DE3205111C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Steuern des Ladeluftdruckes in einem turbogeladenen Verbrennungsmotor, nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 4.

Bei turbogeladenen Motoren wird der maximale Ladedruck durch das sogenannte Klopfen, das durch teilweise Selbstzündung des Kraftstoff-Luftgemisches auftritt, begrenzt. Bei einem bestimmten Kompressionsverhältnis und einer be­ stimmten Brennstoffqualität ergibt sich für den klopffreien Betrieb ein nach oben begrenzter Ladedruck. Daraus folgt, daß die maximale Leistung des Motors über den gesamten Motordrehzahlbereich durch das Klopfen definitiv begrenzt 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 Hoch­ geschwindigkeitsfahrens, arbeitet der Motor im wesentlichen mit einer Teillast. Bei Beschleunigung ist jedoch eine hohe Übergangslast des Motors notwendig, während der die für den ständigen Betriebszustand vorge­ nommenen Einstellungen nicht immer die günstigsten sind. Außerdem besteht etwas unterschiedliche Betriebsbedingun­ gen für den Motor während der Übergangslast im Gegensatz zum ständigen, überwiegenden Betriebszustand, beispielswei­ se sind dies Unterschiede hinsichtlich der Materialtempera­ turen und der Strömungsmitteltemperaturen, unterschiedliche Verhältnisse für die Einlaßluft usw.

Aus der "Motortechnischen Zeitschrift, MTZ", 1981, S. 17 und 18 ist ein System zum Steuern des Ladedruckes in einem turbogeladenen Verbrennungs­ motor bekannt, die eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Ladedruckes bei Normalbetrieb und zum Begrenzen des Ladedruckes aufweist. Diese Steuerung ist so ausgelegt, daß der Lade­ druck in einem Überlastzustand einer höheren Klopfgrenze folgen kann, wobei hierzu eine maximale Ladedruckgrenze festgelegt ist. Dieses bekannte System weist einen Klopf­ sensor auf, wobei im Rahmen der Überwachungsfunktion des Klopfsensors der Ladedruck abgesenkt wird. Dieses Steuersystem hat den Nachteil, daß durch den Betrieb nahe der Klopfgrenze ein Klopfen nicht gänzlich vermieden werden kann. Der Einsatz von Klopfsensoren stellt außerdem einen verhältnismäßig hohen technischen Aufwand dar.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein System zum Steuern des Ladedruckes in einem turbogeladenen Verbrennungsmotor zu schaffen, bei dem mit einfachen Konstruktionen Mitteln und ohne die Notwendig­ keit des Einsatzes eines Klopfsensors bei Beschleunigungsvorgängen eine höhere Leistung erzielbar ist.

Dies wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 oder 4 erreicht.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß Übergangs­ überladezustände im wesentlichen oberhalb des für den ständigen Betriebszustand möglichen Ladedruckes nur langsam zu dem Auftreten von Klopferscheinungen führen.

Ein kurzzeitig gesteuertes Anheben des Ladedruckes über den Wert für den ständigen Betrieb ermöglicht so eine seitlich begrenzte Überlast, beispielsweise zur Erhöhung der Beschleunigung, so daß in kürzester Zeit ein anderes Fahrzeug überholt werden kann.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbei­ spiele. 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 modifizier­ ten, vereinfachten Ausführungsform.

Der Motor 1 der Fig. 1 ist ein Vierzylinder-Ottomotor mit einer Turbokompressionseinheit 2 (an sich bekannt), umfassend ein Turbinenabschnitt 3, welcher mit einer Motorabgasleitung 4 in Verbindung steht, und einen Kompressorabschnitt 5, wel­ cher mit der Motoreinlaßleitung 6 über einen Ladungsluft­ kühler 7 vom Luft-Luft-Typ in Verbindung steht, und ein Drosselgehäuse 8, welches die Drosselklappe 9 enthält. Der Gasstrom durch die Turbine wird auf bekannte Art und Weise mit Hilfe eines Abgasventils 11 reguliert, welches in einem Umleitungsrohr 10 angeordnet ist. Das Abgasventil 11 ist durch einen pneumatisch betriebenen Mechanis­ mus 12 zu betätigen. Wenn das Abgasventil geschlossen ist, strömt der gesamte Abgasstrom durch die Turbine. Der Druck im Betätigungsmechanismus 12 und somit das Einstellen des Abgasventils wird durch ein Magnet­ ventil 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 Betätigungsmechanismus 12 abzweigt. Das Magnetventil 13 wird durch einen Mikroprozessor 17 gesteuert, der von Sig­ nalen beaufschlagt wird, 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 Stellung der Dros­ selklappe erfassenden Potentiometer 20 gekuppelt. Mit Hilfe der davon ausgehenden Signale kann die Öffnungs- oder Schließ­ geschwindigkeit der Drosselklappe berechnet werden. Im Mikroprozes­ sor 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, d. h. während der Be­ schleunigung beim Überholen, gespeichert. Der Mikroprozessor ist so programmiert, daß bei einem Anwachsen der Last um eine vor­ bestimmte Geschwindigkeit repräsentiert durch eine bestimmte Änderungsgeschwindigkeit der Drosselstellung, beispielsweise 1°/ms, der Lade­ druck auf den zuvor genannten höheren Druck ansteigen kann, welcher bis zu 45% größer sein kann als der erstgenannte Druck, und daß danach innerhalb einer vorgegebenen Zeit­ periode von beispielsweise ungefähr 20 s die Grenze des zulässigen Ladedruckes graduell auf den normalen Ladedruck reduziert wird. Um eine thermische Überlast infolge dicht beeinander liegender vorübergehen­ der Überladungen zu verhindern, wird der Mikroprozessor bevorzugt dahingehend programmiert, daß er nach dem Reduzie­ ren des Druckes auf das Niveau des ständigen Betriebszustan­ des eine weitere Übergangsüberladung während einer Mindest­ zeitperiode von beispielsweise ungefähr 4 s verhindert. Weiterhin kann der Mikroprozessor so programmiert werden, daß er die Übergangsfunktion nur nach einem Anwachsen des Öffnungswinkels der Drosselklappe von zumindest 15° veranlaßt, um die Auswirkung kleiner Bewegungen der Dros­ selklappe zu eliminieren, welche gegebenenfalls durch 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 Bezugs­ zeichen versehen sind. Der Mikroprozessor ist durch einen Druckschalter 30 in einer Leitung 31 ersetzt, welche mit dem Motoreinlaßkanal 6 in Verbindung steht. Zwischen dem Druckschalter 30 und dem Einlaßkanal 6 befindet sich eine Verzögerungsvorrichtung 32, welche eine kalibrierte Veren­ gung mit einer Einwegfunktion sein kann, die eine verengte Öffnung in Richtung auf den Druckschalter 30 aufweist, je­ doch eine unverengte Öffnung in entgegengesetzter Richtung. In der Verbindung zwischen dem Einlaßkanal 6 und dem Betätigungsmechanismus 12 des Abgasventils 11 befindet sich eine Verzögerungsvorrichtung 15, die eine kalibrierte Ver­ engung in der Leitung 14 ist. Weiterhin befindet sich vor dem Magnetventil 13 eine Verzögerungsvorrichtung 33.

Während einer Lastzunahme (Beschleunigung) wird die Über­ gangsfunktion erzielt durch eine Verzögerung, bewirkt durch die Verzögerungsvorrichtung 32, von dem Zeitpunkt an, zu dem der Druck im Einlaßrohr den Ansprechdruck des Druckschalters 30 erreicht, bis zu dem Augenblick, bei dem der Druck im Schalter aufge­ baut worden ist. Während dieses Zeitintervalls steigt der Druck im Einlaßrohr über den zulässigen maximalen Wert für den ständigen Betriebszustand. Sobald der Druckschalter be­ tätigt wird, schließt das Ventil 13, woraufhin das Abgas­ steuerventil zu öffnen beginnt, um den Ladedruck auf das Niveau für den maximal zulässigen Druck für den ständigen Betriebs­ zustand zu reduzieren. Größe und Dauer dieses Überladens ist durch die Charakteristik der Verzögerungsvorrichtung 15 und 33 bestimmt. Die Zeit des Schließens des Ventils ist durch die Kalibrierung der Verzögerungsvorrichtung 32 bestimmt. Als eine Alternative zur Verzögerungsvorrichtung 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 durchgeführ­ ten Versuchen, welcher mit dem System gemäß der Erfindung ergänzt worden ist, war der Abgasauslaß-Betätigungsmechanis­ mus 12 so eingestellt, daß er das Abgassteuerventil bei einem Lade­ druck von 0,67 bar öffnet. Der Schaltdruck des Druckschal­ ters 30 war auf einen Ladedruck von 0,55 bar eingestellt. Die Verzögerungsvorrichtung 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 (6)

1. System zum Steuern des Ladedruckes in einem turbogeladenen Verbrennungsmotor, mit einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Ladedruckes bei Normalbetrieb und zum Begrenzen des Ladedruckes derart, daß der Ladedruck in einem Überlastzustand einer höheren Klopfgrenze folgen kann und hierzu eine maximale Ladedruckgrenze festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Mikroprozessor neben einem unteren Wert für den zulässigen Ladedruck für den Normalbetrieb ein höherer Wert für den maximal zulässigen Ladedruck gespeichert ist und daß die Steuer­ einrichtung ein Zeitglied umfaßt, das die Steuereinrichtung so betätigt, daß nach einer vorgegebenen Zeitperiode nach Überschreiten des unteren Werts des Ladedruckes für den Normalbetrieb der maximal zulässige Wert des Ladedruckes wieder auf den unteren Wert absinkt.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Mikroprozessor zur Lastsignaleingabe mit der Motor-Drosselklappe (9) verbunden ist.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Mikroprozessor (17) dahingehend programmiert ist, daß er nach dem Reduzieren des Druckes auf den unteren Wert für den Normalbetrieb ein weiteres Ansteigen auf den maximal zulässigen Druck erst nach einer vorbestimmten Zeit­ periode ermöglicht.

4. System zum Steuern des Ladedruckes in einem turbogeladenen Verbrennungsmotor, mit einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Ladedruckes bei Normalbetrieb und zum Begrenzen des Ladedruckes derart, daß der Ladedruck in einem Überlastzustand einer höheren Klopfgrenze folgen kann und hierzu eine maximale Ladedruckgrenze festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Druckschalter (30) umfaßt, welcher durch den Ladedruck an der Einlaßseite des Motors betätigt wird, daß dieser Schalter bei einem vorbestimmten Druck dahingehend wirksam ist, ein Abgasventil (11) zu öffnen, wobei zwischen der Einlaßseite des Motors und dem Druckschalter eine Verzögerungseinrichtung (32) ange­ ordnet ist, um eine von Zeitperiode zwischen dem Zeitpunkt, in dem der Ladedruck den unteren Wert überschreitet und dem Zeitpunkt, bei dem der Druckschalter betätigt wird, zu erzielen, wobei nach Ablauf der Zeitperiode der Ladedruck wieder auf den unteren Wert absinkt.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß eine zusätzliche Verzögerungseinrichtung (15, 22) angeordnet ist, um ein Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt der Betätigung des Druckschalters (30) und dem Zeitpunkt des Öffnens des Abgasventils (11) zu erzielen.

6. System nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verzögerungseinrichtungen (15, 32, 33) durch pneumatische Verengungen gebildet sind.