DE19709879A1 - Steuervorrichtung für eine aufgeladene Brennkraftmaschine - Google Patents
Steuervorrichtung für eine aufgeladene BrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine aufgeladene Brennkraftmaschine gemäß dem Gat
tungsbegriff.
Aus DE 25 44 471 A1 ist eine aufgeladene Brennkraftmaschine bekannt, bei der zwei
Abgasturbolader in Reihe geschaltet sind. Beim Hochfahren der Brennkraftmaschine
durchläuft das von einem Abgaskrümmer kommende Abgas zunächst die erste Abgas
turbine des ersten Abgasturboladers. Anschließend durchströmt das Abgas die zweite
Abgasturbine des zweiten Abgasturboladers. Bei zunehmender Drehzahl der Brenn
kraftmaschine kann das Abgas regelbar mittels einer Steuervorrichtung an der ersten
Abgasturbine vorbei über einen Bypass direkt in die zweite Abgasturbine geleitet wer
den. Die Steuervorrichtung weist zu diesem Zweck drei Anschlüsse auf, wobei ein er
ster Anschluß die Verbindung mit dem Abgaskrümmer herstellt. Ein zweiter Anschluß
verbindet die Steuervorrichtung mit dem Eingang der ersten Abgasturbine und ein
dritter Anschluß verbindet Steuervorrichtung und Bypassleitung. Der Ausgang der er
sten Abgasturbine ist stets über einen Kanal mit dem Eingang der zweiten Abgastur
bine in Verbindung.
Ausgehend von einer Vorrichtung gemäß dem Gattungsbegriff liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde die Steuervorrichtung so zu gestalten, daß sie zusammen mit den
Abgasturboladern eine Einheit von möglichst geringem Bauvolumen bildet und die
Funktion einer Drosselklappe für die Motorbremse in die Steuervorrichtung integriert
ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspru
ches 1.
Durch den erfindungsgemäßen Drehschieber wird die Steuervorrichtung zusammen mit
den beiden Abgasturboladern zu einer organischen Einheit von relativ geringem Bau
volumen zusammengefaßt. Durch die kompakte Bauweise werden Strömungs- und
Enthalpieverluste minimiert. Durch Drehung des Kükens aus der Ausgangsstellung
wird die erste Abgasturbine umfahren und nur noch die zweite Abgasturbine für den
stationären Betrieb durchströmt. Eine weitere Drehung des Kükens versperrt den Weg
des Abgaskrümmers und wirkt somit als Drosselung im Motorbremsbetrieb, eine sepa
rate Drosselklappe entfällt.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung ist an Hand von
Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 eine Brennkraftmaschine mit Schaltkreis des Aufladesystems
Fig. 2 eine Ansicht des Aufladesystems mit Schnitt durch die Steuervor
richtung
Fig. 3 einen Längsschnitt III-III durch das Küken des Steuersystems
Fig. 4 Drehschieber mit Kanal zur Verbindung der Abgasturbinen
Fig. 5 eine detaillierte Darstellung einer radial wirkenden Dichtleiste
Fig. 6 endseitige Kolbenringe im Küken zur axialen Abdichtung
Fig. 7 bis 10 verschiedene Schaltstellungen des Kükens
Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit den getrennten Abgassträngen 2 und 3,
welche mittels eines doppelflutigen Abgasstutzens 4 mit einer Steuervorrichtung 5 ver
bunden sind. Die Steuervorrichtung 5 weist zudem einen ersten und zweiten Anschluß
6, 7 auf, wobei der erste Anschluß 6 zweiflutig mit einem Eingang 8 einer ersten Ab
gasturbine 9 des ersten Abgasturboladers 10 verbunden ist. Der zweite Anschluß 7 ist
wiederum zweiflutig mit einem Eingang 11 einer zweiten Abgasturbine 12 des zwei
ten Abgasturboladers 13 verbunden. Der Ausgang 14 der ersten Abgasturbine 9 ist di
rekt mittels eines Kanals 15 mit dem Eingang 11 der zweiten Abgasturbine 12 verbun
den.
In einer Ausgangsstellung der Steuervorrichtung 5 wird beim Hochfahren der Brenn
kraftmaschine 1 der Abgasstutzen 4 über den ersten Anschluß 6 mit dem Eingang 8 der
ersten Abgasturbine 9 verbunden. Über Kanal 15 strömt das Abgas anschließend
durch die zweite Abgasturbine 12.
Durch Umsteuerung der Steuervorrichtung 5 kann der Abgasstutzen 4 mit dem Ein
gang 11 der zweiten Abgasturbine 12 verbunden werden. Das Abgas umgeht die erste
Abgasturbine 9 und strömt direkt durch die zweite Abgasturbine 12. Die Umsteuerung
kann regelbar durchgeführt werden, so daß die erste Abgasturbine noch partiell beauf
schlagt wird und in der Drehzahl nicht abrupt abfällt, bevor die zweite Abgasturbine
12 hochfährt.
Die erfindungsgemäße Ausführung der Steuervorrichtung 5 als Drehschieber ist aus
Fig. 2 zu ersehen. Die Steuervorrichtung 5 besteht aus einem Gehäuse 16 mit angegos
senem zweiflutigen Abgasstutzen 4, welcher an die Abgasstränge 2, 3 der Brennkraft
maschine 1 (Fig. 1) angeschlossen ist. Das Gehäuse 16 weist ferner einen ersten und
zweiten Anschluß 6, 7 auf welche jeweils ebenfalls zweiflutig ausgeführt sind. Der
erste Anschluß 6 mündet in den Eingang 8 der ersten Abgasturbine 9, der zweite
Anschluß 7 ist mit dem Eingang 11 der zweiten Abgasturbine 12 verbunden.
Der Ausgang der ersten Abgasturbine ist über einen in Fig. 4 deutlich dargestellten
Kanal 15 direkt mit dem Eingang 11 der zweiten Abgasturbine 12 verbunden. Im Ge
häuse 16 ist ein Küken 17 drehbar gelagert, welches zwei Pfade 18, 19 aufweist. Diese
beiden Pfade 18, 19 gestatten die wahlweise Verbindung von Abgasstutzen 4 mit dem
ersten Anschluß 6, bzw. die Verbindung vom Abgasstutzen 4 mit dem zweiten An
schluß 7. Eine weitere Stellung des Kükens 17 versperrt bei Motorbremsung den Ab
gasstutzen 4. Das Küken 17 ist drehbar im Gehäuse 16 gelagert und weist zum Aus
gleich von thermisch bedingten Verformungen ein radiales Spiel zum Gehäuse 16 auf.
Die Abdichtung wird von radialen Dichtleisten 18 übernommen. Wie aus Fig. 2 deut
lich zu ersehen ist, bilden die Abgasturbinen 9, 12 zusammen mit der Steuervor
richtung 5 einen kompakte bauliche Einheit von geringstem Bauvolumen, welche un
mittelbar über die Abgasstränge 2, 3 an die Brennkraftmaschine 1 angeflanscht ist. Die
Strömungswege von den Abgassträngen 2, 3 zu den Abgasturbinen 9, 12 sind so kurz
als möglich gehalten, so daß Strömungsverluste und Enthalpieverluste durch
Abkühlung auf ein Minimum reduziert werden.
Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt III-III durch das Küken 17. Das Küken 17 enthält die
Pfade 18 und 19 die wieder doppelflutig ausgebildet sind. Die Dichtung auf dem Um
fang übernehmen radiale Dichtleisten 18a, von denen hier nur eine im Schnitt III-III zu
sehen ist. Die axiale Abdichtung erfolgt durch Kolbenringe 19a welche an den stirnsei
tigen Enden des Kükens 17 in Nuten liegend angeordnet sind. Eine detaillierte Darstel
lung der radialen Dichtleiste 18a und der Kolbenringe 19a geht aus den Fig. 5, 6
hervor. Die Drehung des Kükens 17 erfolgt von außen über die Welle 20, welche im
Gehäuse 16 (Fig. 2) gelagert ist.
Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht der Steuervorrichtung 5 mit Kanal 15. Ein Flansch 21 ist
mit dem nicht dargestellten Austritt der ersten Abgasturbine 9 und der Flansch 22 ist
mit dem Eingang 11 der zweiten Abgasturbine 12 verbunden ( Fig. 2). Die Welle 20,
welche drehfest mit dem Küken 17 des Drehschiebers verbunden ist kann von einem
Luftzylinder oder dergleichen angetrieben werden.
Die Fig. 5 und 6 stellen Formen der radialen, bzw. der axialen Abdichtung dar.
Nach Fig. 5 besteht zwischen dem Küken 17 und dem Gehäuse 16 ein radialer Spalt 23
um thermische Verformungen aufzufangen. Die Abdichtung bewerkstelligt eine radiale
Dichtleiste 18a. Diese besteht aus einem in Längsrichtung geschlitzten Rohr, welches
in eine axiale Bohrung im Küken 17 geschoben wird. Durch den Längsschlitz übt die
Dichtleiste eine Federwirkung aus, durch die die Dichtleiste 18a gegen die Innenwand
des Gehäuses gepreßt wird. Die Dichtleisten 18a sind gleichmäßig über den Umfang
verteilt angeordnet.
Fig. 6 zeigt im Schnitt VI-VI die axiale Abdichtung mittels Kolbenringen 19a, welche
in Nuten 24 im Küken 17 angeordnet sind. Wie in Fig. 3 dargestellt werden die Kol
benringe 19a an den stirnseitigen Enden des Kükens 17 angeordnet. Eine Dichtlei
ste 18a ist im Schnitt zu erkennen, sie ist in die Bohrung 25 eingeschoben.
Zur Funktionsweise wird auf die Fig. 7 bis 10 verwiesen, welche alle einen Schnitt
VII-VII nach Fig. 4 darstellen.
Nach Fig. 7 verbindet das Küken 17 den Abgasstutzen 4 über den Pfad 18 mit dem
Eingang 8 der ersten Abgasturbine 9 (Fig. 2). Der Ausgang der ersten Abgasturbine 9
ist mit Stutzen 21 verbunden der in den Kanal 15 mündet, wie in Fig. 4 dargestellt. Der
Weg vom Abgasstutzen 4 zum Eingang 11 in die zweite Abgasturbine 12 (Fig. 2 ) ist
durch das Küken 17 versperrt. Von der ersten Abgasturbine 9 gelangt das Abgas über
den Kanal 15 zum Eingang 11 der zweiten Abgasturbine 12. Beide Abgasturbinen 9,
12 sind somit in Reihe geschaltet.
Wird das Küken 17 in eine Position gedreht, wie sie in Fig. 8 dargestellt ist gelangt be
reits ein Teil des Abgases vom Abgasstutzen 4 über den Pfad 19 zum Eingang 11 der
zweiten Abgasturbine 12, während noch ein Teil des Abgases über Pfad 18 durch die
erste Abgasturbine 9 strömt. Diese Zwischenstellung nach Fig. 8 hat den Vorteil, daß
die erste Abgasturbine 9 nicht abrupt zurückfällt, solange Abgasturbine 12 im Hoch
fahren begriffen ist, andernfalls würde ein Leistungsabfall der Brennkraftmaschine 1
eintreten, verbunden mit einem unerwünschten Rußstoß.
In Fig. 9 ist die Umschaltung auf die zweite Abgasturbine 12 vollzogen. Der Abgas
stutzen 4 ist über den Pfad 19 direkt mit dem Eingang 11 der zweiten Abgasturbine 12
verbunden, während der Weg des Abgases über Pfad 18 versperrt ist. Das gesamte Ab
gas geht über die zweite Abgasturbine 12.
Bei Betätigung der Motorbremse schwenkt das Küken 17 in die aus Fig. 10 zu erse
hende Stellung und versperrt den Abgasstützen. Da nach Fig. 5 zwischen Küken 17
und Gehäuse 16 ein radialer Spalt 23 vorgesehen ist kann der Staudruck im Abgasstut
zen 4 während des Motorbremsbetriebes auf ein gewünschte Maß begrenzt werden.
Claims (2)
1. Steuervorrichtung für eine aufgeladene Brennkraftmaschine, bei der zwei
Abgasturbolader in Reihe geschaltet sind, und eine Steuervorrichtung einen
Abgaskrümmer der Brennkraftmaschine über einen ersten Anschluß mit dem
Eingang einer ersten Abgasturbine verbindet und der Ausgang der ersten
Abgasturbine über einen Kanal stets mit dem Eingang der zweiten Abgas
turbine verbunden ist und die Steuervorrichtung nach dem Umschalten den
Abgaskrümmer über einen zweiten Anschluß direkt mit dem Eingang der
zweiten Abgasturbine verbindet, wobei die erste Abgasturbine umfahren wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung 5 als ein aus Gehäuse 16
und Küken 17 bestehender Drehschieber ausgebildet ist, dessen Gehäuse 16
einen Abgasstutzen 4 und einen ersten und zweiten Anschluß 6, 7 aufweist,
sowie das Küken 17 zwei Pfade 18, 19 besitzt, wobei in Grundstellung der Ab
gasstutzen 4 über den ersten Pfad 18 mit dem ersten Anschluß 8 verbunden
und nach Drehung des Kükens 17 der Abgasstutzen 4 über den zweiten Pfad 19
mit dem zweiten Anschluß 7 verbunden ist, und daß nach weiterer Drehung des
Kükens 17 der Abgasstutzen 4 bis auf einen kleinen, vorbestimmten Quer
schnitt verschlossen wird.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Küken 17
an seinen Enden mittels Welle 20 drehbar im Gehäuse 16 gelagert ist, daß
zwischen Küken 17 und Gehäuse 16 radiales Spiel vorhanden ist und daß
über den äußeren Umfang des Kükens gleichmäßig verteilte Dichtleisten 18a
vorgesehen sind, welche gegen die Innenwand des Gehäuses 16 gepreßt werden,
und daß zur axialen Abdichtung an den stirnseitigen Enden des Kükens 17 in
Nuten liegende Kolbenringe 19a, vorgesehen sind.
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