DE2350091C2 - Abgasturbolader zur Vorkompression der Verbrennungsluft von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sigh auf einen Abgasturbolader zur Vorkompression der Verbrennungsluft von Brennkraftmaschinen, bestehend aus einer abgasbeaufschlagten Turbine, einem von dieser angetriebenen, die Verbrennungsluft ansaugenden Verdichter und Mitteln, die der angesaugten Verbrennungsluft einen Vordrall erteilen bevor sie in den Verdichter eintritt.

Bei einem bekannten Abgasturbolader (DE-AS 20 486) mit einem zusätzlich vorgeschalteten Verdichter, wird der von diesem angesaugten Verbrennungsluft ein Vordrall durch eine Dralldrossel aus verstellbaren Leitschaufeln erteilt. Durch deren Verstellung kann die Förderhöhe des Verdichters kontinuierlich verändert werden. Dabei ergibt sich für jede Schaufelstellung eine feste Zuordnung von Durchsatz und Drall.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anpassung des Verdichters an die wechselnden Betriebsverhältnisse der Brennkraftmaschine mit einfachen Mitteln zu verbessern und damit den Wirkungsgrad des Abgasturboladers zu erhöhen.

Dies geschieht erfindungsgemäß durch einen Hatipl· ansaugkanal und einen in diesen tangential einmünden' den zweiten Ansaugkanal sowie ferner dadurch, daß im Hauptansaugkanal und im zweiten Ansaugkanal je eine Drosselklappe angeordnet ist, die in Abhängigkeit Vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine steuerbar sind, wobei der zweite Ansaugkanal zwischen Hauptdrosselklappe und Verdichter in den Einlauftrichter des Verdichters einmündet. Die beiden getrennten, je mit einer Drosselklappe versehenen Kanäle erlauben eine voneinander unabhängige Beeinflussung von Durchsatz und Drall und damit eine bessere Anpassung des Ladedruckes an die Betriebsvarhältnisse der Brennkraftmaschine. Dabei wird die Pumpgrenze in den Bereich kleinerer Fördervolumina verlegt,
ίο Mit einer geeigneten Regelung werdet die beiden Drosselorgane je nach Motorbetriebspunkt so gesteuert, daß die Frischluft in einem bestimmten Maß tangential sowie axial zur Verdichterachse angesaugt wird, wodurch sich ein bestimmter Vordrall für einen Verdichter mit optimalem Wirkungsgrad einstellt. Zweckmäßig ist z. B. eine derartige Regelung von Hauptdrosselklappe und Regeldrosselklappe, daß mit abnehmender Motordrehzahl die erforderliche Verbrennungsluft zunehmend durch den zweitpn Ansaugka-

nal in den Verdichter gelangt. Die auf diese Weise erzielte günstige Ladung der Brennkraftmaschine verbessert die Verbrennung und senkt den Kraftstoffverbrauch.
Gegenüber der Dralldrossel des bekannten Abgasturboladers, die aus einer Vielzahl von aufwendig hergestellten Schaufelprofilen sowie einem entsprechend vielteiligen Vorstellmechanismus zusammengesetzt ist, zeichiv-n sich die in zwei Kanälen angeordneten Drosselklappen durch einen besonders einfachen Aufbau und billige Herstellung aus.

Bei einem weiteren bekannten Abgasturbolader (DE-OS 15 26 455) saugt der Verdichter durch einen axialen Einlauf Luft an. Eine Einrichtung zur Veränderung des Durchsatzes der angesaugten Luft fehlt bei dieser Ausführung. Dagegen kann deren Drall durch am Ende des Einlaufes zugeführte verdichtete Luft beeinflußt werden. Dazu ist die Unterseite eines Kolbens der Brennkraftmaschine als Kolbenpumpe ausgebildet und durch eine Druckleitung mit einer den axialen Einlauf im Bereich des Verdichters umgebenden Ringkammer verbunden. Von der Ringkammer strömt die von der Kolbenpumpe verdichtete Luft durch von Leitschaufeln gebildete Kanäle in den Einlauf und erzeugt dort einen Vordrall. Die Herstellung dieser an der Innenwand der spiralförmigen Ringkammer angeordneten Leitschaufeln, die auch teilweise hohl ausgebildet sein können, ist sehr aufwendig und teuer. Demgegenüber läßt sich die Drallerzeugung beim Erfindungsgegenstand durch ein tangential in den Einlauf einmündendes Saugrohr auf wesentlich einfachere und billigere Weise erreichen.

Bei einer weiteren bekannten Ausführung eines Abgasturboladers (US-PS 30 49 865) saugt der Verdichter durch einen axialen Ansaugkanal Luft an, der kein Vordrall erteilt wird. Von dem Ansaugkanal zweigt ein den Verdichter umgehender Bypasskanal zum Auslaßkanal des Verdichters ab. In dem Ansaugkanal und dem Bypasskanal ist jeweils eine Drosselklappe angeordnet, die durch ein Gestänge miteinander verbunden sind und durch die die Verteilung der Luft auf die beiden Kanäle gesteuert wird. Demgegenüber weist der Erfindungsgegenstand eine andere Anordnung und Aufgabe des zusätzlichen Ansaugkanales und der in diesem angeordneten Drosselklappe auf. Auch ist eine zwangsläufige Verbindung mit der Drosselklappe des Hauptansaugka-

nales nicht notwendig, was einen größeren Spielraum für die Anpassung aft die Betfiebsvefhältnisse der Brennkraftmaschine! ermöglicht.
Der Grundgedanl.ee der Erfindung läßt sich vor allem

durch geeignete konstruktive Maßnahmen im Sinne einer optimalen Lösung der gestellten Aufgabe weiterbilden. So hat es sich z. B. als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der zweite Ansaugkana! schräg tangential in einem Winkel von 60-90° zur Hauptluft in den Einlauftrichter zwischen der Drosselklappe und dem Verdichter mündet

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das aus zweitem Ansaugkanal und Regeldrosselklappe bestehende Zusatzluftsystem zugleich ais Leerlaufluftsystem ausgebildet In diesem Betriebszustand des Motors kann die Hauptdrosselklappe vollständig geschlossen sein.

Die Erfindung ist nun anhand eines Ausführungsbeispieles in Zeichnung und Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine als Kolbenmotor ausgeführte Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader nach der Erfindung in Draufsicht und

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1.

Nach F i g. 1 bezeichnet 10 eine Brennkraftmaschine, die als Sechszylinder-Kolbenmotor ausgeführt ist Die zu den einzelnen Zylindern führenden Ansaugstutzen für die Verbrennungsluft sind mit 12 beziffert Die Abgase verlassen die Zylinder durch Auspuffkrümmer 11. In einem sich an die Auspuffkrümmer 11 anschließenden Abgasführungsrohr 19 werden die heißen Abgase gesammelt und einem Abgasturbolader 14 zugeleitet Der Abgasturbolader 14 ist mit einem Einlaßstutzen 18 an dem Abgasführungsrohr 19 und mit einem Auslaßstutzen 17 an einem Ansaugrohr 13, von dem die erwähnten Ansaugstutzen 12 abzweigen, angeflanscht Es enthält eine von einem Gehäuseteil 21 umschlossene Turbine und einen Verdichter, den ein mit 20 bezeichneter Gehäuseteil umgibt Turbine und Verdichter sind durch eine gemeinsame Welle miteinander fest gekuppelt Die Turbine wird von den durch die Abgasleitung 19 herangeführten Abgasen beaufschlagt und in Drehung versetzt, wodurch gleichzeitig auch der Verdichter angetrieben wird. Nach Abgabe eines wesentlichen Teils ihrer Energie an die Turbine verlassen die entspannten Abgase den Abgasturbolader 14 durch ein Auspuffrohr 22.

Der Verdichter besitzt einen Einlauftrichter 23, durch den für den Verbrennungsvorgang benötigte Frischluft angesaugt wird. Die Luft wird vom Verdichter komprimiert und anschließend als Verbrennungsluft durch den Auslaßstutzen 17 und durch das Ansaugrohr bzw. die Ansaugstutzen 12 den Zylinderbrennräumen des Motors 10 zugeleitet. Bevor die verdichtete Verbrennungsluft in .^e Ansaugstutzen 12 gelangt, wird sie jedoch durch einen Ladeluftkühler J5, an den durch einen Lüfterflügel 16 Umgebungsluft von außen herangeführt wird, rückgekühlt

Um zu verhindern, daß mit der angesaugten Verbrennungsluft Schmutzteilchen und Feuchtigkeit in den Verdichter bzw. in die Brennräume gelangen, ist ein Luftfilter 24 vorgesehen. Zwischen Luftfilter 24 und Einlauftrichter 23 erstreckt sich ein Hauptansaugrohr 25 und ein zweites Ansaugrohr 26, das einen wesentlich geringeren Durchmesser als das Hauptansaugrohr 25 aufweist. Wie insbesondere aus Fig.2 erkennbar, mündet das zweite Ansaugrohr 26 tangential in das Hauptansaugrohr 25 ein, wobei die Einmündungsstelle unmittelbar vor dem Einlauftrichter 23 liegt (Fig. 1). Der mit α bezeichnete Winkel zwischen zweitem Ansaugrohr 26 und Hauptansaugrohr 25 beträgt zweckmäßigerweise 60 bis 90°. Durch den Luftanteil, der durch das zweite Ansaugrohr 26 in den Einlauftrichter 23 gelangt wird der gesamten vom Verdichter angesaugten Luft ein Drall erteilt der eine Wirkungsgradverbesserung des Verdichters, insbesondere bei niedrigen Durchsätzen und ge.ingen Druckverhältnissen bewirkt Um den Wirkungsgrad des Verdichters in diesen Bereichen niedriger Motorleistung, für die er an sich nicht ausgelegt ist weiter zu verbessern, ist im Hau" Ansaugrohr 25 eine Hauptdrosselklappe 27 und im zweiten Ansaugrohr 26 eine Regeldrosselklappe 28 angeordnet Die Drosselklappe 27, 28 sind jeweils um ein Gelenk 29 bzw. 30 drehbar, so daß sie bei entsprechender Stellung die Querschnitte der Ansaugrohre 25, 26 stufenlos bis auf Null (in F i g. 1 gezeigte Stellung) verringern können. Die Drosselklappen 27, 28 werden in Abhängigkeit von der Motorleistung so gesteuert, daß bei abnehmender Motorleistung die Verbrennungsluft zunehmend durch den zweiten Ansaugkanal 26 angesaugt wird. Dies bedeutet daß bei abnehmender Motorleistung die Hauptdrosselklappe 27 in Schließstellung und die Regeldrosselklappe 28 in Öffnungsstellung bewegt wird. Das aus den Teilen 2b, 28 bestehende Zusatzluftsystem ist so ausgelegt daß es im Leerlaufzustand des Motors 10 als Leerlaufluftsystem dient. Umgekehrt ist bei Vollastbetrieb des Motors 10 die Hauptdrosselklappe 27 vollständig geöffnet, so daß in diesem Fall der größte Teil der benötigten Verbrennungsluft durch das Hauptznsaugrohr 25 angesaugt wird. Die Regeldrosselklappe 28 kann in diesem Fall geschlossen oder nahezu geschlossen bleiben, weil in diesem Betriebszustand des Motors 10. für den der Turbolader 14 ausgelegt ist. keine Drallerteilung der angesaugten Verbrennungsluft erforderlich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Abgasturbolader zur Vorkompression der Verbrennungsluft von Brennkraftmaschinen, bestehend aus einer abgasbeaufschbgten Turbine, einem von dieser angetriebenen, die Verbrennungsluft ansaugenden Verdichter und Mitteln, die der angesaugten Verbrennungsluft einen Vordrall erteilen bevor sie in den Verdichter eintritt, gekennzeichnet durch einen Hauptansaugkanal (25) und einen in diesen tangential einmündenden zweiten Ansaugkanal (26) sowie ferner dadurch, daß im Hauptansaugkanal und im zweiten Ansaugkanal je eine Drosselklappe (Hauptdrosselklappe 27 und Regeldrosselklappe 28) angeordnet ist, die in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine (10) steuerbar sind, wobei der zweite Ansaugkanal (26) zwischen Hauptdrosselklappe (27) und Verdichter (20) in den Einlauftrichter (23) des Verdieners einmündet.

2. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Ansaugkanal (26) unter einem Winkel («) von 60 bis 90° tangential in den Hauptansaugkanal (25) einmündet

3. Abgasturbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aus zweitem Ansaugkanal (26) und Regeldrosselkanal (28) bestehende Zusatzluftsystem zugleich als Leerlaufluftsystem ausgebildet ist.

4. Abgasturbolader nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine derartige Regelung von Hauptdrosselklappe (27) und Regeldr&sselkla^pe (28), daß mit abnehmender Motordrehiahl die erforderliche Verbrennungsluft zunehmend durch Jen zweiten Ansaugkanal in den Verdichter (21) gelangt.