DE19747394A1

DE19747394A1 - Brennkraftmaschine mit Turbolader

Info

Publication number: DE19747394A1
Application number: DE19747394A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Horstmann
Original assignee: Case Germany GmbH
Current assignee: Case Germany GmbH
Priority date: 1997-10-27
Filing date: 1997-10-27
Publication date: 1999-04-29

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit Turbolader und mit einer ein Düsenelement aufweisenden Ein richtung zur Beschleunigung des Turboladers.

Bei einem aufgeladenen Dieselmotor tritt während der Be schleunigungsphase eine merkliche Verzögerung im Aufbau des Motordrehmoments auf, die zu einer nur geringen Beschleuni gung des Fahrzeugs führt. Infolge Mangel an Luftzufuhr durch den Turbolader ist in diesem Betriebsbereich der Verbrennungs prozeß unvollständig, was eine erhöhte Abgasemission zur Folge hat.

Aus der DE 43 16 761 A1 ist es bekannt, die Beschleunigung eines Abgasturboladers durch ein Druckgefälle zu erreichen, indem in der Beschleunigungsphase der Brennkraftmaschine ein Ausgang des mit dem Abgasstrom beaufschlagten Turbinengehäu ses an seiner Ausgangsseite kurzzeitig mit einem Unterdruck behälter verbunden wird. Der Unterdruckbehälter ist hierbei mit der Saugseite eines am Kraftfahrzeug oder der Brennkraft maschine vorhandenen oder zusätzlichen Kompressors verbunden.

Um für eine verbesserte Beschleunigung eines Abgasturbo laders insbesondere in der Hochlaufphase ohne zusätzlichen Kompressor bzw. dessen Zusatzbelastung auszukommen, ist es aus der DE 195 26 327 A1 bekannt, das Turbinenrad des Ab gasturboladers zusätzlich zur herkömmlichen Beaufschlagung mit Verbrennungsabgasen aus dem Abgasstrang mit dem aus einem Druckspeicher gespeisten, zuvor gespeicherten Gas strom aus dem Brennraum mindestens eines Zylinders der Brennkraftmaschine zu beaufschlagen. Für diesen Zweck ist ein in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftma schine steuerbares Düsenelement auf das Turbinenrad aus gerichtet. Durch die Beaufschlagung des Düsenelements bzw. des Turbinenrads mit dem gespeicherten Verdichtungs- bzw. Verbrennungsdruck soll auf einen zusätzlichen Druckluft erzeugenden Kompressor verzichtet werden können.

Nachteilig ist bei dieser bekannten Anordnung, daß ledig lich ein einziges Düsenelement vorgesehen ist, was zu einer ungleichmäßigen Belastung der Antriebswelle des Turboladers führen kann, und daß weiterhin dieses Düsenelement mit Ver brennungsgasen beaufschlagt wird, was der angestrebten Ver ringerung der Rauchgasemission entgegenwirkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art das Medium zur Beschleunigung des Turboladers auf die Kompressorradseite des Turboladers auszurichten und hierbei für eine auf das Kompressorrad gleichmäßig wirkende Druckverteilung zu sorgen.

Ausgangspunkt der Erfindung ist die Überlegung, daß bei Fahrzeugen mit aufgeladenem Dieselmotor zur Unterstützung des Betriebsbremssystems in der Regel Preßluft eingesetzt wird, so daß Preßluftbehälter im Fahrzeug ohnehin vorhan den sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die ringförmige Anordnung der Düsen wird vermieden, daß bei hoher Belastung in der Beschleunigungsphase ein Biegemoment in der Antriebswelle des Turboladers entsteht. Hierdurch wird eine Überbelastung der Antriebswelle bei hohen Düsendrücken vermieden.

Die Verwendung von Druckluft als Medium zur Beschleunigung des Turboladers aus den ohnehin vorhandenen und für das Betriebsbremssystem vorgesehenen Druckluftbehältern trägt zur Verminderung der Rauchgasemission bei. Während der Be schleunigungsphase kann ohne Gefahr für das Betriebsbrems system Druckluft entnommen werden, da sie in diesem Betriebs zustand, anders als beim Bremsen, nicht benötigt wird.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind die Düsen in gerader Anzahl vorgesehen, was zu einer absolut gleich mäßigen Anströmung des Kompressorrades beiträgt.

Um je nach Turbolader-Drehzahl und Luftdruck eine optimale Anströmung der Kompressorschaufeln zu erreichen und dadurch den Wirkungsgrad zu steigern, sind in weiterer Ausgestal tung der Erfindung die Düsen in allen Richtungen, vorzugs weise gemeinsam, schwenkbar angeordnet.

Ein in der Beschreibung näher erläutertes Ausführungsbei spiel der Brennkraftmaschine mit Turbolader ist in der Zeichnung wiedergegeben; es zeigt

Fig. 1 das Schaltschema von Brennkraftmaschine und Turbolader mit einer Düsenanordnung am Kompressorrad;

Fig. 2 eine Detailansicht der Düsenanordnung.

Wie Fig. 1 zeigt, ist die Brennkraftmaschine 1 auf ihrer Lufteinlaßseite über eine Saugleitung 2 mit dem Kompres sorrad 3 eines Turboladers 4 verbunden. Auf der Kompres sorradwelle 7 sitzt eine Turbine 5, die über eine Abgas leitung 6 mit den Auslaßkanälen der Brennkraftmaschine 1 verbunden ist. Abgase der Brennkraftmaschine durchsetzen die Turbine 5 des Turboladers 4 und gelangen anschließend ins Freie.

Ein Druckluftbehälter 10, der normalerweise für das Betriebs bremssystem des in der Zeichnung nicht dargestellten Kraft fahrzeugs vorgesehen ist und dessen Behälterfüllung beim Brem sen benötigt wird, steht mit einer aus Fig. 2 ersichtlichen Sammelleitung 11 in Verbindung, an die vier flexible Luft düsen 12 angeschlossen sind. Die Leitung zwischen Druckluft behälter 10 und Sammelleitung 11 enthält ein von der Stellung des Gaspedals des Kraftfahrzeugs steuerbares Regulier- oder Drosselventil 13, welches umso mehr zur Sammelleitung 11 öffnet, je stärker das Gaspedal vom Fahrer durchgetreten wird.

Die vier Luftdüsen 12 sind auf der Ansaugseite des Kom pressorrads 3 gleichmäßig verteilt, also um 90° winkel versetzt, ringförmig um die Kompressorradwelle 7 und damit konzentrisch zu deren Achse angeordnet. Sie sind in einem solchen Winkel auf die Ebene des Kompressorrads 3 gerichtet, daß deren Schaufeln in der Beschleunigungsphase des Motors, d. h. bei stärker durchgetretenem Gaspedal, mit zusätzlicher Druckluft aus dem Druckluftbehälter 10 be aufschlagt werden. Der Turboladerumlauf wird hierdurch ent sprechend unterstützt.

Eine Düsenverstellvorrichtung 14 sorgt dafür, daß die Luft düsen 12 gemeinsam und in unterschiedlichen Einstrahlwin keln zur Kompressorradebene verschwenkt werden können.

Es kann auch eine von vier abweichende Anzahl von Luftdüsen gewählt werden, solange eine geradzahlige Anordnung der Luft düsen vorliegt, um eine gleichmäßige Anströmung des Kompres sorrads zu erreichen.

Claims

1. Brennkraftmaschine mit Turbolader und mit einer ein Dü senelement aufweisenden Einrichtung zur Beschleunigung des Turboladers, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Ansaugseite des Kompressorrads (3) ringförmig und konzentrisch zu dessen Welle (7) mehrere Düsen (12) angeordnet sind, die in der Beschleunigungsphase des Motors mit Druckluft aus vorgeschalteten Druckluftbe hältern (10) beaufschlagt sind.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine geradzahlige Anordnung der Düsen (12).

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Düsen (12) in allen Richtungen schwenk bar sind.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß die Düsen (12) einzeln oder gemeinsam schwenk bar angeordnet sind.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Düsen (12) an eine mit dem Druckluftbe hälter (10) verbundene Sammelleitung (11) angeschlos sen sind.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß in der Leitung zwischen der Sammelleitung (11) und dem Druckluftbehälter (10) ein von der Stellung des Gaspedals steuerbares Regulier- oder Drosselventil (13) geschaltet ist.

7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß zur gemeinsamen Winkelverschwenkung der Düsen (12) eine Düsenverstellvorrichtung (14) vorgesehen ist.