DE19928745A1

DE19928745A1 - Turboladerschutz

Info

Publication number: DE19928745A1
Application number: DE19928745A
Authority: DE
Inventors: Thomas W Manning; Gregory C Fett
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1998-06-25
Filing date: 1999-06-23
Publication date: 2000-02-03

Abstract

Ein Turboladerschutzsystem für einen Verbrennungsmotor mit einer Vielzahl von Turboladern, die parallel arbeiten und jeweils ein getrenntes Verbrennungsluftabschaltventil für jeden Turbolader haben, wird offenbart, wobei die Abschluß- bzw. Abschaltventile manuell offen verriegelt sind und durch einen Elektromagnet geschlossen werden, der einen Stift aus einer Nut auf einem Verriegelungsarm herauszieht, um es einer Feder zu gestatten, das Ventil zu schließen, wobei ein Schalter in jedem Ventil befestigt ist und zusammenarbeitend mit dem Verriegelungsarm assoziiert ist, um ein Signal zu erzeugen, welches einem Bediener und/oder einem elektronischen Steuermodul anzeigt, daß das Ventil in seiner offenen oder geschlossenen Position ist, wobei, wenn die Steuervorrichtung abfühlt, daß irgend eines der Ventile nicht offen ist, sie dem Motor nicht erlauben wird, zu starten und wenn während des Betriebs irgend eines der Ventile unbeabsichtigt schließt, die Steuervorrichtung irgend ein offenes Ventil schließen wird und den Motor abschalten wird, indem sie die Brennstoffversorgung abschaltet.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor und insbesondere auf ein Schutzsystem für Turbolader, die parallel arbeiten, wobei jeder Turbolader ein getrenntes Abschlußventil besitzt, um die Verbrennungsluft vom asso ziierten Turbolader abzuschließen.

Technischer Hintergrund

Verbrennungsmotoren mit einem Paar von Turboladern, die parallel arbeiten, können ein unbeabsichtigtes Herunter fahren von einem der Turbolader erfahren. Wenn dies auf tritt, könnte der arbeitende-Turbolader eine übermäßige Drehzahl erfahren und geschädigt werden. Das US-Patent 4,598,549 beschreibt ein Turboladersammelleitungsdruck steuersystem, welches eine Vielzahl von Entlüftungsventi len und Druckschaltern verwendete um die Ventile zu akti vieren, um den Druck und die Menge der Verbrennungsluft durch den Turbolader zu steuern, um eine mögliche übermä ßige Drehzahl oder ein Durchdrehen von einem der Turbola der zu verhindern.

Offenbarung der Erfindung

Unter den Zielen dieser Erfindung sei das Vorsehen eines Turboladerschutzsystems erwähnt, welches die Abschaltven tile unabhängig vom Abschaltventilbetätigungsmechanismus überwacht.

Im allgemeinen weist ein Turboladerschutzsystem für einen Verbrennungsmotor mit einer Vielzahl von Turboladern, die parallel angeordnet sind, wenn es gemäß dieser Erfindung hergestellt ist; ein Abschalt- bzw. Abschlußventil auf, um die Verbrennungsluft von jedem Turbolader abzuschalten bzw. abzuschließen, und Mittel zur Signalgebung, daß je des der Ventile offen und geschlossen ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wie sie in den Ansprüchen dargelegt wird, wird beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen offensicht licher, wobei gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Tei le in den Zeichnungen beziehen, und bei denen die Figuren folgendes darstellen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Turbolader schutzsystems hergestellt gemäß der vorliegen den Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels;

Fig. 3 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, eines Ven tils, welches bei dieser Erfindung verwendet wird;

Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV der Fig. 3; und

Fig. 5 eine Teilschnittansicht aufgenommen entlang der Linie V-V der Fig. 4.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Mit Bezug auf die Zeichnungen im Detail und insbesondere auf Fig. 1 ist ein Verbrennungsmotor 1 gezeigt, wie bei spielsweise ein Dieselmotor 1, der eine Verbrennungsluft einlaßsammelleitung 3 und ein Paar von Auslaßsammellei tungen 5 und 7 aufweist. Eine Vielzahl von Turboladern 9 und 11 besitzen einen Turbinenteil 13 bzw. 15, der in Strömungsmittelverbindung mit den Auslaßsammelleitungen 5 und 7 angeordnet ist, um das Betriebsströmungsmittel zu liefern, unter Druck gesetzte Hochtemperaturabgase, und zwar zu den Turbinenteilen 13 und 15, um die Turbolader 9 und 11 anzutreiben. Die Turbolader 9 und 11 besitzen auch jeweils Kompressorteile 19 und 21, die in Strömungsmit telverbindung mit der Einlaßverbrennungsluft über Leitun gen 23 bzw. 25 sind. Die Kompressorteile 19 und 21 sind auch in Strömungsmittelverbindung mit der Einlaßsammel leitung 3 über die Leitungen 27 bzw. 29, um unter Druck gesetzte Verbrennungsluft zum Motor 1 zu liefern. Ein Ab schaltventil 31 und 33 ist in den Leitungen 27 bzw. 29 angeordnet, um den Fluß der Verbrennungsgase von den Tur boladern 9 und 11 zur Einlaßsammelleitung 3 und dem Motor 1 abzuschließen bzw. abzuschalten. Ein elektronisches Steuermodul 35 nimmt eine Vielzahl von Signalen vom Motor 1 auf. Eines oder mehrere der Motorsignale zeigt an, ob die Motorbetriebszustände so sind, daß ein weiterer Be trieb einen Schaden am Motor verursachen wird, beispiels weise ein Verlust des Öldruckes oder eine Überhitzung. Beim Empfang von solchen Signalen wird das Steuermodul die Brennstoff- und Verbrennungsluftversorgung abschnei den, um den Motor 1 zu stoppen. Bei einer Vielzahl von Turboladern 9 und 11, die parallel arbeiten, könnte wenn eines der Abschaltventile 31 oder 33 unbeabsichtigt schließt, ohne daß ein Signal vom Steuermodul 35 kommt, um den Elektromagneten 37 bzw. 39 zu betätigen, der Tur bolader, dessen Abschaltventil nicht geschlossen ist ei ner übermäßigen Drehzahl unterliegen und beschädigt wer den. Um die Turbolader 9 und 11 zu schützen sieht ein Schalter 41 und 43, der zusammenarbeitend mit den Ab schluß- bzw. Abschaltventilen 31 bzw. 33 assoziiert ist, Mittel vor, um zu signalisieren, daß jedes der Ventile 31 und 33 geöffnet oder geschlossen wird. Die Schalter 41 und 43 liefern nicht nur ein Signal an das Steuermodul 35 sondern können auch Lampen 45 und 47 erregen, die einem Bediener anzeigen, daß die Ventile offen oder geschlossen sind.

Mit Bezug auf Fig. 2 ist diese im allgemeinen die glei che wie Fig. 1 mit der Ausnahme, daß die Abschluß bzw. Abschaltventile 31 und 33 in den Leitungen 23 und 25 an der Verbrennungseinlaßseite von jedem der Kompressorteile 15 und 19 der Turbolader 9 und 11 angeordnet sind.

Es wird nun Bezug genommen auf die Fig. 3 und 4, die die Abschaltventile 31 und 33 im Detail zeigen. Die Ven tile 31 und 33 sind identisch sind aber Butterfly- bzw. Klappenventile, und es sei bemerkt, daß andere Arten von Abschalt- bzw. Abschlußventilen wie beispielsweise Schie ber-Abschaltventile auch verwendet werden könnten. Die Klappenventile 31 und 33 besitzen einen Körperteil 51 und einen Scheiben- oder Klappenteil 53, der an einer) Welle 55 befestigt ist. Die Welle 55 ist drehbar in Lagern 57 und 59 angeordnet, die im Körperteil 51 angeordnet sind. Ein Verriegelungsarm 61 ist an der Welle 55 durch einen Stift oder andere (nicht gezeigte) Mittel angebracht. Ei ne Torsionsfeder 63 spannt den Klappenteil 53 in seine geschlossene Position vor. Die Welle 55 erstreckt sich vom Körperteil 51 und besitzt ein Handrad 65, was daran durch eine Maschinenschraube 67 befestigt ist. Elektroma gneten 37 und 39 besitzen jeweils einen sich davon er streckenden Stift 71, der durch eine (nicht gezeigte) in nere Feder vorgespannt ist, um den Verriegelungsarm 61 zu berühren, um den Klappenteil 53 in seiner offenen Positi on zu verriegeln. Wenn sie erregt sind, ziehen die Elek tromagneten 37 und 39 den Stift 71 vom Verriegelungsarm 61 zurück, was gestattet, daß die Torsionsfeder 63 den Klappenteil 53 in seine geschlossene Position bewegt. Die Schalter 41 und 43 besitzen jeweils einen Stößel 75, der mit dem Verriegelungsarm 71 zusammenarbeitet, um ein Si gnal zu erzeugen, welches anzeigt, daß das Klappenventil 31 oder 33 offen oder geschlossen ist.

Es wird Bezug genommen auf Fig. 5, die zeigt, daß der Verriegelungsarm 61 eine Nut 77 besitzt, die mit dem Stift 71 der Elektromagneten 37 und 39 in Eingriff steht, um den Klappenteil 53 in der offenen Position zu verrie geln. Wenn der Verriegelungsarm 61 verriegelt ist, steht der Stößel 75 der Schalter 41 und 43 mit einem Teil des Verriegelungsarms 61 in Eingriff. Wenn der Stift 71 durch die Elektromagneten 37 oder 39 zurückgezogen wird, und der Verriegelungsarm 61 durch die Torsionsfeder 63 ge dreht wird, um das Klappenventil 31 oder 33 zu schließen, bewegt sich der Verriegelungsarm 61 weg vom Stößel 75, und der Schalter 41 oder 43 arbeitet dahingehend, daß er dem Steuermodul 35 signalisiert, daß das assoziierte Ven til 31 oder 33 geschlossen ist und/oder erregt die Lampe 45 oder 47 am Steuermodul 35, um einem Bediener anzuzei gen, daß das Ventil 31 oder 33 geschlossen ist.

Der Betrieb des Turboladerschutzsystems ist wie folgt: Wenn der Motor 1 nicht läuft und eines oder mehrere der Abschalt- bzw. Abschlußventile 31 und 33 nicht in ihrer offenen Position verriegelt sind, wird eine Lampe 45 oder 47 am Steuermodul 35 anzeigen, daß es ein geschlossenes Klappenventil 31 oder 33 gibt. Begrenzungen innerhalb des Steuermoduls 35 werden nicht gestatten, daß der Motor 1 startet. Solche Begrenzungen könnten beispielsweise sein, dar es erforderlich ist, daß die Schalter 41 und 43 beide anzeigen, daß das assoziierte Ventil offen ist, bevor ein (nicht gezeigtes) Brennstoffabschaltventil sich öffnen darf. Somit müßte bevor der Motor 1 gestartet werden könnte, der Bediener manuell das geschlossene Ventil 31 oder 33 offen vorspannen, und zwar unter Verwendung des Handrades 65.

Wenn der Motor 1 läuft und eines der Abschaltventile 31 oder 33 sich unbeabsichtigt schließt, würde der assozi ierte Schalter 41 oder 43 ein Signal an das Steuermodul 35 senden, um eine Notabschaltung einzuleiten. Das Steu ermodul 35 würde den Brennstoff abschalten, um den Motor 1 zu stoppen, und würde die Luftabschlußventile 31 und 33 durch Erregung der Elektromagneten 37 und 39 abschließen. Somit wird der Motor 1 und die Turbolader 9 und 11 vor Schaden geschützt.

Während die bevorzugten hier beschriebenen Ausführungs beispiele den besten Weg zur Ausführung dieser Erfindung darlegen, der gegenwärtig vom Erfinder in Betracht gezo gen wird, werden zahlreiche Modifikationen und Anpassun gen dieser Erfindung anderen Fachmännern offensichtlich werden. Daher sollen die Ausführungsbeispiele als veran schaulichend und beispielhaft angesehen werden, und es sei bemerkt, daß die Ansprüche solche Modifikationen und Anpassungen abdecken soll, da sie als innerhalb des Kerns und Umfangs dieser Erfindung angesehen werden.

Industrielle Anwendbarkeit

Ein Turboladerschutzsystem für einen Verbrennungsmotor mit einer Vielzahl von Turboladern, die parallel arbei ten, sieht, wenn er gemäß dieser Erfindung hergestellt wird, in vorteilhafter Weise eine versagenssichere Über wachung der Position eines Verbrennungsluftabschaltventi les vor, welches mit jedem Turbolader assoziiert ist, um einem Bediener und einem elektronischen Steuermodul zu signalisieren, daß eines der Abschalt- bzw. Abschlußven tile unbeabsichtigt geschlossen hat, um es dem elektroni schen Steuermodul zu ermöglichen, den Motor abzuschalten und das offene Verbrennungsluftabschlußventil zu schlie ßen, um eine Schädigung der Turbolader und des Motors zu verhindern.

Claims

1. Turboladerschutzsystem für einen Verbrennungsmotor mit einer Vielzahl von Turboladern, die parallel an geordnet sind, welches ein Abschalt- bzw. Abschluß ventil aufweist, um die Verbrennungsluft von jedem Turbolader abzuschalten, und Mittel zur Signalisie rung, daß jedes der Ventile offen und geschlossen ist.

2. Turboladerschutzsystem nach Anspruch 2, wobei die Abschaltventile in die geschlossene Position durch eine Feder vorgespannt sind.

3. Turboladerschutzsystem nach Anspruch 2, wobei die Abschaltventile manuell geöffnet werden, und wobei sich ein Stift von einem Elektromagneten erstreckt, um und die Abschaltventile zu verriegeln und in der offenen Position gegen die Vorspannung der Feder zu halten.

4. Turboladerschutzsystem nach Anspruch 3, wobei die Mittel zur Signalisierung, daß jedes Ventil offen und geschlossen ist, einen Schalter aufweisen, der betriebsmäßig mit jedem Ventil assoziiert ist, um zu arbeiten, wenn das assoziierte Abschaltventil schließt.

5. Turboladerschutzsystem nach Anspruch 1, welches wei ter ein elektronisches Motorsteuermodul aufweist, welches Signale von jedem der Mittel zur Anzeige, ob das Ventil offen und geschlossen ist empfängt, wobei beim Empfang eines Signales, daß irgendein Ventil geschlossen ist, das elektronische Motorsteuermodul den Motor abschalten wird, wenn er läuft und es dem Motor nicht gestatten wird zu starten, wenn er nicht läuft.

6. Turboladerschutzsystem nach Anspruch 5, welches wei ter Anzeigelampen aufweist, die aufleuchten, um zu zeigen, daß ein Abschalt- bzw. Abschlußventil ge schlossen ist.

7. Turboladerschutzsystem nach Anspruch 6, wobei ein Abschaltventil auf der Verbrennungslufteinlaßseite von jedem der Turbolader angeordnet ist.

8. Turboladerschutzsystem nach Anspruch 7, wobei ein Abschaltventil auf der Verbrennungsluftauslaßseite von jedem der Turbolader angeordnet ist.

9. Turboladerschutzsystem nach Anspruch 4, welches wei ter ein elektronisches Motorsteuermodul aufweist, welches Signale von jedem der Mittel empfängt, um anzuzeigen, daß das Ventil offen und geschlossen ist, wobei beim Empfang eines Signals, daß irgendein Ventil geschlossen ist, das elektronische Motorsteu ermodul den Motor abschalten wird, wenn er läuft und es dem Motor nicht gestatten wird zu starten, wenn er nicht läuft.

10. Turboladerschutzsystem nach Anspruch 9, welches wei ter Anzeigelampen aufweist, die leuchten, um zu zei gen, daß ein Abschalt- bzw. Abschlußventil geschlos sen wird.

11. Turboladerschutzsystem nach Anspruch 10, wobei ein Abschaltventil auf der Verbrennungsluftseite von je dem der Turbolader angeordnet ist.

12. Turboladerschutzsystem nach Anspruch 11, wobei ein Abschaltventil auf der Verbrennungsluftauslaßseite von jedem der Turbolader angeordnet ist.