DE3119099A1

DE3119099A1 - Einrichtung zur regelung des ladeluftdruckes einer mit abgasaufladung betriebenen brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3119099A1
Application number: DE3119099A
Authority: DE
Inventors: Wojciech Dipl.-Ing. 4000 Düsseldorf Marusiak
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 1981-05-14
Filing date: 1981-05-14
Publication date: 1982-12-02
Also published as: DE3119099C2

Description

Einrichtung zur Regelung des Ladeluftdruckes einer mit Abgasaufladung betriebenen Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung des Ladeluftdruckes einer mit Abgasaufladung betriebenen Brennkraftmaschine, die mit einem aus einem Ladegebläse und einer Abgasturbine bestehenden Abgasturbolader versehen ist, wobei die Regeleinrichtung von einem einen Abgasbypass zur Abgastubrine steuernden Ventil gebildet ist, das eine Druckdose aufweist, die von einer Membran in zwei Kammern unterteilt ist, wobei die Membran einerseits von einem in einer Drucksteuereinrichtung gebildeten Steuerdruck und andererseits von der Kraft einer Feder und dem Atmosphärendruck beaufschlagt ist.

Eine derartige Einrichtung ist aus der DE-OS 30 00 781 bekannt. Hier dient der Ladeluftdruck als Führungsgröße und mit ihm wird eine Drucksteuereinrichtung beaufschlagt, die zwei Membranen aufweist und mit denen zwei Schaltstufen des nachgeordneten, ständig steuerdruckverbrauchenden Abgasbypassventils beaufschlagt werden. Mit dieser Einrichtung soll ein vorbestimmtes Förderdruckniveau in engen Toleranzen eingehalten werden, da nach Inbetriebsetzen der Maschine und hoher Drehzahl durch das Verstärkungsverhältnis der Drucksteuereinrichtung lediglich geringe Änderungen im Ladedruck ausreichen, um das Bypassventil zu schalten.

Bekanntlich ist bei Fahrzeugmotoren ein maximales Drehmoment während maximaler Beschleunigung bei niedrigen Motordrehzahlen erforderlich. Um dies zu erreichen, wird der Abgasturbolader so ausgelegt, daß er hohe Turbinendrehzahlen bereits bei niedrigen Motordrehzahlen erzeugt. Bei hoher Motordrehzahl wird ein Teil des Abgasstromes nicht mehr dem Abgasturbolader zugeführt, damit der Ladedruck der Luft begrenzt wird.

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Bei der bekannten Einrichtung dient als Führungsgröße zur Bildung des Steuerdruckes der Ladeluftdruck, was den Nachteil hat, daß dieser durch Wirkungsgradverluste von Ladegebläse und Abgasturbine kein direkt dem Drehmoment des Motors proportionales Signal darstellt, ferner zwischen Änderung des Abgasstromes und entsprechende Ansprache des Ladeluftdruckes Totzeiten auftreten, die sich verzögernd bei der Änderung des Drehmomentes im niedrigen und mittleren Lastbereich auswirken.

Die bekannte Einrichtung hat den Nachteil , daß Leistungsschwankungen durch Pendeln des Ladeluftdruckes als leistungsbestimmende Größe auftreten, da diese gleichzeitig als Führungsgröße zur Bestimmung der Stellung des Bypassventils dient. Es sind auch Einrichtungen bekannt, bei denen der Abgasdruck unmittelbar als Steuersignal zur Steuerung des Abgasbypassventils benutzt wird. Dadurch ist die Regelgenauigkeit begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung eingangs genannter Art zu schaffen, bei der in einfacher Weise eine Führungsgröße, die proportional Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine ist, bei hoher Ansprechgeschwindigkeit die Verwendung eines kompakten Abgasbypassventiles ermöglicht, das durch das Steuersignal gekühlt wird, wobei geringe Abgasdruckschwankungen zur Vergrößerung der Regelgenauigkeit mit großer Spreizung in ein Steuersignal umgesetzt wird.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß der Steuerdruck mittels der Drucksteuereinrichtung vom als Energiequelle dienenden Ladeluftdruck unter Berücksichtigung des Abgasdruckes stromauf der Abgasturbine als Führungsgröße gebildet wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Figur 1 eine Einrichtung zur Steuerung des Abgasbypasses und Figur 2 ein Drucksteuerventil .

Die Abgasmenge, die von einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine der Abgasturbine 1 zugeführt wird, wird von einem Ventil 2 gesteuert, das einen Abgasbypasskanal 3 beherrscht. Dieser führt ebenso wie der Auslaß 4 der Abgasturbine 1 zu dem nicht dargestellten Auspuffsystem. Die Abgasturbine 1 treibt über eine Welle das Ladegebläse 5, das in bekannter Weise zur Verdichtung der angesaugten Luft dient, wobei deren Auslaß 6 zu einer Seite der nicht dargestellten Brennkraftmaschine führt. Im allgemeinen bezeichnet man Abgasturbine 1 und Ladegebläse 5 zusammenfassend als Abgasturbolader. Der Ladeluftdruck, d. h. der auslaßseiti ge Druck des Ladegebläses 5 wird somit über die Stellung des Ventiles 2 in Abhängigkeit von dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine gesteuert. Ober eine Leitung 7 wird der Abgasleitung 8 der Abgasdruck entnommen und einer Kammer 9 einer Drucksteuereinrichtung 10 zugeführt. Die im Gehäuse 11 der Drucksteuereinrichtung 10 gebildete Kammer 9 weist eine Druckfeder

12 auf, deren Kraft gemeinsam mit dem Abgasgegendruck auf eine Membran 13 wirkt, die im Randbereich im Gehäuse eingespannt ist und zum Beispiel eine Metallmembran sein kann. Die Membran

13 trägt mittig mittels eines Membrantellerpaares 14 ein hier rohrförmig ausgebildetes Distanzstück 15, das eine ebenfalls in ihrem Randbereich im Gehäuse eingespannte Membran 16 in einem weiteren Membrantellerpaar 17 durchdringt und über die Membran 16 hinausragt, wobei das rohrförmig ausgebildete Distanzstück 15 im Bereich des zweiten Membrantellerpaares 17 fest mit der Membran 16 verbunden ist. Der zwischen den beiden Membranen 13, 16 gebildete Raum 18 ist über eine öffnung 19 atmosphärisch belüftet. Unterhalb der zweiten Membran 16 ist in der Drucksteuereinrichtung 10 eine Steuerdruckkammer 20 angeordnet, die einen Auslaßstutzen 21 aufweist, von der aus eine Leitung 22 zu dem Ventil 2 führt» auf das weiter unten noch näher eingegangen wird. Ferner weist die Steuerdruckkammer 20 einen" Einlaß 23 auf, dem mittels einer Leitung 24 der Ladeluftdruck zugeführt wird. Der Einlaß 23 ist gegenüber der Steuerdruckkammer -20 mittels einer aus einer durch eine Feder 25 gegen einen gehäusesei tig angeordneten Ventilsitz gedrückten Platte 27, die in ihren Gesamtheit ein Ventil 28 bilden, beherrscht.

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Das rohrfb'rmige Distanzstück 15 weist eine Querbohrung 29 auf, so daß in Abhängigkeit von der Stellung der Membranen eine Verbindung zwischen dem Raum 18 und der Steuerdruckkammer 20 besteht. An dem Distanzstück 15 greift in dem beschriebenen Beispiel über die Membran 16 eine in der Steuerdruckkammer 20 angeordnete Druckfeder 30 entgegen der Kraftrichtung der Feder 12 an.

Das Ventil 2 weist eine atmosphärisch belüftete Kammer 31 auf, in der eine Druckfeder 32 auf eine Membran 33 wirkt, die andererseits mittels der Leitung 22 von dem in der Drucksteuereinrichtung 10 gebildeten Steuerdruck beaufschlagt ist und mit einem Ventilstößel 34,den die Verbindung zwischen den Leitungen 8 und 3 beherrschenden Ventilkegel 35 betätigt. Mit der beschriebenen Einrichtung wird in Abhängigkeit vom Abgasdruck in der Drucksteuereinrichtung 10 ein Steuerdruck erzeugt, dem der Ladeluftdruck als Energiequelle dient und der auf das Abgasbypassventi1 2 zur Steuerung der an der Abgasturbine 1 vorbei geführten Abgasmenge dient. Falls es die Abstimmung des Gesamtsystems Brennkraftmaschine und Abgasturbolader erforderlich macht, kann in einfacher Weise bei der Bildung des Steuerdruckes eine Berücksichtigung des Atmosphärendruckes und auch der Ladelufttemperatur vorgenommen werden. Dies kann in nicht dargestellter Weise dadurch erfolgen, daß der Steuerdruckleitung 22 stromab der Drucksteuereinrichtung 10 Steuerdruck entnommen und einem Ventil zugeführt wird, dessen Durchgang in Abhängigkeit von einer Barometerdose und einem Bimetallelement bestimmt wird und daß in dieser der so gesteuerte Druck zusätzlich dem Ventil 2 in der Kammer 31 statt der vorgesehenen atmosphärischen Belüftung zugeführt wird.

Vorteilhafter als diese beschriebene Lösung ist jedoch die bauliche Vereinheitlichung mit einer Drucksteuereinrichtung gemäß Figur 2, da sowohl Leitungsanschlüsse als auch zusätzliche Bauteile durch ein gesondertes Ventil fortfallen. Baugleiche Elemente sind in der Figur 2 mit den gleichen Bezugsziffern wie in

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der Figur 1 versehen und werden nicht nochmal gesondert j

beschrieben. An dem mit beiden Membranen 13,16 verbundenen !-.

Distanzstück 15, das ebenfalls ein rohrförmiges,die Membran j

16 durchdringendes j freies Ende aufweist, das über die Querbohrung 29 eine Verbindung zu dem atmosphärisch belüfteten Raum 18 herstellt, greift einerends ein fest mit ihm verbundener Bimetallstreifen 36 an, der sich mit seinen freien Enden an einem Gehäuseabsatz abstützt. Ferner wi rkt auf das Distanzstück eine in dem atmosphärisch belüfteten Raum 18 angeordnete barometrische Dose 37, in derem Inneren die gegen die Feder 12 wirkende Druckfeder 30 angeordnet ist. Die Feder 12 ist in vorliegendem Ausführungsbeispiel noch über einen Federteller 38 und eine Einstellschraube 39 einstellbar, es ist vorgesehen, zur Kompensation der Ladelufttemperatur, die Drucksteuereinrichtung 10 gemäß Figur 2 im Strömungsweg der Ladeluft deren Strahlungswärme auszusetzen.

Die Erfindung ermöglicht es,Umgebungseinf1üsse auf dem Ladedruck auszuschalten, so daß auch bei wechselnden Umgebungseinf lüßen stets die dem jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine entsprechend vorbestimmte Füllung bzw. Höchstleistung erreicht wird.

Die vorstehend beschriebene Anlage funktioniert wie folgt. Bei niedrigem Abgasgegendruck in der Kammer 9 befinden sich bei der Ausführungsform der Figur 1 die gegeneinander wirkenden Kräfte im Gleichgewicht und das Ventil 28 ist geschlossen, so daß über die Leitung 22 in der Kammer 40 des Ventiles.2 ein Druck herrscht, der nicht ausreicht, um die Kraft der zum Schließen des Ventilkegels 35 dienenden Druckfeder 32 überwindet. Die gesamte Menge des Abgases der Brennkraftmaschine gelangt in diesem Betriebszustand zur Abgasturbine 1.

Bei der dargestellten Drucksteuereinrichtung 10, die bei der Regeleinrichtung Anwendung findet, wirkt der Abgasgegendruck über die Leitung 7 auf die Membran 13 und ergibt somit eine

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Kraftwirkung, die über das Distanzstück 15 und die Membran 16 auf die Druckfeder 30 abgeleitet wird. Im stationären Betrieb liegen die Membrankräfte mit den Federkräften im Gleichgewicht. Bei einer Änderung des Abgasgegendruckes, der ein Signal für die motorverbrannte Gemischmenge ist, wird dieses Gleichgewicht gestört, wodurch eine Bewegung der beiden Membranen hervorgerufen wird. Bei einem Anstieg des Abgasgegendruckes werden die Membranen gegen die Kraft der Druckfeder 30 verschoben. Durch diese Verschiebung wird die Ventilplatte 27 des Ventiles 28 vom Ventilsitz 26 abgehoben, während sie auf das rohrförmige freie Ende des Distanzstückes 15 durch die Kraft der Feder 25 angedrückt wird. Durch die so erfolgte öffnung strömt die Ladeluft über die Leitung 24 und den Einlaß 23 in den Steuerdruckraum 20, der über den Auslaßstutzen 21 und die Leitung 22 mit der Kammer 40 des Ventiles 2 verbunden ist, ein. Die nachströmende Ladeluft bewirkt nun einen Druckanstieg im Steuerdruckraum 20, der sich solange fortsetzt, bis das Kräftegleichgewicht wieder erreicht und der Ventilsitz 26 wieder verschlossen ist.

Bei einem Absinken des Abgasgegendruckes oder bei einem starken Anstieg des Ladeluftdruckes in der Steuerdruckkammer 20 verschiebt die Druckfeder 30 die beiden Membranen 13, 16 in analoger Weise so, daß das rohrförmige freie Ende des Distanzstückes 15 bei gleichzeitigem Verschließen des Ventilsitzes 26 durch die Platte 27 von der Platte 27 abhebt und somit eine Verbindung des Steuerdruckraumes 20 über die öffnung 29 des Distanzstückes 15 und die öffnung 19 zur Atmosphäre erfolgt, bis durch den Druckausgleich wieder das Kräftegleichgewicht hergestellt ist.

Auf eine bestimmte Änderung des Abgasgegendruckes an der Primärseite erfolgt eine Änderung des Steuerdruckes auf der Sekundärseite, die im Verhältnis der wirksamen Flächen der Membranen 13, 16 größer ist als die Abgasgegendruckänderung.

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Bei der Ausf ührungsforni nach Figur 2 ist dieser Punktion noch der Einfluß der Barometerdose 37 und des Bimetallstreifens 36 überlagert. Fallender Umgebungsdruck und damit ein Ausdehnen der Druckdose 37 und/oder steigender Temperatur und ein dadurch eintretendes Entspannen des Bimetal 1streifens 36 erzeugen eine Kraft, die entgegen der Feder 12 gerichtet ist und damit zu einem niedrigeren Niveau des Steuerdruckes führt, was eine Verringerung der abgeleiteten Abgasmenge hervorruft, wodurch die Abgasturbine 1 stärker beaufschlagt wird, was eine Ladedruckerhöhung zur Folge hat. Eine Erhöhung des Umgebungsdruckes und/oder eine Verringerung der Temperatur führen in entsprechender Weise zu einer Heraufsetzung des Steuerdruckes.

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Claims

Pierburg GmbH & Co. KG
Leuschstrasse 1

Neuss

Patentansprüche

Einrichtung zur Regelung des Ladeluftdruckes einer mit Abgasaufladung betriebenen Brennkraftmaschine, die mit •einem aus einem Ladegebläse und einer Abgasturbine bestehenden Abgasturbolader versehen ist, wobei die Regeleinrichtung von einem einen Abgasbypass zur Abgasturbine steuernden Ventil gebildet ist, das eine Druckdose aufweist, die von einer Membran in zwei Kammern unterteilt ist, wobei die Membran einerseits von einem in einer Drucksteuereinrichtung gebildeten Steuerdruck und andererseits von der Kraft einer Feder und dem Atmosphärendruck beaufschlagt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdruck mittels der Drucksteuereinrichtung (10) vom als Energiequelle dienenden Ladeluftdruck unter Berücksichtigung des Abgasdruckes stromauf der Abgasturbine (1) als Führungsgröße gebildet wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdruck in der Drucksteuereinrichtung (10) unter Berücksichtigung des Atmosphärendruckes und der Ladelufttemperatur gebildet wird.

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3. Einrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksteuereinrichtung (10) im Strömungsweg (6) der Ladeluft angeordnet ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksteuereinrichtung (10) eine erste einerseits von der Kraft einer Feder (12) und vom Abgasdruck beaufschlagte Membran (13) aufweist, die andererseits von einem atmosphärisch belüfteten Raum (18) begrenzt ist, der durch eine weitere Membran (16) gegenüber einer Steuerdruckkammer (20) abgeschlossen ist, wobei beide Membranen (13,16) mittels eines mit den jeweiligen Membrantellerpaaren (14,17) fest verbundenen Distanzstückes (15) auf Abstand gehalten sind, an dem eine weitere Feder (30) entgegen der Kraft der ersten Feder (12) angreift und das eine in dem Raum (18) ausmündende Bohrung (29) aufweisende Distanzstück (15) ein als Rohr ausgebildetes, die zweite Membran (16) durchdringendes freies Ende aufweist, das als üffnungsstößel eines aus einer mittels einer Feder (25) belasteten Platte (27) und einem gehäuseseitigen Sitz (26) gebildeten Ventils (28) dient, das den einen Auslaßstutzen (21) aufweisenden Einlaß (23) des Steuerdruckraumes (20) beherrscht.
5. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Distanzstück (15) ein Bimetallstreifen (36) und eine im Inneren die weitere Feder (30) aufweisende barometrische Dose (37) angreifen, die sich jeweils andernends am Gehäuse (11) der Drucksteuereinrichtung (10) abstützen.

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