DE968917C - Fahrzeug-Einspritzbrennkraftmaschine mit Abgasturbolader - Google Patents

Description

Verbrennungsmotoren, welche mit Abgasturbolader ausgestattet sind, erhalten bei Vollgas eine größere Brennstoffmenge zugeteilt als nicht aufgeladene Motoren. Wird nun einem Motor mit Abgasturbolader diese vergrößerte Brennstoffmenge zugeteilt, ohne daß der Ladedruck die dieser Brennstoffmenge entsprechende Höhe hat, so wird das Verhältnis Brennstoff zu Luftgewicht im Motor groß, was zu rauchendem Betrieb oder zu thermischer Überlastung des Motors führen- kann. Dieser Betriebszustand tritt bei Einspritzmotoren mit Abgasturbolader in mehr oder weniger ausgeprägtem Maße bei jeder Leistungserhöhung auf, weil zur Einleitung der Leistungserhöhung bereits die vergrößerte Brennstoffmenge zugeteilt wird, während der Ladedruck zu diesem Zeitpunkt noch eine der ursprünglichen Leistung entsprechende Höhe hat, Besonders starke Erhöhungen des Verhältnisses Brennstoff zu Luftgewicht und damit die Möglichkeit zu thermischer Überlastung oder äo rauchendem Betrieb ergeben sich beim Anfahren mit hoher Last, beim Beschleunigen des aüsgeküp* pel ten Motors, oder wenn der Ladedruck z. B. durch Beschädigungen am Abgasturbolader aus" fällt, äs

Eine Regelung von Brennkraftmaschinen mit einschaltbarem Aufladegebläse wurde bereits in der Weise vorgeschlagen, daß innerhalb des Gas-

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gestänges eine, die Gestängelänge ändernde Vorrichtung vorgesehen ist, durch welche die Brennstoffmenge allmählich auf den vorgewählten Wert gesteigert wird, bis die Abgasturboladerdrehzahl aufgeholt hat. Damit erfolgt die Vergrößerung der Brennstoffmenge mit zeitlicher Verzögerung gegenüber dem Einschalten des Gebläses. Andererseits sind solche Regelungseinrichtungen bekanntgeworden, bei denen die Druckdifferenz zwischen Abgasdruck vor Turbine und Lädedruck so ausgenutzt wird, um die ungünstigen Verhältnisse bis zum Aufholen der Abgasturboladerdrehzahl weitgehendst zu vermeiden. Hierzu hat man ein Umgehungsventil in der Abgasleitung vorgesehen und die Abgase an der Turbine vorbei in die freie Atmosphäre geleitet und die Anordnung einer Verstellvorrichtung so getroffen, daß der Spülluftdruck im Sinne des Schließens des Ventils und der Abgasdruck im Sinne des Öffnens des Ventils wirkt.
Weiterhin wurde bekannt, bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen die Druckdifferenz zwischen Abgasdruck und Ladedruck zur Korrektur der vorgewählten Brennstoffmenge heranzuziehen. Hierzu hat man vorgesehen, daß mit einer temperaturempfindlichen Vorrichtung, die der Brenn-, stoffzufuhr der Maschine in Abhängigkeit von ihrer Agastemperatur eine obere Grenze setzt', eine von dem Enddruck des Gebläses oder dem Druckunterschied zwischen diesem Druck und dem Druck vor der Turbine beeinflußte Vorrichtung derart gekuppelt ist, daß sie die von der temperaturempfindlichen Vorrichtung einzustellende obere Grenze für die Brennstoffzufuhr um so höher schiebt, je.höher der Gebläsedruck oder derDruckunterschied vor der Maschine und der Turbine ist. Die Erfindung betrifft nun eine Fahrzeug-Einr spritzbrennkraftmaschine mit Abgasturbolader, bei welcher beim Gasgeben die der Gashebelstellung entsprechende Brennstoffmenge unter dem Einfluß der Druckdifferenz zwischen Abgasdruck und Ladedruck zuerst zurückgenommen und dann allmählich, entsprechend dem Aufholen der Abgasturboladerdrehzahl, auf den vorbestimmten Wert gesteigert wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in das zur Regelstange der Einspritzpumpe führende Gestänge eine von der Druckdifferenz zwischen Abgasdruck und Ladedruck beeinflußte Einrichtung eingebaut ist, welche die Länge des Gasgestänges beim Überschreiten eines bestimmten·Druckverhältnissies entgegen einer zusätzlich wirkenden Kraft im Sinne einer Verringerung der Einspritzmenge verändert.

Die Erfindung hat gegenüber den bekannten in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen Ladedruck und Abgasdruck wirkenden Einrichtungen die Vorteile, daß einmal kein Abblasen von Abgas erforderlich ist und zum anderen die auf die Druckdifferenz ansprechende Einrichtung in einfacher Weise innerhalb des G^sgestänges angeordnet ist.

Die Größe des wirksamen Unterschiedes zwischen Ladedruck und Druck vor Turbine kann frei gewählt werden, da die Wirkung des einen der beiden Drücke durch die zusätzlich wirkende Kraft verstärkt wird, so daß für die Steuerung der Brennstoffmenge der besagte Druckunterschied und die zusätzlich wirkende Kraft maßgebend -sind.

Die zusätzlich wirkende Kraft kann eine konstante Größe haben, oder sie kann z. B. in Abhängigkeit vom Verstellweg des Verstellorgans der Brenaistoffördereinrichtung, z. B. durch Anwendung von Federkraft, oder in Abhängigkeit von der Motordrehzahl, z. B. durch Anwendung von mit der Motordrehzahl veränderlichem öldruck, oder z. B. durch Kombination der. beiden erwähnten Möglichkeiten abhängig von beiden veränderlich wirken.

Fig. ι zeigt den Verlauf vom Ladedruck und Druck vor Turbine bei einer konstanten Motordrehzahl über dem Mitteldruck eines Motors aufgetragen. Wird nun bei einem stationären Betriebszustand I die Brennstoffmenge auf eine einem Betriebszustand II entsprechende Menge vergrößert, so steigt zunächst die Abgastemperatur und damit das Abgasvolumen und der Druck vor Turbine an, während der Ladedruck entsprechend der Zeitdauer für die Beschleunigung des Turboladers langsamer steigt. Es ergibt sich während des Überganges von den Betriebszuständen I zu II der in Fig. 1 gestrichelt gezeichnete Verlauf von Ladedruck und Druck vor Turbine. Man sieht, daß der Unterschied zwischen diesen beiden Drücken, während des Regelvorganges von den den stationären Betriiebszuständen entsprechenden Werten abweicht. Während des Ansteigens des Druckes vor Turbine ist gegenüber den· stationären Betriebszuständen ein Zuviel an Brennstoff vorhanden, welches um so größer ist, je größer die Abweichung dieses Druckes von den den stationären Verhältnissen entsprechenden Werten ist. Daraus folgt, daß die Größe dieser Abweichung und damit auch die Größe der Abweichung des Unterschiedes zwischen Ladedruck und Druck vor Turbine von den stationären Betriebszuständen entsprechenden Werten ein Maß für die während des Regelvorganges auftretende Veränderung des Brennstoff-Luft-Gemisches darstellt.

Steigt beim Übergang vom Betriebszustand I auf den Betriebszustand II, was im allgemeinen im der Fäll ist, auch die Motordrehzahl, so wird die Zunahme des Abgasvolumens und damit der Druckanstieg vor der Turbine in noch stärkerem Maße erfolgen, so daß die Abweichung des Unterschiedes zwischen Ladedruck und Druck vor Tür- ¹¹S bine gegenüber diesem Unterschied bei stationären Betriebszuständen noch stärker in Erscheinung tritt. Dieselben Erscheinungen treten auf, wenn infolge von Betriebsstörungen am Abgasturbolader der Ladedruck abfällt, wobei der Druck vor Türbine annähernd erhalten bleibt.

Ein Beispiel des Erfindungsgegenstandes zeigt Fig. 2. Darin stellt r die Brennstoffördereinrichtung des Motors und 2 den Verstellhebel derselben schematisch dar. Der Verstellhebel ist mit dem 1*5 Kolben 3, der im Zylinder 4 beweglich ist, ver-

bunden. Auf den Kolbe» 3 wirken auf der einen Seite über die Leitung 5 der Druck vor Turbine und auf der anderen Seite über die Leitung 6 der Ladedruck. Im gezeichneten Beispiel ist die Wirkung des Ladedruckes durch die im Zylinder 4 angeordnete Feder 7 verstärkt. Der Zylinder 4 ist mit der Regelstange 8, durch welche die Regelimpulse eingeleitet werden, verbunden.

Bei stationären Betrieb'szuständen des Motors befindet sich der Kolben stets in der gezeichneten Endlage. Überschreitet der Druck vor Turbine den Ladedruck um ein bestimmtes Maß, so wird der Kolben nach rechts bewegt und über den Verstellhebel 2 die Brennstoffmenge so lange zurückgenommen, bis der Ladedruck aufgeholt hat und im Stande ist, den Kolben in seine linke Endlage zurückzubewegen.

Der Größtwert der abgesteuerten Brennstoffmenge kann durch Begrenzung des Kolbenhubes

ao bzw. durch entsprechende Wahl der Charakteristik der Feder 7 festgelegt werden.

Eine weitere erfindungsgemäße Ausführung besteht darin, daß der Ladedruck und Druck vor Turbine auf verschieden großen Flächen in der Regeleinrichtung wirksam sind, wie dies z. B. durch Anwendung von Stufenkolben erreicht werden kann.

Fig. 3 zeigt eine derartige erfindungsgemäße Anordnung, bei welcher der Kolben 3 als Stufenkolben ausgebildet ist. Der Druck vor Turbine ist im Beispiel auf einer kleineren Fläche wirksamer als der Ladedruck. Die zusätzlich zur Druckdifferenz wirkende äußere Kraft hat hier konstante Größe und wird durch Drucköl erzeugt.

Dieses wird durch die Leitung 9 in den Zylinder 4 eingebracht und wirkt auf eine weitere Stufe 3₀ des Kolbens 3. Damit der Öldruck konstant gehalten werden kann, ist eine Überdruckeinrichtung 10 angeordnet.

Bei Ausfall des Turbogebläses wird der Druck vor Turbine besonders hoch über den Ladedruck ansteigen und dementsprechend der Weg des Regelelementes in der Regeleinrichtung größere Werte annehmen. Erfindungsgemäß kann für diesen Fall an der Stelle der Regeleinrichtung, welche einer Stellung derBrennstoffördereinrichtung entspricht, bei der bei außer Betrieb befindlichem Abgasturbolader noch ein thermisch zulässiger bzw. rauchfreier Betrieb des Motors gewährleistet ist, eine Sperrvorrichtung angeordnet werden, durch welche das Regelelement' verhindert wird, in seine ursprüngliche Lage zurückzukehern. In Fig. 4 ist ein Beispiel der beschriebenen Ausführung dargestellt. Die Sperrvorrichtung ist mit 11 bezeichnet.

Wird die zusätzliche Kraft nicht durch eine Feder sondern durch Drucköl erzeugt, so kann das Festhalten des Regelelementes in seiner Endlage, welche in diesem Fall der beschriebenen Stellung der Brennstoffördereinrichtung entspricht, dadurch geschehen, daß in dieser Stellung die Öldruckleitung abgeschlossen und das Überdruckventil geöffnet wird. Wie Fig. 3 zeigt, kann dies z. B. dadurch geschehen, daß die Bohrung der ölzuleitung 9 durch die Kolbenstufe 3_e überdeckt wird.

Die vorliegende Erfindung ist zur Begrenzung des Unterschiedes zwischen Ladedruck und Druck vor Turbine unabhängig davon, ob der Druck vor Turbine oder der Ladedruck größere Werte annimmt, anwendbar. Ebenso kann sie bei mit Benzin betriebenen Motoren angewendet werden.

Das Regelorgan selbst kann beispielsweise als Dosen- oder Membranregler, Kolbenregler als Kombination davon mit und ohne Servowirkung mit den erforderlichen Dämpfungs- und Rückführungseinrichtungen ausgeführt sein.

Claims (6)

1. PATENTANSPKÜCHE:

   ι . Fahrzeug-Einspritzbrennkraftmaschine mit Abgasturbolader, bei welcher beim Gasgeben die der Gashebelstellung entsprechende Brennstoffmenge unter dem Einfluß der Druckdifferenz zwischen Abgasdruck und Ladedruck zuerst zurückgenommen und dann allmählich entsprechend dem Aufholen der Abgasturboladerdrehzahl auf den vorbestimmten Wert gesteigert wird, dadurch gekennzeichnet, daß in das zur Regelstange der Einspritzpumpe, führende Gestänge (2, 8) eine von der Druckdifferenz zwischen Abgasdruck und Ladedruck go beeinflußte Einrichtung eingebaut ist, welche die Länge des Gasgestänges beim Überschreiten eines bestimmten Druckverhältnisses entgegen einer zusätzlichen Kraft im Sinne einer Verringerung der Einspritzmenge verändert.
2. 2. Fahrzeug-Einspritzbrennkraftmaschine mit Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der zusätzlich wirkenden Kraft vom Verstellweg der Brennstoffördereinrichtung und/oder von der Motordrehzahl abhängig ist.
3. 3. Fahrzeug-Einspritzbrennkraf tmaschine mit Abgasturbolader nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlich wirkende Kraft durch eine Feder und/oder Drucköleinrichtung bewirkt wird.
4. 4. Fahrzeug-Einspritzbrennkraftmaschine mit Abgasturbolader nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Regeleinrichtung eine Sperrvorrichtung (11) für die Bewegung des Regefelemeotes (;z. B. Kolben) an der Stelle angeordnet ist, welche einer Stellung der Brennstoffördereinrichtung entspricht, bei der bei außer Betrieb befindlichem Abgasturbolader ein thermisch zulässiger bzw. rauchfreier Betrieb des Motors gewährleistet ist.
5. 5. Fahrzeug-Einspritzbrennkraftmaschine mit Abgasturbolader nach den Ansprüchen 3 und 4, lae wobei die zusätzlich wirkende Kraft durch Drucköl erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß anstatt der Sperrvorrichtung nach Anspruch 4 das Regelglied (3,3₀) der Regeleinrichtung so auf die Drucköleinrichtung wirkt, daß der Öldruck sich dem Wert Null nähert.
6. 6. Fahrzeug*-Einspritzbrennkraf tmaschine mit Abgasturbolader nach den Ansprüchen ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Druck vor Turbine und Druck nach Lader auf verschieden großen Flächen, z. B. Kolbenflächen, in der Regeleinrichtung wirksam sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschriften Nr. 674807, 551405; schweizerische Patentschriften Nr. 249 713, 198 794; französische Patentschrift Nr. 914498.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen