DE3807998A1 - Einlassluft-steuersystem fuer einen verbrennungsmotor mit turbolader - Google Patents

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.

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.