DE3241024C2 - - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
- F02B39/02—Drives of pumps; Varying pump drive gear ratio
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- Supercharger (AREA)
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich
tung zur bedarfsabhängigen Ladersteuerung nach der Gattung des Patentanspruchs 1 bzw. des
Patentanspruchs 4.
Es ist bekannt, bei Brennkraftmaschinen
Ladereinrichtungen, die also durch Zuführung von unter erhöhtem
Druck stehender Luft zu den Brennräumen die von der Brennkraft
maschine abgegebene Leistung zum Teil erheblich erhöhen können,
auch bedarfsabhängig zuzuschalten, beispielsweise bei den aus der
Anfangsgeschichte der Kraftfahrtechnik bekannten Kompressormo
toren. Solche Kompressoren konnten vom Fahrer des Kraftfahr
zeugs je nach Leistungsbedarf willkürlich zugeschaltet werden,
zum überwiegenden Teil allerdings nur kurzzeitig, zur Vermei
dung von Motorschäden.
Die DE-OS 24 16 287 offenbart eine
Ladersteuerung derart, daß sie
Ladegebläse-Regelorgane je nach
Belastung der Brennkraftmaschine, d. h. bei
Leerlauf, Teillast oder Vollast, öffnet
oder schließt.
Bei den gegenwärtig verwendeten Ladertypen handelt es sich
hauptsächlich um sogenannte Turbolader, die mit hohen Dreh
zahlen vom Abgas der Brennkraftmaschine angetrieben über ein
Turbinenrad der Brennkraftmaschine vorverdichtete Luft zuführen.
Nachteilig bei diesen Turboladern ist der relativ abrupte Einsatz
ab einer vorgegebenen Drehzahlschwelle, unterhalb welcher die
Brennkraftmaschine bei vergleichsweise geringem Wirkungsgrad
wegen der niedrigen Anfangsverdichtung keine überzeugende
Leistung anbieten kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
eine Ladersteuerung zu schaffen, mit der
optimale Verhältnisse über alle Lastbereiche auch i. V.
mit dem Zu- bzw. Abschalten des Laders
erzielbar sind.
Gelöst wird diese Aufgabe
bei einer gattungsgemäßen Einrichtung mit den Merkmalskombinationen der
Patentansprüche 1 und 4.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vor
richtung zur bedarfsabhängigen Ladersteuerung mit den kenn
zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs bzw. des ersten
Vorrichtungsanspruchs haben demgegenüber den Vorteil, daß
der Laderbetrieb in den gewünschten Verfügungsbereich des
Fahrers eines mit einer solchen Brennkraftmaschine ausgerüste
ten Kraftfahrzeuge verlagert ist, so daß der Fahrer beispiels
weise durch Bewegen des Gaspedals in eine Vollastposition den
Lader zuschalten kann, andererseits aber der Laderbetrieb für
eine vorgebbare Variationsbreite auch nach Rückführung des Gas-
oder Fahrpedals in eine mittlere Position beibehalten wird, so
daß das Leistungsangebot des zusätzlichen Laders ausgenutzt
werden kann und insbesondere ein unangenehmer Zu- bzw. Ab
schaltbetrieb des Laders vermieden ist. Die Erfindung ermög
licht also insbesondere auch den willkürlichen, also bedarfs
abhängigen Laderbetrieb in Zwischenbereichen, wobei im Endeffekt
der Fahrer es in der Hand hat, ob er das zusätzliche Leistungsan
gebot durch den Lader beibehalten oder ohne Lader verbrauchs
günstig und mit gutem Wirkungsgrad zu fahren wünscht. Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und aus
den Unteransprüchen, wobei die Abschaltung des Laders nicht bei
einer vorgegebenen Zurücknahmeposition der Drosselklappe, also
konstanten Drosselklappenwinkel erfolgt, sondern in Abstimmung
auf die jeweilige Drehzahl der Brennkraftmaschine.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge
stellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläu
tert. Es zeigt
Fig. 1 anhand einer schematisierten Diagramm
darstellung die von einer Brennkraftmaschine abgegebene Leistung
über der Drehzahl mit und ohne Lader,
Fig. 2 das von einer Brenn
kraftmaschine abgegebene Drehmoment über der Drehzahl als Voll
lastkurve mit Lader, Vollastkurve ohne Lader und als Abschalt
linie mit Lader,
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel vorliegender Er
findung als Schemaschaltung und
Fig. 4 in einer Ausgestaltung
der Erfindung eine variable Ausschaltkurve des Laders in Abhängig
keit zu Drehzahl und Drosselklappenstellung.
Die Erfindung beruht auf der Grundkonzeption, einen Motor im
Bedarfsfall zur Leistungssteigerung über einen (mechanisch)
zuschaltbaren Lader aufzuladen. Hierdurch ist es beispielsweise
möglich, einen Motor vorhandener Größe im Hubraum zu reduzie
ren und eine gewünschte höhere Ausgangsleistung während be
stimmter Zeiten bedarfsabhängig über den zuschaltbaren Lader
zu holen. Bei abgeschaltetem Lager verfügt dann der durch den
Einsatz einer solchen Konzeption kleinerer Motor bei gleicher
Fahrleistung über einen besseren Wirkungsgrad als der zugrunde
gelegte Ausgangsmotor, was zu erheblichen Kraftstoffreduzierun
gen (bis etwa 20%) führt. Wird der Lader beispielsweise dadurch
zugeschaltet, daß dem Gas- oder Fahrpedal ein bei Vollast an
sprechender und dann die Zuschaltung des Laders über eine Ma
gnetkupplung bewirkender Schalter vorgesehen ist, dann ergibt
sich die in Fig. 1 im Kurvenverlauf I dargestellte Motorleistung
mit Lader immer nur während der Vollast-Gaspedalstellung. Wird
das Gaspedal zurückgenommen, dann ergibt sich entsprechend
dem Kurvenverlauf II über den gesamten im Fahrbetrieb verfüg
baren Motordrehzahlbereich von Leerlaufdrehzahl nL bis nmax
eine, zum Teil wesentlich geringere Motorleistung PM.
Die Erfindung ermöglicht auch ein Fahren mit Lader, also mit
zusätzlich aktiviertem Leistungsvermögen des Motors in einem
dazwischenliegenden Leistungsbereich, der sich bei Rücknahme
des Gaspedals aus der Vollast- oder Vollgasstellung anbietet.
In Fig. 3 ist die Spule der die Laderzuschaltung bewirkende
Magnetkupplung mit SM bezeichnet. Wird der Spule über einen
von einem Relais R betätigten Schalter r1 von einem Spannungs
anschluß +UB Versorgungsspannung zugeführt, dann zieht die Ma
gnetkupplung an und schaltet den Lader ein.
Das Relais R liegt in Reihe mit einem ersten, in der Vollaststel
lung ansprechenden Gaspedalschalter S1 und einem zweiten Gas
pedalschalter S2, der sich dann in seinem geschlossenen, strom
leitenden Zustand befindet, wenn das Gaspedal eine vorgegebene,
niedergedrückte Position erreicht und überschritten hat, was einem
bestimmten Öffnungswinkel der Drosselklappe von z. B. α0 = 60 bis 65°
entspricht. Schließlich verfügt das Relais R noch über einen zwei
ten Schalter r2, der als Selbsthaltekontakt parallel zum ersten
Gaspedal-Vollastschalter S1 geschaltet ist und diesen daher über
brücken kann.
Es ergibt sich dann folgende Wirkungsweise, wobei die in Fig. 3
gezeigte Schalterstellung den Betrieb der Brennkraftmaschine mit
einer Position des Gaspedals darstellt, die den vorgegebenen
Drosselklappenwinkel α0 überschritten hat, sich jedoch nicht in
der Vollastposition befindet.
Das Zuschalten des Laders erfolgt dann über den Schalter S1 am
Gaspedal, wenn dieses in die Vollastposition gedrückt wird.
Hierdurch ergibt sich auch ein eindeutiger Bezug für den Fahrer;
das Relais R wird über die in Reihe geschalteten Schalter S1 und
S2 an Spannung gelegt und schließt seinen ersten Schaltkontakt r1.
Gleichzeitig hiermit schließt das Relais R seinen Selbsthaltekon
takt r2, so daß auch ein Abgehen von Vollastposition des
Gaspedals möglich ist, ohne daß dies sofort zu einem Abschalten
des Laders führt.
Die Abschaltung des Laders erfolgt dann bei einem ersten Ausfüh
rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dadurch, daß die Gaspedal
stellung vom Fahrer soweit zurückgenommen wird, wie dies einem
Öffnungswinkel von α₀ entsprechend einem Drosselklappenwinkel etwa
von 60 bis 65° entspricht. In diesem Fall öffnet der zweite Gaspe
dalschalter S2 und macht das Relais R spannungslos. Der zunächst
als konstant angenommene Drosselklappenwinkel α₀ sollte so
gewählt werden, daß, wie in Fig. 2 gezeigt, die Vollastlinie III
ohne Laderbetrieb der Abschaltlinie IV mit Laderbetrieb ent
spricht, wobei die Vollastlinie mit Laderbetrieb mit V bezeichnet
ist. Die Kennlinien in Fig. 2 geben jeweils das über den
Drehzahlbereich nL bis nmax verfügbare Motordrehmoment MM
an. Aus dem Kennlinienverlauf der Abschaltlinie IV mit Lader
bei Drosselklappenwinkel α₀ = konstant ist ersichtlich, daß im
unteren Drehzahlbereich die Abschaltkurve IV von der Vollast
kurve III ohne Lader abweicht, wohingegen im oberen Drehzahl
bereich eine gute Übereinstimmung erreicht wird. Diese Abwei
chung bedeutet, daß bei unteren Drehzahlen dann, wenn der vorge
gebene Drosselklappenwinkel durch Rücknahme des Gaspedals
überschritten wird und dadurch der Laderbetrieb eingestellt
wird, das jeweils im Moment der Laderabschaltung gegebene
Drehmoment auch dann nicht erreicht werden kann, wenn der
Fahrer (bei dieser Drehzahl) auf Vollast, aber ohne Laderzu
schaltung, geht. Andererseits ist es einsichtig, daß im unteren
Drehzahlbereich durch die Wahl einer anderen Gangstufe (höhere
Motordrehzahl) die Leistung auch ohne Lader aufgebracht werden
kann, so daß die der Erfindung zugrundeliegende Steuerung des
Laderbetriebs eine über den verfügbaren Drehzahl- und Drossel
klappen-Winkelbereich zufriedenstellende Lösung bietet.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung läßt sich eine
auch für den unteren Drehzahlbereich bessere Übereinstimmung
von Vollastlinie ohne Lader und der Ausschaltlinie mit Lader durch
eine entsprechende Änderung des α-Ausschaltwertes über der
Motordrehzahl n erreichen. Fig. 4 zeigt einen Funktionsblock FB,
der in grundsätzlich beliebiger Form eingespeichert einen Kurven
verlauf der Abhängigkeit des Ausschaltwinkels α von der Motor
drehzahl n enthält. Der Funktionsblock ist so ausgelegt, daß er
den eingespeicherten Kurvenverlauf mit den tatsächlich vorlie
genden Werten beim Betrieb der Brennkraftmaschine vergleicht
und bei Übereinstimmung an seinem Ausgang A ein Öffnungssignal
für den zweiten Schalter S2′ erzeugt, wodurch das Relais R zur
Magnetkupplungsbetätigung des Laders abfällt. Der vorgegebene
Kurvenverlauf der Abhängigkeit des Öffnungswinkels α von der
Drehzahl kann von einem Funktionsgenerator im Funktionsblock
FB erzeugt werden oder in beliebiger sonstiger analoger oder ins
besondere auch digitaler Weise gespeichert sein. Bei analoger
Speicherung und analogem Vergleich lassen sich die α-Werte
beispielsweise mit Hilfe eines Potentiometers P am Gaspedal
erzeugen und dem Funktionsblock FB zuführen. Eine der Motor
drehzahl proportionale Analogspannung kann beispielsweise durch
Integration von Zündimpulsen (mittels Tiefpaß) und vorgeschalte
tem Impulsformer erfolgen.
Durch die Ausgestaltung der Fig. 4 läßt sich dann in gewünschter
Weise die Ausschaltlinie mit Lader auch im unteren Drehzahlbe
reich so legen, wie in Fig. 2 strichpunktiert angegeben und mit
IV′ bezeichnet. Der Fahrer verfügt also bei Rücknahme des Gas
pedals über die vorgegebene bzw. errechnete α-Position hinaus
über das gleiche Drehmoment des Motors, wenn er nach Abschal
tung des Laders wieder soweit Gas gibt, daß er in eine angenäherte
Vollastposition gelangt, ohne Gaswechsel.
Claims (7)
1. Verfahren zur bedarfsabhängigen Ladersteuerung bei Brenn
kraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß bei durch einen
Fahrpedal-Vollaststellungsschalter (S1) willkürlich zuschalt
barer Laderleistung die Rückschaltung auf laderfreien Motor
betrieb infolge einer Selbsthaltefunktion erst dann erfolgt, wenn,
im Bereich höherer Drehzahlen, die Vollastkurve (III) ohne
Laderbetrieb in etwa der Abschaltkurve (IV) mit Laderbetrieb
entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Rückschaltung bei Unterschreiten eines vorgegebenen konstan
ten Drosselklappenwinkels durch Gaspedalzurücknahme erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Rückschaltung auf laderfreien Motorbetrieb in Abhängigkeit zu
einem sich mit der Motordrehzahl (n) änderndem α-Ausschaltwert
erfolgt, derart, daß über den gesamten nutzbaren Drehzahlbereich
die Vollastlinie ohne Laderbetrieb im wesentlichen der Abschalt
linie mit Laderbetrieb entspricht.
4. Vorrichtung zur bedarfsabhängigen Ladersteuerung bei Brenn
kraftmaschinen, zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß zwei in Abhängigkeit zur Gaspedalstellung jeweils betätigbare
Schalter (S1, S2) vorgesehen sind, die in Reihe geschaltet auf
ein über einen Relaishauptschalter (r1) den Lader zuschaltendes
Relais (R) arbeiten, wobei ein Selbsthaltekontakt (r2) des Relais
(R) dem in der Vollaststellung des Gaspedals den Lader zu
schaltenden Schalter (S1), diesen hierdurch überbrückend,
parallelgeschaltet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der zweite Schalter (S2) bei einer einem vorgegebenen Drossel
klappenwinkel (α0 = 60 bis 65°) entsprechenden durch Rücknahme
bewirkten Gaspedalstellung öffnet und hierdurch den Laderbe
trieb abschaltet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der zweite Schalter (S2) zur Abschaltung des Laderbetriebs
bei einem durch Rücknahme der Gaspedalstellung bewirkten
variablen Drosselklappenwinkelposition in Abhängigkeit zur
Motordrehzahl öffnet.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Funktionsblock (FB) vorgesehen ist, dem Betriebszustands
signale (Drehzahl n, Drosselklappenwinkelstellung α) von
Gebern zugeführt sind und in welchem in Form eines Kurven
verlaufs die Abhängigkeit des α-Ausschaltwertes für den Lader
über der Motordrehzahl derart gespeichert ist, daß die Voll
lastlinie ohne Laderbetrieb im wesentlichen der Abschaltlinie
mit Laderbetrieb über dem nutzbaren Drehzahlbereich (nL bis
nmax) entspricht.
Priority Applications (4)
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