DE2842685B1

DE2842685B1 - Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader

Info

Publication number: DE2842685B1
Application number: DE2842685A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Dr-Ing Emmenthal; Guenter Ing Hagemann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1978-09-30
Filing date: 1978-09-30
Publication date: 1980-01-24
Also published as: US4322948A; FR2437496A1; FR2437496B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus dem SAE Technical Paper 780415 »Buick's Turbocharged V-6 Powertrain for 1978« in der Weise bekannt, daß ein dem Abgasturbolader vorgeschaltetes Abgas-Bypassventil (Wastegate) in Abhängigkeit von dem über einen Sensor erfaßten Druck im Saugrohr der Brennkraftmaschine betätigt wird. Ferner ist dieser bekannten Brennkraftmaschine ein Klopfsensor zugeordnet, der nur dann, wenn Klopfen auftritt, eine Verstellung des Zündzeitpunkts in Richtung Spätzündung veranlaßt.

Dabei stellt die Zündverstellung gleichsam eine Notmaßnahme dar, da durch die beschriebene Wastegate-Regelung der Ladedruck stets auf einen Wert begrenzt wird, der das Auftreten des gefährlichen Klopfens noch verhindert. Diese Notmaßnahme führt zu einer Erhöhung der Abgastemperatur, wodurch eine Zerstörung der ohnehin thermisch und mechanisch hochbelasteten Turbine auftreten kann.

Nun liegt der optimale Wirkungsgrad einer derartigen Brennkraftmaschine aber gerade an der Klopfgrenze vor, die bei der bekannten Brennkraftmaschine vom Ladedruck her nicht eingeteilt werden kann. Dies beruht darauf, daß der Kraftstoffdurchsatz bei der Zündzeitpunktverstellung konstant bleibt, aber die von der Brennkraftmaschine abgegebene Leistung kleiner wird mit abnehmendem Ladedruck.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs so auszubilden, daß trotz optimaler Auslegung hinsichtlich des Ladedrucks das Auftreten eines gefährlichen Klopfens vermieden ist. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Hauptanspruchs; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Während also bei dem beschriebenen Stand der

ίο Technik die Wastegate-Regelung in Abhängigkeit vom Ladedruck erfolgt und eine Zündzeitpunktverstellung in Abhängigkeit vom Auftreten der vom Klopfsensor erzeugten Signale vorgenommen wird, sieht die Erfindung eine Verringerung des Ladedrucks durch Wastegate-Regelung oder Ablassen von Ladeluft beim Auftreten von im Klopfsensor erzeugten Signalen vor, während — sofern erforderlich — der Zündzeitpunkt der Maschine in Abhängigkeit vom Saugrohrdruck und/oder der Drehzahl der Maschine verstellt wird.

Dadurch ist es möglich, mit für den Wirkungsgrad optimalem Ladungsdruck zu fahren, der nur dann kurzzeitig auf einen die Klopfgefahr ausschließenden Wert abgesenkt wird, wenn tatsächlich Klopfen aufgetreten ist.

Wie bereits angedeutet, kann die Verringerung des Ladedrucks auf zwei Wegen erfolgen, nämlich entweder durch Ansteuern eines Ladeluft-Auslaßventils durch den Klopfsensor — ein derartiges Ventil ist im Prinzip aus der DE-AS 17 51061, F02B, 37/08, bekannt - oder durch Wastegate-Regelung, so daß die dem Turbolader zugeführte Abgasmenge der Brennkraftmaschine dann begrenzt wird.

Die letztgenannte Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Darstellung der Figur erläutert.

Die Abgasleitung 1 der nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine mündet über das Wastegate 2 in die Abgas-Zuführleitung J des Turboladers 4 ein, der in üblicher Weise die Abgasturbine 5 mit ihrer Abgasleitung 6 sowie die mit der Abgasturbine über die Welle 7 drehfest gekoppelte Ladeluft-Turbine 8 enthält. Die Unterdruckleitung 9 mündet ein in das Saugrohr 10 der Brennkraftmaschine, in dem in üblicher Weise zur Leistungssteuerung eine Drosselklappe 11 angeordnet

Betrachtet man nun das Wastegate 2 im einzelnen, so enthält es die beiden durch den Ventilteller 12 gegeneinander abschließbaren Kammern 13 und 14, von denen die letztgenannte über die Leitung 15 mit einem Auspuff, beispielsweise der Abgasleitung der Brennkraftmaschine, in Verbindung steht. Sobald also der Ventilteller 12 durch Bewegen nach unten von seinem in die Wand 16 eingelassenen Ventilsit/, abgehoben hat, gelangt nicht mehr die volle über die Leitung 1 zugeführte Abgasmenge in den Turbolader 4, sondern über die Leitung 15 wird ein Teil der Abgasmenge beispielsweise ins Freie geleitet.

Zur vom Auftreten des Klopfens abhängigen Steuerung des Wastegate 2 enthält dieses die beiden Druckkammern 17 und 18 beiderseits der Membran 19 — die im Prinzip auch durch einen Kolben ersetzt sein kann —, auf der sich der Ventilstößel 20 in der Figur von oben her und die Druckfeder 21 über ihren Federteller

22 in der Figur von unten her abstützt. Das in der Figur untere Ende der Druckfeder 21 liegt auf dem Federteller

23 auf, der zusammen mit dem Balg 24 die weitere Druckkammer oder Druckdose 25 begrenzt. In diese Druckkammer 25 mündet die Druckleitung 26 ein, deren

anderes Ende in das Saugrohr 10 der Brennkraftmaschine einmündet. Die Druckleitung 26 steht über die Düse 27 dauernd in Verbindung mit der Außenluft, so daß sich der Federteller 23 normalerweise, d. h. beim Fehlen von Signalen des Klopfsensors 28 bekannter und daher hier nicht zu beschreibender Bauart, in einer Höhe befindet, die den geschlossenen Zustand des Wastegate sicherstellt. Sobald aber Klopfen auftritt, öffnen die vom Klopfsensor dann abgegebenen Signale das Ventil 29, so daß der Druck in der Druckkammer 25 niedriger wird und demgemäß der Ventilteller 12 von seinem Ventilsitz abhebt. Damit erfolgt die bereits beschriebene Verringerung der dem Turbolader 4 zugeführten Abgasmenge und in Verbindung damit eine zeitweise Reduzierung des Ladedrucks im Saugrohr 10.

Sobald das Klopfen beendet ist, sendet auch der Sensor 28 keine Signale mehr aus, und infolge der verzögerten Wirkung der Düse 27 baut sich innerhalb einer vorgegebenen Zeit, beispielsweise drei Sekunden, der Druck in der Druckkammer 25 wieder auf und bewirkt das Schließen der Wastegate.

Verständlicherweise kann die Wirkung der Düse 27 auch unterstützt oder übernommen werden von einer Zeitverzögerung des Sensors in der Weise, daß er noch eine bestimmte Zeit nach Beendigung des Klopfens Signale abgibt.

Wie bereits eingangs angedeutet, kann die erfindungsgemäße Ladedruckverringerung nur beim Auftreten des Klopfens auch ohne Änderung der dem Turbolader zugeführten Abgasmenge durch Betätigen eines dem Turbolader ladeluftseitig nachgeschalteten Auslaßventils für die Ladeluft mittels des Klopfsensors erzielt werden. In jedem Fall ergibt sich die vorteilhafte Möglichkeit, die Brennkraftmaschine mit dem für ihren Wirkungsgrad optimalen hohen Ladedruck zu betreiben, der nur beim tatsächlichen Auftreten des Klopfens zeitweise verringert wird.

Zur Erzeugung des Unterdrucks für die Betätigung des Ventiltellers 12 kann statt des Saugrohrs auch eine besondere Servoeinrichtung mit einer Pumpe vorgesehen sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader sowie einer einen Sensor und ein Ventil enthaltenden Einrichtung zur zeitweisen Begrenzung des Ladedrucks in Abhängigkeit von Ausgangssignalen des Sensors, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasturbolader (4) auf die Erzeugung eines höchstzulässigen Ladedrucks eingestellt ist, bei dem Klopfen auftreten kann, und daß der Sensor ein Klopfsensor (28) ist, dessen bei Klopfen vorliegende Ausgangssignale das Ventil (2) im Sinne einer zeitweisen Verringerung des Ladedrucks verstellen.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kraftstoffzumeßeinrichtung der Maschine in Strömungsrichtung der Ladeluft hinter dem Abgasturbolader (4) liegt und das Ventil als Auslaßventil für Ladeluft ausgebildet ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein dem Abgasturbolader (4) vorgeschaltetes Abgas-Bypassventil (2) ist (Wastegatesteuerung).

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (2) einen Ventilkörper (12) enthält, der in seiner Schließstellung gehalten ist durch eine Feder (21), die sich ihrerseits an einer Druckdose (25) abstützt, in die eine Leitung (26) einmündet, die über eine Düse (27) dauernd mit einer Quelle höheren Drucks, insbesondere der Atmosphäre, und über ein von den Ausgangssignalen betätigbares Stellventil (29) zeitweise mit einer Unterdruckquelle, insbesondere einem Saugrohr (10) der Maschine verbunden ist.