DE10347442A1

DE10347442A1 - Vorrichtung zur Regelung des Ladedruckes

Info

Publication number: DE10347442A1
Application number: DE10347442A
Authority: DE
Inventors: Andreas Zeilbeck; Florian Unselt; Jörg Gleim
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2003-10-13
Filing date: 2003-10-13
Publication date: 2005-05-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung des Ladedruckes einer Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer die Abgasturbine umgehenden Bypassleitung, die über ein Bypassventil steuerbar ist, wobei das Bypassventil mit einem druckbeaufschlagten Stellmotor mit einem beweglichen Stellelement zusammenwirkt und der Stellmotor von einem Druckregelventil nach Maßgabe von motorspezifischen Parametern angesteuert wird. Zur Schaffung einer schnell ansprechenden und baulich einfachen Vorrichtung ist das Stellelement einerseits ständig mit atmosphärischem Druck und andererseits mit über das Druckregelventil steuerbarem Unterdruck sowie mit einer Rückstellfeder beaufschlagt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung des Ladedruckes an Brennkraftmaschinen mit einem Abgasturbolader, insbesondere für Kraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine derartige Vorrichtung beschreibt beispielsweise die DE 100 27 668 A1 , bei der zur schnellen Regelung des Ladedruckes unabhängig von gerade vorliegenden Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine der das Bypassventil betätigende Stellmotor (eine Bidruckdose) mit Unterdruck einerseits und Überdruck andererseits beaufschlagbar ist. Dazu sind zwei 3-2-Wegeventile zur entsprechenden Drucksteuerung sowie eine Unterdruckquelle und eine Überdruckquelle an der Brennkraftmaschine bzw. im Kraftfahrzeug erforderlich.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine schnell ansprechende Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die bei zuverlässiger Funktion baulich und fertigungstechnisch einfacher ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das Stellelement einerseits ständig mit atmosphärischem Druck und andererseits mit über das Druckregelventil steuerbarem Unterdruck sowie mit einer Rückstellfeder beaufschlagt ist. Damit gelingt es, unter Zugrundelegung einer relativ einfachen Unterdrucksteuerung eine schnell ansprechende Ladedruckregelung zu verwirklichen, die z.B. im unteren Teillastbereich der Brennkraftmaschine ein vollständiges Öffnen des Bypassventils ermöglicht; dies verbessert aufgrund der damit verbundenen Verringerung des Abgasgegendrucks im Abgassystem der Brennkraftmaschine den Gaswechsel und verringert den spezifischen Kraftstoffverbrauch.
Das Druckregelventil kann zur Erzielung einer präzisen Ladedruckregelung ein taktgesteuertes 3-2-Wegeventil sein, das nach Maßgabe motorspezifischer Parameter den zur Einstellung des jeweils erforderlichen Ladedruckes entsprechenden Unterdruck bereitstellt.
Des weiteren kann vorteilhaft das Druckregelventil an eine an der Brennkraftmaschine bzw. im Kraftfahrzeug bereits vorhandene Unterdruckquelle angeschlossen sein. Die Unterdruckquelle kann eine elektrisch angetriebene Unterdruckpumpe sein, die z.B. auch andere Unterdruckverbraucher wie einen Bremskraftverstärker, Türschließsysteme und/oder andere Unterdrucksteller versorgt.
In konsequenter Weiterführung eines einheitlichen elektronischen Motormanagements kann das Druckregelventil ferner an ein elektronisches Motorsteuergerät angeschlossen sein und nach Maßgabe der an dem Motorsteuergerät anliegenden Steuerungsparameter wie Drehzahl, Last, Ladedruck, etc. den Unterdruck zwischen Vollhub und Nullhub des Stellelementes einstellen.
Bevorzugt wird des weiteren vorgeschlagen, dass der Stellmotor über die Rückstellfeder in die Schließstellung des Bypassventils (entspricht größt möglichem Ladedruck) vorgespannt ist. Damit ist sichergestellt, dass beispielsweise bei einer Leitungsunterbrechung in der Vorrichtung die Leistung der Brennkraftmaschine nahezu unvermindert zur Verfügung steht, wobei einem unzulässig hohen Ladedruck ggf. durch Gegenmaßnahmen aus dem Motormanagement bzw. der Ladedrucksteuerung (z.B. durch Verminderung der Kraftstoffzufuhr, etc) entgegengewirkt werden kann.
Der Stellmotor zur Ladedruckregelung kann als Kolben-Zylinder-Einheit ausgeführt und unmittelbar an das Gehäuse des Abgasturboladers angebaut oder als Druckdose mit einer Stellmembrane ausgeführt sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die grob schematische Zeichnung zeigt eine Vorrichtung zur Ladedruckregelung für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug mit einem ein Bypassventil betätigenden Stellelement, das über ein taktgesteuertes 3-2-Wegeventil mit Unterdruck beaufschlagbar ist.
In der einzigen Zeichnung ist abschnittsweise eine Abgasleitung 10 dargestellt, die an eine Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) in einem Kraftfahrzeug angeschlossen ist. Die Vorrichtung kann – soweit nicht dargestellt – handelsüblicher Ausführung sein.
Die Brennkraftmaschine weist einen Abgasturbolader auf, dessen Turbine 12 vom Abgas in der Abgasleitung 10 angetrieben ist. Die Turbine 12 treibt in bekannter Weise einen Verdichter (nicht dargestellt) an. Der Abgasturbolader kann ebenfalls bekannter Bauart sein.
An der Abgasleitung 10 ist eine Bypassleitung 14 angeordnet, die das Abgas um die Turbine 12 herumleitet.
In die Bypassleitung 14 ist ein Bypassventil 16 integriert, das mittels eines Stellmotors 18 betätigbar ist, wobei der Kolben als bewegliches Stellelement 20 über eine Stange 22 mit dem Bypassventil 16 entsprechend verbunden ist. Der Kolben 20 ist in dem zylindrischen Gehäuse 24 verschiebbar geführt.
Auf den Kolben 20 wirkt eine am Gehäuse 24 abgestützte Rückstellfeder 26, die das Bypassventil 16 in die geschlossenen Position vorspannt. Der Stellmotor 18 ist in nicht dargestellter Weise an das Gehäuse des Abgasturboladers unmittelbar angebaut.
Während die durch den Kolben 20 als bewegliches Stellelement unterteilte Kammer 28 mit der Atmosphäre verbunden ist, ist die die Rückstellfeder 26 aufnehmende Kammer 30 über eine Leitung 32 mit einem taktgesteuerten 3-2-Wegeventil 34 verbunden.
Die Taktsteuerung des elektrischen Wegeventils 34 erfolgt über ein elektronisches Motorsteuergerät 36, mittels dem im Rahmen eines zentralen Motormanagements die Kraftstoffzumessung, Einspritzzeiten, ggf. die Zündverteilung, etc. gesteuert werden. Dabei werden dem Steuergerät 36 alle motorspezifischen Parameter wie Drehzahl, Lastanforderung, Ladedruck, etc. eingegeben und entsprechend elektronisch verarbeitet.
Das Wegeventil 34 ist ferner zur Drucksteuerung über einen Eingang 38 mit der Atmosphäre und über einen weiteren Eingang 40 und eine Leitung 42 mit einer elektrisch angetriebenen Unterdruckpumpe 44 verbunden und kann somit bei entsprechender Taktsteuerung zwischen Atmosphärendruck bis starkem Unterdruck eine Drucksteuerung bewirken.
Mittels dem 3-2-Wegeventil 34 kann somit in die Leitung 32 bzw. in den Stellmotor 18 in dessen Kammer 30 in definiertem Maße Unterdruck eingesteuert werden, der eine zunehmende Verstellung des beweglichen Stellelementes 20 bzw. ein Aufsteuern des Bypassventils 16 bewirkt. Mit dem Aufsteuern des Bypassventils 16 sinkt der Ladedruck entsprechend, indem Abgas die Turbine 12 umgehend durch die Bypassleitung 14 strömt.
Das bewegliche Stellelement 20 kann somit schnell ansprechend von Nullhub (Bypassventil 16 geschlossen – kein oder nur geringer Unterdruck – die Kraft der Rückstellfeder überwiegt) auf Vollhub (Differenzdruck in den beiden Kammern 28, 30 überwiegt die Kraft der Rückstellfeder) verstellt werden. Im Regelungsbetrieb sind alle Zwischenstellungen über das taktgesteuerte 3-2-Wegeventil 34 einstellbar.
Die Unterdruckpumpe 44 kann eine bereits vorhandene, ggf. elektrisch oder von der Brennkraftmaschine angetriebene Unterdruckpumpe an sich bekannter Bauart sein. Gleiches gilt für das Drucksteuerventil 34, das ebenfalls handelsüblich ausgeführt sein kann.
Anstelle des Stellmotors 18 als eine Kolben-Zylinder-Einheit 20, 24 kann auch eine Druckdose mit einer Stellmembrane verwendet sein.

Claims

Vorrichtung zur Regelung des Ladedruckes einer Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer die Abgasturbine umgehenden Bypassleitung, die über ein Bypassventil steuerbar ist, wobei das Bypassventil mit einem druckbeaufschlagten Stellmotor mit einem beweglichen Stellelement zusammenwirkt und der Stellmotor von einem Druckregelventil nach Maßgabe von motorspezifischen Parametern angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (20) einerseits ständig mit atmosphärischem Druck und andererseits mit über das Druckregelventil (34) steuerbarem Unterdruck sowie mit einer Rückstellfeder (26) beaufschlagt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil ein taktgesteuertes 3-2-Wegeventil (34) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil (34) an eine im Kraftfahrzeug bereits vorhandene Unterdruckquelle (44) angeschlossen ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil (34) an ein elektronisches Motorsteuergerät (36) angeschlossen ist und nach Maßgabe der an dem Motorsteuergerät (36) anliegenden Steuerungsparameter wie Drehzahl, Last, Ladedruck, etc. den Unterdruck zwischen Vollhub und Nullhub des Stellelementes (20) einstellt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellmotor (18) über die Rückstellfeder (26) in die Schließstellung des Bypassventils (16) vorgespannt ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellmotor (18) als Kolben-Zylinder-Einheit (20, 24) ausgeführt und unmittelbar an das Gehäuse des Abgasturboladers angebaut ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellmotor als Druckdose mit einer Stellmembrane ausgeführt ist.