DE3515632A1

DE3515632A1 - Pneumatische wastegatesteuerung fuer eine mit einem abgasturbolader ausgeruestete brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3515632A1
Application number: DE19853515632
Authority: DE
Inventors: Eckart Dipl.-Ing. 3170 Gifhorn Müller
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1984-05-12
Filing date: 1985-05-02
Publication date: 1985-11-14

Description

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3180 Wolfsburg

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Pneumatische Wastegatesteuerung für eine mit einem Abgasturbolader ausgerüstete Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine pneumatische Wastegatesteuerung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1..

Bei der aus der DE-OS 31 26 365, F02D 23/ΟΟ, bekannten Wastegatesteuerung dieser Art wird zur Gewinnung der Steuerdrücke für die Druckdose eine dem Verdichter des Turboladers vorgeschaltete, als übliches Leistungsstellglied dienende Drosselklappe ausgenutzt. Diese bekannte Wastegatesteuerung bietet also zwar den Vorteil, daß sowohl in einem hohen Lastbereich der Brennkraftmaschine gefährlich hohe Ladedrücke als auch in einem unteren Lastbereich, in dem der Turbolader praktisch keine Leistungserhöhung der Maschine bewirkt, eine unerwünschte Erhöhung des Abgasgegendrucks durch den Lader vermieden werfen. In den beiden genannten Lastbereichen wird nämlich mittels des Wastegate die Abgasturbine des Turboladers umgangen, so daß in dem genannten hohen Lastbereich nur ein Teil der von der Maschine erzeugten Abgase zur Abgasturbine gelangt und diese antreibt, während in dem unteren Lastbereich das Wastegate einen strömungswiderstands-

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armen Bypass zur Abgasturbine durchschalten. Die Anwendung der bekannten Wastegatesteuerung setzt jedoch das Vorhandensein einer Drosselklappe voraus, so daß diese Wastegatesteuerung beispielsweise nicht bei üblichen Dieselmaschinen, die keine Drosselklappe als Leistungssteuerglied aufweisen, einsetzbar ist.

Denselben Nachteil besitzt die aus der US-PS 4,005,579, F02D 25/ΟΟ, bekannte Steuereinrichtung für einen Abgasturbolader. Hier wird in Abhängigkeit von der Gaspedal- bzw. Drosselklappenstellung mittels des Schmierölkreislaufs eine Steuerung der Druckverhältnisse in der Druckdose vorgenommen, so daß keine rein pneumatisch (gegebenenfalls unter Verwendung von Elektromagnetventilen) arbeitende Wastegatesteuerung vorliegt.

Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, eine pneumatische Wastegatesteuerung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ohne Beeinträchtigung der günstigen Eigenschaften dieser Steuerung zu schaffen, die unabhängig von dem jeweiligen Maschinentyp, d.h. auch bei keine Drosselklappe als Leistungssteuerglied enthaltenden Maschinen, und unter Ausnutzung bereits vorhandener Einrichtungen eingesetzt werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung für den Fall einer mit einer Einspritzpumpe ausgerüsteten Brennkraftmaschine, also beispielsweise einer Dieselmaschine, beschreibt Patentanspruch 2.

Bei hohen Maschinenlasten erfolgt also ein Durchschalten des Bypasses zur Abgasturbine des Laders mittels des Wastegate durch den Verdichterausgangsdruck, also den Ladedruck, während im unteren Lastbereich zwecks Verhinderung einer unerwünschten Erhöhung des Abgasgegendrucks durch den praktisch leer laufenden Turbolader ein Durchschalten des

Bypasses durch den Unterdrück des Unterdruckerzeugers bewirkt wird, der beispielsweise zum Betreiben eines Bremskraftverstärkers ohnehin vorhanden ist.

Die Notwendigkeit einer Drosselklappe als Leistungssteuerglied zur Erzeugung von Steuerdrücken für die Druckdose ist also in vorteilhafter Weise vermieden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für den Fall einer mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe ausgerüsteten Brennkraftmaschine, beispielsweise einer Dieselmaschine, wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert.

Die eigentliche Maschine, d.h. im wesentlichen der Zylinderblock, ist mit 1 bezeichnet; bei 2 erkennt man die Saugrohranordnung und bei 3 d-ie Abgasleitungsanordnung, die über das Abgassammeirohr 4 mit der Abgasturbine 5 des allgemein mit 6 bezeichneten, ferner den Verdichter 7 enthaltenden Abgasturboladers verbunden ist. In üblicher Weise sitzen die Rotoren der Turbine 5 und des Verdichters 7 auf einer Welle; die Turbine mündet ebenso wie die Bypassleitung 8, die mittels des Wastegate 9 durchsteuerbar ist, in die Abgasauslaßleitung 10 des gesamten Aggregats 1.

Die Kraftstoffzumessung erfolgt über die Kraftstoff-Einspritzpumpe 11, deren Verstellhebel 12 mit einem Gaspedal in Steuerverbindung steht, das durch den Fahrer des mit der Maschine ausgerüsteten Kraftfahrzeugs betätigt wird.

Das mit dem Ventilkörper 13 ausgerüstete Wastegate 9 dient zwei Aufgaben: Zum einen soll dem Auftreten eines hohen Ladedrucks in der Ladeleitung 14» hervorgerufen durch einen hohen Abgasanfall in einem oberen Lastbereich der Maschine, und damit der Gefahr einer Zerstörung des Turboladers vorgebeugt werden, und zum anderen

soll in einem unteren Lastbereich der Maschine, in dem der Abgasturbolader 6 infolge des geringen Abgasanfalls der Maschine nur mit niedriger Drehzahl betrieben wird und demgemäß nicht zur Leistungssteigerung beiträgt, einer unerwünschten Vergrößerung des Abgasgegendrucks durch den Turbolader 6 vorgebeugt werden. Dieser Abgasgegendruck würde eine unerwünschte Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs bewirken.

Zur entsprechenden Steuerung des Wastegate 9 dient die Druckdose 16 in Verbindung mit der Schließfeder 17» die auf der Membran 25 der Druckdose aufliegt; mit der Membran ist der Ventilkörper 13 verbunden.

Die Druckdose 16 weist die erste Druckkammer 18 und die zweite Druckkammer 19 auf. Während die erste Druckkammer 18 über die Leitung 20 dauernd mit dem Ausgangsdruck des Verdichters 7 "beaufschlagt ist, ist die zweite Druckkammer 19 über die Verbindungsleitung 21 mit dem von der Maschine 1 angetriebenen Unterdruckerzeuger 22 nur dann verbunden, wenn das Magnetventil 23 die Verbindungsleitung 21 durchgeschaltet hat. Zur entsprechenden Ansteuerung des Magnetventils 23 dient der Schalter 24, der mit dem Verstellhebel 12 der Einspritzpumpe 11 derart in Verbindung steht, daß er nur in dem beschriebenen unteren Lastbereich der Maschine 1 geschlossen ist und demgemäß das Elektromagnetventil 23 im die Verbindungsleitung 21 durchschaltenden Sinne betätigt. In allen anderen Betriebsfällen verbindet das als Dreiwegeventil ausgebildete Magnetventil 23 die zweite Druckkammer 19 mit der Atmosphäre.

Durch entsprechende gegenseitige Abstimmung der Kraft der Schließfeder 17 sowie der dem Abgasdruck ausgesetzten, in der Figur linken Fläche des Ventilkörpers I3 und der beiden druckbeaufschlagten Flächen der Membran 25 wird so mit einfachsten Mitteln erreicht,

daß in einem hohen Lastbereich der Maschine 1 das Wastegate 9 durch den Verdichterausgangsdruck, d.h. den Ladedruck, dagegen in einem unteren Lasfbereich, in dem der Abgasturbolader 6 zur Leistungserhöhung praktisch nicht "beiträgt und einen unerwünscht hohen Abgasgegendruck erzeugt, durch Unterdruck der Bypass 8 durchgeschaltet wird, so daß in beiden Fällen die Abgasturbine umgangen wird.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß die Druckdose 16 mit einer Membran 25 ausgerüstet ist. Terständlicherweise könnte stattdessen auch ein Kolben in einem zylinderartigen Gehäuse einer Druckdose vorgesehen sein.

Der TJnterdruckerzeuger kann direkt oder indirekt, z.B. über von der Maschine erzeugte elektrische Energie, von der Maschine angetrieben sein.

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Claims

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A K T I F N C- Ε S E I L S C H A F T

3180 Wolfsburg

κ 3595/1770-hu-ti 30. April 1985

PAIEHAKSPEfCHE

/i./Pneumatische Wastegatesteuerung für eine mit einem Abgasturbolader ausgerüstete Brennkraftmaschine, enthaltend eine mit dem Ventilkörper des Wastegate steuernd verbundene Druckdose mit einer ersten Druckkammer zur Beaufschlagung mit dem Verdichterausgangsdruck des Laders und einer zweiten Druckkammer, die über "It ein Magnetventil mit einer Unterdruckquelle verbindbar ist, in ■* solcher Anordnung, daß eine Druckerhöhung in der ersten Druckkammer der von einer Schließfeder auf den Yentilkörper ausgeübten Kraft entgegenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Druckkammer (18) in allen Lastbereichen der Maschine (1) mit dem Verdichterausgangsdruck beaufschlagt und die Unterdruckquelle ein ohnehin zur Speisung von Zusatzeinrichtungen vorhandener, von der Maschine (1) betriebener Unterdruckerzeuger (22) ist, daß ferner das Magnetventil (23) durch einen lastabhängig betätigten Schalter (24) im Sinne des Aufsteuerns einer Verbindungsleitung (21) zwischen zweiter Druckkammer (19) u*¹«! Unterdruckerzeuger (22) in einem unteren Lastbereich der Maschine (i), in dem der Lader (6) praktisch keine Leistungserhöhung bewirkt, angesteuert wird, und daß die dem Abgasdruck ausgesetzte Fläche des Ventilkörpers (13), die Druckdose (16) und die Schließfeder (17) derart

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ausgelegt sind, daß das Wastegate (9) sowohl in dem unteren Lastbereich durch den Unterdruck als auch in einem hohen Lasfbereich durch den Verdichterausgangsdruck öffnet.
2. Wastegatesteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer mit einer Kraftstoff-Einspritzpumpe (11) ausgerüsteten Maschine (1) der Schalter (24) mit dem Verstellhebel (12) der Einspritzpumpe (11) in Verbindung steht.

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