CHARGING PRESSURE CONTROL DEVICE FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES

Abstract: A combustion engine provided with an exhaust gas turbocharger (1) has a control valve (9) disposed within a bypass conduit (8) by passing the exhaust gas turbin. The actuating member (11) of the valve is controlled by a control pressure depending on the surrounding temperature and pressure, on one side, directly, towards the opening at the boost pressure, on the other side by a closure spring (16) towards the closure. A device (20; 120; 220) sets at a high value at least constant the pressure of the control air derived from the boost air in case of a drop off of the surrounding pressure and/or of a rise of the surrounding temperature.

Description: Ladedruck-Regelvorrichtung für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf eine Ladedruck-Regelvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 beschriebenen Bauart. Bei einer bekannten Ladedruck-Regelvorrichtung dieser Bauart (DE-OS 26 50 033) arbeitet der Stellantrieb unabhängig vom Umgebungsdruck, weil die Schliessseite des Stellantriebes mit vom Ladedruck abgeleitetem Steuerdruck und die öffnungsseite mit dem Ladedruck beaufschlagt wird. Doch kann der Umgebungsdruck auf die Drucksteuervorrichtung derart einwirken, dass mit sinkendem Umgebungsdruck auch der Steuerdruck und damit der Lade druck sinkt. Dadurch ergibt sich eine verschlechterte Füllung, so dass Leistung und Drehmoment der Brennkraftmaschine abfallen. Eine weitere Füllungsverschlechterung tritt bei steigender Umgebungstemperatur durch geringere Dichte der Ansaugluft auf. Ferner wird die Füllung gezielt dann in zunehmendem Masse verringert, wenn die Temperatur des Zylinderkopfes einen bestimmten Wert übersteigt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ladedruck Regelvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 beschriebenen Bauart zu schaffen, die bei Anderungen des Umgebungsdruckes und der Umgebungstemperatur eine gleichbleibend hohe Füllung und damit auch Leistung der Brennkraftmaschine gewährleistet. Diese Aufgabe löst die Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1. Den Gegenstand der Erfindung weiter ausbildende Merkmale sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Die Merkmale der Ansprüche 2 und 3 gleichen den Einfluss der Umgebungstemperatur durch erhöhten bzw. verringerten Steuerdruck aus. Durch die Merkmale der Ansprüche 3 bis 6 ist eine Ladedruck-Regelvorrichtung der beschriebenen Art mit mechanischen Mitteln weitergebildet, während die Ansprüche 7 bis 9 eine elektronische Ausbildung der Vorrichtung beinhalten. Die Erfindung ermöglicht es, Umgebungseinflüsse auf den Ladedruck auszuschalten, so dass auch bei wechselnden Umgebungseinflüssen stets die dem jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine entsprechend vorbestimmte Füllung bzw. Höchstleistung erreicht wird. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt, anhand deren die Erfindung nachstehend erläutert wird. Es zeigen: Fig. 1 eine Ladedruck-Regelvorrichtung mit einer me chanischen Drucksteuervorrichtung für Brenn kraftmaschinen mit Abgasturbolader, Fig. 2 eine andere Ausführungsform der mechanischen Drucksteuervorrichtung nach Fig. 1 und Fig. 3 eine Ladedruck-Regelvorrichtung entsprechend Fig. 1 mit einer elektronischen Drucksteuervor richtung. Eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine weist einen Abgasturbolader 1 auf, der aus einem Ladegebläse 2 und einer nicht verbundenen Abgas turbine 3 besteht. Zur Abgasturbine 3 führt eine an die Brennkraftmaschine angeschlossene Abgasleitung 4 und zum Ab führen der Abgase weist die Abgasturbine 3 eine Auspuffleitung 5 auf. An die Eintrittsseite des Ladegebläses 2 ist ein Saugrohr 6 angeschlossen und der Austritt des Ladegebläses 2 mündet in eine Ladeluftleitung 7. Parallel zur Abgas turbine 3 ist eine Bypass-Leitung 8 angeordnet, die die Abgasleitung 4 und die Auspuffleitung 5 an der Eintritts- bzw. Austrittsseite der Abgas turbine 3 direkt miteinander verbindet. In der Bypass-Leitung 8 ist ein Bypass-Ventil 9 mit einem Abgasdruck beaufschlagten Ventilteller 10 angeordnet. Das Bypass-Ventil 9 weist einen Stellantrieb 11 auf, der je eine durch eine Membrane 12 voneinander getrennte Öffnungs- und Schliesskammer 13 bzw. 14 umfasst. Die Membrane 12 ist direkt mit dem Ventilschaft 15 des Bypass-Ventiles 9 verbunden. In der Schliesskammer 14 ist eine in Schliessrichtung wirkende Schliessfeder 16 angeordnet, die sich einerseits an einer Gehäusewand 17 des Stellantriebes 11 abstützt und andererseits in Schliessrichtung auf die Membrane 12 einwirkt. Eine unmittelbar in der Nähe des Austrittes des Ladegebläses 2 an die Ladeluftleitung 7 angeschlossene Leitung 18 führt zur öffnungskammer 13 des Stellantriebes 11, in der der Ladedruck in Öffnungsrichtung des Bypass-Ventiles 9 wirkt. Eine von dieser Leitung 18 abgehende Zweiglei tung 19 führt zu einer Drucksteuervorrichtung 20, die über eine Steuerleitung 21 mit der Schliesskammer 14 des Stellantriebes 11 verbunden ist. Die Drucksteuervorrichtung 20 umfasst ein Gehäuse 22mit einer Kammer 23, in der eine geschlossene Druckdose 24 befestigt ist. A: einer Stirnseite der Druckdose 24 ist ein Ventilkö-per 25 angeordnet, der zusammen mit einem Ventilsitz 26 in der gegenüberliegenden Wand 27 des Gehäuses 22 ein Abblaseventil bildet. An die Kammer 23 sind die Zweigleitung 19 und die zum Stellantrieb 11 führende Steuerleitung 21 angeschlossen. Der Ventilsitz 26 ist am nde einer Buchse 28 ausgebildet, die dichtend in der Wanc 27 der Kammer 23 angeordnet und durch einen Bimetallstreifen 29 koaxial zum Ventilkörper 25 verschiebbar ist. An der Mündung der Zweigleitung 19 in die Kammer 23 ist eine Drossel 30 angeordnet, um eine Dämpfung im Ansprechverhalten der Drucksteuervorrichtung 20 zu erreichen. Steigt beim Betrieb der Brennkraftmaschine der Ladedruck in der Kammer 23 über den in der Druckdose 24 herrschenden Druck an, so wird der an deren Stirnseite angeordnete Ventilkörper 25 von seinem Ventilsitz 26 abgehoben und Luft abgeblasen, so dass unbeeinflusst vom jeweiligen Umgebungsdruck ein konstanter Steuerdruck zur Verfügung steht, der im Stellantrieb 11 des Bypass-Ventiles 9 in Schliessrichtung wirkt. Bei steigender Umgebungstemperatur wird der Ventilsitz 26 bzw. die Buchse 28 durch den Bi metallstreifen 29 in Richtung auf den Ventilkörper 25 zu bewegt und bei sinkenden Umgebungstemperaturen in umgekehrter Richtung. Die dabei auftretenden Verschiebewege sind relativ klein. Auf diese Weise ergibt sich eine Steuerdruckänderung derart, dass das Bypass-Ventil 9 bei steigender Umgebungstemperatur bis zu einem höheren Druck geschlossen gehalten wird und bei sinkender Umgebungstemperatur bei niedrigerem Druck geöffnet wird. So wird unabhängig vom Umgebungsdruck und unter Berücksichtigung der Umgebungstemperatur ein im wesentlichen gleichbleibender Höchstwert des Lade druckes und damit auch der Füllung und Leistung der Brennkraftmaschine erzielt. Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform einer Drucksteuervorrichtung 120 hat im wesentlichen die gleiche Wirkung wie die in Fig. 1 dargestellte. Im Aufbau weist sie jedoch Unterschiede auf. Eine geschlossene Druckdose 124 ist in einer Kammer 123 eines Gehäuses 122 angeordnet. Diese Kammer 123 steht über eine Bohrung 131 mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung, so dass die Druckdose 124 dem Umgebungsdruck ausgesetzt ist. An einem Ende der Kammer 123 ist die Druckdose 124 über ihre eine Stirnseite 132 durch eine in der benachbarten Wand 133 befestigte verstellbare Vorspanneinrichtung 134 abgestützt. An der anderen Stirnseite 135 der Druckdose 124 ist ein hohler Ansatz 136 befestigt. Der Ansatz 136 liegt mit seiner ringförmigen freien Stirnfläche 137 an einer Mutter 138 an, die auf einen Gewindezapfen 139 geschraubt ist. Der Gewindezapfen 139 ist an einem konzentrischen Ansatz 1140 eines Kolbens 1141 ausgebildet, der mittels eines ringförmigen Rollbalges 142 im Gehäuse 122 befestigt ist, so dass von der Kammer 123 eine Steuerkammer 1143 abgetrennt ist. Der konzentrische Ansatz 140 weist eine radiale Bohrung 11414 auf, die eine vom anderen Ende des Kolbens 1141 her eingebrachte konzentrische Sackbohrung 1145 anschneidet. Im offenen Ende der Sackbohrung 145 ist ein Röhrchen 1146 befestigt, dessen offenes Ende an einer Ventilplatte 147 anliegt, die durch eine Feder 1148 gegen einen konzentrischen, kreisringförmigen Ventilsitz 149 gedrückt wird. Der Ventilsitz 1149 ist an der Innenseite des Bodens 150 eines umgekehrt becherförmigen Teiles 151 ausgebildet. Im Boden 150 ist konzentrisch zum Ventilsitz 149 ein Durchlass 152 ausgebildet, dessen Durchmesser grösser als der Aussendurchmesser des hindurchragenden Röhrchens 1146 ist, so dass ein ringförmiger Durchtrittsquerschnitt verbleibt. Der Durchmesser der Ventilplatte 147 ist kleiner als der Innendurchmesser des umgekehrt becherförmigen Teiles 151, das eingesetzt in ein Sackloch 153 im Gehäuse eine Federkammer 154 bildet, in die ein mit einer Drossel 155 versehener Rohrstutzen 156 mündet. Dieser Rohrstutzen 156 wird an die Zweigleitung 19 (Fig. 1) angeschlossen. Parallel zu diesem Rohrstutzen 156 mündet in die Steuerkammer 143 ein weiterer Rohrstutzen 157, an den die Steuerleitung 21 (Fig. 1) angeschlossen wird. Zwischen dem Ansatz 140 des Kolbens 141 und der aufge schrauben Mutter 138 sind Ausgleichsbeilagen 158 und ein Bimetallstreifen 159 befestigt. Der Bimetallstreifen 159 liegt mit seinen Enden auf einer Ringschulter 160 im Gehäuse 122 auf. Solange in der Steuerkammer 143 und damit gemäss Fig. 1 in der Steuerleitung 21 und der Schliesskammer 14 des Stellantriebes 11 der Druck unterhalb eines bestimmten Wertes liegt, und dadurch die von der Steuerkammer 1143 her wirkende Kraft auf den Kolben 1141 kleiner als die durch die Druckdose 124, den Bimetallstreifen 159 und den Umgebungsdruck in der Kammer 123 auf den Kolben 141 einwir-kende Kraft ist, wird die Ventilplatte 114 durch das in der Sackbohrung 145 des Kolens 141 befestigte Röhrchen 146 von ihrem kre;sringförmigen Ventilsitz 1149 abgehoben. Damit kann Ladeluft in die Steuerkammer 143 strömen. Wenn der Druck in der Steuerkammer 143 den Sollwert erreicht, sind die Kräfte ausgeglichen und die Ventilplatte 147 wird gegen ihren Ventilsitz 149 gedrückt. Ist die von der Steuerkammer 143 her auf den Kolben 1141 wirkende Kraft infolge höheren Druckes grösser als die von der entgegengesetzten Seite her auf den Kolben 1141 wirkende Gesamtkraft, so wird das Röhrchen 1146 mit dem Kolben 1141 von der Ventilplatte 147 abgehoben, so dass die Steuerkammer 143 mit der Kammer 123 und damit mit der Umgebungsluft in Verbindung steht. Nach erfolgtem Druckausgleich liegt das freie Ende des Röhrchens 146 wieder an der Ventilplatte 1147 an und die Steuerkammer 1143 ist erneut von der anderen Kammer 123 getrennt. Fallender Umgebungsdruck und damit ein Ausdehnen der Druckdose 124 und/oder steigende Umgebungstemperatur und ein dadurch eintretendes Entspannen des Bimetallstreifens 159 erzeugen eine Kraft, die die Ventilplatte 147 von ihrem ringförmigen Ventilsitz 1149 abhebt und damit zu einem höheren Steuerdruck führt. Eine Erhöhung des Umgebungsdruckes und/oder eine Verringerung der Umgebungstemperatur führen in entsprechender Weise zu einer Herabsetzung des Steuerdruckes. Der Bimetallstreifen 159 ist nur bis zu einer bestimmten erhöhten Temperatur wirksam und hebt dann von der Ringschulter 160 ab, da sonst zu hohe Ladedrücke auftreten könnten, die ein Klingeln in den Brennräumen der Brennkraftmaschine bewirken würden. Die dem Umgebungsdruck ausgesetzten wirksamen Flächen des Kolbens 141 und der Druckdose 124 sind in ihren Massen so aufeinander abgestimmt, dass sich ein höherer Steuerdruck einstellt, wenn durch eine gesteigerte Druckdifferenz zwischen Umgebungsdruck und Ladedruck erhöhter Leistungsbedarf des Ladegebläses 2 und der Abgasturbine 3 und damit erhöhtem Abgasgegendruck in der Abgasleitung 4 am Ventilteller 10 des Bypass-Ventiles 9 grössere Öffnungskräfte auftreten. Somit wird erreicht, dass bei den üblichen Schwankungen von Umgebungsdruck und -temperatur eine Einstellung des Ladeluftdruckes für einen gleichbleibenden Höchstwert der Füllung und Leistung der Brennkraftmaschine gewährleistet wird. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist anstelle einer mechanischen eine elektronische Drucksteuervorrichtung 220 vorgesehen. Die elektronische Drucksteuervorrichtung 220 steuert ein Druckregelventil 272 an, das mit einem elektrischen Stellantrieb 271 versehen ist. Ein Messwertgeber 273 für den Steuerdruck, ein zweiter Messwertgeber 274 für die Umgebungstemperatur und ein dritter Messwertgeber 275 für den Umgebungsdruck beeinflussen die Regelung. In der elektronischen Drucksteuervorrichtung 220 wird der Ist-Wert des Steuerdruckes mit einem Soll-Wert verglichen, der durch eine geeignete Schaltung bei sinkendem Umgebungsdruck und steigender Umgebungstemperatur zum gleichen Zweck wie zu Fig. 2 beschrieben, erhoht wird und umgekehrt. Daraus wird in der elektronischen Drucksteuervorrichtung 220 ggf. ein Steuersignal erzeugt, das den elektrischen Stellantrieb 271 des Druckregelventiles 272 ansteuert. Durch Eingabe eines auf die Umgebungstemperatur- und -druckänderungen abgestimmten Soll-Wertverlaufes wird mit dieser Drucksteuervorrichtung 220 der gewünschte höchste Füllungsgrad der Brennkraftmaschine geregelt.

Claims: Patentansprüche: 1. Ladedruck-Regelvorrichtung für Brennkraftmaschinen - mit einem Abgasturbolader und einem Bypass-Ventil, - das eine Bypass-Leitung zur Abgas turbine steuert und - auf dessen Stellantrieb der Ladedruck in Öffnungs richtung sowie ein vom Ladedruck abgeleiteter, von einer Drucksteuervorrichtung bestimmter Steuerdruck gemeinsam mit einer Schliessfeder in Schliessrichtung einwirkt, dadurch gekennzeichnet, - dass die Drucksteuervorrichtung (20; 120; 220) den Steuerdruck bei sinkendem Umgebungsdruck auf einen mindestens gleichbleibend hohen Wert einstellt. 2. Ladedruck-Regelvorrichtung nach Anspruch 1, - bei der die Drucksteuervorrichtung den Steuerdruck temperaturabhängig verändert, dadurch gekennzeich net, - dass der Steuerdruck in Abhängigkeit von der Umge bungstemperatur eingestellt wird. 3. Ladedruck-Regel-vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, - dass mit steigender Umgebungstemperatur ein steigen der Steuerdruck eingestellt wird. 4. Ladedruck-Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - dass die Drucksteuervorrichtung (20; 120) eine Druck dose (24; 124) aufweist, - deren bewegliche Stirnseite (135) ein Abblase Steuerventil (25, 26; 140 - 154) betätigt. 5. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, - dass das Abblase-Steuerventil (25, 26; 140 - 1514) zu sätzlich mittels einer umgebungstemperaturabhängig vorspannungsveränderlichen Feder, wie einer Bime tallfeder (29; 159) beeinflussbar ist. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 4, - deren Bypass-Ventil einen vom Abgasdruck im Abgas turbineneinlauf in Öffnungsrichtung beaufschlagten Ventilteller aufweist, - deren Drucksteuervorrichtung eine dem Umgebungsdruck ausgesetzte Druckdose sowie - eine zum Umgebungsdruck in Richtung zur Druckdose hin mittels eines Rollbalges beweglich angeordnetes Abblaseventil aufweist, dadurch gekennzeichnet, - dass die Stirnfläche (135) der Druckdose (124) grösser als eine vom.Umgebungsdruck beeinflusste Stirnfläche (Kolben 14) des Abblaseventiles (140 - 154) ist, - wobei dieser Flächenunterschied auf die Fläche des Ventiltellers (10) des Bypass-Ventiles (9) und den darauf einwirkenden mit fallendem. Umgebungsdruck steigenden Abgasdruck derart abgestimmt ist, dass die am Ventilteller (10) angreifende, erhöhte Gasdruck kraft durch einen erhöhten Steuerdruck ausgeglichen wird. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - dass die Drucksteuervorrichtung als elektronische Drucksteuervorrichtung (220) ausgebildet ist und einen Messwertgeber (273) für den Steuerdruck und ein von der Drucksteuervorrichtung beherrschtes Druck regelventil (272) aufweist. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7', dadurch gekennzeichnet, - dass die Drucksteuervorrichtung (220) einen Messwert geber (275) für den Umgebungsdruck aufweist. 9. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 7, dadurch gekenn zeichnet, - dass die Drucksteuervorrichtung einen Messwertgeber (2714) für die Umgebungstemperatur aufweist.

Inventors: KOHLHEPP, WOLFGANG, DIPL.-ING.
Applicants: BAYERISCHE MOTOREN WERKE AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1981
Main classification: F02B37
IPC codes: F02B37