CH661098A5

CH661098A5 - Steuereinrichtung fuer abgasturbolader.

Info

Publication number: CH661098A5
Application number: CH516/83A
Authority: CH
Inventors: Gerhard Haussmann; Ewald Kamleitner
Original assignee: Mtu Friedrichshafen Gmbh
Priority date: 1982-04-03
Filing date: 1983-01-28
Publication date: 1987-06-30
Also published as: DE3212498C2; JPS5977037A; US4557111A; DE3212498A1; FR2524549B1; IT1169055B; GB2117826A; FR2524549A1; JPH0122455B2; IT8347647A0; GB2117826B

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für die Zu-und Abschaltung mindestens eines Abgasturboladers einer Kolbenbrennkraftmaschine mit einer Betätigungseinrichtung für eine Abgas- und Ladeluftleitungs-Absperrvorrich-tung mit einem Steuerschalter, der einen ersten Steueranschluss für den Ladeluftdruck der Kolbenbrennkraftmaschine aufweist und dessen Schieber das Arbeitsmittel für die Betätigungseinrichtung steuert, wobei der Schieber durch die Kraft einer Feder in die Stellung für das Abschalten gedrückt wird und der Ladeluftdruck der Kolbenbrennkraftmaschine entgegen der Federkraft auf eine erste Steuerstirnfläche des Schiebers einwirkt.

Das Abschalten von Abgasturboladern wird bei Kolbenbrennkraftmaschinen zur Erhöhung von Ladeluftdruck und Ladeluftmenge bei gegenüber dem Vollastbetrieb vermindertem Anfall von Abgasenergie, also im Teillast- und Teildrehzahlbereich der Kolbenbrennkraftmaschine durchgeführt. Dabei arbeitet bei geringem Abgasenergieanfall nur ein Abgasturbolader, dem bei Zunahme der Leistung der Kolbenbrennkraftmaschine nach und nach ein oder mehrere Abgasturbolader parallel dazugeschaltet werden, bis schliesslich bei Vollastbetrieb alle vorhandenen Abgasturbolader zusammenarbeiten. Der damit erzielbare Ladeluftdruck weist für jede eingeschaltete Abgasturbolader-Kombination über der Leistung oder Drehzahl aufgetragen einen sägezahn-ähnlichen Verlauf auf: Beim Einschalten des zusätzlichen Laders tritt zunächst ein Abfall des Ladeluftdruckes, verursacht durch den Abfall des Abgasdruckes aufgrund der Öffnung der Abgasabsperreinrichtung des zuzuschaltenden Laders ein. Danach steigt der Ladeluftdruck mit zunehmender Leistung an, bis bei Zuschalten des nächsten Laders erneut ein Einbruch erfolgt.

Zur Steuerung des Zu- und Abschaltens der Abgasturbolader ist schon früher unter anderem der Ladeluftdruck selbst als Mass für die im Abgasstrom enthaltene Energie vorgeschlagen worden. Aufgrund des vorbeschriebenen Verlaufes des Ladeluftdruckes würde jedoch bei dem in der Einleitung beschriebenen Steuerschalter nach jeder Zuschaltung eines Abgasturboladers durch den Druckeinbruch sofort anschliessend wieder die Abschaltung erfolgen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dieses Wiederabschalten und die dadurch eingeleiteten dauernden Zu- und Abschaltungen zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Steuerschalter einen zweiten Steueranschluss für einen weiteren, von der Stellung des Schiebers abhängigen Steuerdruck aufweist, der auf eine zweite Steuerstirnfläche des Schiebers einwirkt.

Durch diese Massnahme wird mit geringem Aufwand das unerwünschte Abschalten des Abgasturboladers aufgrund des zwangsläufigen Druckeinbruches nach dem Zuschalten sicher vermieden.

Der weitere Steuerdruck kann bei abgeschaltetem Abgasturbolader gleichsinnig mit der Federkraft über die zweite Steuerstirnfläche auf den Schieber einwirken.

Der weitere Steuerdruck kann jedoch auch bei zugeschaltetem Abgasturbolader gleichsinnig mit dem auf die erste Steuerstirnfläche wirkenden Ladeluftdruck über die zweite Steuerstirnfläche auf den Schieber einwirken.

Der weitere Steuerdruck kann weiterhin von dem Schieber des Steuerschalters oder von der Betätigungseinrichtung gesteuert werden. Er kann auch vorteilhaft aus dem Ladeluftdruck gebildet werden, und er kann ausserdem einen Zylinder für einen Regelstangen-Anschlag in der Weise betätigen, dass die Regelstange der Kolbenbrennkraftmaschine bei abgeschaltetem Abgasturbolader nur einen Teil ihres Regelstangenweges zurücklegen kann.

Durch dieses Merkmal kann in einfacher Weise eine wirksame Startmengenbegrenzung bzw. Füllungsbegrenzung im unteren Drehzahlbereich erreicht werden.

Mehrere Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen :

Fig. 1 den Verlauf des Ladeluftdruckes einer Kolbenbrennkraftmaschine mit insgesamt drei Abgasturboladern, von denen zwei abschaltbar ausgebildet sind, über der Leistung der Kolbenbrennkraftmaschine aufgetragen;

Fig. 2 eine erfindungsgemässe Steuereinrichtung für die Zu- und Abschaltung eines Abgasturboladers mit Abgas- und Ladeluftklappen, Betätigungseinrichtung und Steuerschalter;

Fig. 3 schematische Darstellung des Steuerschalters mit gleichsinnig zur Federkraft wirkendem weiteren Steuerdruck;

Fig. 4 schematische Darstellung des Steuerschalters mit entgegen der Federkraft wirkendem weiteren Steuerdruck.

In Fig. 1 ist der Ladeluftdruck-Verlauf einer Kolbenbrennkraftmaschine mit drei Abgasturboladern über der Leistung der Kolbenbrennkraftmaschine aufgetragen.

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Im unteren Leistungsbereich, bis zum Erreichen einer Leistung 11, ist nur ein erster Abgasturbolader eingeschaltet. Der von ihm erzeugte Ladeluftdruck ist durch den Kurvenzug 12 dargestellt. Da diesem Abgasturbolader das gesamte Abgas der Kolbenbrennkraftmaschine zugeleitet wird, ist er bei Betrieb der Kolbenbrennkraftmaschine mit der Leistung 11 an seinem für den Betrieb mit allen drei Ladern bei Vollast ausgelegten Betriebspunkt angelangt. Dabei liefert er einen Ladeluftdruck 13.

Im mittleren Leistungsbereich, von der Leistung 11 bis zu einer Leistung 14, wird dem ersten ein zweiter Abgasturbolader parallel geschaltet. Der von beiden erzeugte Ladeluftdruck ist durch den Kurvenzug 15 dargestellt. Die beiden Lader liefern bei der Leistung 11 einen Ladeluftdruck 16 und bei der Leistung 14einen maximalen Ladeluftdruck 17. Im oberen Leistungsbereich, von der Leistung 14 bis zur Vollast 18, sind alle drei Abgasturbolader parallel zueinander geschaltet. Der von ihnen erzeugte Ladeluftdruck ist durch den Kurvenzug 19 dargestellt.

Der Gewinn nach Ladeluftdruck und damit auch an Ladeluftmenge durch die Abschaltung von Abgasturboladern im unteren Leistungsbereich geht aus dem Unterschied zwischen der Kurve 19 und den Kurven 12 bzw. 15 hervor. In diesem unteren Leistungsbereich können dadurch grössere Füllungen und damit höhere Drehmomente erzielt werden.

In Fig. 2 wird eine Abgasklappe 20 und eine Ladeluftklappe 21 eines nicht dargestellten Abgasturboladers von einer Betätigungseinrichtung 22 entsprechend den Bedürfnissen der Kolbenbrennkraftmaschine geöffnet oder geschlossen und damit der zugehörige Abgasturbolader zur Ladeluftförderung zu- bzw. abgeschaltet. Die Betätigungseinrichtung 22 wird über Leitungen 23 und 24 von einem Steuerschalter 25 gesteuert, der in einem Gehäuse 26 einen Schieber 27 aufweist, der durch die Kraft einer auf ihn einwirkenden Feder 28 in die dargestellte Stellung für das Abschalten des Abgasturboladers gedrückt wird. Als Arbeitsmittel für die Betätigungseinrichtung 22 und als erster Steuerdruck für den Steuerschalter 25 wird dem Steuerschalter der Ladeluftdruck der Kolbenbrennkraftmaschine über die Leitung 29 bzw. 30 zugeführt. Der Schieber 27 weist eine erste Steuerstirnfläche 31 auf, auf die der Ladeluftdruck als erster Steuerdruck entgegen der Kraft der Feder 28 einwirkt. Der Steuerschalter 25 weist einen zweiten Steueranschluss 36 auf für einen weiteren, von der Stellung des Schiebers 27 abhängigen Steuerdruck, der auf eine zweite Steuer-stirnfläche 32 des Schiebers 27 bei abgeschaltetem Abgasturbolader gleichsinnig mit der Kraft der Feder 28 auf den Schieber 27 einwirkt. Ein Regelstangenanschlag 35 wird ebenfalls vom weiteren Steuerdruck beaufschlagt. Damit ist die Einstellung der vollen Füllung an der Kolbenbrennkraftmaschine unterbunden, solange der Abgasturbolader noch nicht zugeschaltet ist. Der weitere Steuerdruck wird über ein Ventil 33 von der Betätigungseinrichtung 22 bei Öffnen der Abgas-und Ladeluftklappe 20 bzw. 21 durch einen Anschlag 34 abgeschaltet und entlastet.

Wie beschrieben, ist nach dem Start der Kolbenbrennkraftmaschine im Leerlauf und unteren Leistungsbereich nur ein erster Abgasturbolader im Betrieb. Die Zuschalteinrichtung für den zweiten, im mittleren Leistungsbereich parallel zum ersten arbeitenden Abgasturbolader weist die in Fig. 2 dargestellte Stellung auf. Mit steigender Leistung wächst entsprechend der Kurve 12 (Fig. 1) auch der Ladeluftdruck, der über die Leitung 30 auf die erste Steuerstirnfläche 31 des Schiebers 27 als erster Steuerdruck einwirkt, bis bei Erreichen des Ladeluftdruckes 13 die Kraft der Feder 28 und der auf die Steuerstirnfläche 32 wirkende weitere Steuerdruck überwunden und der Steuerschieber 27 in seine andere

Endlage gedrückt wird. Nun wird die Leitung 23 entlastet und die Betätigungseinrichtung 22 über die Leitung 24 mit Druck beaufschlagt. Dadurch wird die Abgasklappe 20 und die Ladeluftklappe 21 geöffnet und damit der zweite Abgasturbolader zugeschaltet. Gleichzeitig wird über das Ventil 33 der weitere Steuerdruck, der bisher auf die zweite Steuerstirnfläche 32 des Schiebers 27 einwirkte, abgestellt und entlastet. Durch diese Massnahme ist der auf die erste Steuerstirnfläche 31 wirkende Ladedruck in der Lage, auch bei einem Druckabfall auf den Ladeluftdruck 16, den Steuerschieber 27 gegen die Kraft der Feder 28 in der Zuschaltstellung festzuhalten, so dass die sofortige Wiederabschaltung des zweiten Abgasturboladers aufgrund des Ladeluftdruckabfalls vermieden wird. Bei weiterer Zunahme der Leistung steigt der Ladeluftdruck entsprechend der Kurve 15 bis zum Ladeluftdruck 17 an, bei dem über eine entsprechende weitere Steuereinrichtung die Zuschaltung des dritten Abgasturboladers in gleicher Weise, wie beschrieben, durchgeführt wird.

Bei Verringerung der Leistung der Kolbenbrennkraftmaschine, z.B. von der Leistung 14 auf die Leistung 11, sinkt der Ladeluftdruck entsprechend der Kurve 15. Wenn die Leistung noch weiter absinkt, fällt der Ladeluftdruck unter den Ladeluftdruck 16 und damit wird, unter Berücksichtigung einer zweckmässigen, das Pendeln durch Ab- und Zuschaltung vermeidenden Hysterese, das Abschalten des zweiten Abgasturboladers eingeleitet. Dies erfolgt dann, wenn die Kraft der Feder 28 den auf die erste Steuerstirnfläche 31 wirkenden Ladeluftdruck überwindet und den Schieber 27 in die gezeichnete Stellung für das Abschalten verschiebt. Dadurch wird die Leitung 24 entlastet und die Betätigungseinrichtung 22 durch den Druck in der Leitung 23 ebenfalls in die dargestellte Stellung gebracht. Dadurch werden Abgas- und Ladeluftklappen 20 bzw. 21 geschlossen. Gleichzeitig wirkt der weitere Steuerdruck über das Ventil 33 wieder auf die zweite Steuerstirnfläche 32, so dass der Schieber 27 auch nach Anwachsen des Ladeluftdruckes bis unter den Ladeluftdruck 13 seine Stellung nicht verändert.

Die Steuereinrichtung für das Zu- und Abschalten des dritten Abgasturboladers ist im Prinzip gleich ausgebildet, wie die vorstehend beschriebene Steuereinrichtung für den zweiten Abgasturbolader. Damit bei der Leistung 11 durch den Ladeluftdruck 13 jedoch nicht beide Steuereinrichtungen ansprechen, erfolgt die Zu- und Abschaltung des dritten Abgasturboladers bei etwas höheren Ladeluftdrücken. Die erziel baren Druckverhältnissean den Abgasturboladern kommen in der Praxis bei den entsprechenden Leistungen diesen Festlegungen entgegen. Die unterschiedlichen Ladeluftdrücke können bei den einzelnen Steuereinrichtungen, z.B. durch unterschiedliche Federn, berücksichtigt werden.

In Fig. 3 ist die Steuereinrichtung mit Steuerschalter 25 und Betätigungseinrichtung 22 gleich aufgebaut wie in Fig. 2 und weist dementsprechend die gleiche Wirkungsweise wie dort auf. Abweichend von Fig. 2 wird der weitere Steuerdruck vom Ladeluftdruck hinter dem Steuerschalter abgezweigt, so dass als weiterer Steuerdruck kein besonderer Druck notwendig ist und der weitere Steuerdruck vom Steuerschalter gesteuert wird. Der Regelstangenanschlag 35 wird ebenfalls vom weiteren Steuerdruck beaufschlagt.

Damit ist die Einstellung der vollen Füllung an der Kolbenbrennkraftmaschine unterbunden, solange der Abgasturbolader noch nicht zugeschaltet ist.

In Fig. 4 ist eine Steuereinrichtung mit ähnlichen Elementen wie in Fig. 3 dargestellt. Der weitere Steuerdruck wirkt jedoch bei zugeschaltetem Abgasturbolader entgegen der Kraft der Feder 28 gleichsinnig mit dem Ladeluftdruck auf den Steuerschalter 25 ein.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Steuereinrichtung für die Zu- und Abschaltung mindestens eines Abgasturboladers einer Kolbenbrennkraftmaschine mit einer Betätigungseinrichtung für eine Abgas- und Ladeluftleitungs-Absperrvorrichtung mit einem Steuerschalter, der einen ersten Steueranschluss für den Ladeluftdruck der Kolbenbrennkraftmaschine aufweist und dessen Schieberdas Arbeitsmittel für die Betätigungseinrichtung steuert, wobei der Schieber durch die Kraft einer Feder in die Stellung für das Abschalten gedrückt wird und der Ladeluftdruck der Kolbenbrennkraftmaschine entgegen der Federkraft auf eine erste Steuerstirnfläche des Schiebers einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschalter (25) einen zweiten Steueranschluss (36) für einen weiteren, von der Stellung des Schiebers (27) abhängigen Steuerdruck aufweist, der auf eine zweite Steuerstirnfläche (32) des Schiebers (27) einwirkt.

2. Steuereinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Steuerdruck bei abgeschaltetem Abgasturbolader gleichsinnig mit der Federkraft über die zweite Steuerstirnfläche (32) auf den Schieber (27) einwirkt.

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PATENTANSPRUCH E

3. Steuereinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Steuerdruck bei zugeschaltetem Abgasturbolader gleichsinnig mit dem auf die erste Steuerstirnfläche (31) wirkenden Ladeluftdruck über die zweite Steuerstirnfläche (32) auf den Schieber einwirkt.

4. Steuereinrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Steuerdruck von dem Schieber (27) des Steuerschalters (25) gesteuert wird.

5. Steuereinrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Steuerdruck von der Betätigungseinrichtung (22) gesteuert wird.

6. Steuereinrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Steuerdruck aus dem Ladeluftdruck gebildet wird.

7. Steuereinrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Steuerdruck ausserdem einen Zylinder für einen Regelstangen-Anschlag (35) in der Weise betätigt, dass die Regelstange der Kolbenbrennkraftmaschine bei abgeschaltetem Abgasturbolader nur einen Teil ihres Regelstangenweges zurücklegen kann.