungseinrichtung 66 weist eine flexible Membran 68 auf, die starr mit dem Ventilkörper 64 über eine Stange 70 verbunden ist sowie ein Gehäuse 72, dessen Innenraum in eine dritte Kammer 74 und eine vierte Kammer 76 mittels der Membran 68 unterteilt ist Die Kammer 74 steht mit dem zweiten Abschnitt 29 des Ansaugkanals 12 über einen Teil des zweiten Kanals 58 in Verbindung, um den Druck im zweiten Abschnitt 29 aufzunehmen. Die Kammer 76 steht mit der Atmosphäre in Verbindung. Eine Rückstellfeder 78 ist in der Kammer 76 angeordnet und drückt die Membran 68 in der Zeichnung nach oben, d.h. in einer den zweiten Kanal 58 schließenden Richtung.

Die so aufgebaute Aufladeeinrichtung arbeitet wie folgt:

Wenn der Druck im ersten Abschnitt 27 des Ansaugkanals 12 unter einem ersten, bestimmten Wert liegt beispielsweise —0,4 bar, d. h„ wenn sich die Brennkraftmaschine 10 in einem Betriebszustand mit niedriger Last befindet, so daß der Turbolader 18 kaum eine Aufladung durchführen kann, wird die Membran 68 der Betätigungseinrichtung 66 in eine solche Lage bewegt, daß der Ventilkörper 64 den zweiten Kanal 58 mit einer Kraft verschließt, die sich aus der Kraft der Rückstellfeder 78 und der Differenz zwischen dem Druck in der Kammer 76 und dem Druck in der Kammer 74 ergibt. Bei der Betätigungseinrichtung 44 wird, da die Differenz zwischen dem Druck in der zweiten Druckkammer 54 und dem Druck in der ersten Druckkammer 52 die Kraft der Rückstellfeder 60 übersteigt, die Membran 46 durch die Druckdifferenz gegen die Kraft der Rückstellfeder 60 nach oben in eine solche Lage bewegt daß das Umgehungsventil 42 den Umgehungskanal 36 öffnet. Dadurch strömt Abgas aus dem Abschnitt 32 des Abgaskanals 30 in den Abschnitt 34 des Abgaskanals 28, und zwar durch den Umgehungskanal 36, um die Turbine 22 zu umgehen und damit eine Erhöhung des Rückstaudruckes der Brennkraftmaschine 10 zu verhindern. Da kein Verlust in der Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine 10 auftritt, werden auch Kraftstoffverbrauch und Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine 10 nicht schlechter.

Wenn der Druck im ersten Abschnitt 27 des Ansaugkanals 12 höher wird als der erste, bestimmte Wert, was mit einer Zunahme der Last der Brennkraftmaschine 10 bis zu einer mittleren Belastung erfolgt, sperrt der Ventilkörper 64 den zweiten Kanal 58 und die Membran 46 der Betätigungseinrichtung 44 wird durch eine Kraft nach unten bewegt, die durch die Differenz zwischen den Drücken in der ersten und zweiten Druckkammer 52 und 54 und die Kraft der Rückstellfeder 60 gegeben ist, und zwar in eine solche Lage, daß das Umgehungsventil 42 den Umgehungskanal 36 sperrt. Dadurch strömt das Abgas vollständig in die Turbine 22, um diese anzutreiben. Der Turbolader 18 bewirkt also die Aufladung. Dieses erfolgt solange, bis der Druck im zweiten Abschnitt 29 des Ansaugkanals 12 bei einer weiteren Zunahme der Last der Brennkraftmaschine 10 zunimmt und einen zweiten, bestimmten Wert erreicht.

beispielsweise +0,4 bar, der höher ist, als der erste, bestimmte Wert.

Wenn der Druck im zweiten Abschnitt 29 des Ansaugkanals 12 den zweiten, bestimmten Wert während eines Betriebes mit hoher Last erreicht, dann .-, wird die Membran 68 der Betätigungseinrichtung 66 durch die Differenz zwischen den Drücken in den Kammern 74 und 76 nach unten bewegt, und zwar gegen die Kraft der Rückstellfeder 78, in eine solche Lage, daß der Ventilkörper 64 den zweiten Kanal 58 öffnet. ,„ Dadurch wird der Druck, d. h. der Aufladedruck, im zweiten Abschnitt 29 in die zweite Druckkammer 54 der Betätigungseinrichtung 44 über den zweiten Kanal 58 eingespeist. Andererseits wird die erste Druckkammer 52 der Betätigungseinrichtung 44 mit einem Unterdruck ι ^ im ersten Abschnitt 27 des Ansaugkanals 12 über den ersten Kanal 56 gespeist. Dadurch wird die Membran 46 durch die Differenz zwischen den Drücken in der ersten und zweiten Druckkammer 52 und 54 gegen die Wirkung der Feder 60 derart nach oben bewegt, daß das Umgehungsventil 42 den Umgehungskanal 36 öffnet. Dadurch strömt Abgas vom Abschnitt 32 in den Abschnitt 34 durch den Umgehungskanal 36. Der Turbolader 18 führt also keine Aufladung mehr aus, um sicherzustellen, daß der Aufladedruck nicht über den _>-, zweiten, bestimmten Wert ansteigen kann.

Beim zweiten, in Fig.2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Autladeeinrichtung bei einer Brennkraftmaschine angewendet, die mit einer elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzung arbeitet. In Fig.2 _so sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 bezeichnet.

Die Aufladeeinrichtung der F i g. 2 unterscheidet sich von jener der F i g. 1 in folgender Hinsicht: Eine Brennkraftmaschine 90 weist einen Ansaugkanal 92 auf, in dem eine Luftströmungs-Meßeinrichtung 94 angeordnet ist. Ein Drosselventil 16 ist stromabwärts von der Luftströmungs-Meßeinrichtung 94 angeordnet. Ein Verdichter 20 eines Turboladers 18 ist in einem Abschnitt des Ansaugkanals 92 angeordnet, welcher zwischen der Luftströmungs-Meßeinrichtung 94 und dem Drosselventil 16 angeordnet ist. Eine erste Druckkammer 52 einer Betätigungseinrichtung 44 steht mit einem ersten Abschnitt 86 des Ansaugkanals 92 in Verbindung, der stromabwärts vom Drosselventil 16 angeordnet ist (bei diesem Ausführungsbeispiel ein Ansaugkrümmer 96), und zwar durch einen ersten Kanal und ein Vorsteuerventil 101. Eine zweite Druckkammer 54 der Betätigungseinrichtung 44 steht mit einem zweiten Abschnitt 99 des Ansaugkanals 92 in Verbindung, der zwischen dem Verdichter 20 und dem Drosselventil 16 angeordnet ist und zwar über einen zweiten Kanal 100, um den Druck im zweiten Abschnitt aufzunehmen. Das Vorsteuerventil 101 umfaßt ein Gehäuse 102, das im ersten Kanal 98 angeordnet ist, um den Kanal 98 in einen ersten und zweiten Teil 103 und . aufzuteilen. Eine Unterteilung 105 teilt das Innere des Gehäuses 102 in eine dritte Kammer 106, die mit dem ersten Abschnitt 86 über den ersten Teil 103 in Verbindung steht, sowie eine vierte Kammer 108, die bo mit der ersten Druckkammer 52 über den zweiten Teil in Verbindung steht. Die vierte Kammer 108 steht auch mit der Atmosphäre durch eine Blendenöffnung in Verbindung. Ein Rückschlagventil 112 ist an der Unterteilung 104 angeordnet und ist derart aufgebaut ,5 und angeordnet, daß es den Strömungsmittelstrom aus der vierten Kammer 108 zur dritten Kammer 106 gestattet, aber den Strömungsmittelstrom aus der dritten Kammer 106 zur vierten Kammer 108 nicht gestattet.

Die derart aufgebaute Aufladeeinrichtung arbeitet wie folgt:

Wenn der Druck im ersten Abschnitt 86 des Ansaugkanals 92 unter dem ersten, bestimmten Wert liegt, dann wird die erste Druckkammer 52 der Betätigungseinrichtung 44 mit einem Unterdruck aus dem ersten Abschnitt 86 gespeist, und zwar über den ersten Kanal 98 und das Rückschlagventil 112. Der Unterdruck wird durch die Atmosphärenluft verdünnt, die in die vierte Kammer 108 des Gehäuses 102 durch die Blendenöffnung 110 hindurch eintritt. In diesem Fall, d. h. während eines Betriebs der Brennkraftmaschine 90 mit niedriger Last, wird, da der Turbolader 18 im wesentlichen keine Aufladung durchführt, die zweite Druckkammer 54 mit einem Unterdruck ähnlich dem Atmosphärendruck aus dem zweiten Abschnitt 99 durch den zweiten Kanal 100 gespeist. Dadurch wird eine Membran 46 der Betätigungseinrichtung 44 in der Zeichnung nach rechts durch die Differenz zwischen den Drücken in der ersten und zweiten Druckkammer 52 und 54 gegen die Wirkung einer Rückstellfeder 60 in eine solche Lage bewegt, daß ein Umgehungsventil 42 einen Umgehungskanal 36 offne·. Dementsprechend strömt Abgas aus einem Abgaskrümmer 30 in einen Abschnitt 34 eines Abgaskanals 28 durch einen Umgehungskanal 36 ein, um die Turbine 22 zu umgehen und damit eine Zunahme des Rückstaudrucks der Brennkraftmaschine 90 zu verhindern. Dementsprechend werden der Kraftstoffverbrauch und das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine 90 nicht verschlechtert.

Wenn der Druck im zweiten Abschnitt 99 des Ansaugkanals 92 innerhalb des Bereichs zwischen dem ersten und zweiten bestimmten Wert liegt, dann wird der Druck im ersten Abschnitt 86 des Ansaugkanals 92 zu einem Unterdruck, der höher ist als der erste bestimmte Wert. Dementsprechend wird die erste Druckkammer 52 der Betätigungseinrichtung 44 mit einem Unterdruck gespeist, der durch die Atmosphärenluft verdünnt wird, die durch die Blendenöffnung HO hindurch eintritt, und der niedriger ist als ein Unterdruck im vorgenannten Fall beim Betrieb mit niedriger Last. Wenn der Druck im ersten Abschnitt 86 einen positiven Druck erreicht, dann wird das Rückschlagventil 112 angeschlossen und die erste Druckkammer 52 wird auf Atmosphärendruck gehalten, der durch die Blendenöffnung 110 eintritt. Dadurch wird, ob nun der Druck im ersten Abschnitt 86 ein Unterdruck oder ein positiver Druck ist, die Membran durch die Kraft nach links bewegt, die durch Wirkung der Rückstellfeder 60 und der Differenz zwischen den Drücken in der ersten und zweiten Druckkammer 52 und 54 entsteht, und zwar in eine solche Lage, daß das Umgehungsventil 42 den Umgehungskanal 36 schließt Der Turbolader 18 führt also eine Aufladung aus.

Wenn der Druck im zweiten Abschnitt 99 des Ansaugkanals 92 über dem zweiten, bestimmten Wert liegt, dann wird die Membran 46 durch eine Kraft nach rechts bewegt, die durch die Differenz zwischen den Drücken in der ersten und zweiten Druckkammer 52 und 54 sowie die Kraft der Rückstellfeder 60 entsteht, und zwar so, daß das Umgehungsventil 42 den Umgehungskanal 36 öffnet Da jetzt der Turbolader 18 die Aufladung unterbricht, kann der Druck im ersten Abschnitt 86 des Ansaugkanals 92 den zweiten, bestimmten Wert nicht überschreiten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Aufladeeinrichtung für Brennkraftmaschinen, mit einem Ansaugkanal, in welchem ein Drosselventil angeordnet ist, und einem Abgaskanal, einem Turbolader mit einer Turbine, die im Abgaskanal angeordnet ist, sowie einem Verdichter, der im Ansaugkanal angeordnet ist, einem Abgas-Umgehungskanal, der die Turbine umgeht, einem Abgas-Umgehungsventil zum wahlweisen öffnen und Schließen des Umgehungskanals, einer Umgehungsventil-Betätigungseinrichtung mit einer ersten Druckkammer, einer zweiten Druckkammer, einer flexiblen Membran, die mit dem Umgehungsventil verbunden ist und die erste und zweite Druckkammer voneinander trennt sowie in eine erste Lage beweglich ist, bei der das Umgehungsventil den Umgehungskanal öffnet, und in eine zweite Lage beweglich ist, bei der das Umgehungsventil den Umgehungskanal schließt, sowie einer Rückstellfeder zum Vorspannen der Membran in die Richtung, in der das Umgehungsventil den Umgehungskanal schließt, einem ersten Kanal zum Verbinden der ersten Druckkammer mit einem ersten Abschnitt des Ansaugkanals stromabwärts vom Drosselventil und einem zweiten Kanal zum Verbinden der zweiten Druckkammer mit einem zweiten Abschnitt des Ansaugkanals stromabwärts vom Verdichter, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der beiden Kanäle (56, 58; 98, 100) ein Vorsteuerventil (59; 101) vorgesehen ist, welches den Druckunterschied an der Membran (46) derart einstellt, daß das Umgehungsventil (42) geöffnet wird, wenn der Druck im ersten Abschnitt unter einem ersten, bestimmten Wert liegt und der Druck im zweiten Abschnitt über einem zweiten, bestimmten Wert, der höher ist als der erste bestimmte Wert, und daß das Umgehungsventil (42) geschlossen wird, wenn der Druck im ersten Abschnitt über dem ersten, bestimmten Wert liegt und der Drurk im zweiten Abschnitt unter dem zweiten, bestimmten Wert liegt.

2. Aufladeeinrichtung, bei der der Verdichter stromabwärts vom Drosselventil angeordnet und der erste Abschnitt zwischen dem Drosselventil und dem Verdichter gelegen ist, nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsteuerventil (59) einen Ventilkörper (64) zum wahlweisen Öffnen und Schließen des zweiten Kanals (58) und eine Ventilkörper-Betätigungseinrichtung (66) aufweist, die ihrerseits eine mit dem zweiten Abschnitt (39) verbundene dritte Kammer (74), eine mit der Atmosphäre verbundene vierte Kammer (76), eine zweite flexible Membran (68), welche mit dem Ventilkörper (64) verbunden ist, die dritte und vierte Kammer voneinander trennt, und in eine dritte Lage, bei der der Ventilkörper den zweiten Kanal schließt, sowie in eine vierte Lage beweglich ist, bei der der Ventilkörper den zweiten Kanal öffnet, und eine Rückstellfeder (78) zcm derartigen Vorspannen der zweiten Membran aufweist, daß diese in Abhängigkeit von der Differenz zwischen den Drücken in der dritten und vierten Kammer in die dritte Lage, wenn der Druck in dem zweiten Abschnitt unter dem zweiten, bestimmten Wert liegt, sowie in die vierte Lage bewegt wird, wenn der Druck im zweiten Abschnitt über dem zweiten, bestimmten Wert liegt (Fig-1)-

3. Aufladeeinrichtung, bei der der Verdichter

stromaufwärts vom Drosselventil angeordnet ist, nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt (99) zwischen dem Verdichter (20) und dem Drosselventil (16) gelegen ist, und daß das Vorsteuerventil (101) ein Gehäuse (102), welches im ersten Kanal (98) zum Aufteilen des ersten Kanals in einen ersten und zweiten Teil (103,104) angeordnet ist, eine Unterteilung (105), die das Gehäuse in eine dritte Kammer (106), die mit dem ersten Abschnitt

ίο (86) über den ersten Teil verbunden ist, sowie eine vierte Kammer (108) unterteilt, die mit der ersten Druckkammer (52) über den zweiten Teil und mit der Atmosphäre über eine Blendenöffnung (110) verbunden ist, und ein Rückschlagventil (112) aufweist, das an der Unterteilung angeordnet und derart ausgebildet ist, daß es zum Verbinden der dritten und vierten Kammer sowie zum Zuführen eines durch die Atmosphäre verdünnten Vakuums zu öffnen ist, wenn der Druck im ersten Abschnitt ein

-0 Unterdruck ist, und geschlossen wird, um den Druck in der ersten Druckkammer auf Atmosphärendruck zu halten, wenn der Druck im ersten Abschnitt über Atmosphärendruck liegt (F i g. 2).