DE3005108A1

DE3005108A1 - Brennkraftmaschine, insbesondere fremdgezuendete viertakt-brennkraftmaschine mit einem verdichter

Info

Publication number: DE3005108A1
Application number: DE19803005108
Authority: DE
Inventors: Gerhard 8071 Wettstetten Wagner; Ing.(grad.) Hans Dieter 8070 Ingolstadt Will
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG; Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1980-02-12
Filing date: 1980-02-12
Publication date: 1981-08-20

Description

Ingolstadt, den 18. Jan. 1980 IP 1635 DrBa/Dö

Brennkraftmaschine, insbesondere fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine mit einem Verdichter

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine, mit einem Verdichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Aufladung, insbesondere Abgasturboaufladung, ist ein in jüngerer Zeit häufig angewandtes Mittel zur Leistungssteigerung von Brennkraftmaschinen. Bei der Steuerung der Aufladung tritt dabei das Problem auf, daß der im Saugrohr höchst zulässige Druck stark von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine abhängt. Beispielsweise sinkt der höchstzulässige Ladedruck mit steigender Drehzahl und mit steigender, im Saugrohr herrschender Temperatur. Um zu vermeiden, daß infolge zu hohen Druckes im Saugrohr klopfende Verbrennung auftritt, wird entweder der Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine (sofern diese fremdgezündet ist) zurückgenommen und/ oder der Ladedruck durch öffnen eines Entlastungsventils gesenkt. Die erstere Maßnahme führt im allgemeinen zur Verschlechterung des Wirkungsgrades der Brennkraftmaschine und dadurch zu Verbrauchserhöhung. Die zweite Maßnahme erfordert eine genaue Steuerung des Entlastungsventils.

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Bekannt sind Entlastungsventile, welche vom im Saugrohr herrschenden Druck oder bei Abgasturboaufladung vom Druck im Abgassystem angesteuert werden und öffnen, sobald ein vorgegebener Druckwert überschritten ist, um den im Saugrohr herrschenden Druck entweder unmittelbar abzusenken oder dadurch, daß - bei Abgasturboaufladung - ein Teil des Abgases an der Abgasturbine vorbeigeleitet wird. Solche bekannten Steuerungen arbeiten verhältnismäßig träge und berücksichtigen die verschiedenen, den jeweils höchst zulässigen Ladedruck beeinflussenden Parameter nur unzureichend. Dies hat zur Folge, daß die Ansteuerung eines Abblasventils, welches beispielsweise nur auf den im Saugrohr herrschenden Druck anspricht, so ausgelegt sein muß, daß auch bei hohen Umgebungstemperaturen der höchst zulässige Saugrohrdruck nicht überschritten wird. Bei niederen Umgebungstemperaturen wird die Brennkraftmaschine dann mit Saugrohrdrucken betrieben, welche unterhalb der höchst zulässigen Werte liegen, was die Wirksamkeit der Aufladung nachteilig beeinflußt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine derart auszubilden, daß ein Betrieb mit einem Saugrohrdruck möglich ist, der möglichst nahe an dem jeweils höchst zulässigen Saugrohrdruck liegt.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird somit das Entlastungsventil unmittelbar mittels eines elektrischen Stellmotors entsprechend einem aus wenig-

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stens einem Betriebsparaineter der Brennkraftmaschine hergeleiteten Signal gesteuert. Der Betriebsparameter wird mittels eines Sensors, welcher rasch und genau arbeitet, gemessen und in ein Steuersignal für den Stellmotor umgewandelt. Es versteht sich, daß das Steuersignal einen Komparator durchlaufen kann, so daß es zur Öffnung des Stellmotors erst dann wirksam ist, wenn es einen am Komparator einstellbaren Schwellwert übersteigt. Als Betriebsparameter der Brennkraftmaschine kann beispielsweise der Saugrohrdruck oder die Saugrohrtemperatur oder auch der jeweilige Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine, sofern diese fremdgezündet ist, oder jegliche weitere Größe, die den höchst zulässigen oder den jeweils vorteilhaftesten Saugrohrdruck beeinflußt, dienen.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 2 erfolgt in einfacher Weise eine Anpassung des jeweils herrschenden Saugrohrdrucks an die im Saugrohr herrschende Temperatur, da bei höherer Saugrohrtemperatur das Entlastungsventil bereits bei niedrigerem Saugrohrdruck geöffnet wird und umgekehrt.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 3 wird erreicht, daß der Saugrohrdruck mit zunehmender Drehzahl der Brennkraftmaschine absinkt, was, wie in der DE-OS 27 45 153 erläutert, vorteilhaft ist.

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Der Anspruch 4 ist auf eine Ausführungsform der Brennkraftmaschine gerichtet, mit der eine besonders exakte Steuerung des Stellmotors und damit" des Entlastungsventils erfolgt.

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Die Merkmale des Anspruchs 5 schließlich kennzeichnen eine besonders einfache Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.

Die Erfindung ist für alle Arten von Aufladung und Brennkraftmaschinen verwendbar, beispielsweise auch für mechanisch aufgeladene Dieselmotoren, da sie zu einer raschen und genaueren Steuerung des jeweils herrschenden Saugrohrdrucks führt. Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der Erfindung für fremdgezündete Brennkraftmaschinen mit Abgasturboauflader.

Es versteht sich, daß die Erfindung auch durch weitgehenden Einsatz von Elektronik verwirklichbar ist, beispielsweise dadurch, daß einem Mikroprozessor die verschiedenen, für den optimalen Saugrohrdruck relavanten Betriebsparameter zugeführt werden und der Mikroprozessor den Stellmotor für das Entlastungsventil dann entsprechend einem im Mikroprozessor abgespeicherten Programm ansteuert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.

Es stellen dar:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer mit Abgasturboaufladung ausgerüsteten Brennkraftmaschine und

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Steuerung des Stell-

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An den Abgaskrümmer 16 ist über eine Verbindungsleitung 3 7 ein Abblasventil 38 angeschlossen, durch das hindurch die Abgase der Brennkraftmaschine 6 unter Umgehung der Abgasturbine 20 unmittelbar in das Abgasrohr 24 entweichen können. Dieses Abblasventil 38 weist ein Verschlußglied 40 mit einem Schaft 42 auf, welcher beispielsweise über eine Verzahnung mit einem Ritzel 44 eines Stellmotors 4 6 zusammenwirkt. Am freien Ende des Schaftes 4 2 ist ein Schieber 48 eines Stellwiderstandes 50 befestigt.

Zur Messung des im Saugrohr 12 herrschenden Drucks ist ein Druckfühler 52 und zur Messung der im Saugrohr herrschenden Temperatur ein Temperaturfühler 54 vorgesehen. Zur Messung der Drehzahl der Brennkraftmaschine 6 ist ein Drehzahlmesser 56 vorgesehen.

Gemäß Fig. 2 liegen der Druckfühler 52, der Temperaturfühler 54 und der Drehzahlmesser 56 zueinander parallel zwischen Spannungsversorgungsleitungen 60 und 62. Die Ausgänge des Druckfühlers 52 und des Temperaturfühlers 54 sind mit den Eingängen einer Addier.-stufe 64 verbunden, deren Ausgang einem Eingang einer weiteren Addierstufe 66 zugeführt ist, deren anderer Eingang mit dem Ausgang des Drehzahlmessers 56 verbunden ist. Der Addierstufe 66 nachgeschaltet ist ein Komparator 68 mit einer einstellbaren Referenzspannungsquelle 70. Der Ausgang des Komparators 68 gibt ein Signal an einen Eingang-eines Schalters 72, wenn das Ausgangssignal· der Addierstufe 66 größer ist als der Wert der von der Referenzspannungsquelle 70 abgegebenen Referenzspannung.

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motors zur Betätigung des in der Anordnung gemäß Fig. 1 enthaltenen Abblasventils.

Gemäß Fig. 1 weist eine Brennkraftmaschine 6 mehrere Zylinder 8 auf, in denen nicht dargestellte Kolben arbeiten. Jeder Zylinder 8 ist über eine Saugleitung 10 mit einem Saugrohr 12 (durchgehend gezeichnet) und über eine Auslaßleitung 14 mit einem Abgaskrümmer 16 verbunden.

An den Abgaskrümmer 16 ist ein insgesamt mit 18 bezeichneter Abgasturbolader angeschlossen, der auf einer gemeinsamen Welle eine Abgasturbine 20 und eine Laderturbine 22 aufweist. Von der Abgasturbine 20 führt ein Abgasrohr 24 zu einem Schalldämpfer 26 des Auspuffs der Brennkraftmaschine.

Der Auslaß der Laderturbine 22 ist mit dem Saugrohr 12 verbunden. Im Einlaß in das Saugrohr 12 sitzt eine mit einem Gaspedal zusammenwirkende Drosselklappe 30.

Am Einlaß der Laderturbine 22 ist eine Luftdurchsatzmeßeinrichtung 34 angeordnet, die den Durchsatz der von der Laderturbine 22 durch ein Luftfilter 36 hindurch angesaugten Frischluft mißt. Die Luftdurchsatzmeßeinrichtung 34 arbeitet mit einer Einspritzanlage zusammen, mittels der in jede Saugleitung 10 eine dem Luftdurchsatz entsprechende Kraftstoffmenge eingespritzt wird.

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Der Ausgang dor Addierstufe 66 ist weiter mit einem Eingang einer Subtrahierstufe 74 verbunden, deren anderer Eingang mit der Referenzspannungsquelle 70 und deren Ausgang mit einem weiteren Eingang des Schalters 7 2 verbunden ist. Der Ausgang des Schalters 72 ist mit einem Eingemg 76 einer Steuerschaltung 78 verbunden, welche den Stellmotor 46 ansteuert. Die Funktion des Schalters 72 besteht darin, daß er das Ausgangssignal der Subtrahierstufe 74 durchläßt, sobald am Ausgang des !Comparators 68 ein Signal liegt.

Der Schieber 43 des Stellwiderstandes 50 ist über eine Leitung 80 mit einem weiteren Eingang 82 der Steuerschaltung 78 verbunden. Aufbau und Funktion der Steuerschaltung 78 sind beispielsweise so, wie in der DE-OS 28 12 306 anhand einer Steuerschaltung für einen Stellmotor zum Verstellen eines Kraftfahrzeugsitzes beschrieben. Sie besteht darin, daß die Steuerschaltung 78 bei einer Differenz zwischen den an den beiden Eingängen 76 und 82 liegenden Signalen den Stellmotor 46 in eine Richtung dreht, daß sich die Signaldifferenz verkleinert. Sei im dargestellten Beispiel angenommen, daß einem Signal Null am Eingang 76 und einer Spannung Null am Schleifer 48 eine Stellung des Stellmotors 46 entspricht/in der das Abblasventil 38 geschlossen ist. Wenn nun am Eingang 76 eine Spannung auftritt, betätigt der Stellmotor 46 das Verschlußglied 40 des Abblasventils 38 in Öffnungsrichtung bis die am Schieber 48 liegende Spannung der Spannung am Eingang 76 entspricht. Nimmt die Spannung am Eingang 76 ab, so wird das Abblasventil zunehmend geschlossen, nimmt sie zu, so wird es zunehmend geöffnet.

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Zur Erläuterung der Funktion der beschriebenen Anordnung sei zunächst angenommen, daß die im Saugrohr herrschende Temperatur und die Drehzahl der Brennkraftmaschine konstant sind, d.h. die Ausgangssignale des Temperaturfühlers 54 und des Drehzahlmessers 56 sich nicht ändern.

Die Referenzspannungsquelle 7 0 sei auf einen Wert eingestellt, der gleich dem Wert des Ausgangssignals des Druckfühlers 52 ist, welcher dem bei der Temperatur und Drehzahl höchst zulässigen Druck im Saugrohr entspricht. Wird dieser Druck nun überschritten, so erscheint am Ausgang des Komparators 68 ein Ausgangssignal, d.h. der Schalter 72 wird durchlässig und läßt die Differenz aus dem vom Druckfühler 52 erzeugten Drucksignal und der Referenzspannung zum Eingang 7 6 der Steuerschaltung 78 durch, wodurch das Abblasventil 38 geöffnet wird bis die Spannung am Schieber 48 dem Signal am Eingang 76 gleich ist. Dadurch sinkt der Saugrohrdruck, wodurch wiederum die Spannung am Eingang 76 sinkt, wodurch wiederum das Abblasventil zunehmend schließt usw. Insgesamt stellt sich ein Saugrohrdruck ein, welcher gerade dem höchst zulässigen Saugrohrdruck entspricht.

Steigt nun beispielsweise die Temperatur im Saugrohr, so steigt das Ausgangssignal des Temperaturfühlers 54, wodurch wiederum das dem Eingang 76 zugeführte Signal zunimmt und das Abblasventil zunehmend öffnet. Der sich einstellende Saugrohrdruck sinkt somit mit zunehmender Temperatur. Ganz ähnlich sinkt der sich einstellen-

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ende Saugrohr, druck mit zunehmender Drehzahl der Brennkraftmaschine, welche zu einer Zunahme des Ausgangssignals des Drehzahlmessers 56 führt.

Es versteht sich, daß zahlreiche Abänderungen der beschriebenen Schaltung möglich sind. Beispielsweise können jedem Fühler Schwellwertschalter nachgeschaltet sein. Die gesamte Ansteuerung der Steuerschaltung 78 kann mittels eines Mikroprozessors erfolgen. Auch kann die Anordnung dahingehend verändert werden, daß die Regelung in Schließlage des Steuerventils nicht außer Betrieb gesetzt wird, sondern der Stellmotor 4 6 beidseitig der Schließlage des Steuerventils arbeitet und dessen Verschlußglied, sobald es in Schließstellung gelangt ist, gegen die Kraft einer Feder zunehmend in Schließstellung drängt. Der Schieber 48 des Stellwiderstandes 5 0 ist dann unmittelbar mit der Welle des Stellmotors 46 zu verbinden.

Das Abblasventil 38 kann auch in herkömmlicher Weise ausgebildet werden, in dem es nur vom Abgasdruck oder Saugrohrdruck geöffnet wird. Zusätzlich kann dann ein Entlastungsventil vorgesehen sein, welches von der Laderturbine 22 komprimierte Luft vom Ausgang der Laderturbine 22 zu deren Eingang entsprechend seiner öffnung mehr oder weniger rückführt.

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Claims

Ingolstadt, den 18. Jan. 1980 II' 1635 DrBa/Dö

onukrai'tT.ascli i ne, insbesondere freradeje zünde te Viertakt-Brennkraftmaschine mit einem Verdichter

Patentansprüche :

1/Brennkraftmaschine, insbesondere fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine mit einem Verdichter, welcher die einem Saugrohr der Brennkraftmaschine zugeführte Frischluft oder "Ladung verdichtet, und mit einem in Abhängigkeit wenigstens eines Betriebsparameters der Brennkraftmaschine angesteuerten Entlastungsventil zur Verringerung des im Saugrohr wirksamen Druckes, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung des Entlastungsventils (Abblasventil 38) ein elektrischer Stellmotor (46) vorgesehen ist, welcher von einer Steuerschaltung (78) betätigt ist, der ein aus wenigstens einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine hergeleitetes Signal zugeführt wird.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuerschaltung (78) den Stellmotor (46) entsprechend der Zunahme eines additiv aus

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Saucjrohrdriick und Saugrohrlemperatur zusammengesetzten Signals steuert, so daß das Entlastungsventil (Abblasventil 38) bei Zunahme dieses Signals zunehmend öffnet.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein Drehzahlmesser (56) zur Messung der Drehzahl der Brennkraftmaschine (6) vorgesehen ist, dessen der Drehzahl der Brennkraftmaschine proportionales Ausgangssignal der Steuerschaltung (78) zugeführt wird und das Entlastungsventil (Abblasventil· 38) mit zunehmender Drehzahl· zunehmend öffnet.
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung einen Regelkreis (48, 50, 80) enthält, welcher ein der Stellung des Entlastungsventils (Abblasventil 38) entsprechendes Signal einem Eingang (82) der Steuerschaltung zuführt.
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschaltung (78) eine SchWellWertscha^ung (68, 70, 72, 74) vorgeschaltet ist, welche ein öffnen des Entlastungsventils (Abblasventil 38) unterhalb vorbestimmter Betriebsparameter der Brennkraftmaschine verhindert.
6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Verdichter von der Abgasturbine eines Abgasturboladers

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angetrieben ist, welcher Abgasturbine ein Abblasventil vorgeschaltet ist, bei dessen Öffnung Abgas der Abgasturbine vorbeigeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Entlastungsventi]. durch das Abblasventil (38) gebildet ist.

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