DE1426076A1

DE1426076A1 - Einrichtung zur Steuerung eines durch die Abgase einer Brennkraftmaschine betriebenen Ladegeblaeses fuer diese Maschine

Info

Publication number: DE1426076A1
Application number: DE19621426076
Authority: DE
Inventors: Cholvin Robert Louis; Alexander Silver
Original assignee: Garrett Corp
Current assignee: Garrett Corp
Priority date: 1961-10-25
Filing date: 1962-10-25
Publication date: 1968-12-12
Also published as: ES281861A1; US3195805A; SE307700B; GB982047A

Description

9851—9951, Sepulveda Boulevard, Los Angeles 9, California, USA«

Einrichtung zur Steuerung eines durch die Abgase einer Brenn· kraftmaschine betriebenen Ladegebläses für diese Maschineβ

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Steuerung eines durch die Abgase einer Brennkraftmaschine betriebenen iadegebläses für diese Maschine und betrifft eine Einrichtung dieser Art, die mit einer Sicherheitsvorrichtung versehen ist_#

Gemäß einem Merkmal der Erfindung weist die erwähnte Steuerung««· einrichtung einen Ablaßkanal mit darin angeordnetem Ventil auf, durch das ein Teil der Abgase an der Turbine vorbeigeführt werden kann? dieses Ventil ist mittels einer Vorrichtung Steuer bar, die eine Kammer mit zwei einander gegenüberstehenden be wegliehen Wänden aufweist; beide dieser beweglichen Wand» stehen mit dem Ventil in Verbindung und die Aussenf lachen der Wand· sind einerseits dem Druck am Verdichtereinlaß und andererseits dem Druck am Verdichteraualaß ausgesetzt ι die beiden einander zugewandten flächen dieser Wände begrenzen einen Haum, der bis auf eine DrosselSffnung geschlossen ist, welche entweder dem Druck am VerdientereinlaS oder dem Druck am Verdichterauslaß ausgesetzt ist«

809812/0349

Die vorerwähnten beweglichen Wände werden zweckmässig aus je einer Membran gebildet; diese beiden Membranen stehen miteinander in Verbindung und diejenige Membran, deren Aussenfläche dem Druck im Verdienter~auslaß ausgesetzt ist, ist mit dem eingangs erwähnten Umgehungsventil verbunden.

Zweckmässig ist die wirksame Oberfläche derjenigen Membran, deren Aussenfläche dem im Verdichtereinlaß herrschenden Druck ausgesetzt ist, grosser als die Aussenflache der anderen Membran« Ein oder mehrere Federn können vorgesehen sein, die auf die be « weglichen Wandungen derart einwirken, daß sie bestrebt sind, das Ventil in die Schließstellung zu überführen*

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Einrichtung zur Steuerung des Umgehungsventils ein Gehäuse auf» das durch. ein P aar nachgiebiger Membranen in drei Kammern unterteilt ist. Die eine Kammer liegt zwischen den beiden Membranen und die andes?« ren beiden Kammern werden teilweise von den Aussenflächen der Membranen begrenzt. Der im Verdichtereinlaß herrschende Druck wird der zweiten Kammer zugeführt und der im Verdichterauslaß herrschende Druck der dritten Kammer« Zwischen der ersten und der zweiten Kammer ist eine Drosselöffnung vorgesehen» Die bei — den Membranen sind miteinander und mit dem Umgehungsventil der« art verbunden, daß sich das genannte Ventil schließt, wenn sioh die Membranen in einer Richtung bewegen, in das das Volumen der dritten Kammer verkleinert wird« Ein oder mehrere Federn die -· nen dazu* diese Bewegung zu bewirken« Die wirksame Oberfläche der ersten Membran ist grosser als die wirksame Oberfläche der zweiten Membran·

Die Grosse der Drosselöffmmg und ihre Anordnung kann gegebe nenfalls so gewählt sein« daß ein rascher Anstieg des Ladedruckes des Turboladers erreicht wird und eine rasche Reaktion beim Bros·» sein der Brennkraftmaschine entsteht« Die Geschwindigkeit des Druckanstieges kann sich nach den gewünschten Eigenschaften dex> Brennkraftmaschine richten« Findet diese Haschine also bei spieleweist in einem Automobil Anwendung! in welchem Falle eine sehr rasche Beschleunigung möglich sein muß, so kann der Broseel-

809812/0369 - 3 -

ein verhältnismässig kleiner Querschnitt gegeben wer *· den ι in diesem Falle wird die Steuereinrichtung bewirken, daß der Ladedruck sehr rasch, ansteigt und eich danach auf gleiche» Wert hält.

Die Einrichtung nawh der Erfindung let Jedoch nicht beschränkt auf die Verwendung einer Vorrichtung, bei weloher mit Hilfe ei ~ ner solchen Drosselvorrichtung ein rascher Anstieg des Lade -· drucke erhielt wird* Grundsätzlich let die Erfindung darin zu sehen» daß sie mit völliger Sicherheit arbeitet.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung g ehen aue der nachstehenden Beschreibung eines auf der Zeichnung veransehau ·» lichten AusgOhrungsbeispiels der neuen Einrichtung hervor·

Fig· 1 zeigt schematieoh eine gemäß der Erfindung ausgebildete Steuereinrichtung für ein Turboladegebläse.

Fig« 2 seigt In grösserem Maßstab und im Mittellängsschnitt die Vorrichtung zur Steuerung des Umgehungsventils.

Die alt einem Turbogebläse versehene Anlage 1 naoh Pig« I weist einen Verdichter 2 und ein« Turbine 3 auf« In der Verdichter ·» einlaßleitung 4 befindet si oh ein Drosselventil 5· Der Index Einlaßleitung 4 herrschende Druok wird mittels einer X*eitu*|g 7 der Verrichtung 7 but Steuerung des Umgehungsventils züge «» führt* Andererseits steht der Verdiohterauslaß über eine Leitung θ mit der erwähnten Steuerungsvorrichtung in Verbindung«

Die von dem Verdichter 2 gelieferte Ladeluft wird dem Ansaug « rohr 9 einer Brennkraftmaschine 10 zugeleitet, deren Auspuff «· gase duroh eine Leitung 11 der Turbine 5 zugeführt werden« Di· Turbine 5 wird also dureh die Auepuff gase der Brennkreft»asohiJie angetrieben« die Auspuffgase verlassen die Turbine durch eine Auslaßleitung 13«

809812/03Λ9

Mit dem Surbineneinlaß 15 ist eine Umgehungsleitung 14 verbun — den, in der sich ein Umgehungsventil 16 befindet« Dieses Ventil ist mittels der Vorrichtung 6 steuerbar· Wie noch su beschrei — ben sein wird, öffnet sich das Febenschlußventil 16 unter ge wissen Druckverhältnissen, so daß Auspuffgase von der Maschine 10 durch die Nebensohlußleitung 14 und die Abgasleitung 13 in die Atmosphäre übertreten können« Ist das Ventil 16 geöffnet, so stehen zum Antrieb der Turbine 3 aus den Auspuffgasen der Maschine geringere Energiemengen zur Verfügung· Auf diese Wei se lässt sich also die Umlaufgeschwindigkeit der Turbine 3 re geln# Die Umlaufgeschwindigkeit der Turbine 3 regelt anderer — seits den Betrieb des Verdichters 2 , da die Turbine unter Vermittlung einer Welle 12 den Verdichter 2 antreibt«

Beim Starten der Brennkraftmaschine bleibt das Webenschlußven — til 16 zunächst geschlossen, so daß die Turbine 3 rasch auf die gewünschte Betriebsgesohwindigkeit kommt. Infolgedessen kann der Verdichter auoh sehr rasch die erforderliche Druckluft liefern, die dem Ansaugrohr 9 der Brennkraftmaschine 10 zugeführt wird. Hat die Brennkraftmaschine 10 ihre normale Betriebsleistung erreicht, so wird über einen breiten Drehzahlbereich hinweg und auch bei schwankenden Drücken der Aussenluft ein optimales Druckverhältnis für die dem Ansaugrohr der Brennkraftmasohine zugeführt te luft aufrechterhalten«

Wie aus Fig· 2 zu erkennen ist, wird der am Verdiurhtereinlaß herrschende Druck durch die leitung 7 der oberen Seite der Steuervorrichtung 6 zugeführt? der am Verdichterauelafl herrschende Druck hingegen herrsoht wegen der Verbindung duroh die Leitung 8 auoh an der unteren Seite dar Steuervorrichtung. Diese Steuer« vorrichtung 6 weist zwei Membranen 17 und 1β auf, die an ihren Umfangen im Gehäuse 19 der Antriebsvorrichtung verankert sind« In der Mitte: sind die beiden Membranen durch ein bewegliches Halteglied 2o miteinander verbunden, das über «sine Stange 25 auf das Umgehungsventil 16 einwirktf die Stange 25 ragt durch die untere Wand 26 des Gehäuses. 19 hinduroh« Auf das Halt« ·» glied 20 wirken ?edern 21 und 22, deren obere Enden (?ig· 2) über einen am Deokel 23 des Gehäuses vorgesehenen Ansäte ge stülpt sindf die Pedem haben also das Bestreben, da· Halte -

809812/0349 ~⁵~

-glied 20 nach unten (Pig» 2) zu drücken« Der am Verdichterein -· laß herrschende Druck kann eioh auf beide Seiten der Membran 17 auswirken, da in dem Halteglied 20 eine Drosselöffnung 24 vor -gesehen ist» Unter stabilen Betriebsverhältnissen wird also auf die ©berseite de» Membran 18 der am Verdichtereinlaß herrsehen ~ de Druok und auf die Unterseite der Membran der am Verdichter — auslaß herrschende Druck einwirken*

Die Membran 17 ist die Hilfs~bzw_# Sicherheitsmembran für die Steuervorrichtung 6, wie sich nach aus der nachstehenden Be — Schreibung ergeben wird« Die Membran 18 dagegen bildet daa Hauptsteuerglied, auf das die Druckdifferenz einwirkt, die zwi -sehen dem Druck am Verdichtereinlafl und dem Druck am Verdichteraus· laß bestehtt auf diese Weise erfolgt innerhalb der Steuervor « richtung 6 eine Verstellung und damit eine Regellung der Stel -lung dee Umgehungeventile 16· Die duroh die Steuervorrichtung 6 aufrechterhaltenen Druckdifferenz - Bedingungen hängen also von der Binsteilung der federn 21 und 22 sowie von der Ausgestel — tung und den Plächengröseen der Membranen 17 und 18 ab« Das Ventil 16 wird entsprechend dem Verhältnis ?>Δρΐ verstellt, wobei 7 die von den Federn 21 und 22 ausgeübt· Kraft ist, die bestrebt ist, das Ventil 16 in die Sohlitßlage zu überführen« £± P ist die Druckdifferenz am Verdichter, di· auf die Membran 18 einwirkt! 1 ist der Flächenbereioh der Membran 1Θ, der dem Differenzdruok des Verdiohters ausgesetzt ist. Sollte di· Membran 18 infolg· Ermüdungserscheinungen, Materialzerstörung oder in -folge unzulässig hoher Drücke versagen, so übernimmt die Membran 17 di· Steuerung des Ventils 16» Das Ansprechen der Membran 17 auf die am Verdichter herrschend· Druckdifferenz wird nicht nennenswert duroh die Luft beeinflusst, die durch di· Drossel «* öffnung 24 hindurohtritty denn der Durohmesser dieser Drossel ~ öffnung 24 ist klein und der in den Verdiohtereinlaß entwei «· ohend· Druok aus dem Verdiohterauslaß ist unledeutend.

6 -

809812/0349

Da die Membran 17 eine grössere Wirkungsfläche hat als die Membran 18 , reicht schon eine geringere Druckdifferenz (/\ P) aus, um vermittels der Membran 17 der !Federkraft ]? entgegen zuwirken und damit das Febenschlußventil 16 zu öffnen. Sowohl das Drehmoment als auch die Leistung der Brennkraftmaschine 10 wird durch das öffnen des Ventils 16 entsprechend einem nied rigeren Differentialdruck am Verdichter beeinflusst, denn der Iruck der dem Einlaß 9 der Brennkraftmaschine zugeführten Luft sinkt« Auf diese Weise wird ein Versagen der Membran 18 sofort demjenigen, der die Brennkraftmaschine bedient, erkennbar»

Die von dem Verdichter 2 gelieferte Luft hat einen höheren Druck als die umgebende Luft* Bei der dargestellten Anordnung 1st überdies die vom Verdichter gelieferte Druckluft mit Brennstoff beladen, der von einem, auf der Zeichnung nicht veranschaulichten, jedoch in der Strömungsrichtung vor dem Verdichter 2 vorgesehenen Vergaser staamt· Da~ der am Terdichterauslaß harr sehend· Druck auoh auf der Unterseite der M_embran 18 herrscht und von dieser unteren Membranseite aus die Stange 25 nach aus« sen durch die ffehäusewand 26 hindurchragt, muß dafür gesorgt werden, daß nicht mit Brennstoff beladens Luft nach aussen entweicht* Das Heraustreten von Brennstoff aus der Steuerungsein·-« richtung 6 würde nicht nur di· Wirksamkeit der Brennkraftmaschine 10 betintrachtigen sondern würd· aueh die gefahr heraufbeschwören, daß sich der aus der Einrichtung 6 heraustretende Brennstoff ent« rundet und sin Peuer verursacht« Um sicherzustellen, daß kein Brtnnstoff aus der Einrichtung 6 nach aussen dringen kann, ist di· Stange 25 mit einer Axialbohrung 27 versehen, die in einen Kanal 28 mündet, der seinerseits mit einer Singnut 29 in Ver « bindung steht«

Brennst of fluftgemi seh, das vom Verdichter kommend an der Stange 25 entlang nach aussen entweichen wollt·, wird durch die Ring «" nut 29, den Kanal 28 und die Bohrung 27 in den Raum oberhalb der Keabran 17 geführt , in dem der gleiche Druck herrscht wie im Terdiohtereinlaß, Da dieser Druck im Verdichtereinlaß kleiner ist,

- 7 -809812/0349

als der Druck im Verdichterauslaß, wird das Brennstoffluftge misch, das an der Stange 25 zu entweionen bestrebt ist, durch
die Bohrung 27 in den Bereich niedrigeren Druckes auf der Oberseite der Membran 17 entweichen« Von aussen eindringende Luftr die das Bestreben haben sollte, längs der Stange 25 in die Ein* richtung 6 einzudringen, wird durch die Ringnut 29 aufgefangen und durch den Kanal 28 sowie die Bohrung 27 der oberen Seite
der Membran 17 zugeführt.

Pat entansprtiohe t

809812/0349

Claims

Patentanspruches

Einrichtung zur Steuerung eines durch Abgase einer Brenn ·- kraftmaschine betriebenen Ladegebläses für diese Maschine, ge kennzeichnet, durch einen mit einem Ventil ausgestatteten Heben·· kanal, durch den Auspuffgase um die Turbine herumgeführt werden können, wobei für das erwähnte Ventil eine Steuervorrichtung vorgesehen ist, die eine Kammer mit zwei einander gegenüberlie genden beweglichen Wänden aufweist, die beide mit dem Weben schlußventil in Verbindung stehen, wobei die Aussenseiten dieser Wandungen einerseits mit dem Verdichtereinlaß und andererseits mit dem Verdichterauslaß in Verbindung stehen und ihre einander zugewandten Flächen einen Raum begrenzen, der mit Ausnahme einer Drosselöffnung vollständig geschlossen ist, die entweder mit dem Verdicht er einlaß oder dem Verdichterauslaß in Verbindung steht«

2«) Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Wände aus je einer Membran bestehen und die beiden Membranen miteinander verbunden sind, wobei diejenige Membran, auf deren Aussenseite der am Verdivhterauslaß herrschende Druck einwirkt,mit dem Hebensohlußvöntil verbunden ist*

3·) Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wirksame Flächenbereich derjenigen Membran, auf deren Aussenf lache der am Verdichtereinlaß herrschende Druck einwirkt, grosser ist, als die Aussenfläche der anderen Membran«

4·) Einrichtung naoh »inem der vorauf gegangenen Anspruch·, da ~ durch gekennzeichnet, daß auf die beweglichen Wand· «in oder mehr·: rere Federn derart einwirken, daß sie bestrebt sind, daß Beben «· schlußventil in die Schließlag· zu führen« . ■- ·

5«) Einrichtung zur Steuerung eines durch Abgas· einer Bronn kraftmaschine betriebenen Ladegebläses für dies· Maschine, ge ~ kennzeichnet durch ein mittel« eines Paars nachgiebiger Membranen in drei Kammern unterteiltes Gehäuse, dessen ein· Kammer zwi sehen den beiden Membranen liegt, wahrend die anderen beiden Kammern, teilweise duroh di« Aussenseiten der ^eabranen begrent -.

800812/03*9

sind, wobei der am Einlaß.des Verdichters herrsollende Druck der zweiten Kammer und der am Auslaß herrschende Druck der dritten Kammer zugeleitet wird und zwischen der ersten und der zweiten Kammer eine Drosselöffnung vorgesehen Ifit \ die beiden Membranen sind miteinander und mit dem Hebenschluflventil verbunden und zwar derart, daß, wenn die Membranen sich in einer Richtung bewegen, bei der das Volumen der dritten Kammer verkleinert wird, das Ven · til geschlossen wird und zwar vermittels ein oder mehrerer auf das Ventil einwirkender Federn? die wirksame Oberfläche der ersten Membran ist bei dieser Anordnung grosser als die wirksame Oberfläche der zweiten Membran»

^gez- Lengner

Dipl.-Ing. KURT LENGNlR fateaUawalt

809812/0349