DE3205111A1 - System zum steuern des ladeluftdruckes in einem turbogeladenen verbrennungsmotor - Google Patents

System zum steuern des ladeluftdruckes in einem turbogeladenen verbrennungsmotor

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Description

AB Volvo,
Göteborg / Schweden
System zum Steuern des Ladeluftdruckes in einem turbogeladenen Verbrennungsmotor
Die Erfindung bezieht sich auf. ein System zum Steuern des Ladeluftdruckes in einem turbog'eladenen Verbrennungsmotor, mit einer Steuereinrichtung, die so angeordnet ist, daß sie den Ladedruck auf einen vorbestimmten Wert begrenzt.
.
Beim Einstellen turbogeladener Motoren wird das Überladen durch die Tendenz des-Motors limitiert, in eine abnormalen Verbrennung überzugehen, d.h. durch das sogenannte Klopfen. Bei einem bestimmten. Kompressionsverhältnis und einer bestimmten Brennstoffqualität ergibt sich für den klopffreien Betrieb ein begrenzter höchstmöglicher Ladedruck. Daraus folgt, daß die maximale Leistungsfähigkeit des Motors über (: den gesamten Motordrehzahlbereich durch das Klopfen definitiv bestimmt ist. " . .
Normalerweise wird jedoch in Fahrzeugen der Motor nur für sehr kurze Zeitperioden voll belastet, üblicherweise während der Beschleunigung und beim überholen anderer Fahrzeuge.
Außerhalb dieses Zustandes, mit Ausnahme des reinen Hochgeschwindigkeitsfahrens, arbeitet der Motor im wesentlichen mit einer Teillast. Die Beschleunigung wird jedoch eine wesentliche Übergangsbelastung des Motors involvieren, während der die für den ständigen Betriebszustand vorgenommenen Einstellungen nicht immer die günstigsten sind. Außerdem bestehen etwas unterschiedliche Betriebsbedingungen für den Motor während der Übergangslast im Gegensatz zum ständigen, überwiegenden Betriebszustand, beispielsweise sind dies Unterschiede hinsichtlich der Ma.terialtemperaturen und der Strömungsmitteltemperaturen, unterschiedliche Verhältnisse für die Einlaßluft usw.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein System der einleitend beschriebenen Art zu schaffen, welches die oben erwähnten Unterschiede in Betracht zieht und es möglich macht, sogar für einen relativ kleinen Motor, welcher für eine gute BrennstoffWirtschaftlichkeit ausgelegt ist, ein hohes praktisches (Übergangs-)Leistungsverhalten zu erzielen.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Steuereinrichtung mit einer Einrichtung koordiniert ist, die beim Anwachsen der Last um einen bestimmten Betrag (beispielsweise beim Beschleunigen während des Überholens) die Steuereinrichtung dahingehend betätigt, ein Anwachsen des Ladedruckes auf einen maximalen Wert über den vorbestimmten Wert zu erlauben und innerhalb einer bestimmten Periode die Steuereinrichtung dahingehend zu betätigen, 0 den Ladedruck auf den vorbestimmten Wert zu reduzieren.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß Übergangsüberladezustände im wesentlichen oberhalb des für den ständigen Betriebszustand möglichen Niveaus nur langsam zu dem Auftreten eines Klopfens führen, welches u.a. veranlaßt wird, bevor die Temperaturen der Einlaßluft, der
Strömungsmittel, der Materialien und der Brennkammer höhere Werte erreichen. Ein kurzzeitig gesteuertes Anwachsen des Uberladungsniveaus oberhalb des Wertes für den ständigen Betriebszustand erzielt so ein zeitweiliges Anwachsen der Motorleistungsfähigkeit, beispielsweise zum Verstärken ji der Beschleunigung, so daß in kürzerer Zeit ein anderes '' Fahrzeug überholt werden kann.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen rein schematis.ch dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt:
Fig. 1 schematisch einen turbogeladenen Verbrennungsmotor mit einem System entsprechend der Erfindung zum Steuern des Ladedruckes und
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Systems gemäß der Erfindung im Zusammenhang mit einer modifizierten, vereinfachten Ausführungsform.
Der Motor 1 der Fig..1 ist ein Vierzylinder-Ottomotor mit einer Turbokompressoreinheit 2 (an sich bekannt), umfassend ein Turbinenabschnitt 3, welcher mit einer Motorabgasleitung 4 in Verbindung'steht, und einen Kompressorabschnitt 5, welcher mit der Motoreinlaßleitung 6 über einen Ladungsluftkühler 7 vom Luft-Luft-Typ in Verbindung steht, und einen Drosselkörper 8, welcher die Motordrossel 9 enthält. Der Gasstrom durch die Turbine wird auf bekannte Art und Weise mit Hilfe eines Abgasauslasses 11 reguliert, welcher Abgasauslaß in einem Umleitungsrohr· 10 angeschlossen ist. Der Abgasauslaß 11 ist durch einen pneumatisch betriebenen Mechanismus 12 zu betätigen. Wenn der Abgasauslaß geschlossen ist,
richtet den gesamten Gasstrom durch die Turbine. Der Druck im Betätigungsmechanismus 12 und somit das Einstellen des Abgasauslasses wird durch ein elektromagnetisches Frequenzventil 13 in· einer Leitung 14 bestimmt, welche über eine kalibrierte Verengung 15 die Saug- und Druckseite des Kompressors miteinander verbindet- und von der eine Leitung 16 zum Betriebsmechanismus 12 abzweigt. Das Ventil 13 .wird durch einen Mikroprozessor 17 gesteuert, zu. dem Signale gebracht werden, die den Ladeluftdruck repräsentieren.
Die Eingangssignale zum Mikroprozessor werden von einem Sensor 18 erhalten, welcher ein piezoresistiver Umsetzer sein kann. Der Mikroprozessor ist ebenso mit einem die Drossellage erfassenden Potentiometer 20. gekuppelt. Mit Hilfe der davon ausgehenden Signale kann die Öffnungs- oder Schließrate der Drossel berechnet werden, beispielsweise die Wechselrate hinsichtlich der Drosselstellung. Im Mikroprozessor ist ein Wert für den maximal .zulässigen Ladedruck für den ständigen Betriebszustand gespeichert. Außerdem ist darin ein höherer Wert des maximal zulässigen Ladedruckes bei einer übergangslast.gespeichert, d.h. während der Beschleunigung beim Überholen. .Der Mikroprozessor ist so programmiert, daß bei einem Anwachsen der Last um eine vorbestimmte Minimalrate, repräsentiert durch eine bestimmte Rate der Drosselöffnung, beispielsweise 1°/ms, der Ladedruck auf den zuvor genannten höheren Druck ansteigen kann, welcher bis zu 45 % größer·sein kann als der erstgenannte Druck, und daß danach innerhalb .einer spezifizierten Zeitperiode von beispielsweise ungefähr 20 s die Grenze des zulässigen Ladedruckes graduell auf das Niveau für den ständigen Betriebszustand reduziert wird. Um eine thermische überlast infolge dicht beieinander liegender vorübergehender Überladungen zu verhindern, wird der Mikroprozessor bevorzugt dahingehend programmiert, daß er nach dem Reduzieren des Druckes auf das Niveau des ständigen Betriebszustandes eine weitere Ubergangsüberladung während einer Mindest-
zeitperiode von beispielsweise ungefähr 4 s verhindert. Weiterhin kann der Mikroprozessor so programmiert werden, daß er die Ubergangsfunktion nur nach einem Anwachsen des öffnungswinkels der Drosselklappe von zumindest 15° veranlaßt, um die Auswirkung kleiner Bewegungen der Pros-
seiklappe zu eliminieren, welche gegebenenfalls durch i Motorvibrationen oder Bewegungen des Fahrzeuges, veranlaßt werden. '■
Fig. 2 zeigt das System der Erfindung im Zusammenhang mit einer modifizierten Ausführungsform, wobei Teile entsprechend dem in Fig. 1 dargestellten System mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Der Mikroprozessor ist durch einen Druckschalter 30 in einer Leitung 31 ersetzt, welche mit dem Motoreinlaßrohr 6 in Verbindung steht. Zwischen dem Druckschalter 30 und dem Einlaßrohr 6 befindet sich eine Verzögerungsvorrichtung 32, welche eine kalibrierte Verengung mit einer Elnwegfunktion.sein'kann, die eine verengte Öffnung in Richtung auf den Druckschalter 30 aufweist, jedoch eine unverengte Öffnung in entgegengesetzter Richtung. .In der Verbindung zwischen dem Einlaßrohr 6 und dem Betriebsmechanismus 12 des Äbgasauslasses 11 befindet sich eine Verzögerungsvorrichtung; die eine kalibrierte Verengung 15 in der Leitung 14 ist. Weiterhin befindet sich vor dem Ventil 13 eine Verengung 33.
Während einer Lastzunahme (Beschleunigung) wird die Ubergangsfunktion erzielt durch eine Verzögerung, bewirkt durch die Verengung 32, von dem Zeitpunkt an, zu dem der Druck im Einlaßrohr den Triggerdruck des Druckschalters 30 erreicht, bis zu dem Augenblick, bei dem der Druck im Schalter aufgebaut worden ist. Während dieses Zeitintervalls steigt der Druck im Einlaßrohr über den zulässigen maximalen Wert für den ständigen Betriebszustand.' Sobald der Druckschalter betätigt wird, schließt das Ventil 13, woraufhin der Abgas-
auslaß zu öffnen beginnt, um den Ladedruck auf das Niveau für den maximal zulässigen Druck für den ständigen Betriebszustand zu reduzieren. Größe und Dauer dieses Überladens ist durch die Größe der Verengungen 15 und 33 bestimmt. Die Zeit des Schließens des Ventils ist durch die Kalibrierung der Verengung 32 bestimmt. Als eine Alternative zur Verengung 32 kann ein von der Motordrossel betätigtes Zeitrelais verwendet werden, welches beispielsweise aktiviert werden kann, wenn das Gaspedal bis zum Boden durchgedrückt wird.
, . '
Bei mit einem herkömmlichen turbogeladenen Motor durchgeführten Versuchen, welchermit dem System gemäß der Erfindung ergänzt worden ist, war der Abgasausla'ß-Betätigungsmechanismus 12 so eingestellt, daß er den Auslaß bei einem Ladedruck von 0,67 bar öffnet. Der Schaltdruck des Druckschalters 30 war.auf einen Ladedruck von 0,55 bar eingestellt. Die Verengungen 32, 15 und 13 waren so eingestellt, daß die maximale Aufladung bei· der Beschleunigung 0,8 bar betrug. Die Periode des Schließens des Ventils 13 betrug ungefähr 10 s.

Claims (7)

  1. AB VolVÖ,
    Göteborg / Schweden
    System zum Steuern des Ladeluftdruckes in einem turbogeladenen Verbrennungsmotor
    A η s ρ r ü ch e
    / 14\System zum Steuern des'Ladeluftdruckes in einem turbo-
    [J ■
    v— y geladenen Verbrennungsmotor, mit einer Steuereinrichtung zur Begrenzung des Ladeluftdruckes auf ein vorbestimmtes Niveau, dadurch", gekennzeichnet , daß die Steuereinrichtung (11, 12) mit einer Einrichtung (13, 17; 13, 30, 32) koordiniert ist, welche, wenn ein Anwachsen der Last um eine bestimmte Rate gegeben ist, die Steuereinrichtung betätigt, um ein Anwachsen des Ladedruckes auf ein maximales Niveau über das vorbestimmte Niveau zuzulassen,·und innerhalb einer bestimmten Zeitperiode die Steuereinrichtung dahingehend betätigt, den Ladedruck auf das vorbestimmte Niveau zu reduzieren.
  2. 2.· System nach Anspruch 1, bei dem'die Steuereinrichtung einen Abgasauslaß umfaßt, welcher in einem By-pass hinter der .Turbine des Turbokpmpressors angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet , daß die mit der Steuereinrichtung kooperierende Einrichtung (13, 17; 13, 30, 32) so angeordnet ist, daß sie einen Betriebsmechanismus (12) für den Abgasauslaß (11) steuert, so daß der Abgasauslaß beim Anwachsen der Last um eine bestimmte Rate bei einem Ladedruck öffnet, welcher höher ist als der maximal zulässige Druck bei konstanter Last.
  3. 3. System nach Anspruch 1, dadurch gekenn ze ichnet., daß die mit der Steuereinrichtung kooperierende Einrichtung einen Mikroprozessor (17) umfaßt, der ein Elektromagnetventil (.13) steuert, welches seinerseits den' Betriebsmechanismus (12) des Abgasauslasses steuert, daß im Mikroprozessor ein Wert des maximal zulässigen Ladeluftdruckes bei konstanter Last und ein höherer Wert des maximal zulässigen Ladeluftdruckes bei erhöhter Last gespeichert sind, und daß der Mikroprozessor mit einer Einrichtung zum Erzeugen einer erhöhten Last, beispielswei-• se der Motordrossel (9), verbunden und so angeordnet ist, daß nach der Registrierung einer bestimmten Wechselrate das Anwachsen des Ladeluftdruckes auf den genannten höheren Druck erlaubt und danach eine gezeitete Reduzie-. rung des Druckes auf den maximal zulässigen Wert bei konstanter Last bewirkt wird.
  4. 4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichne, t , daß der Mikroprozessor (17) dahingehend programmiert ist, daß er nach dem Reduzieren des Druckes auf den maximalen Druck bei konstanter Last ein weiteres Anwachsen auf den höheren Druck nur nach einer vorbestimmten Zeitperiode erlaubt. " ■ .
  5. 5. System nach Anspruch 2, dadurch .ge. kennzeichn e t .,. daß die mit der- Steuereinrichtung kooperierende Einrichtung einen Druckschalter {30) umfaßt, welcher • durch den Ladedruck an der Einlaßseite des Motors geladen wird, daß dieser Schalter bei einem vorbestimmten Druck dahingehend wirksam ist, den Abgasauslaß (11) zu öffnen, wobei zwischen der Einlaßseite des Motors und dem Druckschalter eine·Verzögerungseinrichtung (32) angeordnet ist, um ein von der Druckanstiegsrate im Motoreinlaß abhängiges Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt, in dem der Ladedruck den vorbestimmten Druck erreicht hat, und dem Zeitpunkt, bei dem der Druckschalter betätigt wird, zu erzielen. .
  6. 6. System nach Anspruch 5, dadurch gekenn ζ e ich η e t , daß eine zusätzliche Verzögerungseinrichtung (15, 22) angeordnet ist, um ein Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt der Betätigung des Drückschalters (30) und dem Zeitpunkt des öffnens des Abgasauslasses (11) zu erzielen.
  7. 7. System nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Verzögerungseinrichtung (15*, 32, 33) pneumatische Verengungen sind. 25
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