EP2572091A1 - Steuereinrichtung für eine turboaufgeladene verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Steuereinrichtung für eine turboaufgeladene verbrennungskraftmaschine

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EP2572091A1
EP2572091A1 EP11719511A EP11719511A EP2572091A1 EP 2572091 A1 EP2572091 A1 EP 2572091A1 EP 11719511 A EP11719511 A EP 11719511A EP 11719511 A EP11719511 A EP 11719511A EP 2572091 A1 EP2572091 A1 EP 2572091A1
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EP
European Patent Office
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throttle
control device
internal combustion
combustion engine
engine according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11719511A
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English (en)
French (fr)
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Stefan Rothgang
Costantino Brunetti
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Pierburg GmbH
Original Assignee
Pierburg GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a control device for a turboaufgeiadene internal combustion engine with an intake manifold, a compressor of a turbocharger disposed in the intake manifold, a Abgasieitung, a turbine of the turbocharger, which is arranged in the Abgasieitung, an exhaust gas recirculation passage leading from the Abgasieitung to the intake a recirculation passage leading from the intake passage downstream of the compressor to the intake passage upstream of the compressor and a diverter valve disposed in the recirculation passageway and closable via the flow passage cross section of the recirculation passage.
  • Such control means are known.
  • a compressor housing of a turbocharger in which the compressor cross section is controlled via a throttle, while an air flow in the compressor are circulated in the compressor via a mechanically connected to the o throttle and actuatable via a common Steer can.
  • This device is merely the improved control of the Turboiaders, but without being able to exert any concrete influence on the exhaust gas recirculation.
  • the maximum amount of recirculated exhaust gas can be increased without having to use an additional steep element that this serves both for the operation of the diverter valve and for actuating the throttle. Accordingly, the control of a not completely adapted to the connected internal combustion engine Aufladeoli and an exhaust gas recirculation flow is possible.
  • the throttle is arranged in the intake passage upstream of the mouth of the exhaust gas recirculation passage.
  • the pressure in the intake passage is reduced behind the throttle, whereby the pressure drop across the exhaust gas recirculation passage is increased. This allows an increase in the maximum exhaust gas recirculation amount.
  • the throttle is disposed in the intake passage upstream of the compressor, and the exhaust gas recirculation passage is a low pressure exhaust gas recirculation passage.
  • the duct behind the turbine of the turbocharger or behind a B-way catalytic converter and in a diesel engine usually also branches off behind a diesel particulate filter and leads in front of the compressor. Especially in this area of low pressure exhaust gas recirculation are often too low Pressure gradient for sufficient exhaust gas recirculation available. This problem is solved by the additional throttling,
  • the throttle is coupled to the thrust valve such that the thrust bypass valve opens while the volumetric flow in the intake passage remains largely constant as the throttle is changed. This is in the range of maximum throttle opening.
  • a throttle valve is rotated in the range between approximately 75 ° and 100 ° opening angle, the mass flows conveyed through the IO channel are approximately constant.
  • the Schubumiuftventil be opened so that excess air in smaller engines with high power in Voiliast near range can be returned to the compressor.
  • the throttle is designed as a flap valve and designed the Schubumiuftventil largely pressure-balanced, whereby the necessary actuating forces for actuating the diverter valve are significantly reduced.
  • the design of the throttle as a throttle valve o allows a cost-effective production of the throttle with precise adjustability of the free cross-section and thus good controllability of the volume flow.
  • the Schubumiuftventil ' via a lever can be actuated, which is rotatably mounted on a side opposite to the rotary shaft of the throttle side and is movable by rotating the rotary shaft of the flap valve.
  • a Kugeikopf is formed at the end of the Hebeis the Schubumluftventiis, in a groove with undercut of a driven gear of a transmission, which is arranged on the Drehweüe, is slidably disposed, wherein the Schubumiuftventi! upon rotation of the rotary shaft to reach one end of the groove opens by turning the Hebeis.
  • the throttle 5 opens completely into a region in which a further actuation of the throttle largely no longer has any influence on the Voiumenstrom, In this area, ie at fully open throttle, the diverter valve is operated in the following in order to Ver Whym too large and kieinvolumigen engines to be able to lead back excess air.
  • the Schubumiuftventi! a housing which is inserted into a corresponding opening of a kanaibiidenden housing of the throttle. This facilitates the assembly, In addition, a high number of Gieich tone for cost-effective production is achieved.
  • closure body In a particularly simple embodiment of the closure body is gimbal connected to an axially movable Ventilgfied, which is connected to the actuating lever and which is loaded via a spring element in the closing direction.
  • This spring element is used in this druckausgegiichenen valve to generate the closing force, which must be overcome when opening.
  • an adjusting device for actuating the throttle and the diverter valve on an electric motor with subsequent transmission which has a return spring which surrounds the rotary shaft. This ensures that there is a possibility of driving on even in the event of a failure of the electric motor by safe position of the throttle and Schuburniuftventiis is approached.
  • a magnet is arranged on the rotary shaft or the drive shaft of the electric motor, which cooperates with a non-contact sensor for storage avoidance
  • a control device for a turbo-charged internal combustion engine with which the catching group can be controlled in such a way that optimum tuning is possible given compressors which are oversized due to the sliding element strategy.
  • the maximum possible Afagasschreibfabclass can in comparison to known embodiments by this measure increase. This applies depending on the arrangement both for the low-pressure exhaust gas recirculation a! S and for the high-pressure exhaust gas recirculation. For this purpose, only one actuator is required for both the throttle and the diverter valve. Accordingly, the required Teiieanzahi is reduced.
  • a control device according to the invention is shown in the figures and will be described below with reference to a low-pressure exhaust gas recirculation internal combustion engine.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a control device according to the invention for a diesel engine
  • FIG. 2 shows a perspective view of the marked section of the flow chart of Figure i from an inlet side.
  • FIG. 3 shows a perspective view of the detail of FIG. 2 from an outlet side
  • FIG. 1 shows a turbocharged diesel engine with a control device according to the invention.
  • An engine block 2 of the internal combustion engine is supplied via a suction pipe 4 with combustion gas, In Strömungsrichtu .
  • ng in front of the suction pipe 4 is a charge air Köhier 5 6 arranged, in which the sucked combustion gas is cooled for pollutant combustion in a known manner and is connected to the intake manifold 4 and other upstream units via a suction line 8 fiuidisch.
  • the inlet of the charge air cooler 6 is fluidically connected to an outlet of an upstream compressor 10 via the intake line 8, which is part of an exhaust gas turbocharger 12 whose turbine 14 is arranged in an exhaust gas line 16.
  • a throttle 18 is disposed in the intake passage 8, via the one
  • this throttle 18 also serves to adjust a recirculated via a low-pressure exhaust gas recirculation passage 20 to the intake 8 exhaust gas
  • This Niederbuchabgasschreib1700kanal 20 opens immediately behind the throttle 18, so that by closing the intake manifold, the pressure at the mouth 22 of the exhaust gas recirculation passage 20 is reduced the Druckälälie the Abgasieitung 16 is increased. This leads to an increase in the recirculated exhaust gas quantity.
  • a regulation of the recirculated exhaust gas quantity takes place via an exhaust gas recirculation valve 24 arranged in the low-pressure exhaust gas recirculation channel 20, upstream of which an exhaust gas cooler 26 is arranged.
  • the exhaust gas recirculation duct branches off the exhaust gas line downstream of a diesel particulate sump 28.
  • This Dieselp speciallyfiiter 28 is in turn disposed downstream of the turbine 14 of the Turboiaders 12, which is fluidly connected via the Abgasieitung 16 with an exhaust manifold 30 which receives the exhaust gas flowing from the engine block 2, Downstream of the compressor 10, a recirculation channel 32 branches off from the intake line 8, which flows back into the intake line 8 downstream of the throttle 18 and upstream of the compressor 10.
  • a thrust air valve 34 in accordance with the invention arranged, which is mechanically coupled to the throttle 18.
  • the throttle 10 is designed as a valve iappen and mounted on a rotary shaft 36 by means of two screws 38.
  • the rotary shaft 36 is rotatably supported in a channel-forming housing 40 of the intake 8 via two bearings 54.
  • a gear segment is non-rotatably arranged, serves soft as output gear 42!
  • S a multi-stage gear 44, the drive gear 46 on a drive shaft 48 of a Electric motor 50 is attached.
  • Both the gear 44 aSs and the electric motor 50 are arranged in a known manner in a housing, not shown, which can be made integral with the channel-forming housing 40.
  • the electric motor 50 forms with the gear 44 and the housing, not shown, a steep 51,
  • a magnet 52 is further arranged, which cooperates in a known manner with a contactless sensor, not shown, for bearing feedback.
  • This can be arranged for example on a control board which is fixed in a cover part of the housing.
  • the rotary shaft 36 is arranged biased surrounding. about this return spring 56, the throttle 18 is biased in the closing direction,
  • the channel-based housing 40 additionally has an opening 58, which is arranged next to the suction line 8 and into which a housing 60 of the diverter valve 34 is inserted with the interposition of a seal.
  • the housing 60 is in two parts, wherein between the two parts an outer edge of a membrane 62 is clamped, which has an interior space above the membrane 62 from a space below the membrane 62
  • the inner edge is firmly connected to a closure body 64 of the diverter valve 34, the gimbal on an axia! movable valve member 66 is fixed, the opposite side abuts against a biased spring element 68, the opposite end of this Federeiementes 68 is in turn against a on the housing 40th
  • the bearing block 80 opposite end of the Hebeis 76 is designed as Kugeikopf 86 which is displaceably mounted in a groove 88 with undercut ⁇ .
  • This groove 88 is formed on the output gear 42 in the non-toothed portion of the gear segment.
  • Be rotation of .Abreteszahnrades 42 thus slides the Kugeikopf 86 in the groove 88 to the throttle 18 is opened by rotation of Drehweüe 36 about 80 °, In this position, the ball head 86 is at the end of the groove 88, so that upon further rotation of the Ball head 86 abuts against a stop 90 of the groove 88 and is moved with further rotation upwards.
  • the Schubumiventventii 34 is thus opened at the time at which a maximum flow through the intake passage is given. This is given by a rotation of the throttle 18 of about 75 ° to 105 °. In this area, turning the flap substantially does not change the mass flow. This makes it possible, however, to drive compressed combustion gas in a circle when using oversized turbochargers in the maximum load range and thus to provide the engine with an optimized amount of gas. Further, due to the throttle, the amount of exhaust gas delivered through the low pressure exhaust gas recirculation passage can be increased by increasing the pressure incline.

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Abstract

Steuereinrichtung für eine turboaufgeladene Verbrennungskraftmaschine mit einer Ansaugleitung (8), einem Verdichter (10) eines Turboladers (12), der in der Ansaugleitung (8) angeordnet ist, einer Abgasleitung (16), einer Turbine (14) des Turboladers (12), die in der Abgasleitung (16) angeordnet ist, einem Abgasrückführkanal (20), der von der Abgasleitung (16) zur Ansaugleitung (8) führt, einem Rezirkulationskanal (32), der von der Ansaugleitung (8) stromabwärts des Verdichters (10) zur Ansaugleitung (8) stromaufwärts des Verdichters (10) führt und einem Schubumluftventil (34), welches im Rezirkulationskanal (32) angeordnet ist und über welches der Durchströmungsquerschnitt des Rezirkulationskanals (32) verschließbar ist, sind bekannt. Häufig ist bei diesen Steuereinrichtungen die zurückzuführende Abgasmenge beschränkt und eine Optimierung der Aufladegruppe auf alle Betriebszustände insbesondere bei nicht optimal auf den Motor abgestimmter Aufladegruppe, ohne einen hohen Bauteileaufwand nicht möglich. Um dieses Problem zu lösen wird vorgeschlagen, eine Drossel (18), über die ein Druckgefälle im Abgasrückführkanal (20) einstellbar ist, mit dem Schubumluftventil (34) mechanisch zu koppeln.

Description

B E S C H R E I B U N G
Steuereinrichtung für eine torboaufgeladene
Verbrennungskraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für eine turboaufgeiadene Verbrennungskraftmaschine mit einer Ansaugleitung, einem Verdichter eines Turboladers, der in der Ansaugleitung angeordnet ist, einer Abgasieitung, einer Turbine des Turboladers, die in der Abgasieitung angeordnet ist, einem Abgasrückführkanal, der von der Abgasieitung zur Ansaugleitung führt, einem Rezirkulationskanal, der von der Ansaugleitung stromabwärts des Verdichters zur Ansaugleitung stromaufwärts des Verdichters führt und einem Schubumluftventil, weiches im Rezirkulationskanal angeordnet ist und über weiches der Durchströmungsquerschnitt des Rezirkuiationskanals verschließbar ist Derartige Steuereinrichtungen sind bekannt. Sie dienen der erweiterten Regelung einer Abgasrückführrate in einem Niederdruck- oder Hochdruckabgasrückführsystem sowie zur Regelung der dem Motor zur Verfügung gestellten Luftmenge, wobei durch ein Öffnen des Schubumluftventils ein Pumpen des Turboiaders gegen eine geschlossene Lastregelklappe beim Ottomotor in Phasen der plötzlichen Schubabschaftung und beim Dieselmotor mit kleinem Hubraum und hoher spezifischer Leistung und hohen Aufiadedruckverhältnissen in niedrigen Drehzahlbereichen verhindert wird. Ein derartiger Dieselmotor ist beispielsweise aus der DE 10 2008 031 944 AI bekannt. Bei diesem ist hinter dem Verdichter eine Drossel angeordnet, über die ein Luftstrom durch den Verdichter geregelt wird und welche gleichzeitig zur Erhöhung des Druckgefäiies im Hochdruckabgasrückführkana! eingesetzt wird, um die Abgasrückführrate zu erhöhen. Bei Schließen dieser Drossel ist ein Pumpstoß des Verdichters durch Öffnen des Rezirkulationskanals durch Betätigung des 5 Schubumiuftventils zu verhindern. Die Rückführung kaiten Niedertemperaturabgases wird nicht reaiisiert,
Aus der DE 10 2007 033 175 AI ist ein Ottomotor mit Niederdruckabgasrückführung bekannt, bei dem über eine Drosselklappe io im Saugrohr stromabwärts des Verdichters eine angesaugte Luftmenge reguliert wird, während ein Schubumiuftventü ein Pumpen eines Verdichters des Turboiaders gegen eine geschlossene Drosselklappe bei plötzlicher Schubabschaltung verhindert. Die mögliche Abgasrückführrate im Niederdruckbereich ist deutlich eingeschränkt, da kein ausreichendes
15 Druckgefälie im Abgasrückfuhrkanal vorliegt.
Des Weiteren ist aus der WO 2007/098133 AI ein Verdichtergehäuse eines Turboladers bekannt, bei dem über eine Drossel der Verdichterquerschnitt geregelt wird, während über ein mechanisch mit der o Drossel verbundenes und über einen gemeinsamen Steiler aktuierbares Bypassventif ein Luftstrom im Verdichter im Kreis geführt werden kann. Diese Einrichtung dient lediglich der verbesserten Regelung des Turboiaders, ohne jedoch konkreten Einfiuss auf die Abgasrückführung ausüben zu können.
Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Steuereinrichtung bereitzustellen, mittels derer mit möglichst geringem Aufwand und reduzierter Teileanzahl der maximal über das natürliche Spülgefälle rückführbare Abgasstrom im emlssionslastigen Bereich erhöht werden kann. Gleichzeitig sollen Pumpstöße am Verdichter verhindert und der Volumenstromdurchsatz bei kleinen leistungsstarken Motoren mit hohen Druckverhältnissen bei niedrigen Drehzahlen erhöht werden. Auch soll im Volllastbereich bei Motoren mit überdimensionierten Turboladern, wie es durch die Verwendung möglichst vieler Gleichteile bei unterschiedlichen Motorengrößen in heutiger Zeit häufig vorkommt, ein Pumpen des Verdichters zuverlässig verhindert werden. So werden zum Teil für 1,4! s Motoren mit 105PS die gleichen Turbolader genutzt wie für 1,01 Motoren mit 75PS.
Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst,
ίθ
Dadurch, dass eine Drossel, über die ein Druckgefälle im Abgasrückführkanal einstellbar Ist, mit dem Schubumluftventi! mechanisch gekoppelt ist, kann die maximal zurückgeführte Abgasmenge erhöht werden, ohne ein zusätzliches Steilelement verwenden zu müssen, da5 dieses sowohl zur Betätigung des Schubumluftventiis als auch zur Betätigung der Drossel dient. Entsprechend wird die Regelung einer nicht vollständig auf den angeschlossenen Verbrennungsmotor abgestimmten Aufladegruppe und eines Abgasrückführstromes möglich. Vorzugsweise ist die Drossel im Ansaugkanal stromaufwärts der Mündung des Abgasrückführkanals angeordnet. Somit wird der Druck im Ansaugkanal hinter der Drossel reduziert, wodurch das Druckgefälle über den Abgasrückführkanal erhöht wird. Dies ermöglicht eine Steigerung der maximalen Abgasrückführmenge.
In einer weiterführenden Ausführung ist die Drossel im Ansaugkanai stromaufwärts des Verdichters angeordnet und der Abgasrückführkanal ist ein Niederdruckabgasrückführkanai. Dies bedeutet, dass der Kanal hinter der Turbine des Turboladers beziehungsweise hinter einem B-WegeKatalysator und bei einem Dieselmotor üblicherweise auch hinter einem Dieselpartikelfilter abzweigt und vor den Verdichter führt. Insbesondere in diesem Bereich der Niederdruckabgasrückführung sind häufig zu geringe Druckgefälle zur ausreichenden Abgasrückführung vorhanden. Dieses Problem wird durch die zusätzliche Drosselung gelöst,
In einer besonders bevorzugten Ausführung ist die Drossel derart mit dem 5 Schubum!uftventii gekoppelt, dass das Schubumiuftventil öffnet, während der Volumenstrom im Ansaugkanai bei Änderung der Drosseistel!ung weitestgehend konstant bleibt, Dies ist im Bereich maximaler Öffnung der Drossel gegeben. Bei Drehung beispielsweise einer Drosselklappe im Bereich zwischen ca. 75° und 100° Öffnungswinkei sind die durch den IO Kanal geförderten Massenströme in etwa konstant. In diesem Bereich kann nun durch weiteres Betätigen der Drosse! das Schubumiuftventil geöffnet werden, so dass überschüssige Luft bei kleineren Motoren mit hoher Leistung im Voiliast nahen Bereich vor den Verdichter zurückgeführt werden kann.
5
Vorzugsweise ist die Drossel als Klappenventil ausgebildet und das Schubumiuftventil weitestgehend druckausgeglichen ausgeführt, wodurch die notwendigen Stellkräfte zur Betätigung des Schubumluftventils deutlich reduziert werden. Die Ausführung der Drossel als Drosselklappe o ermöglicht eine kostengünstige Herstellung der Drossel bei präziser Einstellbarkeit des freien Querschnitts und somit guter Regelbarkeit des Volumenstroms.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schubumiuftventil' über einen Hebel betätigbar, der an einer zur Drehwelle der Drossel entgegengesetzten Seite drehbeweglich gelagert ist und durch Drehen der Drehwelle des Klappenventils bewegbar ist. So wird auf einfache Weise eine Betätigung des Schubumluftventiis mit geringen notwendigen Öffnungskräften erreicht.
In einer hierzu weiterführenden Ausbildung der Erfindung ist am Ende des Hebeis des Schubumluftventiis ein Kugeikopf ausgebildet, der in einer Nut mit Hinterschnitt eines Abtriebszahnrades eines Getriebes, weiches auf der Drehweüe angeordnet ist, gleitbeweglich angeordnet ist, wobei das Schubumiuftventi! bei Drehung der Drehwelle mit Erreichen eines Endes der Nut durch Drehen des Hebeis öffnet. Somit öffnet zunächst die Drossel 5 vollständig bis in einen Bereich, in dem eine weitere Betätigung der Drossel weitestgehend keinen Einfluss mehr auf den Voiumenstrom hat, In diesem Bereich, also bei vollständig geöffneter Drossel, wird im Folgenden das Schubumluftventil betätigt, um bei zu großen Verdichtem und kieinvolumigen Motoren überschüssige Luft zurück führen zu können.
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Vorzugsweise weist das Schubumiuftventi! ein Gehäuse auf, welches in eine entsprechende Öffnung eines kanaibiidenden Gehäuses der Drossel eingesetzt ist. Dies erleichtert die Montage, Zusätzlich wird eine hohe Anzahl an Gieichteilen für eine kostengünstige Herstellung erzielt.
Des Weiteren weist das Schubumiuftventi! vorteilhafterweise einen kardanisch aufgehängten Verschlusskörper auf, wodurch auch bei auftretenden Verschmutzungen oder nicht optimal zueinander gerichteten Dichtfiächen dennoch eine zuverlässige Abdichtung erzielt wird.
In einer besonders einfachen Ausführung ist der Verschlusskörper kardanisch mit einem axial beweglichen Ventilgfied verbunden, welches mit dem Betätigungshebel verbunden ist und welches über ein Federelement in Schließrichtung belastet ist. Dieses Federelement dient bei diesem druckausgegiichenen Ventil zur Erzeugung der Schließkraft, weiche beim Öffnen überwunden werden muss.
Vorteilhafterweise weist eine Stellvorrichtung zur Betätigung der Drossel und des Schubumluftventils einen Elektromotor mit nachfolgendem Getriebe auf, welches eine Rückstellfeder aufweist, die die Drehwelle umgibt. Hiermit wird sichergestellt, dass eine Möglichkeit des Weiterfahrens auch bei Ausfall des Elektromotors besteht, indem eine faif- safe Position der Drosselklappe und des Schuburniuftventiis angefahren wird.
Zur zuverlässigen Lagerückmeldung und genauen Steuerung der 5 Steuereinrichtung ist auf der Drehwelie oder der Antriebswelle des Elektromotors ein Magnet angeordnet, der mit einem berührungslosen Sensor zur Lagerückmeidung zusammenwirkt
Es wird somit eine Steuereinrichtung für eine turboaufgefadene Verbrennungskraftmaschine geschaffen, mit der die Auffadegruppe derart gesteuert werden kann, dass auch eine optimale Abstimmung bei aufgrund der Gle/chtel!estrategie überdimensionierten Verdichtern gegeben ist Der maximal mögliche Afagasrückführstrom kann im Vergleich zu bekannten Ausführungen durch diese Maßnahme erhöht werden. Dies gilt je nach Anordnung sowohl für die Niederdruckabgasrückführung a!s auch für die Hochdruckabgasrückführung. Hierzu ist lediglich eine Stellvorrichtung sowohl für die Drossel als auch für das Schubumluftventil erforderlich. Entsprechend wird die benötigte Teiieanzahi reduziert. Eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung ist in den Figuren dargestellt und wird anhand eines Dieseiverbrennungsmotors mit Niederdruckabgasrückführung nachfolgend beschrieben.
Figur 1 zeigt ein FÜeßschema einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung für einen Dieselmotor,
Figur 2 zeigt eine perspektivische Darstellung des markierten Ausschnitts des Fließschemas der Figur i von einer Einlassseite. Figur 3 zeigt eine perspektivische Darstellung des Ausschnitts der Figur 2 von einer Auslassseite, In Figur 1 ist ein turboaufgeladener Dieselmotor mit einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung dargestellt. Ein Motorblock 2 des Verbrennungsmotors wird über ein Saugrohr 4 mit Verbrennungsgas versorgt, In Strömungsrichtu.ng vor dem Saugrohr 4 ist ein Ladeluftköhier 5 6 angeordnet, In dem das angesaugte Verbrennungsgas zur schadstoffärmeren Verbrennung in bekannter Weise gekühlt wird und der mit dem Saugrohr 4 und weiteren stromaufwärtigen Aggregaten über eine Ansaugleitung 8 fiuidisch verbunden ist.
10 Der Eintritt des Ladeiuftkühlers 6 ist mit einem Austritt eines vorgeschalteten Verdichters 10 über die Ansaugleitung 8 fluidisch verbunden, der Teil eines Abgasturboladers 12 ist, dessen Turbine 14 in einer Abgasieitung 16 angeordnet ist. Vor dem Verdichter 10 Ist eine Drossel 18 in der Ansaugleitung 8 angeordnet, über die ein
5 Ansaugluftstrom einstellbar ist.
Gleichzeitig dient diese Drossel 18 jedoch auch zur Einstellung einer über einen Niederdruckabgasrückführkanal 20 zur Ansaugleitung 8 zurückgeführten Abgasmenge, Dieser Niederdruckabgasrückführkanal 20 ) mündet unmittelbar hinter der Drossel 18, so dass durch Verschließen der Ansaugleitung der Druck an der Mündung 22 des Abgasrückführkanals 20 reduziert wird, wodurch das Druckgefälie zur Abgasieitung 16 erhöht wird. Dies führt zu einer Erhöhung der zurückgeführten Abgasmenge, Eine Regelung der zurückgeführten Abgasmenge erfoigt über ein im Niederdruckabgasrückführkanal 20 angeordnetes Abgasrückführventfl 24, dem ein Abgaskühler 26 vorgeschaltet ist.
Der Abgasrückführkanal zweigt stromabwärts eines Dseselpartikeäfüters 28 von der Abgasieitung ab. Dieser Dieselpartikelfiiter 28 ist wiederum stromabwärts der Turbine 14 des Turboiaders 12 angeordnet, der über die Abgasieitung 16 fluidisch mit einem Abgaskrümmer 30 verbunden ist, der das aus dem Motorblock 2 strömende Abgas empfängt, Stromabwärts des Verdichters 10 zweigt von der Ansaugleitung 8 ein Rezirkuiationskanal 32 ab, der stromabwärts der Drossel 18 und stromaufwärts des Verdichters 10 wieder in die Ansaugleitung 8 mündet, s In diesem Rezirkuiationskanal 32, über den verdichtetes Verbrennungsgas zurückgeführt werden kann, ist erfindungsgemäß ein Schubumluftventii 34 angeordnet, welches mit der Drossel 18 mechanisch gekoppelt ist.
Diese mechanische Kopplung ist in den Figuren 2 und 3 zu erkennen. Die lo Drossel 18 ist als iappenventii ausgeführt und auf einer Drehwelle 36 mittels zweier Schrauben 38 befestigt. Die Drehweile 36 ist in einem kanalbildenden Gehäuse 40 der Ansaugleitung 8 drehbeweglich über zwei Lagerstellen 54 gelagert Auf einem Ende der Drehwelle 36 ist ein Zahnradsegment drehfest angeordnet, weiches als Abtriebszahnrad 42 !s eines mehrstufigen Getriebes 44 dient, dessen Antriebszahnrad 46 auf einer Antriebsweile 48 eines Elektromotors 50 befestigt ist. Sowohl das Getriebe 44 aSs auch der Elektromotor 50 sind in bekannter Weise in einem nicht dargestellten Gehäuse angeordnet, welches einstückig mit dem kanalbildenden Gehäuse 40 ausgeführt werden kann . Der o Elektromotor 50 bildet mit dem Getriebe 44 und dem nicht dargestellten Gehäuse eine Steilvorrichtung 51,
Auf dem Ende des Abtriebszahnrades 42 ist des Weiteren ein Magnet 52 angeordnet, der in bekannter Weise mit einem nicht dargestellten berührungsiosen Sensor zur Lagerückmeldung zusammenwirkt. Dieser kann beispielsweise auf einer Steuerplatine angeordnet werden, die In einem Deckelteil des Gehäuses befestigt wird.
Zwischen dem Abtriebszahnrad 42 und der Lagerstelle 54 der Drehweile 36 im kanalbildenden Gehäuse 40 ist eine als Rückstellfeder 56 dienende Spiralfeder die Drehwelle 36 umgebend vorgespannt angeordnet. Über diese Rücksteilfeder 56 wird die Drossel 18 in Schließrichtung vorgespannt,
Das kanalbiidende Gehäuse 40 weist zusätzlich eine neben der 5 Ansaugleitung 8 angeordnete Öffnung 58 auf, in die ein Gehäuse 60 des Schubumluftventils 34 unter Zwischenlage einer Dichtung eingesteckt ist. Das Gehäuse 60 ist zweiteilig, wobei zwischen die beiden Teile ein Außenrand einer Membran 62 eingeklemmt ist, die einen Innenraum oberhalb der Membran 62 von einem Raum unterhalb der Membran 62
J O trennt. Hierzu ist der Innenrand fest mit einem Verschlusskörper 64 des Schubumluftventils 34 verbunden, der kardanisch an einem axia! beweglichen Ventilglied 66 befestigt ist, dessen entgegengesetzte Seite gegen ein vorgespanntes Federelement 68 anliegt, Das entgegengesetzte Ende dieses Federeiementes 68 liegt wiederum gegen ein am Gehäuse 40
5 befestigten Anschlag 70 an,
Am unteren Ende des Verschiusskörpers 64 des Schubumluftventils 34 sind vier Röhrchen 72 angeordnet, über die der unter dem Verschlusskörper 64 anliegende Druck, in den Innenraum des 3 Schubumluftventils oberhalb der Membran 62 gelangt. Die wirksame Fläche dieser Membran entspricht der Fläche des Verschlusskörpers 64 bis zu einer Dichtlippe 74, mit der der Verschiusskörper auf einem nicht dargestellten Ventilsitz im geschlossenen Zustand aufliegt. Entsprechend ergibt sich mit Ausnahme der Federkraft und einer gegebenenfalls vorhandenen Betätigungskraft ein Kräftegleichgewicht am Verschiusskörper 64, welches auch beim Öffnen weitestgehend aufrecht erhalten wird, da beim Öffnen der im Spalt entstehende Unterdruck zwischen Dichtlippe 74 und Ventilsitz etwa dem Druck entspricht, der durch die Schattenwirkung der Röhrchen 72 beim Vorbeiströmen der Luft in den Innenraum oberhalb der Membran 62 geleitet wird, So wird ein schnelles Öffnen sichergestellt. Bezüglich des Aufbaus des Schubumiuftventiis wird ergänzend auf die DE 10 2005 042 679 AI hingewiesen.
Die Betätigung des Schubumiuftventiis 34 erfolgt über einen Hebe! 76, der s über einen Bolzen 78 an einem Lagerbock 80, der wiederum am Gehäuse 58 befestigt ist, drehbar aufgehängt ist, Der Hebei 76 weist eine Öffnung auf, durch die das axial bewegliche Ventilgiied 66 und das Federelement 68 hindurch ragen , Der durch die Öffnung ragende Endabschnitt 82 des Ventiigfiedes 66 weist einen größeren Durchmesser auf ais die Öffnung, so I O dass bei Drehung des Hebeis um die Drehachse beziehungsweise den Boizen 78 das Ventifgiied 66 angehoben wird und somit der Verse iusskörper 64 vom Ventilsitz abgehoben wird., wodurch eine fluidische Verbindung des Rezirkulationskanais 32 unterhalb des Schubumiuftventiis 34 und der Ansaugleitung 8 im kanaibiidenden 1 5 Gehäuse 40 über den in Figur 3 ersichtlichen Abschnitt 84 des Rezirkulationskanais 32 im Gehäuse 40 hergestellt wird.
Das zum Lagerbock 80 gegenüberliegende Ende des Hebeis 76 ist ais Kugeikopf 86 ausgeführt, der in einer Nut 88 mit Hinterschnitt Ö verschiebiich gelagert ist. Diese Nut 88 ist am Abtriebszahnrad 42 in dem nicht bezahnten Bereich des Zahnradsegmentes ausgebildet. Sei Drehung des .Abtriebszahnrades 42 gleitet somit der Kugeikopf 86 in der Nut 88 bis die Drossel 18 durch Drehung der Drehweüe 36 etwa 80° geöffnet ist, In dieser Position befindet sich der Kugelkopf 86 am Ende der Nut 88, so dass bei weiterer Drehung der Kugelkopf 86 gegen einen Anschlag 90 der Nut 88 anschlägt und bei weiterer Drehung nach oben bewegt wird. Durch diese Bewegung wird das Schubumiuftventii 34 somit zu dem Zeitpunkt geöffnet, an dem eine maximale Durchströmung des Ansaugkanals gegeben ist. Dies ist bei einer Drehung der Drossel 18 von ca. 75° bis 105° gegeben. In diesem Bereich wird durch Drehen der Klappe der Massenstrom Im Wesentlichen nicht verändert, Somit wird es jedoch möglich, bei Verwendung von überdimensionierten Turboiadern im Höchstlastbereich verdichtetes Verbrennungsgas im Kreis zu fahren und somit dem Motor eine optimierte Gasmenge zur Verfügung zu stellen. Des Weiteren kann aufgrund der Drossel die Menge des über s den Niederdruckabgasrückführkanal geförderten Abgases erhöht werden, indem das Druckgefälie erhöht wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass je nach Aufgabe auch andere mechanische Kopplungen zwischen Drossel und Schubumiuftvenitl ) vorgenommen werden können, als im Ausführungsbeispiei beschrieben. So ist es beispielsweise denkbar, die Drossei hinter dem Verdichter anzuordnen und Abgas aus dem Niederdruck oder Hochdruckbereich hinter die Drossel zurückzuführen. In diesem Fall können Druckstöße des Turboiaders gegen die geschlossene Drossel vermieden werden, indem Drossel und Schubumluftventi! im Wesentlichen gegenläufig zueinander betätigt werden. Somit ist die mechanische Kopplung bei einer derartigen Ausführung konstruktiv anders zu wählen. Auch ist es denkbar, eine kontinuierliche Betätigung des Schubumiuftventiis zu ermöglichen. Weitere konstruktive Änderungen sind ebenfalls denkbar,

Claims

P A T E N T A N S P Ü C H E , Steuereinrichtung für eine turboaufgeladene
Verbrennungskraftmaschine mit
einer Ansaugleitung (8),
einem Verdichter (10) eines Turboladers (12), der in der Ansaugleitung (8) angeordnet ist,
einer Abgasleitung (16),
einer Turbine (14) des Turboladers (12), die in der Abgasleitung (16) angeordnet ist,
einem Abgasrückführkanal (20), der von der Abgasleitung (16) zur Ansaugleitung (8) führt,
einem Rezirkuiationskanai (32), der von der Ansaugleitung (8) stromabwärts des Verdichters (10) zur Ansaugleitung (8) stromaufwärts des Verdichters (10) führt und
einem Schubumluftventi! (34), weiches im Rezirkuiationskanai (32) angeordnet ist und über welches der Durchströmungsquerschnitt des
Rezirkuiationskanals (32) verschließbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Drossel (18), über die ein Druckgefälle im Abgasrückführkanal (20) einsteilbar ist, mit dem Schubumiuftventil (34) mechanisch gekoppelt ist. , Steuereinrichtung für eine turboaufgeladene
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Drossel (18) im Ansaugkanal (8) stromaufwärts der Mündung (22) des Abgasrückführkanais (20) angeordnet ist.
3. Steuereinrichtung für eine turboaufgeiadene Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet dass
die Drossei (18) im Ansaugkanal (8) stromaufwärts des Verdichters (10) angeordnet ist und der Abgasrückführkanal (20) ein Niederdruckabgasrückführkanal ist.
4. Steuereinrichtung für eine turboaufgeladene Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Drossel (18) derart mit dem Schubumiuftventil (34) gekoppelt ist, dass das Schubumiuftventil (34) öffnet, während der Votumenstrom im Ansaugkanal (8) bei Änderung der Stellung der Drossel (18) weitestgehend konstant bleibt.
5. Steuereinrichtung für eine turboaufgeladene Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Drossei (18) ais Klappenventil ausgebildet ist und das Schubumiuftventil (34) weitestgehend druckausgegiichen ausgeführt ist.
6. Steuereinrichtung für eine turboaufgeiadene Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Schubumiuftventil (34) über einen Hebel (76) betätigbar ist, der an einer zur Drehweife (36) der Drossel (18) entgegengesetzten Seite drehbeweglich gelagert ist und durch Drehen der Drehwelle (36) der Drossel (18) bewegbar ist.
7. Steuereinrichtung für eine turboaufgeladene Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
am Ende des Hebeis (76) des Schubumluftventils (34) ein Kugelkopf (86) ausgebildet ist, der in einer Nut (88) mit Hinterschnitt eines Abtriebszahnrades (42) eines Getriebes (44), welches auf der Dreh elie (36) angeordnet ist, gieitbeweglich angeordnet ist, wobei das Schubumluftventil (34) bei Drehung der Drehwelle (36) mit Erreichen eines Endes der Nut (88) durch Drehen des Hebels (76) öffnet.
8, Steuereinrichtung für eine turboaufgeladene Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Schubumluftventii (34) ein Gehäuse (60) aufweist, welches in eine entsprechende Öffnung (58) eines kanalbildenden Gehäuses (40) der Drossel ( 18) eingesetzt ist
9, Steuereinrichtung für eine turboaufgeiadene Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurc gekennzeichnet, dass
das Schubumluftventii (34) einen kardanisch aufgehängten Verschiusskörper (64) aufweist.
10. Steuereinrichtung für eine turboaufgeladene Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet/ dass
der Verschiusskörper (64) kardanisch mit einem axial beweglichen Ventilglied (66) verbunden ist, welches mit dem Hebel (76) zur Betätigung verbunden ist und welches über ein Federelement (68) in Schließrichtung belastet ist.
11. Steuereinrichtung für eine turboaufgeladene Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Steflvorrlchtung (51) zur Betätigung der Drossel (18) und des Schubumluftventils (34) einen Elektromotor (50) mit dem nachfolgenden Getriebe (44) aufweist, weiches eine Rückstellfeder (56) aufweist, die die Drehweife (36) umgibt.
12. Steuereinrichtung für eine turboaufgeladene Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf der Drehweile (36) oder der Antriebswelle (48) des Eiektromotors (50) ein Magnet (52) angeordnet ist, der mit einem berührungslosen Sensor zur Lagerückmeldung zusammenwirkt.
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