DE3721522A1

DE3721522A1 - Boost pressure control device

Info

Publication number: DE3721522A1
Application number: DE19873721522
Authority: DE
Inventors: Minh Dong Dipl Ing Nguyen
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1986-07-09
Filing date: 1987-06-30
Publication date: 1988-02-11

Abstract

A device for controlling the boost pressure of an internal combustion engine (1) provided with a mechanically powered supercharger (6) is described, this device having a return line (9), which forms a branch off the induction manifold (2) of the internal combustion engine in the direction of flow after the supercharger and before a throttle valve (4) with random adjustability and leads to the inlet side of the supercharger and in which a flow controller (10) is arranged. To provide a flow controller which has the simplest possible design and which can be arranged irrespective of the location of the throttle valve, it shall be possible for this device to be controlled automatically depending on the pressure difference in the induction manifold (2) before and after the throttle valve (4). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Steuerung des Ladedrucks einer mit einem mechanisch angetriebenen Lader versehenen Brennkraftmaschine beispielsweise in einem Personenkraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patent anspruchs 1.The invention relates to a device for controlling the boost pressure an internal combustion engine provided with a mechanically driven supercharger for example in a passenger car according to the preamble of the patent claim 1.

Um bei einer mit einem mechanisch angetriebenen Lader ausgerüsteten Brenn kraftmaschine den Leistungsbedarf des Laders, insbesondere im Teillastgebiet der Brennkraftmaschine, zu reduzieren, ist es bekannt, eine Ladedrucksteuerung vorzusehen, die bei ganz oder teilgeschlossener Drosselklappe zumindest einen Teil der Ladeluft über eine Rückführungsleitung wieder auf die Saugseite des Laders führt. Zur Steuerung dieser Ladeluftrückführung ist es bekannt, in der Rückführungsleitung eine Drosselklappe anzuordnen und die mit der in der Ansaugleitung angeordneten und durch Betätigung des Fahrpedals des Fahrzeugs willkürlich verstell baren Drosselklappe zu koppeln. Die Kopplung der beiden Drosselklappen erfolgt dabei in der Weise, daß die Rückführungsdrosselklappe voll geöffnet ist, wenn die Ansaugleitungs-Drosselklappe voll geschlossen ist, und daß die Rückführungs- Drosselklappe mit zunehmender Öffnung der Ansaugleitungs-Drosselklappe geschlos sen wird. Eine derartige Steuereinrichtung zeigt jedoch einen relativ großen Bau aufwand und erfordert zudem die Anordnung der Rückführungs-Drosselklappe in der Nähe der Ansaugleitungs-Drosselklappe, was bei den relativ engen Platzver hältnissen im Motorraum von Personenkraftfahrzeugen nicht immer ohne weiteres möglich ist.In order for a furnace equipped with a mechanically driven loader the power requirements of the loader, especially in the partial load area to reduce the internal combustion engine, it is known to control the boost pressure to provide at least one when the throttle valve is fully or partially closed Part of the charge air via a return line back to the suction side of the Laders leads. To control this charge air return, it is known in the Return line to arrange a throttle valve and the one in the intake line arranged and arbitrarily adjusted by operating the accelerator pedal of the vehicle coupling the throttle valve. The two throttle valves are coupled doing so in such a way that the return throttle valve is fully open when the intake line throttle valve is fully closed and that the recirculation Throttle valve closed with increasing opening of the intake line throttle valve will. However, such a control device shows a relatively large construction effort and also requires the arrangement of the feedback throttle valve near the intake pipe throttle valve, which is due to the relatively narrow space Conditions in the engine compartment of passenger vehicles are not always easy is possible.

Bei mit Turboladern arbeitenden Brennkraftmaschinen ist es auch schon be kannt, in der Ladedruckleitung hinter dem Verdichter des Turboladers eine durch ein Abblaseventil gesteuerte Abblaseleitung vorzusehen. Dieses Abblase ventil ist dabei als Überdruckventil ausgebildet, das bei Erreichen eines bestimmten vorgegebenen Überdruckes öffnet. Eine derartige Anordnung auch bei Brennkraftma schinen mit mechanisch angetriebenen Ladern vorzusehen, ist jedoch nicht zweckmäßig, da wegen der Öffnung des Abblaseventils erst oberhalb eines vorgegebenen maximalen Ladedrucks der mechanisch angetriebene Lader dann bei bestimmten Betriebs zuständen mit vollständig oder nahezu geschlossener Drosselklappe unnötigerweise gegen dieses hohe Druckniveau fördern müßte.In the case of internal combustion engines working with turbochargers, it is also already knows, in the boost pressure line behind the compressor of the turbocharger to provide a blow-off line controlled by a blow-off valve. This blow-off Valve is designed as a pressure relief valve that when a certain one is reached predetermined overpressure opens. Such an arrangement even with internal combustion machines with mechanically driven loaders is not advisable, because because of the opening of the relief valve only above a predetermined maximum Boost pressure of the mechanically driven loader then at certain operating states with the throttle valve fully or nearly closed unnecessarily should promote against this high pressure level.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Einrichtung zur Ladedrucksteuerung für eine mit einem mechanisch angetriebenen Lader ausge rüstete Brennkraftmaschine zu schaffen, die einen geringeren Bauaufwand erforder lich macht und die auch räumlich in weniger großer Abhängigkeit von der Anordnung der Ansaugleitungs-Drosselklappe stehend eingebaut werden kann.The object underlying the invention is therefore a device for boost pressure control for a mechanically driven loader equipped to create an internal combustion engine that requires less construction Lich and also less spatially dependent on the arrangement the intake line throttle valve can be installed upright.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Patentan spruchs 1.The solution to this problem arises according to the characteristics of the patent saying 1.

Erfindungsgemäß soll also die Durchflußsteuervorrichtung selbsttätig und zwar in Abhängigkeit von der sich an der Ansaugleitungs-Drosselklappe einstellenden Druckdifferenz steuerbar sein. Damit ist es möglich, die Durchflußsteuervorrich tung auch in größerem Abstand von der Ansaugleitungs-Drosselklappe anzuordnen und auf ein aufwendiges, mit der Drosselklappe zu koppelndes Betätigungsgestänge zu verzichten.According to the invention, the flow control device should be automatic in dependence on the one established at the intake line throttle valve Pressure difference can be controlled. This makes it possible to use the flow control device device to be arranged at a greater distance from the intake line throttle valve and on an elaborate actuating linkage to be coupled with the throttle valve to renounce.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich gemäß den Merkmalen der Unteransprüche.Appropriate embodiments of the invention result from the features of subclaims.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines grob schematischen Schaltbildes einer mit der erfindungsgemäßen Ladedrucksteuer-Ein richtung ausgerüsteten Brennkraftmaschine dargestellt. In der Zeichnung ist dabei mit 1 eine Brennkraftmaschine angedeutet, die hier durch eine Vierzylinder-Vier takt-Otto-Brennkraftmaschine für ein Personenkraftfahrzeug gebildet ist, der über eine Ansaugleitung 2 die zur Verbrennung in den Zylindern erforderliche Luft zugeführt wird. In dieser Ansaugleitung 2 ist in Strömungsrichtung hinter einem Luftfilter 5 ein mechanisch beispielsweise von der Kurbelwelle der Brenn kraftmaschine 1 über ein hier nicht weiter gezeigtes Getriebe angetriebener Lader 6 und hinter diesem ein gegebenenfalls vorgesehener Ladeluftkühler ange ordnet. 4 bezeichnet eine Drosselklappe, die in herkömmlicher Weise durch will kürliche Betätigung eines im Fahrzeug vorgesehenen Fahrpedals zur Leistungs steuerung der Brennkraftmaschine 1 verstellt werden kann. Der zur Verbrennung in den Zylindern der Brennkraftmaschine 1 erforderliche Kraftstoff wird hier durch eine Zentraleinspritzung mittels eines in die Ansaugleitung 2 hinter der Drosselklappe 4 einmündenden Einspritzventils 8 eingebracht. Anstelle dieses zentralen Einspritzventils 8 können selbstverständlich auch mehrere, den einzelnen Saugrohren der Zylinder zugeordnete Einspritzventile oder auch eine Vergaseranlage vorgesehen sein. Mit 3 ist eine die aus den Zylindern der Brennkraftmaschine austretenden Abgase sammelnde und zu einer hier nicht gezeigten Auspuffanlage führende Abgasleitung angegeben.In the drawing, an embodiment of the invention is shown using a roughly schematic circuit diagram of an internal combustion engine equipped with the boost pressure control device according to the invention. In the drawing, an internal combustion engine is indicated at 1 , which is formed here by a four-cylinder, four-stroke Otto engine for a passenger vehicle, to which the air required for combustion in the cylinders is supplied via an intake line 2 . In this intake line 2 is in the flow direction behind an air filter 5, a mechanically for example from the crankshaft of the internal combustion engine 1 via a not shown gear driven charger 6 and behind this an optionally provided charge air cooler is arranged. 4 denotes a throttle valve, which can be adjusted in a conventional manner by voluntarily actuating an accelerator pedal provided in the vehicle to control the power of the internal combustion engine 1 . The fuel required for combustion in the cylinders of the internal combustion engine 1 is introduced here by a central injection by means of an injection valve 8 opening into the intake line 2 behind the throttle valve 4 . Instead of this central injection valve 8 , it is of course also possible to provide a plurality of injection valves assigned to the individual intake pipes of the cylinders or else a carburetor system. 3 designates an exhaust pipe which collects the exhaust gases emerging from the cylinders of the internal combustion engine and leads to an exhaust system, not shown here.

In Strömungsrichtung vor der Drosselklappe 4 zweigt von der Ansaugleitung 2 eine Rückführungsleitung 9 ab, die in Strömungsrichtung vor dem Lader 6 wieder in die Ansaugleitung einmündet. In dieser Rückführungsleitung 9 ist eine Durch flußsteuervorrichtung 10 angeordnet, die die Menge der zurückgeführten Ladeluft in Abhängigkeit von der an der Drosselklappe 4 sich einstellenden Druckdifferenz steuert. Diese Durchflußsteuervorrichtung 10 ist hier als Kolbenschieberventil mit einem in einer zylindrischen Führung 13 verstellbaren Kolben 11 ausgebildet, der von einer Feder 12 in Schließrichtung beaufschlagt ist. Entgegen der Kraft dieser Feder 12 wirkt der Druck der Ansaugleitung 2, der sich in Strömungsrichtung vor der Drosselklappe 4 aufbaut und der über die Rückführungsleitung 9 in den in der Zeichnung mit 14 angedeuteten und der Kolbenstirnfläche 11 a zugeordneten Druckbeaufschlagungsraum 14 geführt ist. In dem Federraum 15 steht dagegen der Druck der Ansaugleitung 2 an, der in Strömungsrichtung hinter der Drosselklappe 4 herrscht und der die andere Stirnfläche 11 b des Kolbens 11 belastet. Dazu ist der Federraum 11 über eine Verbindungsleitung 16 mit der Ansaugleitung 2 an einer Stelle in Strömungsrichtung hinter der Drosselklappe 4 verbunden. In dieser Verbindungsleitung 16 ist zum Zwecke der Dämpfung von etwa auftretenden Schwingungen des Steuerkolbens 11 eine Drosselstelle 17 vorgesehen.In the flow direction in front of the throttle valve 4 , a return line 9 branches off from the intake line 2 , which leads back into the intake line in the flow direction upstream of the charger 6 . In this return line 9 is a flow control device 10 is arranged, which controls the amount of returned charge air in dependence on the pressure difference which is established at the throttle valve 4 . This flow control device 10 is designed here as a spool valve with a piston 11 adjustable in a cylindrical guide 13 , which is acted upon by a spring 12 in the closing direction. Contrary to the force of this spring 12, the pressure of the suction line 2 acts, which builds up in the flow direction in front of the throttle valve 4 and is guided via the return line 9 into the pressurization chamber 14 indicated in the drawing with 14 and assigned to the piston face 11 a . In the spring chamber 15, however, the pressure of the intake passage 2 is at that prevails downstream of the throttle valve 4 and the other end face 11 b of the piston 11 is loaded. For this purpose, the spring chamber 11 is connected via a connecting line 16 to the intake line 2 at one point in the flow direction behind the throttle valve 4 . A throttling point 17 is provided in this connecting line 16 for the purpose of damping any vibrations of the control piston 11 that may occur.

Nachfolgend soll nun die Funktion der erfindungsgemäßen Ladedrucksteuereinrichtung näher beschrieben werden: Bei geschlossener Drosselklappe 4, die gegebenenfalls auch durch mehrere Drosselklappen unterschiedlichen Durchmessers ersetzt werden kann, ergibt sich beispielsweise im Leerlauf und insbesondere im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine eine sehr große Druckdifferenz zwischen den Stellen der Ansaugleitung vor und hinter der Drosselklappe. Der Druck (Unterdruck) in der Ansaugleitung in Strömungsrichtung hinter der Drosselklappe ist dann nämlich sehr viel kleiner als der Druck in Strömungsrichtung vor der Drosselklappe, der durch den beispielsweise ständig von der Brennkraftmaschine angetriebenen Lader 6 gegenüber dem Atmosphärendruck noch angehoben ist. ln diesem Betriebszustand wird die Durchflußsteuervorrichtung 10 in Öffnungsrichtung verstellt, indem der auf die Stirnfläche 11 a des Kolbens 11 wirkende Ladedruck den Kolben 11 entgegen der Wirkung der Feder 12 in der Zeichnung nach rechts im Sinne der Öffnung der Rückführungsleitung 9 durch die als Steuerkante wirkende Kolbenstirnfläche 11 a verstellt. Bei dieser Verstellung wirkt der an der anderen Stirnfläche 11 b des Kolbens 11 anstehende Unterdruck aus der Ansaugleitung hinter der Drosselklappe 4 noch unterstützend. Mit zunehmendem Leistungsanstieg der Brennkraftmaschine 1 durch Aufsteuerung der Drosselklappe 4 sinkt die die Verstellung des Kolbens 11 bestimmende Druckdifferenz, die sich in der Ansaugleitung vor und hinter der Drosselklappe 4 einstellt, so daß der Kolben 11 zunehmend in Richtung auf ein Verschließen der Rückführungsleitung 9 verstellt wird.The function of the boost pressure control device according to the invention will now be described in more detail below: When the throttle valve 4 is closed, which can optionally also be replaced by several throttle valves of different diameters, there is, for example, a very large pressure difference between the positions of the intake line during idling and especially when the internal combustion engine is coasting and behind the throttle. The pressure (negative pressure) in the intake line in the flow direction behind the throttle valve is then very much lower than the pressure in the flow direction in front of the throttle valve, which is still raised relative to the atmospheric pressure by the supercharger 6 , which is constantly driven by the internal combustion engine, for example. In this operating state, the flow control is adjusted in the opening direction 10 by the on the end face 11a of the piston 11 acting boost pressure the piston 11 against the action of the spring 12 in the drawing to the right in the sense of opening of the return line 9 by acting as a control edge piston end surface 11 a adjusted. With this displacement of the present at the other end face 11 b of the piston 11 from the suction pipe negative pressure acts even more supportive behind the throttle valve. 4 With increasing power increase of the internal combustion engine 1 by opening the throttle valve 4 , the pressure difference determining the displacement of the piston 11 decreases, which occurs in the intake line upstream and downstream of the throttle valve 4 , so that the piston 11 is increasingly displaced in the direction of closing the return line 9 .

Je nach Auslegung der Größe der druckbelasteten Stirnflächen 11 a und 11 b des Kolbens 11 sowie der Feder 12 ergibt sich bei einer bestimmten Stellung der Drosselklappe 4 und einer dazugehörigen Last der Brennkraftmaschine 1 eine Stellung des Kolbens 11, bei der dieser die Rückführungsleitung 9 vollständig verschließt. Dies kann bei Erreichen der Vollast, aber auch schon früher der Fall sein. In jedem Fall wird die Durchflußsteuervorrichtung 10 selbsttätig in Abhängigkeit von der sich an der Drosselklappe 4 einstellenden Druckdifferenz der Ansaugleitung 2 verstellt.Depending on the design of the size of the pressure-loaded end faces 11 a and 11 b of the piston 11 and the spring 12 , a position of the piston 11 results in a certain position of the throttle valve 4 and an associated load of the internal combustion engine 1 , in which the piston closes the return line 9 completely . This can be the case when the full load is reached, or earlier. In any case, the flow control device 10 is automatically adjusted as a function of the pressure difference of the intake line 2 which occurs at the throttle valve 4 .

Anstelle des hier gezeigten Kolbenschieberventils kann auch ein Membran- oder Kolbenventil vorgesehen sein, das dann ebenfalls von dem Druck der Saugleitung in Strömungsrichtung vor der Drosselklappe in Öffnungsrichtung entgegen einer Feder sowie dem sich in Strömungsrichtung hinter der Drosselklappe einstellenden Ansaugleitungsdruck verstellt wird. Da sich eine den unter der Drosselklappe einstellenden Druck der Ansaugleitung zu der Durchflußsteuervorrichtung leitende Verbindungsleitung leichter und mit weniger Aufwand in dem Motorraum von Kraftfahrzeugen anordnen und unterbringen läßt, ergibt sich eine relative Orts unabhängigkeit der Durchflußsteuervorrichtung von dem Ort der Drosselklappe 4.Instead of the piston slide valve shown here, a diaphragm or piston valve can also be provided, which is then also adjusted by the pressure of the suction line in the flow direction in front of the throttle valve in the opening direction against a spring and the suction line pressure which is set in the flow direction behind the throttle valve. Since a connecting line guiding the pressure of the intake line to the flow control device that sets under the throttle valve can be arranged and accommodated more easily and with less effort in the engine compartment of motor vehicles, there is a relative location independence of the flow control device from the location of the throttle valve 4 .

Um etwa auftretende Schwingungen des hier durch den Kolben 11 gebildeten Stell glieds der Durchflußsteuervorrichtung 10 zu vermeiden, die bei starken Veränderun gen der an der Drosselklappe 4 herrschenden Druckdifferenz, wie etwa beim schnel len Betätigen der Drosselklappe 4, entstehen können, ist der Durchflußsteuervor richtung zweckmäßigerweise eine Dämpfungsvorrichtung zuzuordnen. Eine solche Dämpfung kann mit Vorteil durch eine in der Verbindungsleitung 16 angeordnete Drosselstelle 17 erreicht werden, die dafür sorgt, daß sich Änderungen des Drucks der Ansaugleitung 2 in Strömungsrichtung hinter der Drosselklappe 4 nur verzögert in den Federraum 15 fortsetzen.In order to avoid any vibrations of the actuator formed here by the piston 11 of the flow control device 10 , which can occur in the case of strong changes in the prevailing pressure difference on the throttle valve 4 , such as when operating the throttle valve 4 quickly, the flow control device is expedient assign a damping device. Such damping can advantageously be achieved by a throttle point 17 arranged in the connecting line 16 , which ensures that changes in the pressure of the intake line 2 in the flow direction behind the throttle valve 4 continue only with a delay into the spring chamber 15 .

Claims

1. Einrichtung zur Steuerung des Ladedrucks einer mit einem mechanisch ange triebenen Lader versehenen Brennkraftmaschine mit einer in Strömungsrichtung hinter dem Lader und vor einer willkürlich verstellbaren Drosselklappe von der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine abzweigenden und zur Saugseite des Laders führenden Rückführungsleitung, in der eine Durchflußsteuervorrichtung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußsteuervorrichtung (10) selbsttätig in Abhängigkeit von der Druckdifferenz in der Ansaugleitung (2) vor und hinter der Drosselklappe (4) steuerbar ist.1. Device for controlling the boost pressure of an internal combustion engine provided with a mechanically driven supercharger, with a recirculation line branching off in the flow direction behind the supercharger and in front of an arbitrarily adjustable throttle valve and leading to the suction side of the supercharger and in which a flow control device is arranged, characterized in that the flow control device ( 10 ) can be controlled automatically as a function of the pressure difference in the intake line ( 2 ) upstream and downstream of the throttle valve ( 4 ).

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußsteuer vorrichtung durch eine die Rückführungsleitung (9) versperrende Ventilvorrich tung (10) gebildet ist, die von dem in der Ansaugleitung (2) vor der Drosselklappe (4) herrschenden Druck entgegen der Kraft einer Feder (12) und dem in der Ansaugleitung hinter der Drosselklappe herrschenden Druck beaufschlagbar ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the flow control device by a return line ( 9 ) blocking Ventilvorrich device ( 10 ) is formed by the prevailing in the suction line ( 2 ) in front of the throttle valve ( 4 ) against the force a spring ( 12 ) and the pressure prevailing in the intake line behind the throttle valve can be acted upon.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung durch ein Kolbenschieberventil (10) gebildet ist, dessen die Versperrung der Rückführungsleitung (9) bewirkender Kolben (11) an seiner einen Stirnseite (11 a) von dem Druck der Ansaugleitung (2) vor der Drosselklappe (4) in Öffnungs richtung und an seiner anderen Stirnseite (11 b) von einer Feder (12) und dem Druck der Ansaugleitung hinter der Drosselklappe in Schließrichtung beaufschlag bar ist. 3. Device according to claim 2, characterized in that the valve device is formed by a piston valve ( 10 ), the blocking of the return line ( 9 ) causing piston ( 11 ) on its one end face ( 11 a ) from the pressure of the suction line ( 2nd ) in front of the throttle valve ( 4 ) in the opening direction and on its other end face ( 11 b ) by a spring ( 12 ) and the pressure of the suction line behind the throttle valve in the closing direction can be acted upon.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein der anderen Stirnseite (11 b) des Kolbens (11) zugeordneter Federraum (15) über eine Ver bindungsleitung (16) mit einer Stelle der Ansaugleitung (2) hinter der Drossel klappe (4) verbunden ist.4. Device according to claim 3, characterized in that one of the other end face ( 11 b ) of the piston ( 11 ) associated spring chamber ( 15 ) via a United connecting line ( 16 ) with a point of the intake line ( 2 ) behind the throttle valve ( 4th ) connected is.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrich tung von einem Membranventil gebildet ist, das von dem Druck der Ansaugleitung vor der Drosselklappe entgegen der Kraft einer Feder und einem Druck der Ansaugleitung hinter der Drosselklappe in Öffnungsrichtung betätigbar ist.5. Device according to claim 2, characterized in that the valve device device is formed by a diaphragm valve, which is the pressure of the suction line in front of the throttle valve against the force of a spring and a pressure of Intake line behind the throttle valve can be actuated in the opening direction.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußsteuer vorrichtung (10) eine Vorrichtung (17) zur Dämpfung von Schwingungen des Durchflußsteuergliedes (11) zugeordnet ist.6. Device according to claim 1, characterized in that the flow control device ( 10 ) is assigned a device ( 17 ) for damping vibrations of the flow control member ( 11 ).

7. Einrichtung nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungs vorrichtung durch eine in der Verbindungsleitung (16) angeordnete Drosselstelle (17) gebildet ist.7. Device according to claim 4 and 6, characterized in that the damping device is formed by a throttle point ( 17 ) arranged in the connecting line ( 16 ).