DE3135107C2

DE3135107C2 - Abgasturbolader

Info

Publication number: DE3135107C2
Application number: DE3135107A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Katsuta Ibaraki Ojima; Satoshi Suzuki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-09-05
Filing date: 1981-09-04
Publication date: 1984-03-15
Also published as: DE3135107A1; GB2083135B; JPS5746028A; GB2083135A

Abstract

Eine Lader-Steuereinrichtung umfaßt ein Saugluft-Umleitventil (92) und ein Abgas-Umleitventil (68), die einem Lader (62) einer Brennkraftmaschine zugeordnet sind. Ferner sind vorgesehen ein Erfasser (65) für die Drehzahl des Laders (62), Stelleinheiten (90, 70) zum Verstellen des Saugluft- und des Abgas-Umleitventils (92, 68) aufgrund von Digitalsignalen, und eine auf einem Prozessor basierende Steuereinheit (100), die die Öffnungsgrade des Saugluft- und des Abgas-Umleitventils (92, 68) nach Maßgabe eines vorgegebenen Programms errechnet zum Erzeugen der die Stelleinheiten (90, 70) ansteuernden Digitalsignale. Der Lader (62) wird während des Mittel- und des Hochdrehzahlbetriebs sowie während der Beschleunigung des Motors, wobei der Aufladeeffekt verfügbar ist, angetrieben, um die Motorleistung zu steigern, und während des Niedrigdrehzahlbetriebs des Motors, wobei kein wesentlicher Aufladeeffekt verfügbar ist, wird vermieden, daß der Lader (62) einen Widerstand gegen die Saugluftzufuhr bildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Abgasturbolader mit einem Saugluft-Umleitventil und einem Abgas-Umleitventil.

Zur Verbesserung der Kraftstoffverbrauchs- und Leistungscharakteristiken von Brennkraftmaschinen ist der Einsatz eines Laders wirksam, der einen Verdichter aufweist, der von der in den Abgasen enthaltenen Energie getrieben wird. Die Aufladung wird normalerweise angewandt, um die Motorleistung während des Hochdrehzahlbetriebs des Motors zu steigern. In manchen Fällen wird das Aufladen jedoch dazu genutzt, ein zu geringes Drehmoment im Mittel- und im Niedrigdrehzahlbereich des Motors auszugleichen. In diesen Fällen besteht die Gefahr, daß der Ladedruck zu hoch wird und den Motor beschädigt

Zur Vermeidung dieses Problems wurde bereits vorgeschlagen, ein Umleitventil vorzusehen, um einen Teil des der Abgasturbine zugeführten Abgases umzuleiten und dadurch eine Erhöhung des Ladedrucks im Hochdrehzahlbereich des Motors zu vermeiden. In diesem Fall wird (vgl. die US-PS 4120156) das Abgas-Umleitventil durch die vom Ladedruck erzeugte Kraft geöffnet Somit erfolgt die Steuerung des Ladedrucks nur während des Hochdrehzahlbetriebs des Motors. In der US-PS 42 07 743 ist ein System angegeben, bei dem ein Saugluft-Umleitventil eingesetzt wird, das während der Beschleunigung mit der Saug- und der Förderseite des Verdichters in Verbindung steht Die in den bekannten Systemen angegebenen Umleitventile sind nur für den Einsatz unter bestimmten Betriebsbedingungen des Motors gedacht. Bei Verwendung solcher Vorrichtungen wäre es schwierig und würde eine sehr ko.mplexe Vorrichtung erfordern, ein System aufzubauen, das auf sämtliche Betriebszustände des Motors anspricht; zu diesem Zweck müßten diese Umleitventile in größerer Anzahl vorgesehen werden.

Durch die Zusammenfassung der japanischen Patentanmeldung Nr. 53-1 55 922 vom 18. Dezember 1978 ist ein Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasumleitkanal bekanntgeworden, bei dem die Menge des durchströmenden Abgases durch die Betätigung eines Abgas-Umleitventils bestimmt wird,

■A) das in Abhängigkeit vom Ladedruck und von der Drehgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine durch einen Rechner gesteuert wird. Bei der bekannten Einrichtung ist jedoch kein Saugluftumleitkanal vorgesehen, so daß die Saugluft auch bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten durch den Verdichter des Abgasturboladers hindurchgeht, was zu einem Energieverlust führt, bedingt durch den Strömungswiderstand beim Durchgang durch den Verdichter. Der bekannte Abgasturbolader ist auch nicht in der Lage, bei raschen

bo Änderungen, z. B. bei der Beschleunigung und der Verzögerung des Betriebs der Brennkraftmaschine in geeigneter Weise zu reagieren. Schließlich ist noch ein Abgasturbolader bekanntgeworden (vgl. DE-OS 27 50 265), der ein Saugluft-Umleitventil aufweist.

b5 Jedoch fehlt bei diesem ein Abgas-Umleitventil, so daß bei dieser Konstruktion wiederum Energieverluste beim Betrieb im Bereich niedriger Drehgeschwindigkeiten zu verzeichnen sind, da bei diesen der Abgasturbolader

; ·-;■ mitläuft

• C Aufgabe der Erfindung ist es daher einen Abgasturbo-

^;: lader für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, der

;> optimal ar! die jeweiligen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine angepaßt werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, angegeben.

Nach der Erfindung ist es möglich, den Lader nach ν-' Maßgabe des Betriebszustands des Motors durch Nutzung eines Mikrorechners zu steuern. Insbesondere wird dabei der Saugverlust im Niedrigdrehzahlbereich :; des Motors verringert, während im Hochdrehzahlbetrieb des Motors ein hoher Auflade-Verstärkungsfaktor ■: J erzielt wird.

:'; Ferner ist es möglich, die Beschleunigungsleistung zu

% verbessern und den Lader sowie den Motor während 'Mj des Abbremsens zu schü tzen.

Η Da ferner die Steuerung mit einer selbsttätigen

Regelung arbeitet und die Drehzahl des Laders erfaßt S ist es möglich, den Zustand des Laders nvt hoher '"-'■ Genauigkeit und gutem Ansprechvermögen über den ί gesamten Motorbetriebsbereich zu ermitteln und die ;, erwünschte Steuercharakteristik zu erzielen, was bei j.' einem herkömmlichen System, bei dem die Steuerung C auf der Erfassung des Ladedrucks beruht, nicht möglich :v ist.

:J Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispiels-

cj weise näher erläutert. Es zeigt _J0

Fi g. 1 einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; i; Fig.2 eine Schnittansicht, die Einzelheiten des

ι Laders in der Anlage nach F i g. 1 zeigt;

F i g. 3 Einzelheiten eines Verdichterdrehzahlmessers j-, in der Anlage nach F i g. 1;

Fig.4 das Ausgangssignal des Verdichterdrehzahlmessers nach Fig. 3;
: F i g. 5 Einzelheiten der Steuerschaltung nach F i g. 1;

F i g. 6 die Steuerkennlinie des Laders, bezogen auf die Motordrehzahl;

Fig.7 die Steuercharakteristiken des Saugluft- und des Abgas-Umleitventils während der Beschleunigung und der Abbremsung;

Fig.8 die Betriebscharakteristik eines Verdichters, 4> die die Steuercharakteristik währen;] der Beschleunigung und Abbremsung erläutert;

Fig.9 das Ausgangssignal eines Klopf-Meßfühlers; und

F i g. 10 den Verarbeiturgsablauf der Ladersteuerung. ,0 Fig. 1 zeigt den Gesamtaufbau eines Ottomotors (nachstehend einfach »Motor« genannt). Saugluft wird einem Zylinder 8 durch ein Luftfilter 2, eine Drosselklappenkammer 4 und eine Saugleitung 6 zugeführt, und infolge der Verbrennung im Zylinder 8 erzeugte Abgase r> werden durch eine Abgasleitung 10 zur Atmosphäre abgeführt

Die Drosselklappenkammer 4 weist eine Einspritzdüse 12 auf, die den Kraftstoff einspritzt zur Bildung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs, das dem Brennraum im bo Zylinder 8 zugeführt wird, wenn ein AnsaugventÜ 20 geöffnet wird. Der Kraftstoff wird von einem Kraftstoffbehälter 30 von einer Kraftstoffpumpe 32 zu der Einspritzdüse 12 gefördert.

Vor der Drosselklappe 14 in der Drosselklappenkam- h5 mer 4 ist ein Luftkanal 22 gebildet Ein Hitzdraht 24, der einen thermischen Dur< Influßmesser bildet, ist im Luftkanal 22 angeordnet. Dieser Hitzdraht 24 erzeugt ein elektrisches Signal, das sich nach Maßgabe der Änderung der Strömungsgeschwindigkeit der Luft ändert, d. h., das durch die Beziehung zwischen der darch die strömende Luft bewirkten Abkühlungsrate und der Wärmeerzeugungsrate durch den Hitzdraht 24 bestimmt ist Der vollständige Schließzustand der Drosselklappe 14 wird von einem Drosselklappen-Meßfühler 148 erfaßt

Ein Zündverteiler 40 weist einen Kurbelwinkelfühler 42 auf, der jeweils ein Bezugswinkelsignal bei einem vorgegebenen Bezugskurbelwinkel und ein Lagesigiial bei einem gleichbleibenden Kurbelwinkeiintervall von z. B. 0,5° erzeugt.

Ein Klopf-Meßfühler 44, der am Zylinder 8 angeordnet ist erfaßt eine anomale Zündung, d. h.. Klopfen, im Motor.

Eine Steuerschaltung 100 aus einem Mikrorechner od. dgl. führt Rechenoperationen bei Empfang der verschiedenen Signale, z. B. der Ausgangssignale des Hitzdrahts 24, des Kfopf-Meßfühlers 44, des ? Fühlers 46, des JCurbelwinkelfühlers 42_T des KühlwE^sertemperanir-Fühlers 56 und eines Verdichterdrehzahl-Messers 65, der noch erläutert wird, durch. Die Einspritzdüse 12 und eine Zündspule 58 werden nach Maßgabe der Ausgangssignale der Steuerschaltung 100 betätigt. Einer Zündkei-ze (nicht gezeigt) im Zylinder 8 wird eine Hochspannung von einem Zündverteiler 42 entsprechend dem Zündseitpunkt zugeführt. Ein Abgasrückführungs-Stellventil (nachstehend als EGR-Ventil bezeichnet) 60 ist ebenfalls vorgesehen.

Zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und Steigerung der Motorleistung durch Rückgewinnung der im Abgas enthaltenen Energie weist der Motor einen Abgasturbolader 62 auf, der in der Ansaug- und Abgasanlage vorgesehen ist. Der Lader 62 umfaßt eine Turbine 64, die von den Motorabgasen so getrieben wird, daß sie einen mit der Turbine 64 einheitlichen Verdichter 66 antreibt, wodurch der Motor aufgeladen wird. Der Druck der Ladeluft wird durch die Drehzahl der Turbine 64 und den Luftdurchsatz bestimmt. Ein über.-näßig hoher Ladedruck kann einen Motorausfali verursachen, wogegen ein zu niedriger Druck eine Steigerung des Kraftstoffverbrauchs und eine Verminderung der Motorleistung zur Folge haben kann.

Zur optimalen Steuerung des Laiiers ist ein Abgas-Umleitkanal 67 vorgesehen, um die Einführungsrate des Abgases in die Turbine 64 des Laders 62 zu steuern. Der Turbinenumgehungskanal, nachstehend auch Abgas-Umleitkanal 67 genannt, wird von einem Abgas-Umleitventil 68 geöffnet und geschlossen, das von einem Stellglied /0 gesteuert wird.

In der Verdichterseite 66 des Laders 62 ist ein Saugluft-Umleitkanal 91 vorgesehen. Dieser Kanal 91 wird von einem Saugluft-Umleitventil 92 geöffnet und geschlossen, das von einem Stellglied 90 geregelt wird. Ferner ist ein Verdichterdrehzahlmesser 65 vorgesehen, der die Drehzahl des Verdichters 66 erfaßt

Einzelheiten des Laders und der Steuervorrichtung sind in Fig.2 geztigt. Der Lader 62 umfaßt einen Verdichterblock 62C₁ einen Lagerblock 62ß und einen Turbinenblock G2T. Das Stellglied 70 zum Betätigen des Abgas-Umleitventils 68 umfaßt einen Elektromagneten 72 und eine Stange 73. Der Elektromagnet 72 hat einen Tauchkolben 74, der normalerweise von einer Feder 76 so vorgespannt ist, d&3 er den Abgas-Umleitkana! 67 schließt.

Ein Transistor 80 ist zwischen einer elektromagnetischen Wicklung 78 und einer Stromversorgung 79

vorgesehen. Bei einem Stromimpuls hoher Frequenz mit einer Dauer in der Größenordnung von 10 ms, der an die Basis des Transistors 80 angelegt wird, wird der Hub des Kolbens 74 nach Maßgabe des Verhältnisses der Zeitdauer, während der der Stromimpuls in jedem Zyklus zugeführt wird, zu der Zeitdauer eines Zyklus 7WTbestimmt. Dieses Verhältnis wird nachstehend als »Einschaltdauer« bezeichnet. Die Einschaltdauer wird von einer Steuerschaltung 100 errechnet. Ferner ist ein Verstärker 82 vorgesehen.

Das Stellglied 90 für das Saugluft-Umleitventil 92 weist einen Elektromagneten 93 auf. der im wesentlichen gleich dem Elektromagneten des Stellglieds 70 ausgebildet ist und durch das Ausgangssignal der Steuerschaltung 100 steuerbar ist.

Nach F i g. 3 umfaßt der Verdichterdrehzahlmesser 65 einen Spulenkern 651, der in einer im Verdict terblock 62C gebildeten Vertiefung 650 angeordnet ist, eine um den Kern 651 gewickelte Wicklung 652 und einen Dauermagnet 654, der an der Laderwelle 653 befestigt ist. Das von der Wicklung 655 abgegebene Signal wird von einem RC-Resonanzkreis 656 verstärkt, so daß ein Ausgangssignal V_nc gemäß Fig. 4 erhalten wird. Es ist also möglich, ein sinusförmiges Ausgangssignal mit einer Frequenz zu erhalten, die der Drehzahl (= Umdrehungen/min) des Laders direkt proportional ist. Dieses Ausgangssignal wird in einen Signalimpuls umgeformt und der Steuereinheit 100 zugeführt.

Fig. 5 zeigt den Gesamtaufbau der Steuereinrichtung. Die Steuereinheit 100 umfaßt eine Zentraleinheit ZE 102. einen Festwertspeicher oder ROM 104. einen Direktzugriffsspeicher oder RAM 106 und Ein-Ausgabeschnittstellen 108. Die ZE 102 führt Rechenoperationen auf der Grundlage der von den Ein-Ausgabeschnittstellen 108 eingegebenen Informationen nach Maßgabe verschiedener im ROM 104 gespeicherter Programme durch und gibt die Rechenergebnisse an die Ein-Ausgabeschnittstelle 108 zurück. Die Zwischenspeicherung für die Rechenoperationen erfolgt im RAM 106. Der Datenaustausch zwischen ZE 102, ROM 104. RAM 106 und Ein-Ausgabeschnittstelle 108 erfolgt über eine Busleitung 110, die einen Datenbus, einen Steuerbus und einen Adressenbus umfaßt.

Die Ein-Ausgabeschnittstelle 108 umfaßt Eingabeeinheiten mit einem ersten Analog-Digital-Umsetzer oder ADU:. einem zweiten Analog-Digital-Umsetzer oder ADU:. einem Winkelsignal-Verarbeitungsglied 126 und einer diskreten Ein-Ausgabeeinheit oder DIO 170 zur Ein- und Ausgabe von 1-Bit-Information.

Ein Multiplexer oder MPX 120 empfängt Ausgangssignale des Kühlwassertemperatur-Fühlers 56 (TWS), des Lufttemperatur-Fühlers 112(TAS).des Drosselklappenwinkel-Fühlers 116 (8THS). des A-Fühlers 46 (AS) und des Verdichterdrehzahlmessers 65 (NTc). Der MPX 120 wählt eines dieser Ausgangssignale aus und führt dieses einer ADU-Schaltung 122 zu, deren digitaler Ausgang mit einem Register 124 (REG) gekoppelt ist und dort gespeichert wird.

Der Ausgang des Hitzdrahts 24 (AFS) wird dem ADU: zugeführt und dort in ein Digitalsignal durch eine ADU-Schaltung 128 umgesetzt und in einem Register 130 (REG) gespeichert. Der Kurbelwinkel-Fühler 42 (ANGS) führt der Winkelsignal-Verarbeitungsschaltung 126 ein Bezugskurbelwinkel-Signal (REF). das einen Bezugskurbelwinkel wie z.B. 180° bzeichnet, und ein Kurbeiwinkel-Signai (POS), das einen kleinen Kurbeiwinkel wie etwa 1° bezeichnet, zu. Diese Signale werden in der Winkelsignal-Verarbeitungsschaitup.g 126 geformt.

Das Ausgangssignal des Klopf-Fühlers 44 wird unter Einsatz eines Software-Zeitgebers 127 (S-Zeitgeber) gezählt.

Die DIO 170 empfängt Ausgangssignale eines Leerlaufschalters 148 (IDLE-SW) und eines Startschalters 152(START-SW).

Nachstehend werden die Impulsausgangsschaltung und Steuerobjekte erläutert, die gemäß den Ergebnissen

ίο der von der ZE 102 durchgeführten Rechenoperation gesteuert werden. Eine Einspritzdüsen-Steuerschaltung 134 (IN]C) setzt den Digitalwert, der das Ergebnis der Rechenoperation ist, in einen Signalimpuls um. Somit erzeugt INJC 134 einen Impuls mit einer Dauer, die der Kraftstoffeinspritzrate entspricht. Dieser Impuls wird der Einspritzdüse 12 durch das UND-Glied 136 zugeführt.

Fine Zündimpuls-Erzeugerschaltung 138 (IGNC) weist ein Register ADV auf zum Setzen des Zündzeitpunkts und ein Register DWL zum Setzen des Zeitpunkts des Beginns der Primärstromzuführung zu der Zündspule 58. Diese Daten werden von der ZE 102 gesetzt. Die IGNC erzeugt Impulse nach Maßgabe der gesetzten Information und liefert die Impulse durch ein

ij UND-Glied 140 zu einem Verstärker, der die Zündspule 58 ansteuert.

Die Öffnungsrate des Abgas-Umleitventils 68 wird von arm Impuls bestimmt, der von einer Steuerschaltung (SCEC) 142 dem Stellglied 70 durch ein

J₀ UND-Glied 143 zugeführt wird. Die SCEC 142 hat ein Register SCECD,, in das ein Wert entsprechend dem Tastverhältnis gesetzt wird, und ein Register SCECP. in das die Impulsperiodendauer des Impulses gesetzt wird.

Das öffnen und Schließen des Saugluft-Umleitventils 92 wird von einem Impuls bestimmt, der von einer Steuerschaltung (SCIC) 144 dem Stellglied 90 durch ein UND-Glied 145 zugeführt wird. Die SCIC 144 hat ein Register SCICD, in das der dem Tastverhältnis (1 oder 0) des Impulses entsprechende Wert gesetzt wird.

Eine EGR-Steuerimpuls-Erzeugerschaltung 154 (EGRC) für die Steuerung des EGR-Steuerventils 60 umfaßt ein Register EGRD, in das ein Wert entsprechend dem Tastverhältnis des Impulses gesetzt wird, und ein Register EGRP, in das ein Wert entsprechend der Impulsperiodendauer gesetzt wird. Das Ausgangssignal der EGRC wird durch ein UND-Glied 156 einem Transistor zum Ansteuern des EGR-Steuerventils 60 zugeführt.

Das 1-Bit-Signal wird von der DIO 170 gesteuert.

Dieser werden als Eingangssignale die Signale IDLE-SW 148 und ein START-SW-Signal 15: zugeführt. Die DIO 170 umfaßt ein Register DDR zur Festlegung, ob der Anschluß als Ein- oder Ausgangsanschluß zu verwenden ist, und ein Register DOUT zum Speichern der Ausgangssinformation.

Das Register 160 ist ein Register (MOD), das Befehle für verschiedene Zustände in der Ein-Ausgabeschnittstelle 108 halten kann. Z. B. werden durch Setzen von Befehlen in dieses Register die UND-Glieder 136, 140, 143, 145 und 156 geöffnet oder gesperrt Somit ist es möglich, das Ende und den Beginn der Ausgabe von Signalen durch INJC 134, IGNC 138. SCEC 142, SCIC 144 und EGR 154 dadurch zu bestimmen, daß der Befehl in das MOD-Register 160 gesetzt wird.

Die Eingangssignale der Meßfühler werden in der Steuereinheit (100) aufgenommen, und auf ihrer Grundlage werden durch spezielle Programmschritte in der Steuereinheit die Steuersignale für die Ventile des

Turbolader hergeleitet.

F i g. 6 zeigt die Beziehung zwischen der Drehzahl Nc des Laders und dem Hub oder Öffnungsgrad des Saugluft-Umleitventils (Ss) und des Abgas-Umleitventüs (Se). Das Abgas-Umleitventil ist vollständig geschlossen wenn die Laderdrehzahl noch niedrig ist, wobei das gesamte Abgas der Turbine zugeführt wird, um e'J 5 Aufladung des Motors zu bewirken.

Wen-1 die Drehzahl Ncdes Laders einen vorbestimmten Pegel Wz übersteigt, wird der Öffnungsgrad Se des Abgas-Umleitventiis 68 vergrößert entsprechend einer Steigerung der Laderdrehzahl um eine Erhöhung des Ladedrucks zu vermeiden. Das Abgas-Umleitventil 68 ist vollständig geöffnet, wenn die Laderdrehzahl auf Λ/j erhöht wird, so daß eine Beschädigung des Motors aufgrund eines zu hohen Ladedrucks vermieden wird.

Die Rückführungsregelung erfolgt bei einer vorbestimmten Weite des Öffnungsgrads des Abgas-Umleitventils 68 nach Maßgabe des Auftreten«: von Klopfen im Motor.

Dagegen wird das Saugluft-Umleitventil 92 vollständig geöffnet, wenn die Drehzahl Nc des Laders unterhalb eines vorbestimmten Pegels N\(N\ <Ντ) liegt, um zu verhindern, daß Saugluft durch den Verdichter 66 strömt, wenn der Motor in einem Bereich arbeitet, in dem kein Aufladeeffekt vorhanden ist, wodurch der Widerstand gegen die Saugluftströmung verringert wird.

Wenn die Laderdrehzahl über die Normaldrehzahl hinaus auf eine anomal hohe Drehzahl M» ansteigt, wird das i\iugluft-Umleitventil 92 vollständig geöffnet, so daß der Motor geschützt wird.

Es ist möglich, das Saugluft-Umleitventil 92 so anzuordnen, daß es normalerweise geöffnet und nur dann geschlossen wird, wenn der Elektromagnet 93 erregt wird (vgl. F i g. 2). Diese Anordnung gewährleistet Sicherheit, weil kein erhebliches Problem auftritt, auch wenn sich Probleme in der Steuereinheit und dem Elektromagneten 93 wie etwa ein Durchbrennen der Wicklung ergeben.

Die vorstehend erläuterte Steuerung des Motors trifft auf den stabilen Betriebszustand zu. In einer Übergangsperiode des Motorbetriebs erfolgt die Steuerung entsprechend Fig.7. Dabei werden in der Beschleunigungsperiode a das Saugluft- und das Abgas-Umleitventil für eine vorbestimmte Dauer geschlossen, um eine gleichmäßige Beschleunigung des Motors zu unterstützen. Wenn jedoch der Motor aus einem Zustand hohen Ladedrucks heraus beschleunigt wird, wird der Öffnungsgrad des Abgas-Umleitventils 68 so bestimmt, daß die Steigerungsrate der Verdichtergeschwindigkeit Nc unterdrückt wird, wodurch ein Motorschaden infolge einer abrupten Steigerung des Ladedrucks verhindert wird. Die Einzelheiten dieser Steuerung werden noch erläutert Während der Abbremsungsperiode b werden dts Ansaug- und das Abgas-Umleitventil für eine vorbestimmte Periode geöffnet

F i g. 8 zeigt ein Verdichterdiagramm des Laders und die Arbeitskurve desselben während des Motorbetriebs mit vollständig geöffneter Drosselklappe. NE bzw. N bezeichnen die Motordrehzahl bzw. den Lader-Wirkungsgrad. Die Strichlinie S bezeichnet die Pumpkurve. Io stabilen Betriebszustand des Motors wird der Ladedruck (das Druckverhältnis) relativ zu dem Durchsatz Q₁ der Luft nach Maßgabe der Kennlinie A gesteuert

Im Bereich der linken Seite der Pumplinie S erfolgt die Abtrennung der Luft von der Oberfläche des Laufrads des Verdichters 66. so daß ein starkes Geräusch erzeugt wird. Diese Erscheinung kann zu einem Ausfall des Laufrads führen. Es ist daher notwendig zu verhindern, daß der Betriebszustand in den Bereich links von der Pumplinie 5gelangt.

Zum Beispiel nimmt der Luftdurchsatz Q-, ab, wenn der Motor nach einer Beschleunigung in der Kennlinie B abgebremst wird. Wenn die Abbremsung aus dem Zustand beginnt, in dem der Ladedruck ca. 350 mm Hg

ίο beträgt, nimmt der Saugluftdurchsatz Q₇ ab, während der von dem Verdichter 66 erzeugte Ladedruck nicht so stark wie im Zustand O verringert wird, so daß der Betiebszustand unerwünschterweise in den Bereich links von der Pumplinie 5 gelangt.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, muß der Verdichter 66 so schnell wie möglich abgebremst werden (vgl. die Kennlinie Ci). Zu diesem Zweck ist es am besten, das Abgas-Umleitventil 68 vollständig zu öffnen, um das in das Turbinengehäuse 627~sirüretende Abgas freizugeben, während die Saugluft an dem Verdichter 66 vorbeigeleitet wird.

Wenn das Abgas-Umleitventil 68 während der Beschleunigung im Hochdrehzahlbereich vollständig geschlossen wird, wird der Lader auf eine zu hohe Drehzahl entsprechend Cj beschleunigt, so daß bevorzugt das Abgas-Umleitventil 68 geöffnet wird, um die Kennlinie C₄ zu erhalten. Nachstehend wird die Erfassung des Klopfens unter Bezugnahme auf Fig.9 erläutert.

jo Das Ausgangssignal des Klopf-Fühlers umfaßt (vgl. (F) in Fig.9) Klopfsignale F sowie ein leichtes Klopfsignal Fi und ein mittleres Klopfsignal F2, eine vom Klopfsignal verschiedene Signalkomponente G und ein Zündsignalrauschen l_g. Eine Verarbeitungsschaltung nimmt nur die Klopfsignale F aus diesen Signalen auf und erzeugt einen Impulszug KNCK. Mit zunehmendem Klopfen wird das Abgas-Umleitventil 68 weiter geöffnet.

F i g. 10 zeigt das Verarbeitungsprogramm zur Steuerung des Abgasturboladers. Zunächst wird entschieden, ob sich der Motor im Beschleunigungszustand befindet (Schritt 702). Wenn die Änderungsrate von Qa innerhalb einer vorbestimmten Periode einen vorgegebenen Wert übersteigt, wird entschieden, daß sich der Motor im Beschleunigungszustand befindet. Diese Entscheidung erfolgt durch Durchführung eines Teilrechenprogramms. Wenn sich der Motor nicht im Beschleunigungszustand befindet, wird im nächsten Schritt 704 entschieden, ob sich der Motor im Schnellabbremsungszustand befindet. Es wird entschieden, daß sich der Motor im Schnellabbremsungszustand befindet, wenn das Ausgangssignal von IDLE-SW 148 als vollständiges Schließen der Drosselklappe 14 zu interpretieren ist.

Wenn sich der Motor weder im Beschleunigungsnoch im Abbremsungszustand befindet, erfolgt in Schritt 706 eine Berechnung des Umleitventil-Grundöffnungsgrads. Nach einer Bestimmung der Drehzahl Nc des Laders wird der Öffnungsgrad des Abgas-Umleitventils aufgrund der Tabelle im ROM 104 geprüft zum Herstellen der Charakteristiken nach Fig.6. Die tatsächliche Tabelle ist so ausgelegt, daß sie das Tastverhältnis der an die Transistoren der Stellglieder 70 angelegten Stromimpulse anstelle des Öffnungsgrads des Abgas-Umleitventils 68 ausgibt.

Dann wird in Schritt 708 entschieden, ob ein Klopfen erfolgt Wenn Köpfen auftritt, erfolgt eine Korrektur des Öffnungsgrads des Umleitventils 68.

In Schritt 712 wird die Drehzahl Nc des Laders

bestimmt, und der Öffnungsgrad des Saugluft-Umleitventils 92 wird aufgrund der im ROM 104 gespeicherten Tabelle, die die Kennlinien nach Fig.6 angibt, untersucht.

Der Impuls zum Ansteuern der Stelleinheit 70 wird in Schritt 714 zugeführt, während der Impuls zum Ansteuern der Stelleinheit 90 in Schritt 716 zugeführt wird.

Wenn in Sc-firitt 702 entschieden wird, daß sich der Motor im Beschleunigungszustand befindet, wird die Lager-Drehzahl Nc bestimmt. Wenn die Drehzahl Nc 70 000 U/min nicht erreicht, wird das Abgas-Umleitventil 68 während einer Periode ii ms in Schritt 722 vollständig geschlossen, und in Schritt 724 wird dann das Saugluft-Umleitventil 92 für eine Periode von ?2 ms vollständig geschlossen (vgl. F i g. 7). Dann werden die Ventile entsprechend diesem Resultat in den Schritten 714 und 716 betätigt, um dadurch die Beschleunigung des Motors zu unterstützen.

Wenn in Schritt 720 entschieden wird, daß die Lader-Drehzahl Nc nicht geringer als 70 000 U/min ist, wird in Schritt 726 der Öffnungsgrad des Abgas-Umleitventils 68 berechnet und nach dem Rechenergebnis eingestellt, während die Erhöhungsrate ONc der Lader-Drehzahl Nc innerhalb eines vorbestimmten Bereichs bleibt. Dies dient dem Zweck, eine anomale Erhöhung der Motordrehzahl aufgrund des SchlieBens des Abgas-Umleitventils 68 während des Hochdrehzahlbetriebs des Kraftfahrzeugs zu verhindern.

Wenn in Schritt 704 entschieden wird, daß sich der Motor im Abbremsungszustand befindet, geht der Prozeß zu Schutt 728, in dem das Abgas-Umleitventil 68 für eine Peride von h ms vollständig geöffnet wird und das Saugluft-Umleitventil 92 für eine Periode von u ms vollständig geöffnet wird, um die Erzeugung eines Pumpstoßes zu verhindern.

Bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel werden das

ίο Saugluft- und das Abgas-Umleitventil durch Elektromagnete aufweisende Stelleinheiten verstellt. Dies ist jedoch nicht unbedingt notwendig, und es können auch andere Stellelemente eingesetzt werden. Zum Beispiel kann als Verstellenergiequelle auch Hydraulikdruck oder Unterdruck eingesetzt werden. In einem solchen Fall wird der Pegel der Stellkraft durch ein Elektromagnetventil gesteuert, das seinerseits von einem Impulssignal angesteuert wird, das eine Impulslängencodierung aufweist.

Anstelle eines Klopf-Fühlers können auch geeignete Mittel zum Erfassen des Verbrennungsdrucks in der Brennkammer und zur Rückführung des Meßergebnisses vorgesehen sein.

Die Abgasturbolader-Drehzahl kann auch durch optische Mittel mit einem Leuchtelement, einem Lichtempfangselement und einem Lichtreflexionskörper auf der Welle'des Laders bestimmt werden.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine mit einem TurbinenumgehungskaEal, der ein Abgas-Umleitventil aufweist, das durch eine auf Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine und des Abgasturboladers ansprechende Steuereinrichtung steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein VeiTÜchterumgehungskanal (91) vorgesehen ist, der ein ebenfalls durch die Steuereinrichtung (100) steuerbares Saugluft-Umleitventil (92) aufweist

2. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei im wesentlichen konstanter Drehgeschwindigkeit des Abgasturboladers in Abhängigkeit von der gemessenen Drehgeschwindigkeit Nc (Verdichter-Umdrehungen/min, gemessen mit Verdichterdrehzahlmesser 65) mit Hilfe der im Festwertspeicher (ROM 104) gespeicherten Tabellenwerte (rich F i g. 6) durch die Steuereinrichtung (100) der Gmndöffnungsgrad des Abgas-Umleitventils (68) und der Öffnungsgrad des Saugluft-Umleitventils (92) eingestellt werden.

3. Abgasturbolader nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten, unterhalb einer vorgegebenen Drehgeschwindigkeit Ni, das Saugluft-Umleitventil (92) völlig geöffnet und das Abgas-Umleitventil (68) völlig geschlossen ist,
daß oberhalb der Drehgeschwindigkeit /Vi bis zu einer weiteren vorgegebenen Drehgeschwindigkeit /V₄ das Saugiuft-Umleitventil (92) völlig geschlossen und das Abgas-Umleiiventil ij8) ab einer zwischen den Drehgeschwindigkjiten /Vi und /V₄ liegenden Drehgeschwindigkeit /V2 Iinea« ansteigend mit der gemessenen Drehgeschwindigkeit Nc bis zu einem weiter vorgegebenen Wert Nj geöffnet wird und
daß oberhalb des Wertes JV₄ sowohl das Saugluft-Umleitventil (92) als auch das Abgas-Umleitventil (68) völlig geöffnet sind (F i g. 6).

4. Abgasturbolader nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten von Klopfgeräuschen, erfaßt vom Klopf-Meßfühler (44), der Grundöffnungsgrad des Abgas-Umleitventils (68) so korrigiert wird, daß mit zunehmendem Klopfen das Abgas-Umleitventil weiter geöffnet wird.

5. Abgasturbolader nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet,

daß bei einer Beschleunigung der Brennkraftmaschine, festgestellt durch die Änderung der Strömungsgeschwindigkeit der Ansaugluft, ermittelt in Verbindung mit dem Meßergebnis des Hitzdrahtes (24), bei Abgasturbolader-Drehgeschwindigkeiten Nc unter 70 000 U/min das Abgas-Umleitventil (68) während einer Zeitspanne von t\ ms und das Saugluft-Umleitventil während einer Zeitspanne von /2 ms ganz geschlossen werden (vgl. F i g. 7) und
daß bei Drehgeschwindigkeiten über 70 000 U/min der Öffnungsgrad des Abgas-Umleitventils (68) nach den im Festwertspeicher (ROM 104) befindlichen Tabellenwerten eingestellt wird.

6. Abgasturbolader nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Verzögerung bzw. Abbremsung der Brennkraftmaschine, festgestellt durch die vollständige Schließung der Drosselklappe (14) in der Saugleitung (6), das Abgas-Umleitventil (68) während einer Zeitspanne von ij ms und das Saugluft-Umleitventil während

U ms völlig geöffnet werden (vgL F i g. 7).