DE19734065A1

DE19734065A1 - Turbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen

Info

Publication number: DE19734065A1
Application number: DE19734065A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Nagae; Kouichi Akita; Hisashi Ohki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-08-06
Filing date: 1997-08-06
Publication date: 1998-03-19
Anticipated expiration: 2017-08-07
Also published as: US5996347A; JPH1047070A; JP3090055B2; DE19734065B4

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Turbo lader vom Typ mit verstellbaren Düsen, der mit einer Viel zahl von Düsenschaufeln ausgestattet ist, deren Öffnungs grad verstellt werden kann, und in der Lage ist, die Spalt flächen der Turbinendüsen zu verändern, wenn die Motorab gase von den zwischen den Düsenschaufeln aus gebildeten Tur binendüsen zu einem Turbinenrotor geleitet werden.

Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen mit innerer Verbren nung bzw. Verbrennungsmotoren (die in der nachstehenden Be schreibung der Einfachheit halber als Motoren bezeichnet werden) können in normale Saugmotoren und Ladermotoren ein geteilt werden. In der jüngsten Zeit nimmt der Anteil der Ladermotoren jedoch zu. Die Ladervorrichtungen, die in der Praxis zur Anwendung kommen, beinhalten einen durch eine Abgasturbine angetriebenen Lader, der im allgemeinen als Turbolader bezeichnet wird, und einen mechanisch angetrie benen Lader, der im allgemeinen als Lader bezeichnet wird. Im Turbolader wird die Turbine durch die Energie der Abgase in eine Rotation versetzt; die angesaugte Luft wird durch einen direkt mit der Turbine in Verbindung stehenden Kom pressor verdichtet und dem Motor zugeführt. Der Turbolader motor ist normalerweise mit einem Ladedruckregelventil zur Umleitung eines Teils der in die Turbine strömenden Abgase versehen, um einen allzu hohen Anstieg des Ladedrucks zu verhindern.

Bei einer niedrigen Motordrehzahl ist die Strömungsrate der Abgase so gering, daß die Aufladung durch den Turbola der nicht ausreichend ist. Um dieses Problem zu lösen, wurde ein Turbolader entwickelt, bei dem die Spaltflächen der Turbinendüsen vermindert werden, um die dem Turbinenro tor verliehene kinetische Energie zu erhöhen. Der Turbola der vom Typ mit verstellbaren Düsen entspricht einem Lader von dem Typ, bei dem eine Vielzahl von Düsenschaufeln vor gesehen sind, deren Öffnungsgrad verändert werden kann, um die Spaltflächen der Turbinendüsen zu verstellen, wenn die Motorabgase von den zwischen den Düsenschaufeln ausgebilde ten Düsen zum Turbinenrotor geleitet werden.

Bei diesem Turbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen wird der Öffnungsgrad der Düsenschaufeln unter Verwendung eines Stellantriebs gesteuert, wofür bislang eine Vielzahl von Steuerungsverfahren vorgeschlagen wurden. Die unge prüfte japanische Gebrauchsmusteranmeldung (Kokai) Nr. 62- 137140 beispielsweise offenbart ein Verfahren, derzufolge der Öffnungsgrad der Düsenschaufeln während eines Betriebs bei niedriger Temperatur und Last minimiert wird, um die Spaltflächen der Turbinendüsen zu verkleinern, wodurch die Pumparbeit des Motors erhöht werden soll, um somit den Mo tor schnell warmlaufen zu lassen.

Das vorstehend erwähnte Verfahren dient dem schnellen Warmlaufen des Motors, wobei jedoch der Betrieb vom Beginn des Starts des Motors bis zur vollständigen Verbrennung nicht in ausreichend berücksichtigt wird, so daß die Wahr scheinlichkeit besteht, daß der nachstehend erwähnte Defekt auftritt. Gemäß dem vorstehend erwähnten bekannten Verfah ren wird der Stellantrieb so gesteuert, daß der Öffnungs grad der Düsenschaufeln, d. h. die Spaltflächen der Turbi nendüsen während des Kaltstartens, minimal werden. Bei Startbeginn ist die Strömungsrate der Abgase kleiner als nach dem Starten des Motors, wodurch der Abgasdruck (der Abgasgegendruck des Motors) niedrig ist. Wenn daher der Stellantrieb so gesteuert wird, daß der Öffnungsgrad der Düsenschaufeln beim Starten minimiert wird, sind die Spalt flächen der Turbinendüsen kleiner als die Spaltflächen wäh rend der Steuerung des Stellantriebs nach dem Starten des Motors. Als Ergebnis werden weniger Abgase ausgestoßen und eine nicht ausreichende Menge an Luft in die Brennkammer eingeleitet; d. h., daß ein extrem fetter oder kraftstoff reicher Zustand vorliegt, keine vollständige Verbrennung erreicht und der Motor unter Schwierigkeiten gestartet wird. Das vorstehend erwähnte Verfahren ist demnach so aus gestaltet, daß es im Betriebszustand bei niedriger Tempera tur und Last nach dem Starten des Motors erfolgt, was je doch dazu führt, daß der Abgasgegendruck des Motors beim Starten übermäßig ansteigt, was nicht von Vorteil ist.

Angesichts des vorstehend erwähnten Problems ist es nun eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Turbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen zu schaffen, der mit einer Steuerungseinrichtung ausgestattet ist, die in der Lage ist, die Startleistung eines Motors zu verbessern.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch einen Turbola der vom Typ mit verstellbaren Düsen gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 3 der vorliegenden Erfindung.

Um die vorstehend genannte Aufgabe gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zu lösen, wird ein Turbo lader vom Typ mit verstellbaren Düsen geschaffen, der mit einer Vielzahl von Düsenschaufeln ausgestattet ist, deren Öffnungsgrad verändert werden kann und dadurch die Spalt flächen der Turbinendüsen verändert werden können, wenn Mo torabgase von den zwischen den Düsenschaufeln ausgebildeten Turbinendüsen zu einem Turbinenrotor geleitet werden, mit:
einem Stellantrieb zum Einstellen des Öffnungsgrads der Düsenschaufeln,
einer ersten Steuerungseinrichtung, die den Stellan trieb so steuert, daß die Spaltflächen der Turbinendüsen für einen bestimmten Zeitraum ab dem Starten des Motors größer sind als eine minimale Spaltfläche, und
einer zweiten Steuerungseinrichtung, die den Stellan trieb so steuert, daß- die Spaltflächen der Turbinendüsen minimal werden, um das Warmlaufen des Motors zu fördern, wenn die Kühlwassertemperatur des Motors oder die Motorlast nach dem Vergehen des bestimmten Zeitraums kleiner ist als ein bestimmter Wert.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Turbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen gemäß des ersten Aspekts geschaffen, wobei im Stellantrieb ein Temperaturfühlbauteil vorgesehen ist, das den Betrieb des Stellantriebs einschränkt, wodurch der Öffnungsgrad der Dü senschaufeln derart begrenzt wird, daß er in einem bestimm ten Zeitraum ab dem Kaltstart des Motors aufgrund der Ver satzgröße des Temperaturfühlbauteils, das sich in einem Niedertemperaturzustand befindet, über einem bestimmten Öffnungsgrad bleibt.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Turbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen ge schaffen, der mit einer Vielzahl von Düsenschaufeln ausge stattet ist, deren Öffnungsgrad verändert werden kann und dadurch die Spaltflächen der Turbinendüsen verändert werden können, wenn Abgase von den zwischen den Düsenschaufeln ausgebildeten Turbinendüsen zu einem Turbinenrotor geleitet werden, und in dem eine Umleitung und ein Ladedruckregel ventil vorgesehen sind, wodurch ein Teil der Abgase die Turbine umgehen, mit:
einem Stellantrieb zum Einstellen des Öffnungsgrads der Düsenschaufeln,
einer ersten Steuerungseinrichtung, die das Ladedruck regelventil für einen bestimmten Zeitraum ab dem Starten des Motors öffnet, und
einer zweiten Steuerungseinrichtung, die den Stellan trieb so steuert, daß die Spaltflächen der Turbinendüsen minimal werden, um das Warmlaufen des Motors zu fördern, wenn die Kühlwassertemperatur des Motors oder die Motorlast nach dem Vergehen des bestimmten Zeitraums kleiner ist als ein bestimmter Wert.

Bei dem in der Weise aufgebauten Turbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen gemäß des ersten Aspekts der vorliegen den Erfindung wird der Stellantrieb durch die erste Steuer ungseinrichtung so gesteuert, daß die Spaltflächen der Tur binendüsen für einen bestimmten Zeitraum beim Starten des Motors größer sind als eine minimale Spaltfläche. Die Abga se können daher leicht ausgestoßen werden; des weiteren wird der Abgasdruck niedrig, so daß dementsprechend eine ausreichende Luftmenge in die Brennkammer gesaugt wird, was zu einer Verbesserung der Startleistung des Motors bei trägt. Bei dem Turbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die erste Steuerungseinrichtung in einfacher Weise durch ein Temperaturabfühlbauteil, wie z. B. einen Bimetallstreifen oder dergleichen, realisiert. Bei dem Turbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen gemäß dem dritten Aspekt der vor liegenden Erfindung wird derselbe Effekt in einfacher Weise durch eine Steuerung des Ladedruckregelventils, das vorge sehen ist, um den Ladedruck zu vermindern, erzielt, wobei der Öffnungsgrad der Düsenschaufeln nicht eingestellt wer den muß.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfin dung werden aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezug nahme auf die beigefügte Zeichnung ersichtlich, wobei

Fig. 1 eine Ansicht ist, die schematisch einen Motor zeigt, an den ein Abgasturbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfin dung angepaßt ist,

Fig. 2 eine Ansicht ist, die einen Abgasturbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen gemäß einer ersten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und einen die Steuerung des Öffnungsgrads der Düsenschaufeln betref fenden Abschnitt zeigt,

Fig. 3A, 3B und 3C Zeitschaubilder zur Erläuterung der Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform sind,

Fig. 4 eine Ansicht ist, die einen Abgasturbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen gemäß einer zweiten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und einen die Steuerung des Öffnungsgrads der Düsenschaufeln betreffenden Abschnitt zeigt,

Fig. 5A, 5B und 5C Zeitschaubilder zur Erläuterung der Steuerung gemäß der zweiten Ausführungsform sind,

Fig. 6 eine Ansicht ist, die einen Abgasturbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen gemäß einer dritten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und einen die Steuerung des Öffnungsgrads der Düsenschaufeln betreffenden Abschnitt zeigt,

Fig. 7A und 7B Ansichten zur Erläuterung des Betriebs eines Stellantriebs zur Unterstützung des Warmlaufvorgangs sind,

Fig. 8A, 8B und 8C Zeitschaubilder zur Erläuterung der Steuerung gemäß der dritten Ausführungsform sind,

Fig. 9 eine Ansicht ist, die einen Abgasturbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen gemäß einer vierten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und einen die Steuerung des Öffnungsgrads der Düsenschaufeln betreffenden Abschnitt zeigt,

Fig. 10A, 10B und 10C Zeitschaubilder zur Veranschauli chung der Betriebsweise eines Stoppers sind,

Fig. 11 eine Ansicht ist, die einen Abgasturbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen gemäß einer fünften Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und einen die Steuerung des Öffnungsgrads der Düsenschaufeln betreffenden Abschnitt zeigt,

Fig. 12A, 12B und 12C Zeitschaubilder zur Erläuterung der Steuerung gemäß der fünften Ausführungsform sind,

Fig. 13 eine Ansicht ist, die einen Abgasturbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen gemäß einer sechsten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und einen die Steuerung des Öffnungsgrads eines Ladeluftregel ventils betreffenden Abschnitt zeigt, und

Fig. 14A, 14B und 14C Zeitschaubilder zur Erläuterung der Steuerung gemäß der zweiten Ausführungsform sind.

Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben.

Fig. 1 ist eine Ansicht, die schematisch einen Motor zeigt, an den ein Abgasturbolader 30 vom Typ mit verstell baren Düsen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angepaßt ist. Die für die Verbrennung im Motor erforderliche Luft wird durch einen Luftfilter 1 gereinigt, durch einen Kompressor 32 im Abgasturbolader 30 verdichtet, durch einen Ladeluftkühler 2 gekühlt und durch einen An saugkrümmer 3 an die Zylinder eines Motorblocks 4 verteilt. Die in den Zylindern produzierten Abgase werden in einem Abgaskrümmer 5 gesammelt, durch eine Turbine 34 im Turbola der 30 geleitet und schließlich durch einen katalytischen Konverter bzw. Abgaskatalysator 6 gereinigt und ausgesto ßen. Um eine übermäßige Aufladung durch den Abgasturbolader 30 zu verhindern, sind eine Abgasumleitung 7 und ein Waste gate- bzw. Ladeluftregelventil 8 (WGV) vorgesehen, wodurch die Abgase die Turbine 34 umgehen können. Das Ladeluftre gelventil 8 wird durch einen Stellantrieb 90 für das WGV geöffnet und-geschlossen. Zum Starten des Motors wird ein Starter 9 verwendet.

In der Turbine 34 des Abgasturboladers 30 wird ein Tur binenrotor 35 (oft auch als Turbinenrad oder als Turbinen schaufeln bezeichnet) durch die Abgase in eine Rotation versetzt. Kompressorschaufeln 33 stehen durch eine Welle 31 mit dem Turbinenrotor 35 in Verbindung und rotieren mit dem Turbinenrotor 35, um die Ansaugluft zu verdichten′ d. h., um eine Aufladeung zu erzeugen. Wie es später noch ausführlich beschrieben wird, ist die Turbine 34 mit einer Vielzahl von Düsenschaufeln 36 (NV) versehen, deren Öffnungsgrad ver stellt und dadurch der Flächeninhalt der zwischen den Dü senschaufeln ausgebildeten Turbinendüsen verändert werden kann. Der Öffnungsgrad der Düsenschaufeln 36 wird durch ei nen Stellantrieb 40 für die NV eingestellt.

Eine Steuerung 10 empfängt Signale von einem An sauglufttemperatursensor 21, einem Motorkühlmitteltempera tursensor 22, einem Motordrehzahlsensor 23 und einem Motor lastsensor 24 und erfaßt in Abhängigkeit von diesen Signa len eine Ansauglufttemperatur THA, eine Kühlwassertempera tur THW, eine Motordrehzahl NE und eine Motorlast LD. In Abhängigkeit von den erfaßten Daten steuert die Steuerung 10 den Stellantrieb 40 für die NV und den Stellantrieb 60 für das WGV.

Wie es vorstehend beschrieben ist, soll die vorliegende Erfindung einen Abgasturbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen schaffen, der mit einer Steuerungseinrichtung ausge stattet ist, die in der Lage ist, die Startleistung des Mo tors zu erhöhen. Zu diesem Zweck wird gemäß der vorliegen den Erfindung eine Anordnung verwendet, wodurch der Rück druck bzw. Abgasgegendruck des Motors beim Starten dessel ben vorübergehend vermindert wird. Anhand von sechs Ausfüh rungsformen wird im folgenden die Einrichtung zum vorüber gehenden Vermindern des Abgasgegendrucks des Motors aus führlich beschrieben.

Fig. 2 ist eine Ansicht, die den Abgasturbolader 30 vom Typ mit verstellbaren Düsen gemäß einer ersten Ausführungs form veranschaulicht, und zeigt einen die Steuerung des Öffnungsgrads der Düsenschaufeln 36 betreffenden Abschnitt. Eine Vielzahl von verstellbaren Düsenschaufeln 36, deren Öffnungsgrad verändert werden kann, sind im Gaskanal im Turbineneinlaß vorgesehen, um die Abgase zum Turbinenrotor 35 zu leiten. Der Öffnungsgrad der Düsenschaufeln 36 wird eingestellt, indem ein Verstellring 38 über ein Gelenk 39 verdreht wird, das an eine Stange 48 des Stellantriebs 40 für die NV gekoppelt ist.

Wenn die Stange 48 in Fig. 2 nach links betätigt wird, drehen sich die Düsenschaufeln 36 um die Stifte 37 als Zen tren im Gegenuhrzeigersinn, was zu einer Erhöhung des Öff nungsgrads und einem Anstieg des Flächeninhalts der zwi schen den Düsenschaufeln ausgebildeten Turbinendüsen führt. Wenn die Stange 48 andererseits nach rechts betätigt wird, drehen sich die Düsenschaufeln um die Stifte 37 als Zentren im Uhrzeigersinn, was zu einer Verringerung des Öffnungs grads und einer Abnahme des Flächeninhalts der zwischen den Düsenschaufeln ausgebildeten Turbinendüsen führt.

Im Stellantrieb 40 ist eine durch eine Membran 41 ge teilte Membrankammer 42 ausgebildet. Die Stange 48 steht mit der Membran 41 in Verbindung. Des weiteren übt eine Fe der 43 auf die Membran 41 einen Druck in die Richtung zum Schließen der Düsenschaufeln 36 aus.

Eine Einlaßöffnung 44 der Membrankammer 42 ist an ein Unterdruckregelventil 50 (das hierin nachstehend als VRV bezeichnet wird) angeschlossen, das mit einer Unterdruck pumpe 50 in Verbindung steht, die eine Unterdruckquelle ist. Das VRV 50 steht ferner mit der Steuerung 10 in Ver bindung. Im Ansprechen auf ein Signal von der Steuerung 10, stellt das VRV 50 den Druck unter Verwendung eines Unter drucks von der Unterdruckpumpe 52 und des Atmosphärendrucks durch einen Umgebungsluftanschluß 51 ein und leitet den Druck in die Membrankammer 42 ein. In dieser Ausführungs form wird der Öffnungsgrad der Düsenschaufeln minimal, wenn der Atmosphärendruck in die Membrankammer 42 eingeleitet wird, woraufhin die Spaltflächen der Turbinendüsen zwischen den Düsenschaufeln minimal werden. In anderen Worten ausge drückt entsprechen die verstellbaren Düsen dieser Ausfüh rungsform dem normalerweise geschlossenen Typ.

Wie es vorstehend beschrieben ist, sind an die Steue rung 10 der Ansauglufttemperatursensor 21, der Motorkühl mitteltemperatursensor 22, der Motordrehzahlsensor 23 und der Motorlastsensor 24 angeschlossen. In Abhängigkeit von diesen Signalen steuert die Steuerung 10 den Öffnungsgrad der Düsenschaufeln 36, d. h. die Spaltflächen der Turbinen düsen. Unter Bezugnahme auf die Zeitschaubilder der Fig. 3A, 3B und 3C wird nachstehend der Steuerungsbetrieb be schrieben.

Nun sei auf Fig. 3A, 3B und 3C Bezug genommen; vor ei nem Zeitpunkt t₀, d. h., wenn sich der Motor in der Ruhe stellung befindet, ist die Motordrehzahl NE 0, die Turbi nendüsenspaltfläche AREA minimal (da die Vorrichtung dem normalerweise geschlossenen Typ entspricht) und die Motor kühlmitteltemperatur THW niedrig. Am Zeitpunkt t₀, an dem der Zündschalter eingeschaltet wird, um den Motor zu star ten, d. h., bei Beginn des Startens durch den Starter 9, steigt die Motordrehzahl NE an und erreicht am Zeitpunkt t₂ eine Startdrehzahl.

Am Zeitpunkt t₀ steuert die Steuerung 10 den Stellan trieb 40 über das VRV 50 so, daß die Turbinendüsenspaltflä che AREA einen bestimmten Spalt flächenwert zum Starten ein nimmt, der größer ist als der minimale Wert. Die Turbinen düsenspaltfläche AREA steigt daher mit einer Erhöhung des Unterdrucks der Unterdruckpumpe 52 an und erreicht am Zeit punkt t₁ den Öffnungsgrad zum Starten. Durch die vorstehend beschriebene Steuerung können die Abgase leicht durch die Turbine strömen, wodurch der Druck der Abgase (der Abgasge gendruck des Motors) abnimmt und infolgedessen genügend Luft in die Brennkammern gesaugt wird, was zu einer Steige rung der Startleistung des Motors beiträgt.

Am Zeitpunkt t₃ beginnt die eigene Rotation des Motors; die Motordrehzahl NE geht über die Startdrehzahl hinaus und erreicht am Zeitpunkt t₄ die Leerlaufdrehzahl. Die Steue rung 10 bestätigt, daß die Kühlwassertemperatur THW an je dem Zeitpunkt vom Zeitpunkt t₃ bis zu einem Zeitpunkt t₅ dem Zeitpunkt nach dem Vergehen eines bestimmten Zeitraums ab dem Zeitpunkt t₄) niedrig ist und minimiert die Turbi nendüsenspaltfläche AREA, um das Warmlaufen des Motors zu fördern. Dies kann auch durch Einbeziehung der Ansaugluft temperatur THA oder der Motorlast LD anstelle der Motor kühlmitteltemperatur THW erfolgen. Dabei steigen die Motor drehzahl NE und der Rückdruck bzw. Abgasgegendruck an. Da her werden die Düsenschaufeln 36 selbst dann, wenn an den Stellantrieb für die NV ein Anweisungssignal zur Minimie rung des Öffnungsgrads der Düsenschaufeln ausgegeben wird, bis zu einem gewissen Grad geöffnet, so daß der Motor nicht zum Stillstand kommt. Bei der vorstehend beschriebenen Mi nimierung der Turbinendüsenspaltfläche AREA steigt die Pum parbeit des Motors an, wodurch infolgedessen der Motor schnell warmläuft.

An einem Zeitpunkt t₆, an dem die Kühlmitteltemperatur THW einen bestimmten Bezugswert TR erreicht hat, bestimmt die Steuerung anschließend, daß der Motor warmgelaufen ist, und beginnt mit der Steuerung der Turbinendüsenspaltfläche AREA, d. h. mit der Steuerung des Öffnungsgrads der Düsen schaufeln, in Abhängigkeit von der Motorlast LD und der Mo tordrehzahl NE.

Fig. 4 ist eine Ansicht des Turboladers vom Typ mit verstellbaren Düsen gemäß einer zweiten Ausführungsform und zeigt einen die Steuerung des Öffnungsgrads der Düsenschau feln 36 betreffenden Abschnitt; die Fig. 5A, 5B und 5C sind Zeitschaubilder zur Erläuterung der Steuerung gemäß der zweiten Ausführungsform. Nachstehend werden nur die Unter schiede zur ersten ersten Ausführungsform beschrieben. In der zweiten Ausführungsform steht neben der Unterdruckpumpe 52 über ein Unterdruckschaltventil 54 (das hierin nachste hend als VSV bezeichnet wird) eine weitere, separate Unter druckpumpe 53 an den Einlaßanschluß 44 mit der Membrankam mer 42 des Stellantriebs 40 für die NV in Verbindung. Gleichzeitig mit dem Starten des Motors wird daher ein Un terdruck geliefert, wodurch die Turbinendüsenspaltfläche AREA bereits am Zeitpunkt t₀, wie es in Fig. 5B gezeigt ist, die Spaltfläche zum Starten einnimmt.

Fig. 6 ist eine Ansicht, die den Turbolader 30 vom Typ mit verstellbaren Düsen gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht, und zeigt einen die Steuerung des Öff nungsgrads der Düsenschaufeln 36 betreffenden Abschnitt. Gemäß der dritten Ausführungsform ist hinter dem Stellan trieb 40 für die NV ein Stellantrieb 60 zur Unterstützung des Warmlaufens angeordnet. Eine Stange 61 des Stellan triebs 60 zur Unterstützung des Warmlaufens erstreckt sich in den Stellantrieb 40 für die NV und ist durch eine Druck abdichtung 62 abgedichtet. Ein Stift 63 der Stange 61 ist in einer mit der Membran 41 des Stellantriebs 40 für die NV gekoppelten Führung 64 eingesetzt.

Ein VSV 70 steht mit einem Einlaßanschluß 66 einer Mem brankammer 65 des Stellantriebs 60 zur Unterstützung des Warmlaufens in Verbindung und desweiteren mit einem anderen VSV 71, das an die Unterdruckpumpe 52 angeschlossen ist und mit einem Ladedruck in Verbindung steht (d. h. einem An saugladedruck). Vor dem Start des Motors wird, wie es in Fig. 7A gezeigt ist, vom VSV 70 kein Unterdruck geliefert; die Stange 61 wird durch eine Feder 67 des Stellantriebs 60 zur Unterstützung des Warmlaufens nach links gedrückt, wo durch die Membran 41 des Stellantriebs 40 für die NV eben falls nach links gedrückt wird, so daß die Düsenschaufeln bis zu einem gewissen Grad geöffnet sind, wie es in Fig. 8B gezeigt ist. Dies ermöglicht eine Verminderung des Rück drucks bzw. Abgasgegendrucks des Motors beim Starten. Wäh rend des Warmlaufens wird, wie es in Fig. 8D gezeigt ist, der Stellantrieb 60 zur Unterstützung des Warmlaufens mit einem Unterdruck vom VSV 70 versorgt und der Bewegungsbe reich des Stellantriebs 40 für die NV, wie es in Fig. 7B gezeigt ist, vergrößert, um den Öffnungsgrad der Düsen schaufeln, d. h. die Turbinendüsenspaltflächen, minimieren zu können. In dieser Ausführungsform kann zu dem Zweck, ei ne Situation auszuschließen, in der der Öffnungsgrad der Düsenschaufeln auf einem minimalen Wert fest ist, wenn der Stellantrieb 40 für die NV (aufgrund einer Membranbeschädi gung) ausfällt, die Membrankammer 65 mit dem Ladedruck be aufschlagt werden.

Fig. 9 ist eine Ansicht, die ,den Turbolader 30 vom Typ mit verstellbaren Düsen gemäß einer vierten Ausführungsform veranschaulicht, und zeigt einen die Steuerung des Öff nungsgrads der Düsenschaufeln 36 betreffenden Abschnitt. Gemäß der vierten Ausführungsform arbeitet, wie es in Fig. 9 gezeigt ist, ein Stopper 80 auf dem Verstellring 38. Ein Bimetallstreifen 82 ist über einen Stift 81 am Stopper 80 befestigt. Der Bimetallstreifen 82 ist an seinen beiden En den am Turbinengehäuse gesichert (was nicht dargestellt ist). Wie es in Fig. 10A gezeigt ist, wird der Stopper 80 bei einer niedrigen Temperatur in einen Eingriff mit dem Verstellring 38 bewegt, so daß der Öffnungsgrad der Düsen schaufeln größer als ein bestimmter Wert ist. Daher sind die Turbinendüsen bis zu einem gewissen Grad geöffnet; des weiteren wird verhindert, daß der Abgasgegendruck des Mo tors ansteigt, wodurch die Startleistung des Motors gestei gert wird. Nach dem Starten des Motors und einem Anstieg der Temperatur des Turbinengehäuses bis zu einem gewissen Grad biegt sich der Bimetallstreifen 82, wie es in Fig. 10B gezeigt ist, wobei der Stopper 80 außer Eingriff bewegt wird. Um das Warmlaufen zu fördern, wird der Öffnungsgrad der Düsenschaufeln, d. h. die Turbinendüsenspaltflächen, so mit minimiert.

Fig. 11 ist eine Ansicht die den Turbolader 30 vom Typ mit herstellbaren Düsen gemäß einer fünften Ausführungsform veranschaulicht, und einen die Steuerung des Öffnungsgrads der Düsenschaufeln 36 betreffenden Abschnitt zeigt. In der fünften Ausführungsform sind die Membrankammer 42 und die Feder 43 in der Zeichnung rechts angeordnet. D.h., daß der Turbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen dem normaler weise offenen Typ entspricht und seine Steuerung sich von der der ersten Ausführungsform nur darin unterscheidet, daß die Turbinendüsenspaltfläche AREA zunächst maximal ist, wie es in den Zeitschaubildern 12A, 12B und 12C gezeigt ist.

Fig. 13 ist eine Ansicht, die den Turbolader 30 vom Typ mit verstellbaren Düsen gemäß einer sechsten Ausführungs form veranschaulicht, und zeigt einen die Steuerung des Öffnungsgrads des Ladedruckregelventils 8 betreffenden Ab schnitt. In den ersten bis fünften Ausführungsformen wird/ist die Turbinendüsenspaltfläche auf einen Wert zum Starten eingestellt, wobei die Spaltfläche größer ist als eine minimale Spaltfläche, um den Rückdruck bzw. Abgasge gendruck des Motors zu vermindern und die Startleistung zu steigern. In der sechsten Ausführungsform können die Abgase andererseits die Turbine teilweise umgehen, um den Abgasge gendruck des Motors zu vermindern.

Nun sei auf Fig. 13 Bezug genommen; ein Stellantrieb 90 für das WGV für die Steuerung des Ladedruckregelventils 8 ist mit einer Unterdruckkammer 91 versehen, an die eine Un terdruckpumpe 52 über ein VSV 95 angeschlossen ist. Das La dedruckregelventil 8 ist normalerweise durch die Kraft ei ner Feder 92 geschlossen, wird aber beim Einleiten eines Unterdrucks in die Unterdruckkammer 91 geöffnet, so daß die Abgase freigesetzt werden. Gemäß dieser Ausführungsform wird, wie es in den Fig. 14A, 14B, 14C und 14D gezeigt ist, das Ladedruckregelventil 8 unmittelbar nach dem Start des Motors bis zur Eigenrotation des Motors geöffnet, wodurch die selben Effekte wie mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erzielt werden.

Gemäß der vorstehend beschriebenen Erfindung wird ein Turbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen vorgesehen, der mit einer Einrichtung ausgestattet ist, die dazu dient, den Rückdruck bzw. Abgasgegendruck des Motors beim Starten des selben vorübergehend zu vermindern, um die Startleistung des Motors zu steigern.

Die Erfindung kann ferner in anderen spezifischen Aus führungsformen ausgeführt werden, ohne vom Wesen der Erfin dung oder deren charakteristischen Eigenschaften abzuwei chen. Die vorliegenden Ausführungsformen sollen daher als veranschaulichend und nicht einschränkend verstanden wer den, wobei der Umfang der Erfindung insbesondere in den beigefügten Ansprüchen definiert ist; ferner sollen alle Änderungen, die naheliegend sind und in den Äquivalenzbe reich der Ansprüche fallen, hierin enthalten sein.

Die Erfindung betrifft somit einen Abgasturbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen, der den Abgasgegendruck des Motors beim Starten desselben vorübergehend vermindern kann. Der Turbolader ist mit einer Vielzahl von Düsenschau feln ausgestattet, deren Öffnungsgrad verändert werden kann und dadurch die Spaltflächen der Turbinendüsen verändert werden können, während Motorabgase von den zwischen den Dü senschaufeln ausgebildeten Turbinendüsen zu einem Turbinen rotor geleitet werden. Ein Stellantrieb, der den Öffnungs grad der Düsenschaufeln einstellt, wird so gesteuert, daß die Spaltflächen der Turbinendüsen für einen bestimmten Zeitraum ab dem Starten des Motors größer sind als eine mi nimale Spaltfläche und nach dem Vergehen des bestimmten Zeitraums minimal werden, um das Warmlaufen des Motors zu fördern, wenn die Kühlwassertemperatur des Motors oder die Motorlast kleiner ist als ein bestimmter Wert.

Claims

1. Turbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen, der mit einer Vielzahl von Düsenschaufeln ausgestattet ist, deren Öffnungsgrad verändert werden kann und dadurch die Spalt flächen der Turbinendüsen verändert werden können, wenn Mo torabgase von den zwischen den Düsenschaufeln ausgebildeten Turbinendüsen zu einem Turbinenrotor geleitet werden, mit:
einem Stellantrieb zum Einstellen des Öffnungsgrads der Düsenschaufeln,
einer ersten Steuerungseinrichtung, um den Stellantrieb so zu steuern, daß die Spaltflächen der Turbinendüsen für einen bestimmten Zeitraum ab dem Starten des Motors größer sind als eine minimale Spaltfläche, und
einer zweiten Steuerungseinrichtung, um den Stellan trieb so zu steuern, daß die Spaltflächen der Turbinendüsen minimal werden, um das Warmlaufen des Motors zu fördern, wenn die Kühlwassertemperatur des Motors oder die Motorlast nach dem Vergehen des bestimmten Zeitraums kleiner ist als ein bestimmter Wert.

2. Turbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen nach An spruch 1, wobei im Stellantrieb ein Temperaturfühlbauteil vorgesehen ist, das den Betrieb des Stellantriebs ein schränkt, wodurch der Öffnungsgrad der Düsenschaufeln der art begrenzt wird, daß er in einem bestimmten Zeitraum ab dem Kaltstart des Motors aufgrund der Versatzgröße des Tem peraturfühlbauteils, das sich in einem Niedertemperaturzu stand befindet, über einem bestimmten Öffnungsgrad bleibt.

3. Turbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen, der mit einer Vielzahl von Düsenschaufeln ausgestattet ist, deren Öffnungsgrad verändert werden kann und dadurch die Spalt flächen der Turbinendüsen verändert werden können, wenn Ab gase von den zwischen den Düsenschaufeln ausgebildeten Tur binendüsen zu einem Turbinenrotor geleitet werden, und in dem eine Umleitung und ein Ladedruckregelventil vorgesehen sind, wodurch ein Teil der Abgase die Turbine umgehen, mit:
einem Stellantrieb zum Einstellen des Öffnungsgrads der Düsenschaufeln,
einer ersten Steuerungseinrichtung, um das Ladedruckre gelventil für einen bestimmten Zeitraum ab dem Starten des Motors zu öffnen, und
einer zweiten Steuerungseinrichtung, um den Stellantrieb so zu steuern, daß die Spaltflächen der Turbinendüsen minimal werden, um das Warmlaufen des Motors zu fördern, wenn die Kühlwassertemperatur des Motors oder die Motorlast nach dem Vergehen des bestimmten Zeitraums kleiner ist als ein be stimmter Wert.