DE3807998A1 - Einlassluft-steuersystem fuer einen verbrennungsmotor mit turbolader - Google Patents
Einlassluft-steuersystem fuer einen verbrennungsmotor mit turboladerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Einlaßluft-Steuersystem für einen
Verbrennungsmotor mit Turbolader nach dem Oberbegriff des Pa
tentanspruches 1.
Bei herkömmlichen Motoren mit Turboladern umfaßt der Turbolader
einen Verdichter und eine Turbine, die zwischen dem Einlaß
krümmer und dem Auslaßkrümmer angeordnet sind. Die Einlaßluft
muß durch den Kompressor strömen und zwar unabhängig von den
Fahrbedingungen des Fahrzeuges. Die komprimierte Luft wird
den Zylindern des Motors zugeführt, ihre Strömung wird über ei
ne Drosselklappe eingestellt. Um die komprimierte Luft im
Einlaßsystem zu steuern und ein Überladen der Maschine zu
verhindern, ist ein Abblasventil in einem Bypass zur Umgehung
der Turbine vorgesehen.
Wenn die Drosselklappe teilweise bei Teillast der Maschine
geöffnet ist, wird die vom Verdichter gelieferte Einlaß
luft kräftig gedrosselt. Demzufolge steigt der Druck der Ein
laßluft zwischen dem Kompressor und der Drosselklappe an,
so daß die Last am Schaufelrad des Verdichters ansteigt
und seine Drehzahl bzw. die der Turbine sinkt. Dies wiederum
bewirkt, daß der Rückdruck des Abgases im Abgassystem an
steigt. Dadurch wiederum steigen die Pump- bzw. Verdich
tungsverluste und der Kraftstoffverbrauch nimmt ebenfalls
zu.
Wenn die Drosselklappe vollständig geöffnet ist, so treten
diese Pumpverluste nicht auf. Die Drehzahl des Schaufelrades
steigt aber nicht proportional zum Anstieg des Öffnungswin
kels der Drosselklappe. Demzufolge wird die Aufladung bei
weit offener Drosselklappe verzögert. Man versucht nun, bei
Motoren mit Turboladern sowohl den Pumpverlust als auch
diese Zeitverzögerung zu verringern.
Aus dem japanischen Patent mit der Offenlegungsnummer
55-72 627 ist ein Steuersystem bekannt, bei dem ein Bypass
mit einem Steuerventil im Bypass zur Umgehung des Verdich
ters vorgesehen ist. Ein Abblasventil ist in einem Bypass
für die Turbine vorgesehen, um die Strömung von Einlaß
luft und von Abgas zu steuern. Die Steuerventile werden
bei Beschleunigung der Maschine geöffnet und geschlossen.
Bei einem solchen System werden die Pumpverluste bei einer
teilweisen Öffnung der Drosselklappe reduziert, indem man
beide Bypässe öffnet. Bei Teillast wirkt aber die Turbine
nicht, da das Abgas dieser Turbine nicht zugeführt wird.
Dementsprechend wird dann, wenn man die Drosselklappe weit
öffnet, um den Motor zu beschleunigen, der Turbolader-
Effekt weit verzögert.
Ausgehend vom oben genannten Stand der Technik, ist es Auf
gabe der vorliegenden Erfindung, ein Einlaßluft-Steuersystem
für einen Verbrennungsmotor mit Turbolader aufzuzeigen,
bei dem ein Steuerventil in einem Bypass für den Verdich
ter so vorgesehen ist, daß abhängig von den Öffnungsbedin
gungen der Drosselklappe eine korrekte Aufladung sicher
gestellt wird, so daß die oben beschriebenen Nachteile ver
mieden werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Einlaßluft-Steuer
system für einen aufgeladenen Motor vorgesehen, das ein
Gaspedal, eine mit dem Gaspedal über eine Verbindungsanord
nung verbundene Drosselklappe und einen Turbolader auf
weist, wobei der Turbolader durch Abgas der Maschine ange
trieben wird, mit einem Kompressor in einem Einlaßkanal
des Motors, der von der Turbine getrieben wird und mit
einem Abblasventil in einem ersten Bypass zur Umgehung
der Turbine, das bei hohem Druck der Einlaßluft geöffnet
werden kann.
Das System umfaßt einen zweiten Bypass zur Umgehung des
Verdichters, in diesem zweiten Bypass ein Steuerventil und
Verbindungsmittel, um eine Wirkverbindung zwischen dem
Steuerventil und der Drosselklappe herzustellen. Die Ver
bindungsmittel sind so ausgebildet und angeordnet, daß das
Steuerventil bei niedriger Motordrehzahl geöffnet und im
Bereich höherer Drehzahl der Maschine geschlossen wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung um
fassen die Verbindungsmittel einen Hebel, der in Wirkver
bindung mit der Verbindungsanordnung steht und so ausge
bildet ist, daß er bei einem Niederdrücken des Gaspedals
über einen vorbestimmten Grad geschwenkt wird. Es ist ein
Kabel vorgesehen, das zwischen dem Hebel und dem Steuer
ventil so angeordnet ist, daß das Steuerventil in Abhängig
keit vom Verschwenken des Hebels geöffnet wird.
Weitere erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus den
Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevor
zugter Ausführungsformen der Erfindung, die anhand von Ab
bildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungs
form des erfindungsgemäßen Systems;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Verbindung
zwischen einer Drosselklappe und einem Einlaß
luft-Steuerventil; und
Fig. 3 eine graphische Darstellung des charakteristi
schen Verhaltens von Drosselklappe und Steuer
ventil.
Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt ein Turbolader 1 einen Ver
dichter 1 a mit einem Schaufelrad und eine Turbine 1 b, die
ein Turbinenrad aufweist. Eine Einlaßöffnung des Verdich
ters 1 a kommuniziert mit einem Luftfilter 3 über eine Lei
tung 2. Eine Auslaßöffnung kommuniziert mit den Zylindern
eines Motors 8 über eine Einlaßleitung 4, einen Drossel
körper 6 mit einer Drosselklappe 5 und einem Ansaugkrümmer 7.
Die Turbine 1 d ist zwischen einem Abgaskrümmer 9 und einem
Abgasrohr 14 angeordnet. Das Schaufelrad des Verdichters
ist auf derselben Welle wie das Turbinenrad montiert. Wenn
die Turbine 1 b über Abgas aus dem Motor 8 durch den Abgas
krümmer 9 in Drehung versetzt wird, so wird auch das Schau
felrad durch die Turbine angetrieben und komprimiert die
Einlaßluft. Auf diese Weise wird komprimierte Einlaßluft
den Zylindern des Motors zugeführt.
Ein Abgas-Bypass 10 ist unter Umgehung der Turbine 1 b vor
gesehen. Im Bypass 10 ist ein Abblasventil 12 vorgesehen,
das über ein Betätigungselement 11, z.B. eine Membran betä
tigt wird. Eine Kammer des membranbetätigten Betätigungs
elementes 11 kommuniziert mit der Einlaßleitung 4 über ei
nen Kanal 13 stromabwärts des Verdichters 1 a. Das membran
betätigte Betätigungselement 11 wird vom Druck der Einlaß
luft in der Einlaßleitung 4 gesteuert. Wenn der Druck von
Einlaßluft oberhalb eines vorbestimmten Wertes liegt, so
wird die Membran des Betätigungselementes ausgelenkt und
öffnet das Abblasventil 12. Auf diese Weise wird Abgas
durch das Abblasventil 12 abgeblasen, ohne die Turbine 1 b
zu beaufschlagen.
Ein Einlaßluft-Bypass 15 mit einem Einlaßluft-Steuerventil
16 ist zur Umgehung des Verdichters 1 a vorgesehen. Das
Steuerventil 16 ist so ausgebildet, daß es mit der Drossel
klappe 5 über eine Verbindungsanordnung 30 zusammen betätig
bar ist.
Fig. 2 zeigt eine Verbindungsanordnung zwischen der Drossel
klappe 5 und dem Einlaßluft-Steuerventil 16. Es ist ein
Drosselklappenhebel 5 a der Drosselklappe 5 in Wirkverbin
dung mit dem Gaspedal 17 des Fahrzeuges über einen Seilzug
18, eine Feder 25, eine Verbindungsstange 19 und eine Feder
25 a verbunden. Die Verbindungsstange 19 weist der Länge
nach ein Langloch 20 auf. Ein Ende der Feder 25 a ist mit
dem Gaspedal 17 verbunden. Die Verbindungsmittel 30 des
Steuerventils 16 umfassen einen Hebel 21, der am Punkt 21 c
(zur Bildung eines zweiseitigen Hebels) schwenkbar befe
stigt ist. Dieser Hebel umfaßt ein Eingriffsglied 21 a, das
verschiebbar im Langloch 20 der Stange 19 sitzt. Ein Seil
zug 22 ist zwischen einem Ende 21 b des Hebels 21 und einem
Hebel 16 a angeordnet, der an der Welle des Steuerventils 16
angebracht ist. Eine Feder 23 ist zwischen dem Hebel 16 a
und einem Federsitz 23 a so vorgesehen, daß der Hebel an
einen Anschlag 24 gedrückt wird, um das Steuerventil 16
voll zu öffnen. Wenn der Hebel 21 nicht verschwenkt wird,
so wird das Steuerventil 16 in seiner vollständig geöff
neten Position gehalten.
Wenn das Gaspedal 17 losgelassen wird, so wird das Ein
griffsglied 21 a an der linken Endwand des Langloches 20
positioniert, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist.
Wenn das Gaspedal 17 runtergedrückt wird, so wird der Seil
zug 18 nach links gezogen, so daß der Drosselhebel 5 a an
der Welle der Drosselklappe verschwenkt wird. Auf diese
Weise beginnt sich die Drosselklappe 5 zu öffnen. Zu die
sem Zeitpunkt wird die Stange 19 nach links verschoben,
so daß sich das Langloch 20 nach links verschiebt. Anderer
seits steht das Eingriffsglied 21 a des Hebels 21 an seiner
Anfangsposition.
Wenn das Gaspedal 17 weiter herabgedrückt wird, so wird
die Drosselklappe 5 vollständig geöffnet. Die Stange 19
wird weiter nach links verschoben, so das Eingriffsglied
21 a in Eingriff mit der anderen Endwand (mit der rechten
Endwand) des Langloches 20 in Eingriff kommt. Wenn das
Gaspedal weiter hinabgedrückt wird, so wird der Hebel 21
verschwenkt und zieht am Seilzug 22. Der Hebel 16 a wird
gegen die Kraft der Feder 23 verschwenkt und schließt das
Steuerventil 16.
Wenn im Betrieb die Drosselklappe 5 in einer teilweise ge
öffneten Position steht, so befindet sich das Steuerven
til 16 in einer vollständig geöffneten Position, wie dies
in Fig. 3 gezeigt ist. Luft aus dem Verdichter 1 a fließt
in das Einlaßrohr 4. Nachdem die Drosselklappe 5 teilweise
geöffnet ist, gelangt ein geringer Betrag von verdichteter
Luft an der Drosselklappe 5 vorbei in die Motorenzylinder
und zwar durch den Einlaßkrümmer 7. Ein Überschuß von kom
primierter Luft wird zum Kompressor 1 a über den Bypass
15 zurückgeführt. Dementsprechend wird ein Ansteigen des
Drucks zwischen dem Verdichter 1 a und der Drosselklappe 5
verhindert, so daß die Last auf das Schaufelrad des Ver
dichters 1 a sinkt. Auf diese Weise ergibt sich kein Absin
ken der Drehzahl des Schaufelrades. Nachdem weiterhin die
Luft über den Bypass 15 zirkuliert, wird die Lufttempera
tur angehoben, was wiederum die Verbrennungseffizienz der
Maschine verbessert.
Wenn die Drosselklappe 5 vollständig geöffnet ist und das
Gaspedal 17 weiter hinabgedrückt wird, so wird das Steuer
ventil 16 über die Verbindungsmittel 30 geschlossen, wie
dies oben beschrieben wurde. Auf diese Weise bewirkt der
Verdichter 1 a die Zufuhr einer großen Luftmenge zu den
Zylindern des Motors über die vollständig geöffnete Drossel
klappe 5. Wenn der Aufladedruck einen vorbestimmten Wert
übersteigt, so wird komprimierte Luft dem Betätigungsele
ment 11 über den Kanal 13 zugeführt. Das Abgas, das der
Turbine 1 b zugeführt wird, wird dann über das Ablaßventil
12 (teilweise) verworfen und strömt in die Abgasleitung 14.
Auf diese Weise wird der Druck der komprimierten Luft auf
einen konstanten Wert geregelt.
Nachdem ein zu hoher Druck des Turboladers zur Reduzierung
des Drucks aufgeteilt wird, wenn die Drosselklappe teil
weise geöffnet ist, sinken gemäß der vorliegenden Erfin
dung die Pumpverluste des Turboladers, so daß der Kraft
stoffverbrauch verringert wird. Nachdem weiterhin die Dreh
zahl des Verdichters bei Teillast nicht verringert wird,
wird die Zeitverzögerung des Ladeverhaltens beim Wechsel
von niedriger Motordrehzahl zu hoher Motordrehzahl mini
miert. Weiterhin wird die Temperatur der Einlaßluft ange
hoben, so daß die Verbrennungseffizienz der Maschine
steigt.
Claims (2)
1. Einlaßluft-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor mit Tur
bolader, mit einem Gaspedal (17), einer Drosselklappe (5),
die in Wirkverbindung mit dem Gaspedal (8) über eine Verbin
dungsanordnung (18, 19, 25) steht, mit einem Turbolader (1)
mit einer Turbine (1 b), die durch Abgas des Motors betätigt
wird und einem Kompressor (1 a) in einem Einlaßkanal (4) des
Motors, der von der Turbine getrieben wird,
gekennzeichnet durch
ein Abblaßventil (12) in einem ersten Bypass (10) zur Umge hung der Turbine (1 b), das bei hohem Druck von Ansaugluft geöffnet werden kann,
einen zweiten Bypass (15) zur Umgehung des Verdichters (1 a),
ein Steuerventil (16) im zweiten Bypass (15),
Verbindungsmittel (30), um eine Wirkverbindung zwischen dem Steuerventil (16) und der Drosselklappe (5) sicher zustellen, wobei
die Verbindungsmittel (30) so ausgebildet und angeordnet sind, daß das Steuerventil (16) im niedrigen Drehzahlbe reich des Motors geöffnet und bei hoher Motordrehzahl geschlossen wird.
ein Abblaßventil (12) in einem ersten Bypass (10) zur Umge hung der Turbine (1 b), das bei hohem Druck von Ansaugluft geöffnet werden kann,
einen zweiten Bypass (15) zur Umgehung des Verdichters (1 a),
ein Steuerventil (16) im zweiten Bypass (15),
Verbindungsmittel (30), um eine Wirkverbindung zwischen dem Steuerventil (16) und der Drosselklappe (5) sicher zustellen, wobei
die Verbindungsmittel (30) so ausgebildet und angeordnet sind, daß das Steuerventil (16) im niedrigen Drehzahlbe reich des Motors geöffnet und bei hoher Motordrehzahl geschlossen wird.
2. Steuersystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbindungsmittel (30) einen Hebel (21) umfassen,
der in Wirkverbindung mit der Verbindungsanordnung (19)
steht und so angeordnet und ausgebildet ist, daß er dann
verschwenkt wird, wenn das Gaspedal (17) über einen vor
bestimmten Grad herabgedrückt wird, wobei ein Seilzug
(22) zwischen dem Hebel (21) und dem Steuerventil (16)
so angeordnet ist, daß das Steuerventil (16) in Abhängig
keit vom Verschwenken des Hebels (21) geöffnet wird.
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