DE2543120C2 - Mittels Abgasturboladers aufgeladene Brennkraftmaschine - Google Patents

Mittels Abgasturboladers aufgeladene Brennkraftmaschine

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DE2543120C2
DE2543120C2 DE2543120A DE2543120A DE2543120C2 DE 2543120 C2 DE2543120 C2 DE 2543120C2 DE 2543120 A DE2543120 A DE 2543120A DE 2543120 A DE2543120 A DE 2543120A DE 2543120 C2 DE2543120 C2 DE 2543120C2
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Description

Die Erfindung betrifft eine mittels Abgasturboladers aufgeladene Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmaschine, mit einer Umblaseleitung für die Ladeluft in die Abgasleitung vor der Turbine, gem. dem Oberbegriff des Anspruchs 1, nach Patent 23 16027.
Bei einer derartigen Brennkraftmaschine gem. dem Hauptpatent werden durch die Druckdifferenz beidseits des Drosselorganes in der Uiiiblaseleitung eine Reihe von Vorteilen erreicht. Dies sind insbesondere eine Verbesserung der Spülung und eine bessere Kühlung der Ventile und des Zylinderkopfes bei Viertaktmotoren mit großer Bohrung. Da die Druckdifferenz von der Strömungsmenge und somit von der Drehzahl bei gegebener Leistung der Brennkraftmaschine abhängt, wird durch dieses an der Drosselstelle herrschende Druckgefälle die Beziehung zwischen dem Verdichtungsgrad und dem Entspannungsgrad im Turbokompressor von der Motor-
drehzahl unabhängig, so daß die Pendellinie des Kompressors sehr eng in einem Bereich mit hohem Wirkungsgrad gehalten werden kann.
Beim Gegenstand des Hauptpatentes dient das Drosselorgan selbst als Stelleinrichtung und ist dazu so ausgebildet und angeordnet, daß es sich in Abhängigkeit von der auf es einwirkenden Druckdifferenz zwischen seinen Seiten verstellt. Diese Anordnung nach dem Hauptpatent ist zwar einfach herzustellen und die Wirkung genügt auch in den meisten Fällen. Andererseits wirkt das Prosselorgan aber als Oszillator. Bei gewissen Bauarten der Brennkraftmaschine und bei bestimmten Betriebszuständen besteht die Gefahr, daß dieser'Oszillator in Resonanz kommt. Dabei können Schwingungen am Drosselorgan auftreten, die zu Beschädigungen führen. Insbesondere aber kann dieser Oszillator eine Labilität der aerodynamischen Strömung und somit ein Pendeln des Kompressors und das Erlöschen einer dem Drosselorgan nachgeschalteten Brennkammer verursachen. Außerdem erschwert die Verwendung des Drosselorganes gleichzeitig als Stelleinrichtung, d.h. eines nicht abgeglichenen Drosselorganes, die Verstellung des Drosselorganes zur Anpassung an bestimmte Betriebszustände beträchtlich.
Ferner kann bei Kompressoren mit einer Pendelllinie in verwickelter Form, z. B. bei mehrstufigen Axialkompressoren durch eine liniare Steuerung des Druckabfalles die Leistungskurve des Turbokompressors nicht durch die Punkte des günstigen Wirkungsgrades geführt werden.
Schließlich macht die Kombination der Drosselwirkung und der Steuerwirkung in einem Drosselorgan die Amplitude der Steuerkraft von der geometrischen Abmessung des Drosselorganes abhängig. Die auf das Steuerorgan wirkenden Kräfte können nur durch entsprechende Änderung der Abmessung des Drosselorganes beeinflußt werden, was ggf. zu unzulässig großen Abmessungen führt.
Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, die Stelleinrichtung für das Drosselorgan so auszubilden, daß die Stellkraft von der Form und Größe des Drosselorganes unabhängig ist und eine Beeinflussung der Stellgröße durch weitere Steuerwerte in weitem Umfang möglich ist.
Dies wird gem. der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 enthaltenden Maßnahmen erreicht.
Diese erfindungsgemäße Anordnung hat zwar einen etwas komplexeren Aufbau als die Anordnung gem. dem Hauptpatent. Da jedoch auf das Drosselorgan keine resultierenden SteUkräfte durch die Druckdifftrenz ausgeübt werden können, können erfindungsgemäß beliebige Stelleinrichtungen, wie sie in den weiteren Ansprüchen gekennzeichnet sind, verwendet werden. Dadurch wird auch die Einführung von Änderungsbedingungen für die Druckdifferenz an der Drosselstelle leicht möglich, insbesondere von liniaren Änderungen, bei welchen der Proportionalitätskoeffizient und/oder das konstante Glied in Funktion eines Betriebsparameters der Brennkraftmaschine verändert werden, z. B. um Unregelmäßigkeiten der Pendellinie des Turbokompressors zu umgehen.
Dazu wird darauf hingewiesen, daß die im Hauptpatent beschriebene Drosseleinrichtung einen Druckabfall AP erzeugt, welcher sich mit dem Druck stromauf gem. einem linearen Gesetz nach folgender Formel ändert:
AP=uP+ß
(1)
65
wobei β ein Koeffizient ist, der durch Änderung einer Vorspannkraft verändert werden kann. Solange β klein ist, d.h. solange der Vorverdichtungsgrad erheblich ist, hat das Gesetz nach dieser Formel zur Folge, daß das Verhältnis zwischen dem Entspannungsgrad der Turbine und dem Verdichtungsgrad des Kompressors auf einen praktisch konstanten Wert gehalten wird.
Dies gilt insbesondere für einstufige Turbokompressoren.
Vorzugsweise Ausbildungs- und Weiterbildungsformen sind in den weiteren Ansprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Prinzipschema der Brennkraftmaschine.
Fig. 2 schematisch die Drosselanordnung der Brennkraftmaschine gem. Fig. 1,
F i g. 3 eine Abwandlungsform der Drosselanordnung,
F i g. 4 ein Diagramm des Verlaufs der Pendellinie eines typischen Turbokompressors und unterschiedlicher Drosselanordnungen,
Fig. 5 eine Ansicht ähnlich Fig. 2 einer Abwandlungsform der Drosselanordnung,
Fig. 6 ein Diagramm, welches den von einer Steuerdüse in Funktion des Ausgangsdruckes des Kompressors gebildeten Leckquerschnitt darstellt,
Fig. 7 eine Ansicht ähnlich Fig. 2 auf eine weitere Abwandlungsform der Drosselanordnung mit hydraulischer Stelleinrichtung,
Fig. 8 ein Schaltschema einer elektrisch gesteuerten Stelleinrichtung,
Fig. 9 ein Schaltschema einer elektrischen Stelleinrichtung, für die Verstellung des Drosselorganes in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, und
Fig. 10 ein elektrisches Schaltschema für die programmierte Regelung der Stellung des Drosselorganes, insbesondere in einer Schiffsmaschine zum Antrieb einer Schraube mit festliegendem Anstellwinkel der Flügel.
Der Motor 10 in Fig. 1 wird mit Vorverdichtung durch einen mittels einer Turbine 11 angetriebenen Turbokompressor 12 geladen, deren Rotoren durch eine Welle 13 verbunden sind. In dem Lufteinlaß des Radialkompressors 12 kann ein (nicht dargestellter) mit der Welle gekuppelter Anlaßelektromotor angeordnet sein. Der Kompressor 12 hat zweckmäßig ein hohes Verdichtungsverhältnis von über 6. Eine mit einer Brennstoffzuführung 20 mit Zumeßsystem 15 versehene Hilfsbrennkammer 19 ermöglicht eine zusätzliche Erwärmung der aus dem Sammelstutzen 21 kommenden Auspuffgase vor Eintritt in die Turbine 11.
Eine ständig offene Umblaseleitung 22 leitet die von dem Kompressor 12 gelieferte und von der Brennkraftmaschine 10 nicht aufgenommene Luft zu der Turbine. Bei der dargestellten Ausführungsform verbindet diese Leitung die Ansaugleitung 18 vor einem Wärmetauscher 17 mit der Hilfsbrennkammer 19. Eine Drosselanordnung 23 erteilt der die Leitung 22 in Richtung auf die Kammer 19 durchströmenden Luft einen Druckabfall AP=P2 — P3, welcher praktisch zu dem Ausgangsdruck P2 des Kompressors proportional und von der durch die Leitung strömenden Strömungsmenge unabhängig ist.
Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Drosselanordnung 23 hat einerseits ein Drosselorgan 24 und andererseits eine Stelleinrichtung. Das abgeglichene Drosselorgan 24 ist hier eine mittels Hebel 25 betätigte Drehklappe.
Die Stelleinrichtung (Fig. 2) enthält einen Zylinder, in welchem eine mit dem Hebel 25 verbundene Kolbenanordnung verschieblich ist, die einen Kolben 26 großen Durchmessers und einen Kolben 27 kleinen Durchmessers, welche durch eine Stange 28 verbunden sind, um-
faßt. Die.Kolben in dem Zylinder grenzen drei Kammern ab. Die Außenfläche des Kolbens 26 begrenzt mit dem Zylinder eine Kammer 29, welche mit dem stromab von dem Drosselorgan 24 (oder auch unmittelbar am Eingang der Turbine 11) liegenden Teil der Leitung 22 verbunden ist. Die Außenfläche des Kolbens 27 begrenzt mit dem Zylinder eine Kammer 30, welche mit dem stromauf vom Drosselorgan 24 liegenden Teil der Leitung 22 verbunden ist. Schließlich mündet die Zwischenkammer 31 ins Freie, so daß in ihr der Atmosphärendruck P0 herrscht.
Eine in der Kammer 30 angeordnete Rückholfeder 32 übt auf die Kolbenanordnung eine praktisch konstante schwache Kraft F aus, welche das Drosselorgan 24 zu öffnen sucht.
Wenn man mit S und j die Wirkungsflächen der Drücke an den Kolben 26 und 27 bezeichnet, erteilt die in Fig. 2 dargestellte Drosselanordnung der die Leitung 22 durchströmenden Luft einen Druckabfall ΔΡ gemäß der Formel:
gans 24α verbunden, so daß in ihr der Druck P2 herrscht. Die Kammer 30a steht unter einem zwischen dem Druck P2 und dem Atmosphärendruck P0 liegenden Druck P1. Hierfür ist diese Kammer durch eine Düse 33 mit dem Querschnitt S2 mit dem Druck P2 und durch eine Düse 34 mit dem Querschnitt S1 mit dem Druck P0 verbunden. Der Druck P1 ist eine stetige Funktion des Drucks P1 und des Querschnittverhältnisses SJS2. In erster Annäherung kann gesagt werden:
ίο „
oder auch:
20 Unter diesen Bedingungen kann der durch die Vorrichtung der Fig. 5 erzeugte Druckabfall geschrieben werden:
AP s
AP =
S-SP2 F+P0(S-S)
S S
welche ein lineares Gesetz darstellt.
(2) Man erhält schließlich:
Die in F i g. 2 dargestellte Anordnung kann umgekehrt werden, so daß die Kammer 31 mit der stromauf liegenden Seite des Drosselorganes 24 die Kammer 30 mit dem Atmosphärendruck
wird dann:
P0 verbunden ist. Die Formel (2)
30 oder auch
ΔΡ=α
S1
0^(Jr
AP =
sP2 F+P0S
In beiden Fällen bleibt die Linearität der Beziehung nur aufrechterhalten, wenn die Strömungsmenge kleiner als der Wert bleibt, für welchen der von dem voll offenen Drosselorgan 24 erzeugte Druckabfall übermäßig groß wird.
In Fig. 3 (in welcher die der Fig. 2 entsprechenden Teile das gleiche Bezugszeichen tragen) sind die Beaufschlagungsflächen der Drücke P2 und P3 an den Kolben 26 und 27 gleich. Der Kolben 27 wirkt jedoch mit einem kleineren Hebelarm als der Kolben 26 auf das Drosselorgan 24. Man kann auch gleichzeitig unterschiedliche Beaufschlagungsflächen und verschieden lange Hebelarme benutzen.
In Fig. 4 ist die Pendellinie T (Kennlinie Druck-Strömungsmenge) eines Turbokompressors dargestellt. Die Benutzung von Drosselanordnungen, welche einen sich linear mit dem Druck ändernden Druckabfall liefern, läßt nur die Wahl Zwischen entweder der Kennlinie C1 , welche zu einer schlechten Anpassung bei Vollast und einem schlechten Wirkungsgrad η (Temperatur der Gase am Eingang der Turbine zu hoch) führt, oder der Kennlinie C1, welche ein Pendeln bei den Zwischenbetriebszuständen zur Folge hat.
Eine nicht lineare Änderung des Druckabfalls ermöglicht eine Kennlinie der bei C3 dargestellten Art, welche der Pendellinie sehr nahe liegt, ohne sie jemals zu schneiden. Dazu kann man imbesondere eine Drosselanordnung der in_Fig. 5 dargestellten Art benutzen, durch welche das Änderungsgesetz des Druckabfalls in Funktion des Drucks P2 moduliert werden kann.
In Fig. 5, in welcher die Elemente der Fig. 2 entsprechenden Elemente mit dem gleichen ßezugszeichen mit dem Index α bezeichnet sind, ist die Kammer 31 α unmittelbar mit der stromauf liegenden Seite des Drosselor-Der Querschnitt 5, und/oder der Querschnitt S2 werden zur Veränderung der Koeffizienten des linearen Gesetzes (2) durch einen oder mehrere Betriebsparameter des Motors gesteuert. Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform hat die Düse 33 einen festen Querschnitt S2, während die Düse 34 einen Durchtrittsquerschnitt S1 hat, welcher eine Funktion des Drucks P2 ist. Hierfür wird diese Düse durch eine von einer Druckkapsel 36 getragene Ventilnadel 35 gesteuert. Das Profil der Nadel 35 und die Kennlinie der Kapsel 36 (Kurve der Änderung der Dehnung in Funktion des Drucks P2) sind z. B. so gewählt, daß sich der Düsenquerschnitt in Funktion des Drucks gem. der in Fig. 6 dargestellten Kurve ändert. Man kann nacheinander den einen und den anderen Koeffizienten α und β der obigen Formel (1) in Funktion des Drucks verändern.
Es können auch mehrere Düsen parallel geschaltet sein, deren Querschnitt gem. verschiedenen Steuer- oder Betriebsparametern veränderlich ist.
Wenn man auf den Koeffizienten β unabhängig von dem Koeffizienten α der Gleichung (1) einwirken wilj. genügt es, daß der Anschlag, an welchem sich die Rückholfeder abstützt, gem. dem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine verschieblich ist, welchen man berücksichtigen will.
Wenn man z. B. β in Funktion der Drucks P2 verändern will, kann die Feder 30 durch eine Feder 3Oe ersetzt werden, welche sich an einem Anschlag abstützt, welcher durch einen durch diesen Druck beaufschlagten Kolben gebildet wird (in Fig. 2 strichpunktiert dargestellt). Bei den Ausführungsformen der Fig. 2, 3 und 5 wird die Kraft zur Verschiebung des Drosselorgans von dem in der Leitung 22 herrschenden Druck geliefert. Das Dn sselorgan kann auch durch einen Servoantrieb verstellt werden, der durch die Drücke stromauf und stromab gesteuert wird. Eine derartige Drosselanordnung ist in F i g. 7 dargestellt, in welcher die bereits beschriebenen
Teilen entsprechenden Organe mit dem gleichen Bezugszeichen und dem Index b bezeichnet sind.
Die Stelleinrichtung gem. Fig. 7 unterscheidet sich von der gem. Fig. 5 dadurch, daß sie nicht mit dem Hebel 250 zur Verstellung des Organs 24b verbunden ist, sondern mit einer Ventilnadel 37, welche in einer Ventilöffnung verschieblich ist. Die Öffnung liegt in dem Leckweg zu dem Auslaß eines ölhydraulischen Zylinders 38, welcher ständig über eine Drossel 39 konstanten Querschnitts von einer Pumpe 40 mit konstantem Druck gespeist wird. Eine Verschiebung der Nadel 37 verändert den in dem Arbeitszylinder herrschenden Beaufschlagungsdruck auf einen Servokolben 41.
Die Stelleinrichtung kann auch einen Umformer betätigen, z. B. einen Potentiometerschieber, wobei dann das Drosselorgan 24b elektrisch betätigt wird.
In Fig. 7 ist eine Überbrückungsleitung 43 mit einem Ventil 44 dargestellt, welche gestattet, der Hilfsbrennkammer 19b eine Primärluftmenge q zuzuführen, während die Sekundärluftmenge Q — q durch die Leitung 22b zugeführt wird. Solange die Leitung 22 b tatsächlich von einer Strömung durchströmt wird, deren Strömungsmenge nicht den oben definierten Höchstwert übersteigt, kann die entnommene Strömungsmenge q durch alleinige Änderung des Querschnitts des Ventils 44 gesteuert werden. Durch Einstellung dieses Querschnitts auf einen durch den Wert eines Steuerparameters (z. B. den Druck P2) festgelegten Wert kann man die Primärluftmenge in äußerst einfacher Weise beherrschen.
Falls man ein verwickeltes Gesetz der Änderung der Druckdifferenz in Funktion des Drucks wünscht, oder wenn man Überführungsgesetze mit anderen als proportionalen Wirkungen (z. B. mit Integralen oder Ableitungen) sucht, kann man eine elektrische Stelleinrichtung benutzen, wie z.B. in Fig 8 dargestellt.
Die Stelleinrichtung gem. Fig. 8, welche einen Druckabfall erzeugen soll, welcher sich linear mit dem Druck P2 stromauf von dem Drosselorgan 246 ändert, enthält zwei Umformersysteme, von denen das eine eine dem Druck P2 proportionale Spannung und das andere eine dem Druck P3 proportionale Spannung an die Eingänge eines Differentialverstärkers 45 anlegt, dessen Ausgangssignal einen elektrischen Stellmotor 46, z.B. ein Schrittschaltwerk, steuert, welcher das Drosselorgan 24 c verstellt.
Bei der dargestellten Ausführungsform enthält jedes Umformersystem eine Sonde 47 oder 48 und einen Vorverstärker 49 oder 50. Jeder Vorverstärker beaufschlagt über einen Widerstand 51 bzw. 52 den entsprechenden Eingang des Verstärkers 45. Der Motor 46 kommt in eine Gleichgewichtsstellung, für welche das Ausgangssignal des Verstärkers 45 Null ist, und welche einem Druckabfall AP=P2-P3 entspricht, bei weichem gut:
Ic2P2-Ic3P3 = O
worin die Koeffizienten k2 und k3 durch Veränderung der Widerstände 51 bzw. 52 einstellbar sind.
Die obige Steuerung macht die Druckdifferenz dem Ausgangsdruck des Kompressors genau proportional, wenn die Sonden 47 und 48 lineare Kennlinien haben. Es kann eine die gleiche Rolle wie in der Ausführungsform der Fig. 2 spielende Rückholfeder vorgesehen werden.
Wie oben ausgeführt, kann es zweckmäßig sein, ein Veränderungsgesetz von ΔΡ in Funktion von P2 zu verwirklichen, welches nicht linear ist, so daß die Anpassungslinie des Kompressors (Förderleistung in Funktion des Ausgangsdrucks) durch Punkte geht, in welchen der Wirkungsgrad sich dem günstigsten Wert nähert. Diese Linie kann eine verwickelte Form haben, insbesondere wenn der Turbokompressorz. B. aus mehreren Kompressoren in Reihe mit Zwischenkühlung besteht oder ein Axialkompressor mit großer Stufenzahl ist. Die Pendellinie T kann dann Formanomalien annehmen.
Eirieeinfache Lösung besteht darin, den Wert der Widerstände 51 und 52, über welche die Eingangssignale an den Verstärker 45 angelegt werden, entsprechend dem zu berücksichtigenden Parameter zu verändern.
Schließlich ist es bei Brennkraftmaschinen, welche eine Spülung erfordern (insbesondere Zweitaktmaschinen), zweckmäßig, diese Spülung in Funktion der Belastung zu modulieren, um die zurückgeführte Gasmenge zu verändern. Dieses Spülungsverhältnis wird durch das Verhältnis P2IP3 festgelegt. Man kann in Reihe oder parallel mit wenigstens einem der Widerstände 51 und 52 einen zusätzlichen widerstand schauen, dessen Wert sich in Funktion der Belastung ändert, wodurch das Arbeiten im Langsamlauf und bei geringer Belastung verbessert werden kann.
Ganz allgemein können die Verstärker jede gewünschte Übertragungsfunktion (proportionale, integrale, abgeleitete Wirkung) haben.
Es kann auch ein Analogrechner benutzt werden, weleher die Stellung des Drosselorgans in Funktion einer ersten, durch den Druck stromauf oder stromab vom Drosselorgan gebildeten Eingangsgröße und einer zweiten Eingangsgröße steuert, welche für das Verhältnis zwischen der Strömungsmenge q in der Überbrückungsleitung und der gesamten von dem Kompressor gelieferten Fördermenge Q kennzeichnend ist (wobei diese zweite Eingangsgröße aus mehreren Betriebsparametern abgeleitet werden kann, wie Maschinendrehzahl und Temperatur dieser Luft, Fördermenge des Kompressors und
Strömungsmenge in der Überbrückungsleitung, Druck P2 und Temperatur der durch die Überbrückungsleitung strömenden Luft, usw.).
F i g. 9 zeigt eine derartige Vorrichtung, in welcher der Öffnungsgrad des Drosselorgans 24d durch eine Stelleinrichtung festgelegt wird, bei welcher eine Eingangsgröße der Druck P2 stromauf des Drosselorgans und die andere Eingangsgröße die durch die Überbrückungsleitung strömende Luftmenge Q ist.
Das Drosselorgan 24 d ist ein quer zur Achse der Leitung 22 d verstellbarer Schieber. Das Profil des Schiebers 24 rf und das Profil des zugeordneten Leitungsabschnitts kann so ausgebildet sein, daß der der Luft dargebotene Durchtrittsquerschnitt σ sich in Funktion der Verschiebung / des Schiebers von seiner Stellung der vollen Öffnung aus gem. folgendem Gesetz ändert:
(3)
\l/2
worin σ0 und Z0 Konstante sind.
Ä
Ein derartiges Anderungsgesetz erleichtert die Steuerung, ist jedoch nicht unerläßlich.
Da der Druckabfall bei Turbulenz praktisch dem Quadrat des Verhältnisses zwischen der Massenströmungsmenge und dem Durchtrittsquerschnitt proportional ist, hat der zur Erzeugung der Druckdifferenz AP einzustel- !ende Durchtrittsquerschnitt σ der Formel:
worin λ praktisch konstant ist.
Die Steuereinrichtung gem. Fig. 9 enthält als Drucksonde eine Kapsel 53, welche mit der stromauf liegenden Seite des Drosselorgans 24 rf verbunden ist und den Schieber eines Potentiometers 54 verschiebt, dessen Widerstand praktisch proportional zu P2 ist. Eine Information
über die.Strömungsmenge wird durch ein Pitotrohr 55 geliefert, welches einer Differentialsonde 56 zugeordnet ist. Die Differenz zwischen dem statischen Druck und dem Ausgangsdruck des Pitotrohrs hat die Formel:
worin k eine Konstante, Q die Massenströmungsmenge und ρ die Dichte der Luft sind. Die Kapsel 5 der Sonde 56 steuert ein Potentiometer 57 so, daß dessen Widerstand proportional Q2Iq ist.
Die Potentiometer 54 und 57 sind in die Eingangskreise von Verstärkern 58 bzw. 59 geschaltet, welche eine analoge Multiplizierschaltung 60 beaufschlagen.
Ein umsteuerbarer Stellmotor 61 verstellt das Drosselorgan 24d und gleichzeitig den Schieber eines Potentiometers 63, dessen Widerstand so praktisch zu der Verschiebung / proportional ist. Dieses Potentiometer 63 ist in den Eingangskreis eines Verstärkers geschaltet. Die Ausgangsspannungen dieses Verstärkers 65 bzw. der analogen Multiplizierschaltung 60 beaufschlagen den Differentialverstärker 66, dessen Ausgangsspannung die Betätigungsvorrichtung 61 beaufschlagt.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung gem. F i g. 9 geht aus der vorhergehenden Beschreibung hervor.
Die Verstärker 58 liefert die Spannung
V=V-
A-P-,
worin r die von der Spannungsquelle 64 gelieferte konstante Spannung, R ein fester Widerstand und A eine Konstante sind. Der Verstärker 59 liefert die Spannung
_ V-B-Q2Iq
(B-konstant).
Die Ausgangsspannung der analogen Multiplizierschaltung 60 hat also die Formel:
V=Cv2-(C-konstant).
Q2Iq
Der Verstärker 65 liefert die Spannung
= v-D-l/lQ Vd R
(!»-konstant).
10
Die Ausgangsspannung des Differentialverstärkers 66 beträgt also:
c vQ2/e
Die Betätigungsvorrichtung 61 wird betätigt, bis die obige Spannung Null ist, d.h. bis
■=R
C_ D
Q2Iq
Das Drosselorgan 24</ hat eine Stellung, in der der erzeugte Druckabfall nach (3) und (4) durch die Formel gegeben ist:
Q2Iq
Q2Iq
IHo
Schließlich erhält man nach dieser Beziehung (6):
(α-konstant).
R-C-v
-P2 =
Dies führt also zu einem zu dem stromauf herrschenden Druck proportionalen Druckabfall unabhängig von der über das Drosselorgan strömenden Strömungsmenge.
Diese Stelleinrichtung kann vereinfacht werden, wenn eine doppelt eindeutige Beziehung zwischen der Maschinendrehzahl und dem Druck P2 besteht, d.h. wenn die Strömungsmenge in der Abzweigleitung nur eine Funktion des Drucks P2 ist. Die Stellung des Drosselorgans 2Ad kann dann durch einen Steuerkreis mit offener Schleife festgelegt werden, dessen einzige Eingangsgröße der Druck P2 ist. Dies ist insbesondere der Fall bei einer Brennkraftmaschine mit konstanter Drehzahl (z. B. zum Antrieb eines Stromerzeugungsaggregats), bzw. mit konstanter Leistung (d. h. das Produkt aus Drehmoment und Drehzahl bleibt konstant, oder bei einer mit einer Schraube oder einer Pumpe mit nicht veränderbarer Steigung gekuppelten Maschine, bei welcher das Verhältnis zwischen dem Drehmoment und dem Quadrat der Drehzahl merklich konstant ist.
Fig. 10 zeigt ein Schema einer elektrisch gesteuerten Drosselanordnung für eine Schiffsantriebsanlage. Eine Drucksonde 67 beaufschlagt einen Umformer, welcher jedem Wert des Drucks P2 gem. einem im voraus festgelegten Gesetz eine gegebene Stellung des Drosselorgan 24/zur Regelung des Querschnitts zuordnet. Der Umformerkreis kann eine Verstärkungsschaltung 68 sein, wel-
ehe die geeignete Übertragungsfunktion hat und einen Stellmotor 61/ steuert.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

Patentansprüche:
1. Mittels Abgasturboladers aufgeladene Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmaschine, mit einer Umblaseleitung für Ladeluft in die Abgasleitung vor der Turbine und mit einem in der Umblaseleitung angeordneten Drosselorgan mit stetig veränderbarem Durchtrittsquerschnitt, welches eine Druckdifferenz zwischen dem Auslaß des Kompressors und dem Einlaß der Turbine erzeugt, wobei das Drosselorgan im wesentlichen durch die Drücke vor und hinter der Drosselstelle gesteuert wird, wobei die Erhöhung des Drucks hinter der Drosselstelle eine Verringerung ihres Durchtrittsquerschnitts und die Erhöhung des Drucks vor der Drosselstelle eine Vergrößerung ihres Durchtrittsquerschnittes bewirkt, derart, daß sich die von dem Drosselorgan erzeugte Druckdifferenz im gleichen Sinne wie der Druck in der Umblaseleitung vor der Drosselstelle ändert, nach Patent 23 16027, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselorgan (24) ausschließlich durch eine von der Umblaseleitung funktionell unabhängig arbeitende Stelleinrichtung derart betätigt wird, daß am Drosselorgan (24) selbst keine unmittelbaren, eine Verstellung bewirkenden Kräfte angreifen.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung bewegliche oder verformbare Stellglieder (26, 27) aufweist, von denen wenigstens eines dem Druck vor der Drosselstelle und wenigstens ein anderes dem Druck hinter der Drosselstelle ausgesetzt ist.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder (26, 27) starr miteinander verbunden und mechanisch mit dem Drosselorgan gekuppelt sind.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Stellglieder (26, 27) in einem Zylinder drei Kammern abgrenzen, von denen eine von einem Bezugsdruck [P0) beaufschlagt ist.
5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugsdruck (P0) der Atmosphärendruck ist.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugsdruck (P0) ein Druck zwischen dem Druck stromauf des Drosselorganes (24a) in der Umblaseleitung (22) und Atmosphärendruck ist, der an einem Punkt einer Leckstrecke in einer Verbindung zwischen beiden Seiten des Drosselorganes (24a) zwischen zwei in Reihe liegenden kalibrierten Düsen (33, 34) herrscht, von denen wenigstens eine (34) einen in Funktion eines Betriebsparameters der Maschine veränderlichen Querschnitt hat (Fig. 5).
7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderliche Durchtrittsquerschnitt der Düse (34) durch ein Stellteil (35) mit sich änderndem Querschnitt veränderbar ist, wobei das Stellteil (35) mit einem in Abhängigkeit von dem stromauf oder stromab des Drosselorganes (24ö) herrschenden Druck verschiebbaren Stellorgan (36) in Verbindung steht.
8. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung mit einem hydraulischem Dämpfer verbunden ist.
9. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Stelleinrichtung durch eine Rückholfeder (32) im Öffnungssinne des Drosselorganes (24 ) vorgespannt ist.
10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückholfeder (3Oe) sich gegen einen Anschlag (69) abstützt, der in Abhängigkeit von dem Druck stromauf oder stromab des Drosselorganes (24) die Vorspannung der Rückholfeder (3Oe) ändert (Fig. 2).
1 ί. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung einerseits ein von dem stromauf des Drosselorganes (24 b) herrschenden Druck (P2), dem stromab des Drosselorganes (24 b) herrschenden Druck (P3) und einem Bezugsdruck (P0) beaufschlagtes Steuersystem und andererseits einen mit dem Drosselorgan (246) gekuppelten, durch das Steuersystem gesteuerten Servoantrieb (38) einschließt (Fig. 7).
12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Servoantrieb ein Druckmittelarbeitszylinder (38) ist, dessen Beaufschlagungsdruck durch das Steuersystem gesteuert ist.
13. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselorgan (24e) durch eine elektrische Betätigungsvorrichtung (46; verstellt wird, die durch eine elektronische Steuerschaltung (45) gesteuert wird, deren Eingangssignale durch stromauf und stromab des Drosselorganes (24) angeordnete Drucksonden (47, 48) geliefert werden (Fig. 8).
14. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung des Drosselorganes (24 rf) durch den stromauf bzw. stromab des Drosselorganes herrschenden Druck und durch eine für das Verhältnis zwischen der vom Kompressor (12) gelieferten Luftmenge und der von der Maschine (21) angesaugten Luftmenge charakteristische Größe gesteuert ist.
15. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 mit doppelt eindeutiger Beziehung zwischen dem vom Kompressor gelieferten Druck und der Motordrehzahl, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung des Drosselorganes (24/) durch eine programmierte Rechenschaltung (68) gesteuert ist, deren Eingangsgröße der stromauf bzw. stromab vom Drosselorgan (24/) herrschende Druck ist.
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