DE3506303A1

DE3506303A1 - Vorrichtung zur steuerung des ladedrucks eines abgas-turboladers

Info

Publication number: DE3506303A1
Application number: DE19853506303
Authority: DE
Inventors: Yoshio Nagareyama Chiba Iwasa
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1984-02-24
Filing date: 1985-02-22
Publication date: 1985-10-03
Also published as: JPS60178931A; US4658586A; JPH0214531B2; US4736589A; GB8504799D0; GB2155996A; GB2155996B; DE3506303C2

Description

Vorrichtung zur Steuerung des Ladedrucks eines Abgas-Turboladers

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung des Ladedrucks eines Abgas-Turboladers einer Verbrennungskraftmaschine durch welche die Verbrennungskraftmaschine zur Aufladung mittels eines Verdichters mit Ansaugluft versorgt wird, wobei der Verdichter zusammen mit der Abgasturbine durch die Energie des Abgases der Verbrennungskraftmaschine in Drehung versetzt wird.

Es ist allgemein bekannt, eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgasturbolader auszurüsten, um die Energie des Abgases zum Verdichten der Verbrennungsluft für die Verbrennungskraftmaschine zu nutzen, wodurch der Wirkungsgrad der Versorgung mit Verbrennungsluft und damit die Menge an eingesprühtem Kraftstoff ansteigt, was in hohem Maße zu einem Anstieg der Maschinenleistung führt

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Wird jedoch der Ladedruck zu groß, wird eine zu hohe Belastung auf die Verbrennungskraftmaschine und auf ihr Lufteinlaß- und Abgasabführungssystem aufgebracht, was zu dem Risiko einer Beschädigung oder Zerstörung führen kann. Infolgedessen wurden vielfältige Vorrichtungen entwickelt, um einen zu hohen Anstieg des Ladedrucks zu verhindern .

Ein Beispiel für derartige Vorrichtungen zum Verhindern eines zu hohen Steuerdrucks ist eine Geschwindigkeitssteuervorrichtung für den Abgasstrom,die in dem US-Patent 29 44 786 beschrieben ist. Bei dieser Vorrichtung ist ein Steuerventil in dem Abgaseinströmkanal des Abgas-Turboladers vorgesehen, um den Öffnungsgrad des Steuerventils einzustellen, wodurch die Geschwindigkeit der Abgasströmung in dem zu der Abgasturbine führenden Einlaßkanal steuerbar ist, um somit eine zu hohe Umdrehungsgeschwindigkeit der Abgasturbine zu verhindern. Folglich

2Q wird verhindert, daß die Turbine den direkt mit ihr verbundenen Verdichter zu schnell antreibt, so daß der Ladedruck nicht zu stark ansteigt, während die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases bei einem Betrieb mit geringer Belastung zu einem höheren Ladedruck führt, und dadurch

2g auch die Ausgangsleistung zunimmt.

Ein weiteres Beispiel bekannter Vorrichtungen ist mit einem Umgehungskanal versehen, welcher die stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Seiten der Abgasturbine ver-

OQ bindet und welcher mit einem Steuerventil versehen ist, das geöffnet werden kann, wenn der Ladedruck in dem Umgehungskanal auf der stromabwärts gelegenen Seite des Verdichters unter einen vorgegebenen Wert absinkt. Wenn der Ladedruck auf der stromabwärts gelegenen Seite

₃g des Verdichters im Begriff ist, einen bestimmten Wert zu überschreiten, wird das Steuerventil in dem Umgehungskanal geöffnet und die Energie des Abgases durch den Umgehungskanal zur Umgebung hin abgeleitet, so daß dieses nicht zu

einer Drehung der Abgasturbine führt. Dadurch wird eine übermäßige Drehung der Abgasturbine und als Folge davon ein übermäßiger Anstieg des Ladedrucks vermieden.

Die Geschwindigkeitssteuereinrichtung für den Abgasstrom und das Steuerventil in dem Umgehungskanal können in wirkungsvoller Weise eine Steuerung des Ladedrucks bewirken, es bleiben jedoch die nachfolgend aufgezählten Nachteile bestehen.

Wenn bei der Geschwindigkeitssteuervorrichtung für den Abgasstrom der Ladedruck den vorgegebenen Wert überschreitet, wird der Querschnittsbereich des Abgaseinlaß-

-p. kanals vergrößert, um die Strömungsgeschwindigkeit des der Abgasturbine zugeführten Abgases zu verringern. Es wird jedoch das gesamte Abgasvolumen der Abgasturbine zugeführt, und nicht an dieser vorbeigeleitet, so daß bei einem weiteren Anstieg der Abgasenergie die Dreh-

_on geschwindigkeit der Abgasturbine nicht mehr gesteuert werden kann und der Ladedruck letztendlich doch ansteigt Mit anderen Worten, ein Nachteil des Geschwindigkeitssteuerventils liegt in der ungenügenden Flexibilität seines Betriebs. So ist es besonders notwendig, daß die p. ursprünglichen Konstruktionsangaben des Abgasturboladers sicherstellen müssen, daß der Anstieg des Ladedrucks unterhalb des erlaubten Wertes bleibt. Zu diesem Zweck muß die gesamte Drehmomentkurve so ausgelegt sein, daß generell ein niedrigerer Ladedruck während des Betriebs der Maschine, insbesondere auch zu dem Zeitpunkt, in

welchem die Maschine mit niedriger Belastung läuft, erzeugt wird. Dies führt zu dem Ergebnis, daß der Ladedruck, wie oben erwähnt, in dem Niedriglastbereich, welcher im Falle eines Abgasturboladers einen Problembereich darstellt, reduziert wird, wodurch es schwierig gemacht wird, in diesem Bereich die Ausgangsleistungscharakteristik der Maschine zu verbessern.

Bei dem oben beschriebenen Steuerventil für einen Umgehungskanal wird, wenn der Ladedruck im Begriff ist, den vorgegebenen Wert zu überschreiten, das Abgas in

den Umgehungskanal mittels des Steuerventils für diesen 5

eingeleitet und somit von dem Drehbereich der Abgasturbine ausgeschlossen. Diese Vorrichtung stellt somit eine wirkungsvolle Maßnahme zur Verhinderung eines zu hohen Anstiegs des Ladedrucks dar. Es ist jedoch so, daß die Drehmomentkurve, welche durch die Merkmale des Abgasturboladers bestimmt ist, konstant ist und lediglich so wirkt, daß sie einen zu starken Ladedruck verhindert, was jedoch das Problem des niedrigen Ladedrucks in dem Niedriglastbereich nicht löst. Es soll weiterhin daraufhingewiesen

werden, daß bei einer derartigen Umgehungskanalsteuervor-15

richtung die Abgasturbine sich direkt nach dem Öffnen des

Steuerventils für den Umgehungskanal wegen ihres Trägheitseffektes mit einer relativ hohen Geschwindigkeit dreht, wodurch eine ungenügende Verringerung des Ladedrucks und damit ein Klopfen der Maschine bewirkt wird. 20

Weiterhin wird der Auspuffdruck ganz plötzlich vermindert, was die Gefahr hervorruft, daß der Katalysator in dem Abgassystem beschädigt werden kann.

Zusätzlich wurde herausgefunden, daß bei einem einzelnen 25

Betrieb einer dieser Vorrichtungen, wenn der Betrieb wegen einer einmaligen Betriebsstörung oder eines Brandes unmöglich wird, die Abgasturbine und der Verdichter sich mit. einer unnormal hohen Drehgeschwindigkeit drehen und

der Ladedruck zu stark ansteigt, so daß ein Klopfen des 30

Motors auftreten kann oder die Maschine beschädigt werden kann.

Somit ist es notwendig, die oben erwähnten Vorrichtungen

weiter zu verbessern und es ist weiterhin notwendig, Ver-35

besserungen in dem Ansaugsystem der Aufladung durchzuführen, um während des Betriebs eine Flexibilität der Strömung und eine Veränderbarkeit des Drucks zu ermög-

lichen.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Steuerung des Ladedrucks zu schaffen, welche während des Betriebs eine verbesserte Strömungsflexibilität und eine Veränderbarkeit des Ladedrucks aufweist. Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Steuerung des Ladedrucks zu schaffen, -^q welche die Leistungscharakteristik bei einem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine mit niedriger Last verbessert und während des Betriebs einen zu hohen Ladedruck verhindert.

, _c Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Steuerung des Ladedrucks zu schaffen, welche die Nachteile des Klopfens des Motors oder einer Beschädigung desselben verhindert.

p_n Diese und andere Ziele der vorliegenden Erfindung werden durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung des Ladedrucks erreicht, welche eine Geschwindigkeitssteuervorrichtung für die Abgasströmung , eine Steuervorrichtung für einen Umgehungskanal und eine Steuereinrichtung zur

oc Steuerung der Geschwindigkeitssteuervorrichtung und der Steuervorrichtung für den Umgehungskanal umfaßt, so daß die Geschwindigkeitssteuervorrichtung bei einem vorbestimmten Druck geöffnet wird, welcher geringer ist als der vorbestimmte Druck der Steuervorrichtung für den

_on Umgehungskanal. Diese Anordnung weist das Ergebnis auf, daß die Geschwindigkeitssteuervorrichtung in Betrieb gesetzt wird, bevor die Steuervorrichtung für den Umgehungskanal betätigt wird, wodurch durch ersteres zuerst ein zu starker Anstieg des Ladedrucks verhindert wird. Wenn

_oc daraufhin der Ladedruck im Begriff ist, über die Möglich-όο

keiten der Absenkung des Ladedrucks durch die Geschwindigkeitssteuervorrichtung trotzdem einen zu hohen Wert

einzunehmen, wird die Steuervorrichtung für den Umgehungskanal in Betrieb gesetzt, um einen derartigen Anstieg zu verhindern.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Figur 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung des Lade

drucks ,

Figur 2 eine Seitenansicht der Abgasturbine von Fig. 1,

Figur 3 einen Vertikalschnitt durch die Abgasturbine von Fig. 2, und

Figur 4 eine Drehmomentkurve mit den Betriebsbereichen der vorliegenden Erfindung.

Wie in Figur 1 dargestellt, treiben die Abgase einer Verbrennungskraftmaschine eine sich drehende Abgasturbine 3, welche in der Abgasleitung 2 angeordnet ist, worauf die Gase der Umgebung zugeführt werden. Die Abgasturbine 3 ist mit einem Kompressor 4 mittels einer Welle 5 verbunden; die Abgasturbine 3, der Verdichter 4 und die Welle 5 bilden zusammen den Abgasturbolader 10. Der Verdichter 4 wird zusammen mit der Abgasturbine 3 in Drehbewegung versetzt. Bei der gezeigten Anordnung gelangt die durch den Verdichter 4 verdichtete (aufgeladene) Frischluft durch einen Luftansaugkanal 6 in die Verbrennungskraftmaschine 1, um dort zusammen mit dem durch ein Einspritzventil 7 eingespritzten Kraftstoff verbrannt zu werden. Stromaufwärts von dem Verdichter ist in dem Luftansaugkanal 6 ein Strömungsmesser 11 angeordnet. Zwischen dem Kompressor 4 und dem Einspritzventil 7 sind mehrere Drosselventile 12a,12b angeordnet, um das

-X- /ΙΌ-

Volumen an Ansaugluft zu steuern. Zwischen dem Drosselventil 12a und dem Verdichter 4 ist ein Drucksensor 13 zur Messung des Ladedrucks vorgesehen. Auf der stromabwärts gelegenen Seite des Drosselventils 12a ist ein

Ablaßventil 14 angeordnet, welches geöffnet werden kann, um einen zu hohen Druck abzulassen, wenn der Druck auf der stromabwärts gelegenen Seite des Drosselventils 12a einen zu hohen Wert annimmt. Der Druck, bei welchem das Ablaßventil 14 geöffnet wird, ist höher festgelegt, als der Druck, bei welchem die Steuervorrichtung 22 für einen Umgehungskanal sich öffnet, welche nachstehend noch im einzelnen beschrieben wird. Zusätzlich ist ein Sauerstoffsensor 15 zur Messung der Sauerstoffkonzentration in dem

, _ Abgas und ein Katalysator 16 zur Eliminierung nicht ver-Ib

brannter Bestandteile des Abgases in der Abgasleitung 2 auf der stromabwärts gelegenen Seite der Abgasturbine 3 vorgesehen.

Erfindungsgemäß ist die Steuerverrichtung 22. in einem Umgehungs-20

kanal 21 vorgesehen, durch welche diesem Abgas zugeführt wird, um die Abgasturbine 3 zu umgehen. Weiterhin ist eine Geschwindigkeitssteuervorrichtung 31 in dem Einströmkanal der Abgasturbine 3 zur Steuerung des Abgasstromes

angeordnet.
25

Die in den Figuren 1,2 und 3 dargestellte Steuervorrichtung für den Umgehungskanal weist ein Umgehungsventil 23 zum Öffnen und Schließen des Umgehungskanals 21 auf,

welches über ein Zwischenglied 26 mit einer Membran 25a 30

einer Membrandose 25 verbunden ist, welcher der Ladedruck auf der stromabwärts gelegenen Seite des Drosselventils 12a und auf der stromabwärts gelegenen Seite des Verdichters 4 über eine Druckleitung 24 zugeführt wird,

wobei bei überschreiten eines vorbestimmten Wertes Pb 35

des Ladedrucks die Membran 25a, als Reaktion auf den Ladedruck die Kraft einer Feder 25b, welche in Schließrichtung des Ventils wirkt, überwindet und das Umgehungsventil 23

öffnet.

Folglich dient die Steuervorrichtung für den Umgehungskanal in der Geschwindigkeitssteuervorrichtung für den Abgasstrom dazu, einen zu starken Anstieg des Ladedrucks zu verhindern.

Das beseitigt die Probleme, welche auftreten, wenn der Ladedruck nur durch die oben in Verbindung mit dem Stand der Technik erwähnte Geschwindigkeitssteuervorrichtung ansteigt. Folglich kann der zur Öffnung des Ventils vorgegebene Druckwert in adäquater Weise erhöht werden, um den Ladedruck über den gesamten Betriebsbereich zu erhöhen. Dadurch wird es möglich, einen Anstieg im Ladedruck und eine Verbesserung der Drehmomentkurve im Niedriglastbereich zu erreichen. Andererseits wird die Geschwindigkeitssteuervorrichtung für den Abgasstrom betätigt, bevor die Steuervorrichtung für den Umgehungskanal aktiviert wird, so daß eine zu hohe Drehzahl der Abgasturbine vermieden wird und die Betätigungsfrequenz der Steuervorrichtung für den Umgehungskanal minimiert wird. Die Gelegenheiten, bei welchen eine relativ hohe Drehgeschwindigkeit der Abgasturbine durch deren Trägheit in der ersten Stufe der Öffnung des Ventils hervorgerufen wird, wird äußerst selten und der Nachteil des Klopfens des Motors oder einer Beschädigung des Motors wird soweit als möglich unterdrückt.

Die Geschwindigkeitssteuervorrichtung 31 für die Abgasströmung weist ein Drosselventil 32 auf, welches im Einströmkanal der Abgasturbine 3, im besonderen in der Abgaseinlaufspirale, wie in den Figuren 2 und 3 gezeigt, vorgesehen ist. Das Drosselventil 32 ist an seinem stromaufwärtsgelegenen Ende schwenkbar an dem Gehäuse des Einströmkanals der Abgasturbine 3 gelagert. Wenn das stromabwärts gelegene freie Ende des Drosselventils 32 verschwenkt wird, so daß der Öffnungsquerschnitt des Einströmbereichs 3a reduziert wird (wie in Figur 2 mit der durchgezogenen Linie angedeutet) nimmt die Geschwindigkeit des Abgasstroms zu, während bei einer Schwenkung des freien, strom-

-X- AZ.

abwärts gelegenen Endes des Ventils der Strömungsquerschnitt des Einströmbereiches 3a zunimmt (wie in Figur 2 durch die gestrichelte Linie angedeutet) und die Ge-

_ schwindigkeit des Abgasstroms sinkt, ο

Das Drosselventil 32 ist mit einer Membran 33a und einer Membrandose 33 über eine Stange 33b verbunden. Der Ladedruck auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Drosselventils 12a wird über eine Druckleitung 34 auf der stromabwärts gelegenen Seite des Verdichters 4 zugeführt. Wenn dieser Ladedruck den vorbestimmten Wert Pa überschreitet, überwindet die Membran 33a als Reaktion auf den Ladedruck die Federkraft einer Feder 33c und wird in einer

Richtung versetzt, in welcher sie eine Vergrößerung des 15

Einströmbereiches 3a der Abgasturbine bewirkt, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases abnimmt.

Hierbei erweist es sich als wichtig, daß der vorbestimmte

Wert Pa, bei welchem die Geschwindigkeitsteuervorrichtung 20

31 sich öffnet (z.B. bei 350mm Hg) kleiner ist als der Wert Pb, bei welchem die Steuervorrichtung für den Umgehungskanal sich öffnet (z.B. 400 mm Hg).

Im Folgenden wird die Betriebsweise der erfindungsgemäßen 25

Vorrichtung beschrieben. Bei einem stationären Betrieb wird die Ansaugluft durch den Verdichter 4 verdichtet, durch die Drosselventile 12a und 12b in ihrem Volumen angepaßt, mit Kraftstoff vermischt, welcher durch das

Einspritzventil 7 in Form eines Strahls zugeführt wird, 30

um eine Gasmischung zu erzeugen, welche dem Verbrennungsraum 1a der Verbrennungskraftmaschine 1 zugeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt durch Einwirkung einer Zündkerze 8 eine Zündung, worauf der Verbrennungsvorgang

stattfindet. Die Verbrennungsgase werden daraufhin in 35

die Abgasleitung 2 abgeführt, wobei deren Strömungsgeschwindigkeit durch die Geschwindigkeitssteuervorrichtung 31 gesteuert wird, um die Abgasturbine in Drehung zu

versetzen, welche wiederum den auf derselben Welle angeordneten Verdichter 4 antreibt. Daraufhin wird das Abgas in die Umgebung abgeleitet. Da die Geschwindigkeitssteuervorrichtung 31 das Drosselventil 32 schließt, um die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases zu erhöhen,ist die Antriebsenergie der Abgasturbine 3 vergleichsweise groß, wodurch in diesem Betriebsbereich eine Verminderung des Ladedrucks verhindert wird.

¹^ Darauffolgend erhöht sich die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, wodurch ein großes Abgasvolumen abgeführt wird und die Drehzahl der Abgasturbine 3 durch Einwirkung der Abgasenergie ebenfalls zunimmt. Der Verdichter 4 dreht sich ebenfalls mit einer hohen Drehzahl, so daß der

¹^ Ladedruck auf seiner stromabwärts gelegenen Seite ansteigt

Wenn dieser Ladedruck über den vorbestimmten Wert Pa angestiegen ist, um die Geschwindigkeitssteuervorrichtung 31 zu öffnen, wird der Ladedruck in die in Figur 2 darge-

^Q stellte Druckdose 33 eingeleitet und das Drosselventil überwindet die Federkraft der Feder 33q, um das Ventil zu öffnen. Als Ergebnis davon wird das Drosselventil 32 von der in Figur 2 durch ausgezogene Linien dargestellten Position in die durch gestrichelte Linien dargestellte

^° Position versetzt, wodurch die Öffnungsfläche des Einströmbereiches 3a zunimmt und die Geschwindigkeit des Abgasstroms sinkt. Aus diesem Grund wird ein Ansteigen der Drehzahl der Abgasturbine 3 verhindert und ein hoher Ladedruck vermieden. Zusätzlich nimmt im gleichen Augen-

^ blick auch der Druck in der Abgasleitung 2 (Auspuffdruck) stromaufwärts von der Abgasturbine 3 ab, wodurch der Ladeverlust der Verbrennungskraftmaschine 1 abnimmt, um eine Verminderung der Leistungsabgabe zu verhindern.

Falls sich die Verbrennungskraftmaschine 1 mit hoher Drehzahl bei hoher Last dreht, wird auch eine große Menge an Abgas von der Maschine abgeführt. Deshalb wird das gesamte Abgasvolumen, auch wenn die Geschwindigkeits-

Steuervorrichtung für den Abgasstrom sich in einem vollständig geöffneten Zustand befindet, zur Drehung der Abgasturbine 3 verwendet. Dadurch dreht sich die Abgasturbine 3 mit einer hohen Drehzahl, wodurch auch eine 5

entsprechende Drehung des Verdichters 4 bewirkt wird, so daß der Ladedruck ansteigt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Ladedruck, wenn dieser im Begriff ist, den vorbestimmten Druck Pb, welcher vorgegeben ist, um die Steuervorrichtung für den Umgehungskanal zu öffnen, zu übersteigen, der Membrandose 25 zugeführt, um die Membran 25a entgegen der Federkraft der Feder 25b zu bewegen, wodurch das Umgehungsventil 23, welches mit dieser über das Zwischenglied 26 verbunden ist, geöffnet wird. Folglich wird

das Abgas in der Abgasleitung 2 stromaufwärts von der 15

Abgasturbine 3 durch den Umgehungskanal 21 der stromabwärts gelegenen Seite der Turbine 3 zugeführt. Das führt zu dem Ergebnis, daß die hohe Drehzahl der Turbine 3 und des Verdichters 4 abnimmt, wodurch ein zu hoher

Ladedruck vermieden wird und die Lebensdauer der Welle 5 20

erhöht wird. Dieser Vorgang verhindert weiterhin sowohl ein Klopfen der Verbrennungsmaschine 1 als auch eine Beschädigung sowohl der Maschine selbst als auch ihrer Ansaug- und Abgassysteme. Somit kann die Ladewirkung

des Abgasturboladers in maximaler Weise ausgenutzt werden 25

um die Leistungscharakteristik der Maschine zu verbessern.

Wenn die Maschine mit einer höheren Drehzahl und einer größeren Last betrieben wird, wird die Fähigkeit der

vorstehend diskutierten Funktionsweise zur Verhinderung 30

eines Anstiegs des Ladedrucks überschritten, wodurch die Gefahr eines weiteren Anstiegs des Ladedrucks hervorgerufen wird. In einem derartigen Fall verhindert jedoch die Steuervorrichtung für den Umgehungskanal einen derartigen

Anstieg. Folglich kann der Abgasturbolader derartig ausge-35

staltet und dimensioniert werden, daß der Ladedruck während aller Betriebsbereiche zunimmt, ohne daß die Gefahr auftritt, daß der Ladedruck den Wert Pa zur Öffnung des Ven-

tils der Geschwindigkeitssteuervorrichtung übersteigt. Deshalb ist es wegen des Anstiegs des Ladedrucks in den Niedriglastbereichen möglich, die Drehmomentkurve zu

verbessern.
5

Es kann jedoch in dem Fall, daß sowohl die Steuervorrichtung für den Umgehungskanal als auch die Geschwindigkeitssteuervorrichtung für den Abgasstrom so eingestellt

sind, daß sie sich bei demselben Wert öffnen oder in dem 10

Fall, in welchem nur eine Steuervorrichtung für einen Umgehungskanal vorgesehen ist, vorkommen, daß die Abgasturbine, welche sich gedreht hat, durch den Einfluß ihrer Trägheit direkt nachdem der Ansprechwert für die

Steuervorrichtung für den Umgehungskanal überschritten 15

ist, zu schnell dreht. Deshalb verschlechtert sich die Reaktion zum Vermindern des Ladedrucks, so daß die Gefahr des Klopfens auftritt oder der Auspuffdruck jäh absinkt und die Gefahr einer Beschädigung des Katalysators

in dem Abgassystem auftritt.
20

Bei der vorliegenden Erfindung öffnet sich jedoch die Geschwindigkeitssteuervorrichtung für den Abgasstrom, bevor die Steuervorrichtung für den Umgehungskanal sich

öffnet. Folglich wird die Betätigungsfrequenz des Um-25

gehungsventils minimiert und die Häufigkeit des Auftretens der oben beschriebenen Nachteile reduziert. Zur gleichen Zeit erhöht sich die Lebensdauer des Umgehungsventils und die Einstellung des vorgegebenen Druckwerts zum

Öffnen des Ventils wird stabilisiert, wodurch es möglich 30

ist, einen wirksamen Schutz für die Maschine zu schaffen.

Zusätzlich ist der Einströmkanal des Umgehungskanals der Steuervorrichtung für den Umgehungskanal stromaufwärts

von dem Drosselventil 32 der Geschwindigkeitssteuer-35

vorrichtung angeordnet. Durch diese Anordnung bewirkt das Umgehungsventil bei Problemen, wie einer Betriebsstörung oder einem Brand, welche auftreten, bevor die

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-^λ/ fa

Geschwindigkeitssteuervorrichtung vollständig geöffnet ist, eine Berücksichtigung dieser Anforderungen und öffnet sich.

Der Abgasstrom gelangt auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Umgehungsventils in den Umgehungskanal, so daß ein Anstieg des Ladedrucks verhindert wird, und die Maschine vor Störungen geschützt ist. Das Drosselventil 32 der Geschwindigkeitssteuervorrichtung 31 für den Abgasstrom ist dem pulsierenden Druck des Abgases ausgesetzt und kann leicht zu Schwingungen angeregt werden. Zur Verhinderung dieses Effektes ist die dem Druck ausgesetzte Fläche der Membran 33a ausreichend groß ausgestaltet, wodurch das Drosselventil 32 auch im Stadium der Vibration

p. durch den Einfluß der Schwingungen des Abgasdruckes durch die Membran 33a in einer vorbestimmten Position gehalten wird. Gelegentlich kann die Geschwindigkeitssteuervorrichtung 31 vollständig geöffnet sein, wenn in dem Ausführungsbeispiel sich das Umgehungsventil öffnet, der

_on Steuerbereich der Geschwindigkeitssteuervorrichtung für ZO

den Abgasstrom kann sich jedoch mit dem Steuerbereich des Umgehungsventils um einen gewissen Betrag überlappen.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel können die Ge_oi_ schwindigkeitssteuervorrichtung 31 und die Steuervor-

richtung 22 für den Umgehungskanal durch eine Steuereinheit 41 gesteuert werden, welche die Kraftstoffmenge des Einspritzventils 7 steuert. Das heißt, ein Dreiweg-Magnetventil 42 ist in der Druckleitung 34 der Ge-

schwindigkeitssteuervorrichtung 31 für den Abgasstrom 3Ü

angeordnet und gleiehartigesDreiweg-Magnetventil 43 ist in der Druckleitung 24 der Steuervorrichtung für den Umgehungskanal vorgesehen. Diese Dreiweg-Magnetventile 42 und 43 verdünnen die zur Aufladung zugeführten Gase mit Luft und

__ führen die Mischung jeweils den Membrandosen 25 und 33 ob

zu, wobei das Maß an Luftverdünnung durch eine Veränderung des Spannungswertes oder der Zeitdauer, während welcher eine Spannung angelegt ist, auf der Basis eines Impulses

einer vorbestimmten Frequenz verändert werden kann.

Dadurch wird das Maß der Öffnung der Ventile in der Geschwindigkeitssteuervorrichtung und der Steuervorrichtung für den Umgehungskanal gesteuert.

Zu diesem Zweck empfängt die Steuereinheit 41, welche z.B. ein Mikrocomputer sein kann, zur Steuerung der Dreiweg-Magnetventile 42 und 43 die folgenden Signale:

-^q den Ladedruckausgangswert von dem Drucksensor 13; ein Drehgeschwindigkeitssignal, welches im einzelnen nicht näher beschrieben ist, welches von einem Drehsensor 44 zur Ermittlung der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1 abgegeben wird; ein Signal, welches von dem

■je Strömungsmesser 11 in Abhängigkeit des Ansaugluftvolumens abgegeben wird; und ein Signal, welches eine enge Beziehung zu dem Kraftstoff-Luftgemisch gibt, welches auf einem von dem Sauerstoffsensor 15 abgegebenen Sauerstoffdichtesignal basiert. Der am besten geeignete Wert für

2Q den zu diesem Zeitpunkt vorliegenden Betriebszustand wird aufgrund von objektiven Steuerwerten ermittelt, welche vorher abgespeichert wurden und das optimale durch das Einspritzventil 7 einzuspritzende Volumen wird berechnet. Daraufhin wird dann das Einspritzventil 7

2g betätigt. Zum selben Zeitpunkt werden Betätigungs- bzw-Steuersignale für den optimalen Öffnungsbereich der Geschwindigkeitssteuervorrichtung 31 und der Steuervorrichtung 22 für den Umgehungskanal an die Dreiweg-Magnetventile 42 und 43 abgegeben. Es ist deshalb möglich,

QQ mittels eines elektronischen Regelkreises die Ladedrucksteuerung durch die Geschwindigkeitssteuervorrichtung 31 für die Abgasströmung und den Ladedruck durch die Steuervorrichtung 22 für den Umgehungskanal zu regeln.

,.^. ■

Claims

Patentansprüche

M .) Vorrichtung zur Steuerung des Ladedrucks eines

Abgasturboladers einer Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit von deren Belastung mit einer durch die Abgase der Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Abgasturbine und mit einem durch die Abgasturbine angetriebenen, die Ansaugluft verdichtenden Verdichter, g e k e η η ze ichnet durch einen Umgehungskanal (21) mit einem Ventil (23), in welchen das Abgas zur Umgehung der Abgasturbine (3) einleitbar ist, eine Steuervorrichtung (22) für den Umgehungskanal zur Steuerung der Öffnung des Ventils (23) in dem Umgehungskanal (21) , wenn der stromabwärts des Verdichters (U) vorliegende Ladedruck einen ersten vorbestimmten Wert Pb überschreitet, und eine Geschwindigkeitssteuervorrichtung (31) für den Abgasstrom zur Steuerung der Abgasströmungsgeschwindigkeit, wenn der stromabwärts des Verdichters (4) vorliegende Ladedruck einen zweiten

vorbestimmten Wert Pa überschreitet, wobei der erste vorbestimmte Wert Pb des Ladedrucks größer ist als der zweite vorbestimmte Wert Pa.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,gekennzeichnet durch einen Drucksensor (13) zur Ermittlung des Ladedrucks stromabwärts des Verdichters (4).
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet , daß die Geschwindigkeits-

steuervorrichtung (31) für den Abgasstrom zur Steuerung der Abgasströmungsgeschwindigkeit ein in seiner Öffnungsstellung veränderbares Ventil (32) in einem Abgaskanal (3a) umfaßt.

L -2-
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der maximale Öffnungsquerschnitt des Ventils (32) der Geschwindigkeitssteuervorrichtung (31) für den Abgasstrom groß ist im Vergleich zu dem der Steuervorrichtung (22) für den Umgehungskanal.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Geschwindigkeitssteuervorrichtung (31) für den Abgasstrom -in einem Abgaskanal (2) zwischen dem Einlaß des Umgehungskanals (21) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Grad der Öffnung des Ventils (32) der Geschwindigkeitssteuervorrichtung (31) für den Abgasstrom so bemessen ist, daß er zunimmt, wenn der Ladedruck stromabwärts

des Verdichters (4) über den zweiten vorbestimmten Wert

Pa ansteigt.
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7- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Einstellung des Öffnungsgrades der Ventile der Steuervorrichtung (22) für den Umgehungskanal und der Geschwindigkeitssteuervorrichtung (3D für den Abgasstrom mittels Membraneinrichtungen (25,33) erfolgt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Ein- ^® stellung des Ventilöffnungsgrades der Steuervorrichtung (22) für den Umgehungskanal und der Geschwindigkeitssteuervorrichtung (31) für den Abgasstrom mittels eines Schrittmotors erfolgt.

35
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet , daß die Steuervorrichtung (22) für den Umgehungskanal einen Umgehungskanal (21) umfaßt, welcher mit den stromabwärts -und stromaufwärts gelegenen Seiten der Abgasturbine (3) verbunden ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Einlaßöffnung des Umgehungskanals (21) der Steuervorrichtung (22) für den Umgehungskanal weiter stromaufwärts angeordnet ist als das Ventil (32) der Geschwindigkeitssteuervorrichtung (31) für den Abgasstrom.
11. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (41) zur elektronischen Steuerung des Öffnungsgrades der Ventile der Steuervorrichtung (22) für den Umgehungskanal und der Geschwindigkeitssteuervorrichtung (31) für den Abgasstrom mittels einer Rückkoppelung mittels zweier Dreiweg-Magnetventile (42,43), welche in einer Druckleitung (34) der Geschwindigkeitssteuervorrichtung (31) für den Abgasstrom und in einer Druckleitung (24) der Steuervorrichtung (22) für den Umgehungskanal angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch

gekennzeichnet , daß die Dreiweg-Magnetventile (42,43) so ausgebildet sind, daß sie den Öffnungsgrad der Ventile in der Geschwindigkeitssteuervorrichtung (31) für den Abgasstrom und in der Steuervorrichtung (22) für den Umgehungskanal durch Verdünnung der durch den Ladedruck zugeführten Gase mit Luft und durch Zuführung der Mischung in die jeweiligen Membraneinrichtungen (25,33) steuern.