DE19734065B4 - Turbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen - Google Patents

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Abstract

Turbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen, mit:
einer Einrichtung (36; 7, 8) zum Einstellen einer Strömung von Abgasen von einem Motor zu einem Turbinenrotor (35);
einem Stellantrieb (40, 60; 90) zum Einstellen des Öffnungsgrads der Einrichtung (36; 7, 8);
gekennzeichnet durch
eine erste Steuerungseinrichtung (10, 80), um den Stellantrieb (40, 60; 90) so zu steuern, daß ein Abgasdruck des Motors für einen bestimmten Zeitraum vom Beginn des Starts des Motors verringert wird, und
einer zweiten Steuerungseinrichtung (10), um den Stellantrieb (40, 60) so zu steuern, daß Spaltflächen der Einrichtung (36) minimal werden, um das Warmlaufen des Motors zu fördern, wenn die Kühlwassertemperatur (THW) des Motors oder die Motorlast (LD) nach dem Vergehen des bestimmten Zeitraums kleiner ist als ein bestimmter Wert.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Turbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge (die in der nachstehenden Beschreibung der Einfachheit halber als Motoren bezeichnet werden) können in normale Saugmotoren und Ladermotoren eingeteilt 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 angetriebenen 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 Kompressor verdichtet und dem Motor zugeführt. Der Turboladermotor 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 Turbolader nicht ausreichend ist. Um dieses Problem zu lösen, wurde ein Turbolader entwickelt, bei dem die Spaltflächen der Turbinendüsen verkleinert werden, um die dem Turbinenrotor verliehene kinetische Energie zu erhöhen. Der Turbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen entspricht einem Lader von dem Typ, bei dem eine Vielzahl von Düsenschaufeln vorgesehen sind, deren Öffnungsgrad verändert werden kann, um die Spaltflächen der Turbinendüsen zu verstellen, wenn die Motorabgase von den zwischen den Düsenschaufeln ausgebildeten 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 ungeprüfte japanische Gebrauchsmusteranmeldung (Kokai) Nr. 62-137340 beispielsweise offenbart ein Verfahren, nach dem 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 Motor schnell warmlaufen zu lassen.
  • Das vorstehend erwähnte Verfahren dient dem schnellen Warmlauf des Motors, wobei jedoch der Betrieb vom Beginn des Starts des Motors bis zur vollständigen Verbrennung nicht berücksichtigt wird, so daß die Wahrscheinlichkeit besteht, daß das nachstehend erwähnte Problem auftritt. Gemäß dem vorstehend erwähnten Verfahren wird der Stellantrieb so gesteuert, daß der Öffnungsgrad der Düsenschaufeln, d. h. die Spaltflächen der Turbinendüsen während des Kaltstartens, minimal werden. Zu Beginn des Starts ist die Strömungsrate der Abgase kleiner als nach dem Start 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 Spaltflächen der Turbinendüsen kleiner als die Spaltflächen während 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 kraftstoffreicher Zustand vorliegt, keine vollständige Verbrennung erreicht und der Motor unter Schwierigkeiten gestartet wird. Das vorstehend erwähnte Verfahren ist demnach so ausgestaltet, daß es im Betriebszustand bei niedriger Temperatur und Last nach dem Start des Motors erfolgt, was jedoch dazu führt, daß der Abgasgegendruck des Motors beim Start übermäßig hoch ist, was nicht von Vorteil ist.
  • Aus der DE 2943729 A1 ist ein Arbeitsverfahren für eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit einem mit Stauaufladung arbeitenden Abgasturbolader bekannt, dessen in der Abgasturbine dem Turbinenrad in Abgasrichtung vorgeschalteten Leitapparat zwecks Änderung des Durchlassquerschnitts verstellbar ist. Vorgeschlagen wird, den Durchlassquerschnitt des Leitapparats derart einzustellen, dass er in einem unteren Lastbereich auf maximalen Durchlassquerschnitt, im mittleren Lastbereich auf minimalen Durchlassquerschnitt gestellt, und im oberen Lastbereich wieder auf maximalen Durchlassquerschnitt gestellt und außerdem in diesem Lastbereich gleichzeitig der Einspritzzeitpunkt gegenüber jenem des mittleren Lastbereichs später gelegt wird.
  • Die DE 4014398 A1 offenbart einen Turbolader für eine Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Um einen stromab eines Turboladers gelegenen Katalysator schnell auf seine Anspringtemperatur zu erwärmen, wird zur Erhöhung des Abgasgegendrucks die mit einer variablen Turbinengeometrie (VTG) zur Regelung des Ladedruckes versehene Turbine des Abgasturboladers verwendet. Nach dem Kaltstart der Brennkraftmaschine wird der Querschnitt der Abgasleitung mit Hilfe der VTG verringert, wodurch der Abgasgegendruck steigt. Zur Vermeidung eines Drehzahlabfalles wird der Motormassendurchsatz erhöht, was ein vergrößertes Energieangebot im Abgas zur Folge hat. Ein einziges Stellglied für die VTG wird nach dem Kaltstart mit einem Unterdruck, im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine dagegen mit einem Überdruck beaufschlagt.
  • Schließlich zeigt und beschreibt die DE 4243448 A1 eine Vorrichtung zur Steuerung der Verdichtungsleistung eines Abgasturboladers. Zur Steuerung der Verdichtungsleistung eines Abgasturboladers unabhängig von dem vom Verdichter des Turboladers erbrachten Ladedruck ist für eine Stelleinrichtung eines Ventils in einer Bypassleitung zur Turbine des Abgasturboladers eine separate Steuerdruckquelle vorgesehen in Form einer Druckluftpumpe, die gesteuert von einer Steuereinrichtung einen Steuerdruck zur Betätigung eines pneumatischen Stellantriebs in Form einer Druckdose zur Verstellung des Ventils zur Verfügung stellt.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Turbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen zu schaffen, der mit einer Steuerungseinrichtung ausgestattet ist, die in der Lage ist, die Startleistung eines Motors vom Beginn des Starts bis zum Erreichen einer vollständigen Verbrennung zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Turbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen, mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Bei dem in der Weise aufgebauten Turbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen gemäß des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird der Stellantrieb durch die erste Steuerungseinrichtung so gesteuert, daß der Abgasdruck des Motors für einen bestimmten Zeitraum vom Beginn des Starts des Motors verringert wird. Die Abgase können daher leicht ausgestoßen werden; des weiteren wird eine ausreichende Luftmenge in die Brennkammer gesaugt, was zu einer Verbesserung der Startleistung des Motors beiträgt.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung ersichtlich, wobei
  • 1 eine Ansicht ist, die schematisch einen Motor zeigt, an den ein Abgasturbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung angepaßt ist,
  • 2 eine Ansicht ist, die einen Abgasturbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und einen die Steuerung des Öffnungsgrads der Düsenschaufeln betreffenden Abschnitt zeigt,
  • 3A, 3B und 3C Zeitschaubilder zur Erläuterung der Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform sind,
  • 4 eine Ansicht ist, die einen Abgasturbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und einen die Steuerung des Öffnungsgrads der Düsenschaufeln betreffenden Abschnitt zeigt,
  • 5A, 5B und 5C Zeitschaubilder zur Erläuterung der Steuerung gemäß der zweiten Ausführungsform sind,
  • 6 eine Ansicht ist, die einen Abgasturbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und einen die Steuerung des Öffnungsgrads der Düsenschaufeln betreffenden Abschnitt zeigt,
  • 7A und 7B Ansichten zur Erläuterung des Betriebs eines Stellantriebs zur Unterstützung des Warmlaufvorgangs sind,
  • 8A, 8B, 8C und 8D Zeitschaubilder zur Erläuterung der Steuerung gemäß der dritten Ausführungsform sind,
  • 9 eine Ansicht ist, die einen Abgasturbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und einen die Steuerung des Öffnungsgrads der Düsenschaufeln betreffenden Abschnitt zeigt,
  • 10A und 10B Darstellungen zur Veranschaulichung der Betriebsweise eines Stoppers sind,
  • 11 eine Ansicht ist, die einen Abgasturbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und einen die Steuerung des Öffnungsgrads der Düsenschaufeln betreffenden Abschnitt zeigt,
  • 12A, 12B und 12C Zeitschaubilder zur Erläuterung der Steuerung gemäß der fünften Ausführungsform sind,
  • 13 eine Ansicht ist, die einen Abgasturbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und einen die Steuerung des Öffnungsgrads eines Ladeluftregelventils betreffenden Abschnitt zeigt, und
  • 14A, 14B, 14C und 14D Zeitschaubilder zur Erläuterung der Steuerung gemäß der zweiten Ausführungsform sind.
  • Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben.
  • 1 ist eine Ansicht, die schematisch einen Motor zeigt, an den ein Abgasturbolader 30 vom Typ mit verstellbaren 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 Turbolader 30 geleitet und schließlich durch einen katalytischen Konverter bzw. Abgaskatalysator 6 gereinigt und ausgestoßen. Um eine übermäßige Aufladung durch den Abgasturbolader 30 zu verhindern, sind eine Abgasumleitung 7 und ein Wastegate- bzw. Ladeluftregelventil 8 (WGV) vorgesehen, wodurch die Abgase die Turbine 34 umgehen können. Das Ladeluftregelventil 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 Turbinenrotor 35 (oft auch als Turbinenrad oder als Turbinenschaufeln 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 verstellt und dadurch der Flächeninhalt der zwischen den Düsenschaufeln ausgebildeten Turbinendüsen verändert werden kann. Der Öffnungsgrad der Düsenschaufeln 36 wird durch einen Stellantrieb 40 für die NV eingestellt.
  • Eine Steuerung 10 empfängt Signale von einem Ansauglufttemperatursensor 21, einem Motorkühlmitteltemperatursensor 22, einem Motordrehzahlsensor 23 und einem Motorlastsensor 24 und erfaßt in Abhängigkeit von diesen Signalen eine Ansauglufttemperatur THA, eine Kühlwassertemperatur 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 ausgestattet ist, die in der Lage ist, die Startleistung des Motors zu erhöhen. Zu diesem Zweck wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Anordnung verwendet, wodurch der Rückdruck bzw. Abgasgegendruck des Motors beim Starten desselben vorübergehend vermindert wird. Anhand von sechs Ausfüh rungsformen wird im folgenden die Einrichtung zum vorübergehenden Vermindern des Abgasgegendrucks des Motors ausführlich beschrieben.
  • 2 ist eine Ansicht, die den Abgasturbolader 30 vom Typ mit verstellbaren Düsen gemäß einer ersten Ausführungsform 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 2 nach links betätigt wird, drehen sich die Düsenschaufeln 36 um die Stifte 37 als Zentren im Gegenuhrzeigersinn, was zu einer Erhöhung des Öffnungsgrads und einem Anstieg des Flächeninhalts der zwischen 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 Öffnungsgrads und einer Abnahme des Flächeninhalts der zwischen den Düsenschaufeln ausgebildeten Turbinendüsen führt.
  • Im Stellantrieb 40 ist eine durch eine Membran 41 geteilte Membrankammer 42 ausgebildet. Die Stange 48 steht mit der Membran 41 in Verbindung. Des weiteren übt eine Feder 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 Unterdruckpumpe 50 in Verbindung steht, die eine Unterdruckquelle ist. Das VRV 50 steht ferner mit der Steuerung 10 in Verbindung. Im Ansprechen auf ein Signal von der Steuerung 10, stellt das VRV 50 den Druck unter Verwendung eines Unterdrucks von der Unterdruckpumpe 52 und des Atmosphärendrucks durch einen Umgebungsluftanschluß 51 ein und leitet den Druck in die Membrankammer 42 ein. In dieser Ausführungsform wird der Öffnungsgrad der Düsenschaufeln minimal, wenn der Atmosphärendruck in die Membrankammer 42 eingeleitet wird, woraufhin die Spalflächen der Turbinendüsen zwischen den Düsenschaufeln minimal werden. In anderen Worten ausgedrückt entsprechen die verstellbaren Düsen dieser Ausführungsform dem normalerweise geschlossenen Typ.
  • Wie es vorstehend beschrieben ist, sind an die Steuerung 10 der Ansauglufttemperatursensor 21, der Motorkühlmitteltemperatursensor 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 Turbinendüsen. Unter Bezugnahme auf die Zeitschaubilder der 3A, 3B und 3C wird nachstehend der Steuerungsbetrieb beschrieben.
  • Nun sei auf 3A, 3B und 3C Bezug genommen; vor einem Zeitpunkt t0, d. h., wenn sich der Motor in der Ruhestellung befindet, ist die Motordrehzahl NE 0, die Turbinendüsenspaltfläche AREA minimal (da die Vorrichtung dem normalerweise geschlossenen Typ entspricht) und die Motorkühlmitteltemperatur THW niedrig. Am Zeitpunkt t0, an dem der Zündschalter eingeschaltet wird, um den Motor zu starten, 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 Stellantrieb 40 über das VRV 50 so, daß die Turbinendüsenspaltfläche AREA einen bestimmten Spaltflächenwert zum Starten ein nimmt, der größer ist als der minimale Wert. Die Turbinendüsenspaltfläche AREA steigt daher mit einer Erhöhung des Unterdrucks der Unterdruckpumpe 52 an und erreicht am Zeitpunkt t1 den Öffnungsgrad zum Starten. Durch die vorstehend beschriebene Steuerung können die Abgase leicht durch die Turbine strömen, wodurch der Druck der Abgase (der Abgasgegendruck des Motors) abnimmt und infolgedessen genügend Luft in die Brennkammern gesaugt wird, was zu einer Steigerung 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 Steuerung 10 bestätigt, daß die Kühlwassertemperatur THW an jedem 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 Turbinendüsenspaltfläche AREA, um das Warmlaufen des Motors zu fördern. Dies kann auch durch Einbeziehung der Ansauglufttemperatur THA oder der Motorlast LD anstelle der Motorkühlmitteltemperatur THW erfolgen. Dabei steigen die Motordrehzahl NE und der Rückdruck bzw. Abgasgegendruck an. Daher werden die Düsenschaufeln 36 selbst dann, wenn an den Stellantrieb für die NV ein Anweisungssignal zur Minimierung des Öffnungsgrads der Düsenschaufeln ausgegeben wird, bis zu einem gewissen Grad geöffnet, so daß der Motor nicht zum Stillstand kommt. Bei der vorstehend beschriebenen Minimierung der Turbinendüsenspaltfläche AREA steigt die Pumparbeit 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 Motordrehzahl NE.
  • 4 ist eine Ansicht des Turboladers vom Typ mit verstellbaren Düsen gemäß einer zweiten Ausführungsform und zeigt einen die Steuerung des Öffnungsgrads der Düsenschaufeln 36 betreffenden Abschnitt; die 5A, 5B und 5C sind Zeitschaubilder zur Erläuterung der Steuerung gemäß der zweiten Ausführungsform. Nachstehend werden nur die Unterschiede zur ersten ersten Ausführungsform beschrieben. In der zweiten Ausführungsform steht neben der Unterdruckpumpe 52 über ein Unterdruckschaltventil 54 (das hierin nachstehend als VSV bezeichnet wird) eine weitere, separate Unterdruckpumpe 53 an den Einlaßanschluß 44 mit der Membrankammer 42 des Stellantriebs 40 für die NV in Verbindung. Gleichzeitig mit dem Starten des Motors wird daher ein Unterdruck geliefert, wodurch die Turbinendüsenspaltfläche AREA bereits am Zeitpunkt t0, wie es in 5B gezeigt ist, die Spaltfläche zum Starten einnimmt.
  • 6 ist eine Ansicht, die den Turbolader 30 vom Typ mit verstellbaren Düsen gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht, und zeigt einen die Steuerung des Öffnungsgrads der Düsenschaufeln 36 betreffenden Abschnitt. Gemäß der dritten Ausführungsform ist hinter dem Stellantrieb 40 für die NV ein Stellantrieb 60 zur Unterstützung des Warmlaufens angeordnet. Eine Stange 61 des Stellantriebs 60 zur Unterstützung des Warmlaufens erstreckt sich in den Stellantrieb 40 für die NV und ist durch eine Druckabdichtung 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 Membrankammer 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 Ansaugladedruck). Vor dem Start des Motors wird, wie es in 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, wodurch die Membran 41 des Stellantriebs 40 für die NV ebenfalls nach links gedrückt wird, so daß die Düsenschaufeln bis zu einem gewissen Grad geöffnet sind, wie es in 8B gezeigt ist. Dies ermöglicht eine Verminderung des Rückdrucks bzw. Abgasgegendrucks des Motors beim Starten. Während des Warmlaufens wird, wie es in 8D gezeigt ist, der Stellantrieb 60 zur Unterstützung des Warmlaufens mit einem Unterdruck vom VSV 70 versorgt und der Bewegungsbereich des Stellantriebs 40 für die NV, wie es in 7B gezeigt ist, vergrößert, um den Öffnungsgrad der Düsenschaufeln, d. h. die Turbinendüsenspaltflächen, minimieren zu können. In dieser Ausführungsform kann zu dem Zweck, eine Situation auszuschließen, in der der Öffnungsgrad der Düsenschaufeln auf einem minimalen Wert fest ist, wenn der Stellantrieb 40 für die NV (aufgrund einer Membranbeschädigung) ausfällt, die Membrankammer 65 mit dem Ladedruck beaufschlagt werden.
  • 9 ist eine Ansicht, die den Turbolader 30 vom Typ mit verstellbaren Düsen gemäß einer vierten Ausführungsform veranschaulicht, und zeigt einen die Steuerung des Öffnungsgrads der Düsenschaufeln 36 betreffenden Abschnitt. Gemäß der vierten Ausführungsform arbeitet, wie es in 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 Enden am Turbinengehäuse gesichert (was nicht dargestellt ist). Wie es in 10A gezeigt ist, wird der Stopper 80 bei einer niedrigen Temperatur in einen Eingriff mit dem Verstellring 38 bewegt, so daß der Öffnungsgrad der Düsenschaufeln größer als ein bestimmter Wert ist. Daher sind die Turbinendüsen bis zu einem gewissen Grad geöffnet; des weiteren wird verhindert, daß der Abgasgegendruck des Motors ansteigt, wodurch die Startleistung des Motors gesteigert 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 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, somit minimiert.
  • 11 ist eine Ansicht die den Turbolader 30 vom Typ mit verstellbaren 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 normalerweise 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.
  • 13 ist eine Ansicht, die den Turbolader 30 vom Typ mit verstellbaren Düsen gemäß einer sechsten Ausführungsform veranschaulicht, und zeigt einen die Steuerung des Öffnungsgrads des Ladedruckregelventils 8 betreffenden Abschnitt. 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. Abgasgegendruck des Motors zu vermindern und die Startleistung zu steigern. In der sechsten Ausführungsform können die Abgase andererseits die Turbine teilweise umgehen, um den Abgasgegendruck des Motors zu vermindern.
  • Nun sei auf 13 Bezug genommen; ein Stellantrieb 90 für das WGV für die Steuerung des Ladedruckregelventils 8 ist mit einer Unterdruckkammer 91 versehen, an die eine Unterdruckpumpe 52 über ein VSV 95 angeschlossen ist. Das Ladedruckregelventil 8 ist normalerweise durch die Kraft einer 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 14A, 14B, 14C und 14D gezeigt ist, das Ladedruckregelventil 8 unmittelbar nach dem Start des Motors bis zur Eigenrotation des Motors geöffnet, wodurch diesselben 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 desselben vorübergehend zu vermindern, um die Startleistung des Motors zu steigern.

Claims (4)

  1. Turbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen, mit: einer Einrichtung (36; 7, 8) zum Einstellen einer Strömung von Abgasen von einem Motor zu einem Turbinenrotor (35); einem Stellantrieb (40, 60; 90) zum Einstellen des Öffnungsgrads der Einrichtung (36; 7, 8); gekennzeichnet durch eine erste Steuerungseinrichtung (10, 80), um den Stellantrieb (40, 60; 90) so zu steuern, daß ein Abgasdruck des Motors für einen bestimmten Zeitraum vom Beginn des Starts des Motors verringert wird, und einer zweiten Steuerungseinrichtung (10), um den Stellantrieb (40, 60) so zu steuern, daß Spaltflächen der Einrichtung (36) minimal werden, um das Warmlaufen des Motors zu fördern, wenn die Kühlwassertemperatur (THW) des Motors oder die Motorlast (LD) nach dem Vergehen des bestimmten Zeitraums kleiner ist als ein bestimmter Wert.
  2. Turbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen nach Anspruch 1, worin die Einrichtung (36) eine Vielzahl von Düsenschaufeln ist.
  3. Turbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen nach Anspruch 1, worin die Einrichtung (8, 90) eine Umleitung (7) und ein Ladedruckregelventil (8) ist.
  4. Turbolader vom Typ mit verstellbaren Düsen nach Anspruch 1 und 2, wobei im Stellantrieb (40) ein Temperaturfühlbauteil (80) vorgesehen ist, das den Betrieb des Stellantriebs (40) einschränkt, wodurch der Öffnungsgrad der Düsenschaufeln (36) derart begrenzt wird, daß er in einem bestimmten Zeitraum ab dem Kaltstart des Motors aufgrund der Versatzgröße des Temperaturfühlbauteils (80), das sich in einem Niedertemperaturzustand befindet, über einem bestimmten Öffnungsgrad bleibt.
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