DE1034925B

DE1034925B - Kolbenbrennkraftmaschinenanlage und Verfahren zum Betrieb derselben

Info

Publication number: DE1034925B
Application number: DED23544A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing E H Friedrich Dipl-Ing
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1956-08-11
Filing date: 1956-08-11
Publication date: 1958-07-24

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Kolbenbrennkraftmaschinenanlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit Abgasturbine, Verstellsteuerung für die Ein- und Auslaßorgane der Kolbenbrennkraftmaschine und gegebenenfalls einer Getriebeverbindung zwischen der Abgasturbine, der Kurbelwelle und der Abtriebswelle der Anlage, und besteht im wesentlichen darin, daß bei sinkender Drehzahl der Abtriebswelle der Anlage die Steuerzeiten im Sinne einer größeren Beaufschlagung der Abgasturbine geändert werden.

Es ist eine Anlage mit Verstellsteuerung bekannt, bei der die Abgasturbine so über ein Zahnradgetriebe mit der Kurbelwelle und der Abtriebswelle der Anlage verbunden ist, daß das Drehmomentverhältnis zwischen der Kurbelwelle und der Abgasturbinenwelle stets konstant bleibt. Wird bei dieser bekannten Anlage die Abgasturbine durch Verstellen der Steuerung stärker beaufschlagt, so muß sie sich schneller drehen, womit auch eine schnellere Drehung der Abtriebswelle der bekannten Anlage verbunden ist. Im Gegensatz hierzu ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren einer größerenBeauf schlagung der Abgasturbine eine kleinere Drehzahl der Abtriebswelle der Anlage zugeordnet.

Hierdurch ist es möglich, bei der Regelung der von der gesamten Anlage nach außen abgegebenen Leistung die von der Abgasturbine abgegebene Leistung durch Verstellen der Steuerzeiten der Kolbenbrennkraftmaschine weitgehend konstant zu halten. Auf diese Weise wird über einen großen Bereich der abgegebenen Leistung der Gesamtanlage hinweg der Wirkungsgrad der Abgasturbine infolge der gleichmäßigen Beaufschlagung ganz oder fast ganz konstant gehalten, so daß die gesamte Anlage unter günstigen Umständen arbeitet.

Nach einem anderen Ausführungsbeispiel kann eine erfindungsgemäße Kolbenbrennkraftmaschinenanlage, bei der zwischen der Kurbelwelle und dem Verbindungsgetriebe mit der Abgasturbine ein Verstellgetriebe, ζ. B. ein hydraulischer Drehmomentenwandler, angeordnet ist, derart betrieben werden, daß zur Erzielung eines großen Drehmomentes bei niedrigen Drehzahlen des Abtriebs der Gesamtanlage, insbesondere beim Anfahren gegen einen großen Widerstand, das Verstellgetriebe auf eine sehr große Untersetzung bzw. auf völlige Trennung seiner An- und Abtriebswelle und die Verstellsteuerung im Sinne einer möglichst großen Energieübertragung der Abgase auf die Abgasturbine eingestellt wird. Hierdurch wird das bekannte Verhalten von Turbinen, bei geringen Drehzahlen bzw. Stillstand ein sehr großes Drehmoment abzugeben, in vorteilhafter Weise zur Entlastung des Getriebes zwischen der Kurbelwelle und dem Gesamtabtrieb ausgenutzt.

Kolbenbrennkraftmaschinenanlage
und Verfahren zum Betrieb derselben

Anmelder:

Daimler-Benz Aktiengesellschaft,
Stuttgart-Untertürkheini, Mercedesstr. 136

Dipl.-Ing. Dr.-Ing. e. h. Friedrich Nallinger, Stuttgart,
ist als Erfinder genannt worden

Die Abgasturbine einer erfindungsgemäßen Kolbenbrennkraftmaschinenanlage kann aber auch eine Ladevorrichtung, vorzugsweise einen Turbolader, antreiben.

Hierbei kann der Betrieb so gestaltet werden, daß zur Erzielung eines großen Drehmomentes bei niedrigen Drehzahlen der Kolbenbrennkraftmaschine die Verstellsteuerung im Sinne einer möglichst großen Energieübertragung der Abgase auf die Abgasturbine eingestellt wird. Es kann auf diese Weise wie im vorhergehenden Beispiel bei kleinen Drehzahlen ein verhältnismäßig großes Drehmoment erzielt werden, indem die bei üblicher Abgasturbinenaufladung auftretende starke Verminderung des Ladedrucks mit sinkender Drehzahl der Kolbenbrennkraftmaschine vermieden wird.

In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, bei der die Abgasturbine über ein Zahnradgetriebe mit der Kurbelwelle verbunden ist;

Fig. 2 zeigt eine im Prinzip ähnliche Anlage, bei der jedoch noch ein hydraulischer Drehmomentenwandler zwischen der Kurbelwelle und dem Verbindungsgetriebe mit der Abgasturbine angeordnet ist, und

Fig. 3 zeigt eine Anlage, bei der die Abgasturbine einen Turbolader antreibt.

Im Motorgehäuse 10 der Brennkraftmaschine befindet sich die Kurbelwelle 11, die über einen Trieb 12 mit der Nockenwelle 13 verbunden ist. Zwischen dem Trieb 12 und der Nockenwelle 13 befindet sich eine Verstellsteuerung 14, die es erlaubt, durch Betätigung des Hebels 15 die Winkelstellung der Nockenwelle 13 zu dem Trieb 12 bzw. zur Kurbelwelle 11 zu verändern.

Die Abgase der Kolbenbrennkraftmaschine gelangen über ein Abgassammeirohr 16 zu einer Abgasturbine 17 und von dieser durch ein Austrittsrohr 18 ins Freie.

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In der Ausführung nach Fig. 1 treibt die Welle 19 der Abgasturbine 17 über ein Zahnradritzel 20 und ein Zwischenrad 21 ein Zahnrad 22 an, das mit der vom Schwungrad 23 zum Abtriebsflansch 24 führenden Welle elastisch verbunden ist.

Will man, ausgehend von einem bestimmten Betriebszustand, die Abtriebsleistung bei 24 z. B. herabsetzen, so würde, wenn dies in üblicher Weise geschähe, durch entsprechende Abregelung der Kraftstoff- l)zw. Luftzufuhr für die Brennkraftmaschine die Abtriebsleistung sinken, wobei in einem gleichen oder ähnlichen Maße auch die Beaufschlagung der Abgasturbine 17. also die durch die Abgase der Turbine zugeführte Energie abnähme. Dies hätte ein Arbeiten der Turbine mit einem wesentlich schlechteren Wirkungsgrad zur Folge, da Strömungsmaschinen nur in einem verhältnismäßig engen Gebiet mit gutem Wirkungsgrad arbeiten. Erfindungsgemäß wird aber beim Abregeln der Gesamtleistung die Verstellsteuerung über den Hebel 15 so verstellt, daß infolge eines früheren öffnens der Auslaßventile Abgase von einem gegenüber dem bisherigen Betriebszustand möglichst wenig verminderten Energieinhalt zu der Turbine 17 gelangen. Die Turbine bleibt also trotz Leistungsverminderung der Gesamtanlage wenigstens annähernd konstant beaufschlagt und arbeitet daher weiterhin mit gutem Wirkungsgrad.

Die Anlage nach Fig. 2 ist ähnlich aufgebaut wie diejenige nach Fig. 1. Sie enthält jedoch zusätzlich einen hydraulischen Drehmomentenwandler 25, der durch Betätigung eines Hebels 26 auf verschiedene Übersetzungsverhältnisse bzw. auf vollkommene Trennung des An- und Abtriebs des Wandlers eingestellt werden kann. Der motorseitige Schaufelkranz ist mit dem Schwungrad 23 der Brennkraftmaschine verbunden. Ferner ist zwischen der Abgasturbine und dem Getriebe 20-21-22 eine mit Hilfe eines Hebels 27 zu betätigende Schaltkupplung angeordnet, um gegebenenfalls die Abgasturbine 17 von dem Abtrieb 24 vollkommen trennen zu können. Eine derartige Kupplung könnte natürlich auch bei den anderen Ausführungsbeispielen angebracht sein. Sie ist z. B. nützlich beim Bremsen eines Kraftfahrzeuges beim Bergabfahren mit Hilfe des Motors. Die Abgasturbine 17 wird hierbei nämlich immer noch von den Abgasen angetrieben und würde bei fehlender Entkupplung ein Drehmoment in Fahrtrichtung auf den Antrieb 24 übertragen.

Bei der Anlage nach Fig. 2 kann durch Betätigen der Verstellsteuerung 14 genau wie bei dem oben beschriebenen Beispiel nach Fig. 1 die Beaufschlagung der Abgasturbine 17 bei Änderung der an der Abtriebswelle bei 24 abgegebenen Gesamtleistung weitgehend konstant gehalten werden. Die Anlage bietet aber zusätzlich noch den Vorteil, daß man bei kleinen Drehzahlen des Abtriebs 24, also bei einer Einstellung des Getriebes 25 auf eine große Untersetzung, ein besonders großes Drehmoment auf den Abtrieb 24 auf die Weise erzielen kann, daß man durch Betätigen der Verstellsteuerung 14 der Abgasturbine 17 möglichst viel Energie zuführt, was sich dann bei langsam laufendem Turbinenrad, im Extremfall sogar bei Stillstand der Turbine, in Form eines sehr großen, von der Turbine auf den Abtrieb 24 ausgeübten Drehmomentes auswirkt.

In der Anlage nach Fig. 3 ist die Abgasturbine 17 nicht mechanisch mit dem Abtrieb 24 verbunden, sondern sie dient nur zum Antrieb des Turboladers 29, der die Verbrennungsluft durch einen Trichter 30 ansaugt und über eine Leitung 31 dem in der Zeichnung auf der abgekehrten Seite des Motors liegenden Einlaßsammelrohr 32 zuführt.

Auch bei dieser Anlage ist es möglich, bei niedrigen Drehzahlen des Abtriebs 24, die in diesem Falle auch niedrigen Drehzahlen der Kurbelwelle 11 entsprechen, ein verhältnismäßig hohes Drehmoment auf den Abtrieb 24 abzugeben, da man die Möglichkeit hat, in diesem Betriebszustand die Verstellsteuerung 14 so einzustellen, daß die Abgasturbine 17 sehr stark beaufschlagt wird und daß infolgedessen der Lader 29 dem Motor eine hochverdichtete Verbrennungsluft zuführt.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann z. B. für die Einlaß- und Auslaßventile der Kolbenbrennkraftmaschine je eine besondere Nockenwelle vorgesehen sein, wobei gegebenenfalls nur die Nockenwelle für die Auslaßventile verstellbar zu sein braucht.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Betrieb einer Kolbenbrennkraftmaschinenanlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit Abgasturbine, Verstellsteuerung der Kolbenbrennkraftmaschine und gegebenenfalls einer Getriebeverbindung zwischen der Abgasturbine, der Kurbelwelle und der Abtriebswelle der Anlage, dadurch gekennzeichnet, daß bei sinkender Drehzahl der Abtriebswelle der Anlage die Steuerzeiten im Sinne einer größeren Beaufschlagung der Abgasturbine geändert werden.

2. Kolbenbrennkraftmaschinenanlage, geeignet zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasturbine in einer Antriebsverbindung von gleichbleibender Übersetzung mit der Abtriebswelle der Anlage steht.

3. Kolbenbrennkraftmaschinenanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kurbelwelle und Abtriebswelle ein Verstellgetriebe, z. B. ein hydraulischer Drehmomentenwandler, angeordnet ist.

4. Kolbenbrennkraftmaschinenanlage nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasturbine von der Abtriebswelle abkuppelbar ist.

5. Kolbenbrennkraftmaschinenanlage, geeignet zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasturbine eine Ladevorrichtung, vorzugsweise einen Turbolader, antreibt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines großen Drehmomentes bei niedrigen Drehzahlen des Abtriebs der Gesamtanlage, insbesondere beim Anfahren gegen einen großen Widerstand, das Verstellgetriebe auf eine sehr große Untersetzung bzw. auf völlige Trennung seiner An- und Abtriebswelle und die Verstellsteuerung im Sinne einer möglichst großen Energieübertragung der Abgase auf die Abgasturbine eingestellt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift G9302Ia/46b² (bekanntgemacht am 15. 3. 1956);

britische Patentschrift Nr. 582 212;
USA.-Patentschrift Nr. 2 578028.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

® 809 578/54 7.58