METHOD FOR CONTROLLING THE CAPACITY OF AN EXHAUST TURBOCHARGER FOR A VALVE CONTROLLED INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Abstract: 1. Method for controlling the performance of an exhaust gas turbocharger which supplies precompressed combustion air to a valve-controlled internal-combustion engine and the turbine of which is driven by the exhaust gas from the internal combustion engine, the start of opening of the outlet valves being advanced to raise the performance of the exhaust gas turbocharger at low load and/or rotational speed of the internal combustion engine, characterized in that the start of opening is advanced in such a way that the pressure in the combustion air line (12) downstream of the compressor does not fall below a predetermined pressure P and that with increasing pressure the start of opening is then retarded again.

Description: Verfahren zum Steuern der Leistung eines eine ventilgesteuerte Brennkraftmaschine versorgenden Abgasturboladers. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Leistung eines eine ventilgesteuerte Brennkraftmaschine mit vorverdichteter Verbrennungsluft versorgenden Abgasturboladers gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Bei Brennkraftmaschinen mit Abgasturbolader sinkt bei schwacher Last sowie je nach Auslegung des Turboladers auch bei Vollast und niederer Drehzahl infolge des geringen Abgasangebots der Brennkraftmaschine der Ladedruck ab. Beim nachfolgenden Beschleunigen der Brennkraftmaschine entsteht dann ein gewisser Zeitverzug, bis der gewünschte Ladedruck wieder erreicht ist. Es wurden bereits Vorschläge gemacht die zur Anhebung der Leistung des Abgasturboladers im unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine und zur Vermeidung der unerwünschten Verzögerung zwischen Gasgeben und Einsetzen des vollen Drehmoments beitragen sollen. Zumeist beziehen sich diese auf einen sogenannten Zweit- oder Fremdantrieb. Dieser Zweitantrieb kann unmittelbar mechanisch von der Brennkraftmaschine aus, hydraulisch oder elektrisch bewerkstelligt werden. Derartige Zweitantriebe sind jedoch relativ aufwendig und zudem kompliziert adaptierbar. Bekannt sind auch Eingriffe und Massnahmen an den Abgasleitungen der Brennkraftmaschine (Sto & ufladung etc.), allerdings können auch diese Massnahmen das beschriebene Verhalten der aufgeladenen Brennkraftmaschine infolge des zu geringen Energieangebotes im Abgas nicht ausgleichen. Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemässes Verfahren aufzuzeigen, mit dem die Leistung des Abgasturboladers bzw. der Ladedruck bei Teillast sowie erforderlichenfalls im unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine auch bei Vollast verbessert werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit den kenn zeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Durch die verfahrungsgemässe Vorverlegung des Offnungs- beginns der Auslassventile - welche je nach Bauart der Brennkraftmaschine Hubventile' Drehschieber oder dgl. sein können - wird energiereicheres Abgas aus den Zylindern der-Brennkraftmaschine an die Abgasturbine des Abgasturboladers abgeführt, so dass dessen Leistung erhöht wird. Dementsprechend nimmt die Drehzahl des Abgasturboladers bzw. der Ladedruck stromab des Verdichters zu, wodurch bei Bedarf (z. B. beim Beschleu neigen in Voliaststeiiung des Leistungssteuergliedes) sofort ein hohes Drehmoment der Brennkraftmaschine zur Verfügung steht. Das erfindungsgemässe Verfahren ist sowohl für quanti- tativ gesteuerte als auch für qualitativ gesteuerte Brennkraftmaschinen einsetzbar Die Verstellung der Auslassventile kann beispielsweise abhängig von der Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine, der Drehzahl des Turboladers oder abhängig vom Druck im Saugrohr stromab des Verdichters des Turboladers erfolgen. Die Frühverstellung der Auslassventile erfolgt vorteilhaft nach einem Kennfeld entsprechend der Last, der Drehzahl der Temperatur der Brennkraftmaschine, der Temperatur der Abgasturbine (Überhitzung) sowie erforderlichenfalls weiterer Betriebsparameter. Mit den Merkmalen des Anspruches 2 wird erreicht, dass auch bei abnehmender Last'also beispielsweise bei Schliessen der Drosselklappe, eine hohe Drehzahl des Turboladers beibehalten wird. Dies hat den Vorteil, da± beim öffnen der-Drosselklappe sofort der volle Ladedruck zur Verfügung steht. Mit den Merkmalen des Anspruchs 3 wird eine Drehmomenterhöhung im unteren Drehzahlbereich bei hoher Last erzielt. Insgesamt führen die Merkmale der Ansprüche 2 und 3 dazu, dass das Betriebsverhalten einer mit Abgasturbolader ausgerüsteten Brennkraftmaschine dem eines hubraumstärkeren Saugmotores sehr ähnlich wird. Gemäss den Merkmalen des Anspruches 4 kann die Frühverstellung des Offnungsbeginns der Auslassventile geregelt erfolgen, indem der Ladedruck gemessen wird und die FrUh- verstellung dann derart erfolgte dass ein vorbestimmter, von Betriebsparametern des Motors abhängiger Ladedruck aufrecht erhalten wird. Die Verstellung des Offnungsbeginns der Auslassventile kann entsprechend den Merkmalen der Patentansprüche 5 und 6 vollzogen werden. Eine Verstellung nur der Auslassnocken bei einer Ein- und Auslassnocken tragenden Nockenwelle kann beispielsweise der auf die gleiche Anmelderin zurückgehenden DE-OS 27 47 884 entnommen werden. Bei Doppelnockenwellen-Brennkraftmaschinen kann eine Verstellung entsprechend der DE-OS 33 16 162 erfol- gen; jedoch sind auch Verstellmechanismen denkbar, die auf die Nockenwellen-Antriebsmittel (Zahnriemen, Kette etc.) wirken. Es versteht sich jedoch' dass sich die Erfindung mit geringstem Aufwand an derartigen Brennkraftmaschinen verwirklichen lässt' die bereits mit winter variablen Ventilsteuerung versehen sind. Die Ventilsteuerung kann dabei - wie bereits des öfteren vorgeschlagen mechanisch, hydraulisoh und/oder elektrisch betrieben sein. In diesem Falle sind die erfindungsgemässen Mass- nahmen lediglich in die bereits vorhandene Steuerlogik zu integrieren. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in Fig 1 eine nach dem erfindungsgemässen Verfahren be triebene Viertakt-Brennkraftmaschine mit Ab gasturbolader und Doppelnockenwellen im Quer schnitt und Fig. 2 eine Ansicht auf die mittels eines Zahnriemens angetriebenen Doppelnockenwellen mit erfin dungsgemässer Verstellvorrichtung. Eine Hubkolben-Brennkraftmaschine 2 ist mit einem Abgasturbolader 4 versehen, dessen Abgasturbine 6 über eine Abgasleitung 8 mit dem Abgas der Brennkraftmaschine 2 versorgt wird. Die Abgasturbine 6 treibt einen Verdichter 10, der die Brennkraftmaschine über eine Leitung 12 mit verdichteter Verbrennungsluft versorgt. In der Leitung 12 ist eine Drosselklappe 13 zur Leistungssteuerung der Brennkraftmaschine vorgesehen. Die Brennstoffzumesseinrichtung ist nicht dargestellt. Der Ladungswechsel der Brennkraftmaschine 2 wird je Zylinder 14 durch ein in einem Zylinderkopf 16 gelagertes Einlassventil 18 und ein Auslassventil 20 bewirkt. Die Ventile 18, 20 werden durch auf zwei Nockenwellen 22, 24 befindliche Einlassnocken 26 und Auslassnocken 28 betätigt. Von der Abgasleitung 8 zweigt stromauf der Abgasturbine 6 eine Bypass-Leitung 30 ab, in welche ein Bypassventil 32 eingeschaltet ist. Das Bypassventil 32 beginnt, bei Erreichen eines maximalen Ladedruckes in der Leitung 12 zu öffnen, so dass eine Teilmenge der aus. der Brennkraft- maschine 2 austretenden Abgase vor der Akgàstr-bine 6 abgezweigt werden. Eine in der Leitung 12 vor -gesehene Kurzschlussleitung 34 mit einem federbelasteter, Ps,gcks°blag- ventil 36 soll in bestimmten Betriebszuständen ein Pumpen des Verdichters verhindern. Die beiden Nockenwellen 22, 24 (vgl. Fig. 2) werden, mittels eines Zahnriemens 38 von der Kurbelwelle 40 der Brennkraftmaschine 2 angetrieben. Dazu sind an den Enden der entsprechenden Wellen Zahnräder 42, 44r 46 befestigt, in die der Zahnriemen eingreift. Der Zahnriemen 3,8 wird mittels einer federbelasteten Spannrolle 48 unter geiner definierten Spannung gehalten. Zwischen den beiden Nockenwellen 22, 24 greift an den Zahnriemen 38 eine Verstellrblle 50 an, mit deren Hilfe über einen an dem Zylinderkopf 16 drehbar gelagerten Winkelhebel 52 die Länge des zwischen den beiden Nockenwellen befindlichen Zahnriemen-Trums veränderbar ist. An dem Winkelhebel 52 greift anderenends eine Kolben-Zylinder-Einheit 54 an, die die Verstellung des Winkelhebels 52 bewirkt. Die Kolben-Zylinder-Einheit 54 bzw. deren Arbeitsraum 62 wird von der Schmierölpumpe 56 der Brennkraftmaschine 2 über ein Taktventil 58 und eine Leitung 60 mit Drucköl beaufschlagt. Das Taktventil 58 steuert abhängig von seiner Taktfrequenz den öldruck in den Arbeitsraum 62, in dem es einen Über- ströinerschnitt (nicht dargestellt) zwischen der Leitung 64 von der Schmierölpumpe und einer Leitung 66 zum drucklosen blsumpf mehr oder weniger aufsteuert. Die Steuerung des Taktventiles 58 erfolgt über eine Steuerelektronik.68 mit einem Taktgenerator und einem Mikroprozessor, in dem die nach einem Kennfeld abge- speicherten Daten verarbeitetwerden. Der Steuerelek- tronik 68 werden ständig die von nicht dargestellten Sensoren ermitteiten Daten Drehzahl (n) der Brennt-aft- maschine, Last der Brennkraftmaschine, Druck P in der Verbrennungsluft-Leitung 12 stromab des Verdichters 10 jedoch stromauf der Drosselklappe 13 zugeführt Diese Daten werden in der Steuerelektronik 68 nach Mass- gabe des abgespeicherten Kennfeldes verarbeitet und die entsprechende Vorverlegung des Offnungsbeginns der Aus lassventile 20 durch Verschwenken des Winkelhebels 52 im Uhrzeigersinn gesteuert. Dabei wird durch entsprechende Frequenzsteuerung des Taktventiles 58 der Schmieröldruck im Arbeitsraum 62 der Kolben-Zylinder-Einheit 54 erhöht und somit der Winkelhebel 52 unter Überwindung der Vorspannung der federbelasteten Spannrolle 48 entsprechend verstellt. Durch die damit bewirkte Ver längerung des zwischen den beiden Nockenwellen 22, 24 befindlichen Zahnriemen-Trums wird die die Aus lass- nocken 26 tragende Nockenwelle 22 zur Drehrichtung vorverstellt, wodurch entsprechend der Offnungsbeginn der Auslassventile 18-vorverstellt ist. Eine entgegengerichtete Zurückstellung der Nockenwelle 22 erfolgt, in dem durch Verändern der Taktfrequenz des Taktventiles 58 der öldruck im Arbeitsraum 62 vermindert wird. Die Rückstellkraft wird dabei von der federbelasteten Spannrolle 48, welche in jeder Verstellphase eine gleichmässige Spannung des Zahnriemens 38 aufrecherhält, erzeugt. Wird beispielsweise die Drosselklappe 13 geschlossen, so würde aufgrund der geringen Abgasenergie der Ladedruck ( P ) in der Verbrennungsluf- leitung 12 absinken. Durch die erfolgende Vorverstellung des Offnungsbeginns der AuslaBventile 18 wird jedoch ein energiereicheres, weil in den Zylindern 14 der Brennkraftmaschine 2 noch nicht voll entspanntes Abgas über die Leitung 8 der Abgasturbine 6 zugeführt und dadurch die Drehzahl des Abgasturboladers 4 bzw. der Ladedruck in der Leitung 12 erhöht. Bei einer nachfolgenden, abrupten Erhöhung der Last (volle Öffnung der Drosselklappe 13) liegt dann bereits ein Ladedruck vor, der ein hohes Drehmoment der Brennkraftmaschine und eine entsprechende Beschleunigung sicherstellt. Mit zunehmender Drehzahl der Brennkraftmaschine wird dann sukzessive die Vorverstellung der Auslassventile 18 zurückgenommen, Es versteht sich, dass zahlreiche Ausgestaltungen der Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemässen Verfahrens möglich sind. Beispielsweise kann ein Schalter vorgesehen sein, mit Hilfe dessen die Frühverstellung der Auslassöffnung bei zunehmendem Schliessen der Drosselklappe unterdrückbar ist und nur die Vollastfrühver- stellung bei absinkender Drehzahl erhalten bleibt. Die erstgenannte Art der Fruhverstellung verbessert zwar das Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine; es ist jedoch im allgemeinen mit einer Verbrauchserhöhung im Teillastbereich zu rechnen.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zum Steuern der Leistung eines eine ventilgesteuerte Brennkraftmaschine mit vorver dichteter Verbrennungsluft versorgenden Abgas turboladers, dessen Turbine vom Abgas der Brenn kraftmaschine angetrieben wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zur Erhöhung der Leistung des Abgasturboladers (4) der Offnungs- beginn der Auslassventile (18) der Brennkraftma schine nach früh verstellt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Öffnungsbeginn mit abnehmender Last ( d ) der -Brennkraftmaschine nach früh verstellt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k'e n n z e i c h,n e t, dass der Offnungs- beginn bei abnehmender Drehzahl (n) der Brennkraft maschine und hoher Last (cC) nach früh verstellt wird. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n.z e i c, h n e t, dass der Öffnungsbeginn derart nach früh verstellt wird, dass ein vorbestimmmter Druck ( P ) in der Verbrennungs luft-Leitung (12) stromab des Verdichters (6) nicht unterschritten wird. 5. Verfahren nach den Ansprechen 1 bis 4, an einer Brennkraftmaschine mit einer die Gaswechselventile betätigenden Nockenwelle mit Ein- und Auslassnocken d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die AuslaBnocken relativ zu den Einlassnocken ver stellt werden. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, an einer Brennkraftmaschine mit einer die Einlassventile (20) betätigenden Nockenwelle (24) und einer die Auslass ventile (18) betätigenden Nockenwelle (22). d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die die Auslassventile (18) betätigende Nockenwelle (22} relativ zur anderen Nockenwelle (24) verstellt wird

Inventors: PIECH, FERDINAND, DR.
Applicants: AUDI AG
Application year: 1985
Main classification: F01L1
IPC codes: F01L1, F02D13