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DE10247217A1 - Höhenkompensation für Turbolader-Ladedruckregelventil - Google Patents

Höhenkompensation für Turbolader-Ladedruckregelventil

Info

Publication number
DE10247217A1
DE10247217A1 DE10247217A DE10247217A DE10247217A1 DE 10247217 A1 DE10247217 A1 DE 10247217A1 DE 10247217 A DE10247217 A DE 10247217A DE 10247217 A DE10247217 A DE 10247217A DE 10247217 A1 DE10247217 A1 DE 10247217A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
valve
actuator
pressure
spring
chambers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE10247217A
Other languages
English (en)
Inventor
Charles H Dutart
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Caterpillar Inc
Original Assignee
Caterpillar Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Caterpillar Inc filed Critical Caterpillar Inc
Publication of DE10247217A1 publication Critical patent/DE10247217A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/18Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • F02B37/183Arrangements of bypass valves or actuators therefor
    • F02B37/186Arrangements of actuators or linkage for bypass valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/10Characterised by the construction of the motor unit the motor being of diaphragm type
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ladedruckregelventil für ein Turboladersystem in einem Motor einer Arbeitsmaschine, einem Fahrzeug oder dergleichen, das insbesondere geeignet ist zum Betätigen bei wechselnden bzw. sich ändernden Höhen. Das Ladedruckregelventil umfasst eine Feder, die gegen einen einstellbaren Federsitz arbeitet. Der einstellbare Federsitz wird eingestellt, ansprechend auf Änderungen des Umgebungsdrucks, um die installierte Länge der Feder zu ändern.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung bezieht sich allgemein auf turbogeladene Verbrennungsmotoren, insbesondere auf Turboladersysteme mit einem Ladedruckregelventil (wastegate control valve) zur Steuerung der Abgasströmung zu einem Turbolader.
  • Hintergrund
  • Ein limitierender Faktor bei der Leistung bzw. beim Betriebsverhalten eines Verbrennungsmotors ist die Menge der Verbrennungsluft, die zum Einlassverteiler zur Verbrennung in den Motorzylindern geliefert werden kann. Atmosphärischer Druck ist oft unzulänglich, um die erforderliche Luftmenge für einen wirksamen Betrieb eines Motors zu liefern.
  • Es ist bekannt, in der Lufteinlasszufuhr für Verbrennungsmotoren Turboblader zu verwenden, um die in die Verbrennungszylinder gelieferte Verbrennungsluftmenge zu vergrößern. Jeder Turbolader umfasst typischerweise eine Turbine, die ein durch die Abgase des Motors angetriebenes Turbinenrad und einen oder mehrere Kompressoren aufweist, die Kompressorräder aufweisen, die durch eine gemeinsame Turboladerwelle angetrieben werden, die sowohl das Turbinenrad als auch das Kompressorrad trägt. Der Kompressor erhält das zu komprimierende Strömungsmittel und führt das komprimierte Strömungsmittel den Verbrennungskammern zu. Das durch den Kompressor komprimierte Strömungsmittel kann nur aus reiner Verbrennungsluft oder aus einem Gemisch aus Kraftstoff und Verbrennungsluft bestehen. Durch den Einsatz eines Turboladers kann die von einem Motor von einer gegebenen Größe erzielbare Leistung signifikant bzw. beträchtlich vergrößert werden. Somit kann für eine vorgegebene Leistungsanforderung ein kleinerer, weniger kostspieliger Motor verwendet werden, und es kann der Leistungsverlust infolge beispielsweise bei Höhenänderungen kompensiert werden.
  • Unter einigen Bedingungen kann ein Turbolader Verbrennungsluft mit zu großem Druck dem Einlassverteiler oder den Verbrennungszylindern zuführen, was möglicherweise zu Motorschäden führen kann. Ein Überdrehungsbetrieb eines Turboladers kann gleichfalls zu Schäden am Turbolader selbst führen. Es ist bekannt, ein Ladedruckregelventil bzw. Ladedrucksteuerventil in der Abgasströmung zum Turbolader einzusetzen. Eine Zweigleitung des Abgassystems umgeht das Turbinenrad des Turboladers. Der Betrieb des Ladedruckregelventils kann die Abgasströmung durch die Umgehungsleitung leiten, wodurch die Abgasströmung zum Turbinenrad reduziert wird, was die Turbinenraddrehzahl und dadurch die Ladung (boost) oder den Druck der durch den Kompressor des Turboladers zugeführten Luft vermindert.
  • Es ist bekannt, sowohl mechanische als auch elektrische Steuersysteme für den Betrieb von Ladedruckregelventilen einzusetzen. Die US-PS 6,012,289 mit dem Titel "Apparatus and Method for Utilizing a Learned Wastegate Contraol Signal for Controlling Turbocharger Operation" offenbart ein Verfahren zur Steuerung eines Motorturboladers mit einem Ladedruckregelventil. Der Turbolader wird gesteuert durch eine elektronische Steuervorrichtung, die in der Lage ist, ein Ladedruckregelventilsignal zum Ladedruckregelventil zu liefern.
  • Turbogeladene Verbrennungsmotoren mit Ladedruckregelventilen können zusätzliche Schwierigkeiten bei Betrieb in hohen Höhenlagen infolge des verminderten atmosphärischen Drucks erfahren. Der verminderte atmosphärische Druck kann zu unvorteilhaften Druckdifferenzen über die bzw. an der Membran des Ladedruckregelventils führen. Das Ladedruckregelventil kann nicht in der Lage sein, unter dem gegebenen Steuersystem zu öffnen, oder kann weniger öffnen als erforderlich, was zu höheren Turbineneinlassdrücken führt, als zulässig ist. Maschinen, die sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Höhenlagen betrieben werden, sind nicht leicht ausgestattet mit Steuerstrategien, was die Auswirkungen von Höhenlagenänderungen auf den Betrieb mit Ladedruckregelventilen berücksichtigen muss.
  • Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der vorstehend genannten Probleme zu überwinden.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • In einer ihrer Ausführungformen sieht vorliegende Erfindung einen Verbrennungsmotor vor, mit einem Verbrennungszylinder; einem Abgassystem in strömungsmäßiger Verbindung mit dem Verbrennungszylinder, um die Abgase aus den Verbrennungszylindern aufzunehmen; einem Verbrennungsluftsystem, das mit dem Verbrennungszylinder in strömungsmäßiger Verbindung verbunden ist, um dem Verbrennungszylinder zur Unterstützung des Verbrennungsvorgangs Luft zuzuführen; und einem Turbolader. Der Turbolader umfasst einen Kompressor mit einem Einlass und einem Auslass, eine Turbine, die einen Einlass aufweist, um eine Strömung der Abgase aus dem Verbrennungszylinder aufzunehmen, und ein Ladedruckregelventil zur Steuerung der Strömung der Abgase zur Turbine. Das Ladedruckregelventil umfasst ein Ventilgehäuse und eine Ventilmembran im Ventilgehäuse, die das Ventilgehäuse unterteilt in erste und zweite Ventilkammern, die einen ersten Ventilkammerdruck und einen zweiten Ventilkammerdruck aufweisen. Einer der ersten und zweiten Ventilkammerdrücke ist Umgebungsdruck. Eine Ventilstange ist mit der Ventilmembran verbunden. Eine Feder ist betriebsmäßig verbunden, um gegen die Ventilstange eine Federkraft auszuüben, wobei die Feder eine installierte Federlänge aufweist. Ein einstellbarer Federsitz ist in der Höhe einstellbar, und zwar zum Variieren der installierten Federlänge der Feder, ansprechend auf Änderungen im Umgebungsdruck.
  • In einer anderen ihrer Ausführungsformen sieht vorliegende Erfindung vor: Ein Ladedruckregelventil mit einem Ventilgehäuse und eine Ventilmembran im Ventilgehäuse, die das Ventilgehäuse in erste und zweite Ventilkammern unterteilt, die einen ersten Ventilkammerdruck und einen zweiten Ventilkammerdruck aufweisen. Einer der beiden ersten und zweiten Ventilkammerdrücke ist Umgebungsdruck. Eine Ventilstange ist mit der Ventilmembran verbunden. Eine Feder ist betriebsmäßig verbunden, um gegen die Ventilstange eine Federkraft auszuüben, wobei die Feder eine installierte Federlänge aufweist. Ein einstellbarer Federsitz ist in der Höhe einstellbar, und zwar zum Variieren der installierten Federlänge der Feder, ansprechend auf Änderungen im Umgebungsdruck.
  • In einer weiteren ihrer Ausführungsformen sieht vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Ladedruckregelventils vor, das folgende Verfahrensschritte aufweist: Vorsehen eines Ladedruckregelventils mit einem Ventilgehäuse, einer Ventilmembran, die das Ventilgehäuse in erste und zweite Ventilkammern unterteilt, einer Ventilstange, die mit der Ventilmembran verbunden ist und sich durch eine der Kammern erstreckt, einer betriebsmäßig verbundenen Feder, um gegen die Ventilstange eine Federkraft auszuüben, um die Stange in einer Richtung zu drücken, wobei die Feder eine installierte Federlänge aufweist; Vorsehen eines einstellbaren Federsitzes zur Änderung der gegen die Stange ausgeübten Federkraft; Detektieren von Änderungen des Umgebungsdrucks; und Einstellen des Federsitzes, ansprechend auf Änderungen im Umgebungsdruck.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung. Es zeigen:
  • Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht eines Verbrennungsmotors mit einem höhenkompensierten Ladedruckregelventil für einen Turbolader gemäß der Erfindung;
  • Fig. 2 eine vergrößerte Längsschnitt-Ansicht des einstellbaren Ladedruckregelventils gemäß Fig. 1;
  • Fig. 3 eine vergrößerte Längsschnitt-Ansicht eines Betätigers für das einstellbare Ladedruckregelventil; und
  • Fig. 4 eine Draufsicht auf ein alternatives Ausführungsbeispiel eines einstellbaren Federsitzes für das Ladedruckregelventil.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Unter besonderem Hinweis auf die Zeichnung und insbesondere auf Fig. 1 ist dort ein Ladedruckregelventil 10 gemäß vorliegender Erfindung dargestellt. Das Ladedruckregelventil 10 arbeitet in einem Turboladersystem 12 eines Verbrennungsmotors 14.
  • Der Motor 14 ist von bekannter Konstruktion und umfasst eine Vielzahl von Verbrennungszylindern 16, von denen ein Verbrennungszylinder 16 in Fig. 1 dargestellt ist. Ein Kolben 18 ist betriebsmäßig in jedem Verbrennungszylinder 16 angeordnet und ist durch eine Kolbenstange 20 mit einer Kurbelwelle 22 verbunden. Wenigstens ein Einlassventil 24 und wenigstens ein Auslassventil 26 sind in jedem Verbrennungszylinder 16 vorgesehen. Das Einlassventil 24 steuert die Strömungsverbindung zwischen einem Verbrennungsluftsystem 28 und dem Verbrennungszylinder 16. Das Auslassventil 26 steuert die Strömungsverbindung zwischen einem Abgassystem 30 und dem Verbrennungszylinder 16. Wie einem Fachmann klar ist, kann der Motor 10 eine durch Funken betätigte Konstruktion darstellen, eine Kompressionszündung aufweisen oder auch von anderer gängiger oder weniger gängiger Konstruktion sein. Die besondere Konstruktion für den hier dargestellten und beschriebenen Motor 10 ist lediglich eine geeignete Konfiguration.
  • Das Turboladersystem 12 umfasst einen Kompressor 32 mit einem Kompressoreinlass 34, der mit einer Verbrennungsluftquelle, wie beispielsweise Umgebungsluft, in Strömungsverbindung steht und durch einen Luftreiniger 36 aufgenommen wird. Ein Kompressorauslass 38 ist in Strömungsverbindung mit einer Einlassluftleitung 40 eines Verbrennungsluftsystems 28 verbunden, das ferner einen Nachkühler 42 aufweisen kann. Ein Kompressorrad 44 ist in bekannter Weise betriebsmäßig angeordnet zwischen dem Kompressoreinlass 34 und dem Kompressorauslass 38. Das Kompressorrad 44 ist an einer Turboladerwelle 46 befestigt bzw. getragen.
  • Das Turboladersystem 12 umfasst ferner eine Turbine 52 mit einem Turbineneinlass 54, der über eine Abgasleitung 56 mit dem Abgassystem 30 in Strömungsverbindung steht. Ein Turbinenauslass 58 ist in Strömungsverbindung mit einer Abgasleitung 60 des Abgassystems 30 verbunden, das ferner einen Abgasschalldämpfer bzw. Auspufftopf 62 aufweisen kann. Ein Turbinenrad 64 ist in bekannter Weise betriebsmäßig angeordnet zwischen dem Turbineneinlass 54 und dem Turbinenauslass 58. Das Turbinenrad 64 ist an der Turboladerwelle 46 befestigt bzw. getragen, und zwar am entgegen gesetzten Ende des Kompressorrades 44.
  • Das Ladedruckregelventil 10 ist in einer Umgehungsleitung bzw. Bypassleitung 70 vorgesehen, die in Strömungsverbindung zwischen der Abgasleitung 56 und der Abgasleitung 60 verbunden bzw. angeschlossen ist. Die Bypassleitung 70 sieht einen parallelen Pfad durch die Turbine 52 vor. Das Ladedruckregelventil 10 steuert den Strom der das Turbinenrad 64 erreichenden Abgasströmung, und zwar durch gesteuertes Öffnen und Schließen des Pfades durch die Bypassleitung 70.
  • Wie noch deutlicher in Fig. 2 zu sehen ist, umfasst das Ladedruckregelventil 10 ein Ventilgehäuse 72, in dem eine Ventilmembran 74 angeordnet ist. Die Ventilmembran 74 unterteilt den Innenraum des Ventilgehäuses 72 in separate erste und zweite Ventilkammern 76 bzw. 78. Die ersten und zweiten Ventilkammern 76 bzw. 78 sind gegeneinander isoliert, um separat erste und zweite Ventilkammerdrücke zu enthalten. Die Ventilmembran 74 ist ein gummierter oder anderweitig flexibler Körper, dessen Position variieren kann, wenn sich der relative Druckunterschied ändert zwischen den ersten und zweiten Ventilkammerdrücken in den ersten und zweiten Ventilkammern 76 und 78.
  • Eine Ventilstange 80 weist ein mit der Ventilmembran 74 verbundenes erstes Ende 82 und ein zweites Ende 84 auf, das einen Ventilkopf 86 umfasst, der in einer Ventilöffnung 88 der Bypassleitung 70 arbeitet. Die Ventilstange 80 bewegt sich in Erwiderung auf die Bewegung der Ventilmembran 74, um die Öffnung 88 zu öffnen und zu schließen. Eine Feder 90 ist betriebsmäßig verbunden, um eine Federkraft gegen die Ventilstange 80 auszuüben, wobei sie die Ventilstange 80 in einer Richtung vorspannt bzw. beaufschlagt. In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Feder 90 in der ersten Ventilkammer 76 angeordnet. Die erste Ventilkammer 76 ist zur Umgebungsluft hin geöffnet, so dass in ihr Umgebungsdruck aufrecht erhalten bleibt. Die Feder 90 arbeitet zwischen einem festen Federsitz 92 an der Ventilmembran 74 und einem einstellbaren Federsitz 94 in der ersten Ventilkammer 76. Der einstellbare Federsitz 94 ist steuerbar, um eine Platte 96 umzustellen bzw. zu repositionieren, um die installierte Höhe der Feder 90 in Erwiderung auf Änderungen des Umgebungsdrucks zu ändern.
  • In einem ersten Ausführungsbeispiel des einstellbaren Federsitzes 94 umfasst ein Nockenmittel bzw. Kurvenscheibenmittel erste und zweite Winkelblöcke 98 bzw. 100. Die Winkelblöcke 98 bzw. 100 sind umgekehrt angeordnet, wobei die keilförmige Rampe eines Blocks auf der Oberseite des anderen angeordnet ist. Eine relative Bewegung zwischen den Blöcken 98 und 100 bringt dickere oder dünnere Teile jedes Blocks in übereinander angeordneten Eingriff, wodurch sie die Gesamtdicke des einstellbaren Federsitzes 94 dicker oder dünner macht, wie gewünscht. Um die relative Bewegung dazwischen zu vervollständigen, ist wenigstens einer der Blöcke 98 und 100 relativ zum anderen Block 98 oder 100 linear verschiebbar. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die lineare Verschiebung bzw. Translation des Blocks 98 durch Bewegen durch eine Steuerstange 102 erreicht. Der Block 100 wird an der Platte 96 gesichert.
  • Als ein alternatives Ausführungsbeispiel eines einstellbaren Federsitzes 94 ist in Fig. 4 gezeigt, worin ein Nockenmittel eine Scheibe 110 umfasst, die um eine Drehverbindung 112 herum drehbar befestigt ist. Ein peripheres Teil 114 der Scheibe 110 weist eine Rampe 116 auf. Eine Steuerstange 102 ist durch einen Stift 118 tangential mit der Scheibe 110 verbunden, derart, dass die Scheibe 110 durch eine wesentliche axiale Bewegung der Steuerstange 102 um die Drehverbindung 112 herum in Drehung versetzt wird.
  • Eine axiale Bewegung der Steuerstange 102 wird erreicht durch einen Betätiger 130, der aktiv oder passiv konstruiert sein kann. Aktive Betätiger 130 können elektrische, hydraulische oder pneumatische Antriebskräfte sein, die durch den (hier nicht dargestellten) Motor ECM gesteuert werden, ansprechend auf den Empfang von Betriebs- und Leistungsdaten des Motors 14 und/oder des Turboladers 12. Wie in Fig. 4 dargestellt, umfasst ein pneumatischer Betätiger 132 eine Rückholfeder 134, die gegen einen Kolben 136 in einer unter Druck stehenden Kammer 138 arbeitet.
  • Ein geeigneter passiver Betätiger 130 ist in Fig. 3 in Form eines Betätigertopfes oder Betätigerbechers 140 dargestellt, der die Steuerstange 102 automatisch bewegt, ansprechend auf die Umgebungsdrücke. Der Betätigertopf 140 umfasst ein Betätigergehäuse 142 und eine im Betätigergehäuse 142 angeordnete Betätigermembran 144. Die Betätigermembran 144 unterteilt den Innenraum des Betätigergehäuses 142 in separate erste und zweite Betätigerkammern 146 bzw. 148. Die ersten und zweiten Betätigerkammern 146 bzw. 148 sind gegeneinander isoliert, um separate erste und zweite Betätigerkammerdrücke zu enthalten. Die Betätigermembran 144 ist ein gummierter oder anderweitig flexibler Körper, dessen Position variieren kann, wenn sich der relative Druckunterschied zwischen den ersten und zweiten Betätigerkammerdrücken in den ersten und zweiten Betätigerkammern 146 bzw. 148 ändert.
  • Die Steuerstange 102 erstreckt sich durch die erste Betätigerkammer 146, die zur Umgebung hin offen ist, und wodurch ein Umgebungsdruck aufrecht erhalten bleibt. In der zweiten Betätigerkammer 148 wird ein gesteuerter Druck aufrecht erhalten, so dass Änderungen des Umgebungsdrucks in der ersten Betätigerkammer 146 eine Bewegung der Betätigermembran 144 und eine entsprechende Bewegung der Steuerstange 102 hervorrufen.
  • Der gesteuerte Druck in der zweiten Betätigerkammer 148 kann auf verschiedenen Wegen erreicht werden. Zum Beispiel kann die zweite Betätigerkammer 148 eine abgedichtete Kammer sein, die mit einem gewünschten gesteuerten Druck zur Zeit ihrer Herstellung und Montage versehen ist. Als ein anderes Beispiel kann die zweite Betätigerkammer 148 mit einer gesteuerten Druckquelle verbunden sein, wobei ein geeignetes (hier nicht dargestelltes) Drucksteuerventil den Druck steuert, der der zweiten Betätigerkammer 148 zugeführt wird. Die Einstellung kann auch erreicht werden in einer Vielzahl von strukturellen bzw. baulichen Variationen, wie beispielsweise eine (hier nicht dargestellte) drehbare Rahmenstruktur, die die Membran 144 hält, um die Position der Membran 144 zu variieren. Eine Rückholfeder 134 kann auch eingebaut bzw. eingesetzt werden mit den hier diskutierten verschiedenen Modifikationen.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Während des Gebrauchs des Motors 14 werden Kraftstoff und Luft in bekannter Weise im Verbrennungszylinder 16 verbrannt. Die Abgase vom Verbrennungsprozess strömen vom Zylinder 16 durch die Abgasleitung 56 zur Turbine 52 des Turboladersystems 12. Die Abgasströmung entlang des Turbinenrades 64 vom Turbineneinlass 54 zum Turbinenauslass 58 verursacht die Drehung des Turbinenrades 64 und der daran angebrachten Turbinenwelle 46. Die Turbinenwelle 46 dreht das Kompressorrad 44. Die vom Luftreiniger 36 in den Kompressoreinlass 34 eingesaugte Luft wird komprimiert und der Einlassluftleitung 40 und dem Verbrennungszylinder 16 zugeführt.
  • Unter einigen Betriebsbedingungen ist es wünschenswert, die Abgasströmung zur Turbine 52 zu reduzieren, wobei sich die Drehung der Turboladerwelle 46 verlangsamt und die vom Kompressor erhaltene Ladung vermindert. Dies kann erreicht werden durch Betätigen des Ladedruckregelventils 10, um die Ventilöffnung 88 zu öffnen, wodurch das Abgas durch die Bypassleitung 70 strömen kann, und zwar direkt von der Abgasleitung 56 zur Abgasleitung 60.
  • Wenn sich der Umgebungsdruck ändert, infolge beispielsweise von Änderungen der Höhe, ändert sich auch der Druck in der ersten Betätigerkammer 146 des Betätigertopfs 140. Da der Druck in der zweiten Betätigerkammer 148 fest ist, verursacht irgendeine Druckänderung in der ersten Betätigerkammer 146 eine Bewegung der Betätigermembran 144 und demzufolge eine Axialbewegung der Steuerstange 102. Wenn sich die Steuerstange 102 axial bewegt, hat dies zur Folge, dass der einstellbare Federsitz 102 (eigentlich: "94") dicker oder dünner wird, und zwar durch die lineare Bewegung des Blocks 98 in dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel oder durch Drehen der Scheibe 110 in dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel.
  • Die vorliegende Erfindung eines Ladedruckregelventils kompensiert Betriebsänderungen des Ventils, die sich aus Änderungen des Umgebungsdrucks ergeben. Die installierte Federlänge der Ladedruckregelventilfeder wird eingestellt durch Einstellen des im Ladedruckregelventil vorgesehenen einstellbaren Federsitzes. Ein Betätiger ist vorgesehen zum automatischen Einstellen des einstellbaren Federsitzes, wenn sich der Umgebungsdruck ändert.
  • Andere Aspekte, Ziele & Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Studium der Zeichnung, der Offenbarung und den beigefügten Ansprüchen. (S-20180)

Claims (20)

1. Verbrennungsmotor der folgendes aufweist:
einen Verbrennungszylinder;
ein Abgassystem in Strömungsverbindung mit dem Verbrennungszylinder, um die Abgase aus dem Verbrennungszylinder aufzunehmen;
ein Verbrennungsluftsystem, das in Strömungsverbindung mit dem Verbrennungszylinder verbunden ist, um dem Verbrennungszylinder zur Unterstützung der Verbrennung Luft zuzuführen; und
einen Turbolader, der folgendes umfasst: Einen Kompressor mit einem Einlass und einem Auslass, der in Strömungsverbindung mit dem Verbrennungsluftsystem verbunden ist, und ein Ladedruckregelventil zur Steuerung der Abgasströmung zur Turbine;
wobei das Ladedruckregelventil folgendes umfasst:
ein Ventilgehäuse;
eine Ventilmembran in diesem Ventilgehäuse, die das Ventilgehäuse in erste und zweite Ventilkammern unterteilt mit einem ersten Ventilkammerdruck und einem zweiten Ventilkammerdruck, wobei einer der beiden ersten und zweiten Ventilkammerdrücke Umgebungsdruck ist;
eine mit der Ventilmembran verbundene Ventilstange;
eine betriebsmäßig verbundene Feder, um eine Federkraft gegen die Ventilstange auszuüben, wobei die Feder eine installierte Federlänge aufweist; und
einen in der Höhe einstellbaren Federsitz zum Variieren der installierten Federlänge der Feder, ansprechend auf Änderungen des Umgebungsdrucks.
2. Motor nach Anspruch 1, wobei die einstellbare Feder eine Platte umfasst, die eine variable Dicke aufweist.
3. Motor nach Anspruch 2, wobei die einstellbare Feder erste und zweite keilförmige Blöcke aufweist, von denen ein Block relativ zum anderen dieser Blöcke linear verschiebbar ist.
4. Motor nach Anspruch 2, wobei die einstellbare Feder eine drehbare Scheibe umfasst, die eine Rampe an der Peripherie dieser Scheibe aufweist.
5. Motor nach Anspruch 2, wobei eine axial bewegbare Steuerstange vorgesehen ist.
6. Motor nach Anspruch 1 mit einem Betätigertopf bzw. Betätigerbecher, der folgendes umfasst:
ein Betätigergehäuse;
eine Betätigermembran, die das Betätigergehäuse in erste und zweite Betätigerkammern unterteilt, von denen in einer der beiden ersten und zweiten Betätigerkammern Umgebungsdruck herrscht und in der anderen der beiden ersten und zweiten Betätigerkammern ein gesteuerter Druck herrscht; und
eine Steuerstange, die mit der Betätigermembran und dem einstellbaren Federsitz verbunden ist.
7. Motor nach Anspruch 6, wobei die Betätigerkammer mit gesteuertem Druck abgedichtet ist und einen festen gesteuerten Druck aufweist.
8. Motor nach Anspruch 6, wobei die Betätigerkammer mit gesteuertem Druck mit einer regulierten Druckquelle verbunden ist.
9. Motor nach Anspruch 8, wobei die regulierte Druckquelle den Kompressorauslass umfasst.
10. Ladedruckregelventil zum Steuern einer Abgasströmung zu einem Turbolader, welches folgendes umfasst:
ein Ventilgehäuse;
eine Ventilmembran in diesem Ventilgehäuse, die das Ventilgehäuse in erste und zweite Ventilkammern unterteilt mit einem ersten Ventilkammerdruck und einem zweiten Ventilkammerdruck, wobei einer der beiden ersten und zweiten Ventilkammerdrücke Umgebungsdruck ist;
eine mit der Ventilmembran verbundene Ventilstange;
eine betriebsmäßig verbundene Feder, um eine Federkraft gegen die Ventilstange auszuüben, wobei die Feder eine installierte Federlänge aufweist; und
einen in der Höhe einstellbaren Federsitz zum Variieren der installierten Federlänge der Feder, ansprechend auf Änderungen des Umgebungsdrucks.
11. Ladedruckregelventil nach Anspruch 10, wobei der einstellbare Federsitz eine Platte umfasst, die eine variable Dicke aufweist.
12. Ladedruckregelventil nach Anspruch 11, wobei der einstellbare Federsitz erste und zweite keilförmige Blöcke aufweist, von denen ein Block relativ zum anderen dieser Blöcke linear verschiebbar ist.
13. Ladedruckregelventil nach Anspruch 11, wobei der einstellbare Federsitz eine drehbare Scheibe umfasst, die eine Rampe an der Periphärie dieser Scheibe aufweist.
14. Ladedruckregelventil nach Anspruch 11, wobei eine axial bewegbare Steuerstange vorgesehen ist.
15. Ladedruckregelventil nach Anspruch 10 mit einem Betätigertopf bzw. Betätigerbecher, der folgendes umfasst:
ein Betätigergehäuse;
eine Betätigermembran, die das Betätigergehäuse in erste und zweite Betätigerkammern unterteilt, von denen in einer der beiden ersten und zweiten Betätigerkammern Umgebungsdruck herrscht und in der beiden anderen ersten und zweiten Betätigerkammern ein gesteuerter Druck herrscht; und
eine Steuerstange, die mit der Betätigermembran und dem einstellbaren Federsitz verbunden ist.
16. Ladedruckregelventil nach Anspruch 15, wobei die Betätigerkammer mit gesteuertem Druck abgedichtet ist und einen festen gesteuerten Druck aufweist.
17. Ladedruckregelventil nach Anspruch 15, wobei die Betätigerkammer mit gesteuertem Druck mit einer regulierten Druckquelle verbunden ist.
18. Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Ladedruckregelventils, das folgende Verfahrensschritte umfasst:
Vorsehen eines Ladedruckregelventils mit einem Ventilgehäuse, einer Ventilmembran, die das Gehäuse in erste und zweite Ventilkammern unterteilt, ein Ventilstange, die mit der Ventilmembran verbunden ist und sich durch eine der Kammern erstreckt, und einer Feder, die betriebsmäßig verbunden ist, um eine Federkraft auszuüben gegen die Ventilstange, die die Stange in eine Richtung vorspannen, wobei die Feder eine installierte Federlänge aufweist;
Vorsehen eines einstellbaren Federsitzes zum Ändern der gegen die Stange ausgeübten Federkraft durch Einstellen der installierten Federlänge; Detektieren der Änderungen des Umgebungsdrucks; und
Einstellen des Federsitzes, ansprechend auf Änderungen des Umgebungsdrucks.
19. Verfahren nach Anspruch 18, das folgende Verfahrensschritte einschließt:
Vorsehen eines Nockenmittels, das mit dem einstellbaren Federsitz verbunden ist, und
Betätigen des Nockenmittels, ansprechend auf Änderungen des Umgebungsdrucks.
20. Verfahren nach Anspruch 19, welches folgende Verfahrensschritte umfasst:
Vorsehen eines Betätigertopfes bzw. Betätigerbechers für das Nockenmittel, das eine Betätigergehäuse und eine Betätigermembran umfasst, die das Betätigergehäuse in erste und zweite Betätigerkammern unterteilt;
Verbinden der Betätigermembran mit dem Nockenmittel;
Vorsehen eines gesteuerten Drucks in einer der beiden ersten und zweiten Betätigerkammern und eines Umgebungsdrucks in der anderen der beiden ersten und zweiten Betätigerkammern; und
Einstellen einer Position der Betätigermembran, ansprechend auf Änderungen des Umgebungsdrucks.
DE10247217A 2001-12-20 2002-10-10 Höhenkompensation für Turbolader-Ladedruckregelventil Withdrawn DE10247217A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/028,903 US6467269B1 (en) 2001-12-20 2001-12-20 Altitude compensation for turbocharger wastegate

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10247217A1 true DE10247217A1 (de) 2003-07-17

Family

ID=21846152

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10247217A Withdrawn DE10247217A1 (de) 2001-12-20 2002-10-10 Höhenkompensation für Turbolader-Ladedruckregelventil

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