DE2509243A1

DE2509243A1 - Einrichtung zum regeln des ladedruckes bei brennkraftmaschinen mit abgasturboaufladung

Info

Publication number: DE2509243A1
Application number: DE19752509243
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl Ing Schittler
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1975-03-04
Filing date: 1975-03-04
Publication date: 1976-09-23
Also published as: GB1534571A

Description

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft

Nürnberg, 24. Februar 1975

Einrichtung zum Regeln des Ladedruckes bei Brennkraftmaschinen mit Abgasturboaufladung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Regeln des Ladedruckes bei Brennkraftmaschinen mit Abgasturboaufladung, bei der in einer vor der Abgasturbine von der Abgasleitung abgezweigten Abblaseleitung ein vom Ladedruck der Brennkraftmaschine abhängig gesteuertes Regelorgan vorgesehen ist.

Bei Brennkraftmas chinen mit Abgasturboaufladung wird seit langem das unbefriedigende Zusammenwirken der beiden Maschinen als Nachteil empfunden. Die in den Abgasstrom des Motors eingeschaltete Abgasturbine des Laders und damit auch der mit der Abgasturbine gekuppelte Verdichter ändern nämlich ihre Drehzahl nahezu proportional mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine.

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So wird bei Iienndrehzahl bzw. im oberen Drehzahlbereich dee Motors ein unerwünscht hoher Ladedruck erzeugt, der durch den damit verbundenen hohen Zünddruck eine starke Beanspruchung des Motors bewirkt, während im unteren Drehzahlbereich, wenn der Motor eine Leistung abgeben muß, ein Luftmangel entsteht, sofern die Kraftstoffeinspritzmenge und damit das abgegebene Drehmoment nicht entsprechend reduziert werden.

Um diesen Nachteil zu beseitigen ist es bereits allgemein bekannt,in Abhängigkeit vom Ladedruck einen Teil der Ladeluft oder in Abhängigkeit vom Abgasgegendruck vor der Abgasturbine mehr oder weniger Abgase abzublasen. Ferner ist es, wie bereits eingangs erwähnt, bekannt, einen Teil der Abgase noch vor der Abgasturbine in Abhängigkeit vom Ladedruck abzublasen.

Der Erfindung ist die letztgenannte Methode zugrundegelegt, weil diese.wohl am sinnvollsten erscheint, denn begrenzt soll schließlich der Ladedruck werden und so ist er daher als Regelgröße am besten geeignet. Außerdem wird bei der Methode keine bereits geleistete Verdichterarbeit wieder unnötig vergeudet. Eine bereits vorgeschlagene Einrichtung zur Durchführung dieser Methode besteht aus einem Ventil mit vorzugsweise kegelförmigen Sitz, welches in einer vor der Abgasturbine abgezweigten Abblaseleitung eingebaut ist. Es ist ähnlich wie die Motorventile geführt und am Ende seines Schaftes über einen Ventilteller durch eine Feder belastet, die es auf seinen Sitz drückt. Der Federteller ist entweder mit Kolbenringen oder mit einer Rollmembran versehen und wirkt als Kolben, der von einem Gehäuse umschlossen und vom Ladedruck beaufschlagt wird.

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Sobald der Ladedruck größer als die Federkraft wird, beginnt sich das Ventil zu öffnen und bläst je nach seinem Öffnungshub mehr oder weniger Abgase ab, die somit nicht mehr der Abgasturbine zugeführt werden können.

Die Praxis hat nun gezeigt, daß einer derartigen Einrichtung doch einige wesentliche Nachteile anhaften. Das Ventil ist nämlich hohen Temperaturen ausgesetzt und die Wärme gelangt über die Führung bis zum Kolben bzw. bis zur Gummimembranejwodurch die Betriebssicherheit und die Lebensdauer stark herabgesetzt werden. Es müssen also entsprechend hochwertige Werkstoffe gewählt werden, welche erhebliche Mehrkosten verursachen. Aber auch durch diesen Mehraufwand bleibt die Einrichtung immer noch problematisch, weil der Ventilschaft nicht geschmiert werden kann.

Hier setzt nun die Erfindung ein, deren Aufgabe es ist, eine Einrichtung der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu entwickeln, daß die genannten Nachteile vermieden werden, das heißt, die Einrichtung soll billig in der Herstellung und dennoch langlebig und absolut sicher sein.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die das Regelorgan verstellenden Steuermittel räumlich und thermisch von diesem getrennt angeordnet sind und nur durch Übertragungsglieder miteinander in Verbindung stehen, und daß das Regelorgan selbst als Drosselklappe ausgebildet ist.

Damit wird die gestellte Aufgabe voll gelöst. Durch die Trennung der Steuermittel vom Regelorgan wird zunächst

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erreicht, daß die Wärme nicht auf erstere übertragen werden kann, es können daher billige Werkstoffe Anwendung finden, ohne die Betriebssicherheit zu beeinträchtigen. Die Ausbildung des Regelorgans als Drosselklappe bringt eine weitere Verbilligung, denn Ventile einschließlich der dazugehörigen, zur Schaftführung fluchtenden Sitzfläche sind entschieden teurer. Auch arbeiten Klappen sicherer als Ventile.

Als Steuermittel werden nach der Erfindung an sich bekannte Membranzylinder oder Hubkolbenzylinder vorgeschlagen, die serienmäßig hergestellt und daher ebenfalls entsprechend billig sind. Als Übertragungsmittel schließlich kommen einfache Hebel oder Gestänge in Frage, je nach der gewünschten Regelgenauigkeit.

Bezüglich der Abblaseleitung erscheint es, wie an sich ebenfalls bereits bekannt, vorteilhaft, diese als Umführungsleitung auszubilden und hinter der Abgasturbine in den Auspuff zu führen, wodurch eine günstigere Abfuhr der Abgase erreicht und das Ausströmen derselben an ungünstigen Stellen vermieden wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann das freie Ende der Abblaseleitung aber auch vor dem Verdichter des Abgasturboladers mit der Ansaugleitung für die Brennkraft maschine verbunden werden, so daß eine eogenannte äußere Abgasrückführung erfolgt, durch die bekanntlich die Abgas qualität insbesondere hinsichtlich der Stickoxyde, verbessert wird. Gerade bei hoch aufgeladenen Motoren ist dies von Bedeutung, weil diese aufgrund ihrer Druck- und Temperaturverhältnisse bei Nennleistung relativ viel Stickoxyd erzeugen.

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Weitere Einzelheiten der Erfindung können den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele entnommen werden. Es zeigen:

Pig. 1 den oberen Teil eines Mehrzylinder-Reihenmotors mit einem Abgasturbolader und der erfindungsgemäßen Einrichtung im Schnitt,

Fig. 2 eine Variante der Einrichtung nach Pig. 1.

In Pig- 1 sind mit 1 der Motorblock, mit 2 der Zylinderkopf bzw. mehrere hintereinander liegende Zylinderköpfe und mit 5 ein allen Zylinderköpfen 2 gemeinsam zugeordneter, mit diesen fest verbundener Ansaugkanal bezeichnet. Der Ansaugkanal 3 ist über eine Ansaugleitung 4 mit dem nicht näher dargestellten Verdichterteil eines Abgasturboladers 5 verbunden der dem Motor die zur Verbrennung erforderliche Frischluft liefert.

Von der dem Ansaugkanal 3 gegenüberliegenden Seite des Zylinderkopfes bzw. der Zylinderköpfe 2 aus führt eine gemeinsame Abgasleitung 6 zum Turbinenteil des Abgasturboladers 5, dessen Ausgangsseite schließlich in den Auspuff 7 mündet. Die Abgasleitung 6 ist außerdem über eine Afcblaseleitung 8, die auch als TJmf ührungsl ei tung bezeichnet werden kann, direkt mit dem Auspuff 7 verbunden. In der Abblaseleitung 8 ist eine Drosselklappe 9 vorgesehen, die über einen Schwenkhebel 10 und eine Schubstange 12 mit einem am Motorblock 1 befestigten, aus einem Gehäuse 13, einer Membrane 14 und einer Druckfeder 15 be-

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stehenden Membranzylinder in Verbindung steht. Die Druckfeder 15 hält die Membrane 14 in ihrer Ruhestellung und über die Schubstange 12 und den-Schwenkhebel die Drosselklappe 9 geschlossen. Die Membrane 14 teilt das Gehäuse 13 in zwei Teile, wobei der dem Raum für die Druckfeder 15 gegenüberliegende Raum über eine Steuerleitung 16 direkt mit den Ansaugkanal 3 verbunden ist. Wird im Ansaugkanal 3 ein Ladedruck aufgebaut, so wirkt dieser Druck auf die Membrane 14. Je nach der Höhe des Druckes wird die Membrane 14 dadurch entgegen der Kraft der Druckfeder 15 mehr oder weniger weit aus ihrer Ruhestellung verschoben und die Drosselklappe 9 entsprechend geöffnet, so daß ein Teil der Abgase unter Umgehung der Abgasturbine direkt in den Auspuff 7 gelangt. Damit wird erreicht, daß der Abgasturbolader 5 bei Nenndrehzahl den Motor relativ niedrig, im unteren Drehzahlbereich hingegen hoch aufladet.

Das jeweils gewünschte Regelverhalten wird im einzelnen durch entsprechende Wahl der Hebellänge, der Vorspannung der Druckfeder 15 und ihrer Kennlinie erreicht.

Eine noch genauere Regelcharakteristik läßt sich durch die Einrichtung nach Fig. 2 erreichen. Hier ist die Drosselklappe 9 mit einem Schwenkhebel 17 fest verbunden, der durch eine Feder 18 mit einer Rolle 19 an die Kurvenbahn 20 eines über ein Langloch 21 und Führungsbolzen 22 verschiebbar an einer Montagewand 23 gelagerten Steuerschiebers 24 gehalten wird. Der Steuerschieber 24 wird wie in Fig. 1 über eine Schubstange 12 von einem Membranzylinder 13, 14, 15 in der bereits vorstehend beschriebenen Weise verschoben und damit die Drosselklappe 9 mehr oder weniger weit geöffnet.

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Claims

Mas chinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft

Nürnberg, 24. Februar 1975 Patentansprüche

1. Einrichtung zum Regeln des Ladedruckes bei Brennkraftmaschinen mit Abgasturboaufladung, bei der in einer vor der Abgasturbine von der Abgasleitung\gezweigten Abblaseleitung ein vom Ladedruck der Brennkraftmaschine abhängig gesteuertes Regelorgan vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die das Regelorgan (9) verstellenden Steuermittel (13, 14, 15) räumlich und thermisch von diesenTgetrennt angeordnet sind und nur durch Übertragungsglieder (10, 12; 17,

19) miteinander in Verbindung stehen und daß das Regelorgan (9) selbst als Drosselklappe ausgebildet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsglieder (10, 12, 17) als Verschieb- und/oder verschwenkbare Hebel ausgebildet sind.

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3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuermittel ein vom Ladedruck der Brennkraftmaschine (1, 2) entgegen der Kraft einer Feder (15) beaufschlagbarer Membranzylinder (13) vorgesehen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuermittel ein vom Ladedruck der Brennkraftmaschine (1,2) entgegen der Kraft einer Feder beaufschlagbarer Kolbenzylinder vorgesehen ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daßldie Drosselklappe (9) mit einem am freien Ende eine Laufrolle (19) tragenden, außerhalb der Abblaseleitung (8) angeordneten Hebel (17) verbunden ist, und daß die Laufrolle (19) durch die Kraft einer Feder (18) an die Kurvenbahn (20) eines mit den Steuermitteln (13, 14, 15) verbundenen und von diesen bewegbaren Steuerschiebers (24) gehalten wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abblaseleitung (8) als Umführungsleitung ausgebildet und hinter der Abgasturbine mit dem Auspuff (7) verbunden ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende der Abblaseleitung (8) zur äußeren Rückführung von Abgasen mit der Ansaugleitung (4) der Brennkraftmaschine (1, 2) vor dem Verdichter des Abgasturboladers (5) verbunden ist.

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