DE3002474C2

DE3002474C2 - Absperreinrichtung

Info

Publication number: DE3002474C2
Application number: DE3002474A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.-Ing. 7990 Friedrichshafen Deutschmann; Georg Ing.(grad.) 7759 Immenstaad Ruetz; Hans Dipl.-Ing. 7990 Friedrichshafen Sudmanns
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH; MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 1980-01-24
Filing date: 1980-01-24
Publication date: 1986-08-28
Also published as: DE3002474A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Absperreinrichtung in der Verdichtersaugleitung eines durch Absperren der Abgaszuleitung abschaltbaren Abgasturboladers, der für den Parallelbetrieb mit mindestens einem weiteren Abgasturbolader zur Aufladung einer Kolben-Brennkraftmaschine vorgesehen ist.

Die Absperreinrichtung in der Verdichtersaugleitung ist notwendig, um ein Entweichen der von den weiteren "Abgasturboladern geförderten Ladeluft über den stillstehenden Verdichter des abgeschalteten Abgasturboladers zu verhindern.

Schwierig ist die öffnung der Absperreinrichtung im richtigen Moment beim Zuschalten des stillgesetzten Abgasturboladers wenn das Abgas-Angebot der Brennkraftmaschine über das Schluckvermögen der eingeschalteten Abgasturbolader hinaus ansteigt.

Durch die DE-PS 8 50 965 und durch die DE-OS 26 09 389 sind Brennkraftmaschinen mit abschaltbaren Abgasturboladern und Absperreinrichtungen in der Ladeluftleitung bekanntgeworden. Bei der Anlage entsprechend der DE-PS 8 50 965 ist in der Ladeluftleitung auf der Druckseite des Verdichters des abschaltbaren Abgasturboladers ein Ventil oder eine Rückschlagklappe angeordnet, gegen die der Verdichter beim Zuschalten hochlaufen muß. Durch das dabei notwendige hohe Druckverhältnis bei nicht vorhandener Fördermenge arbeitet der Verdichter jedoch außerhalb der Pumpgrenze im labilen Bereich, so daß er nicht in der Lage ist, die Druckhöhe in der Ladeluftleitung zum Öffnen der Absperreinrichtung zu erreichen.

Bei der Anlage entsprechend der DE-OS 26 09 389 ist in einer Ausführung vor und nach jedem Verdichter des abschaltbaren, zweistufigen Abgasturboladers eine Absperreinrichtung vorgesehen. Durch öffnen des Abgas-Absperrorgans wird beim Zuschalten zuerst der Abgasturbolader hochgefahren und dann nach Erreichen einer Drehzahl, die der Drehzahl des dauernd eingeschalteten Abgasturboladers entspricht, die Absperrung vor und nach den Verdichtern aufgehoben.

Nachteilig bei dieser Anlage ist ein verhältnismäßig großer Meß-, Steuer- und Regelaufwand, um die Absperrorgane im richtigen Moment zu öffnen bzw. zu schließen. Erfolgt nämlich das luftseitige Zuschalten des Verdichters zu früh, so entsteht die Gefahr eines Pumpbetriebs des Verdichters. Außerdem kann die Ladeluft der übrigen Abgasturbolader über den Verdichter abströmen. Bei zu später Öffnung der Absperrorgane besteht die Gefahr des Auftretens einer Überdrehzahl für den zuzuschaltenden Abgasturbolader, weil die Belastung durch die Förderarbeit des Verdichters fehlt Es muß bezweifelt werden, ob eine entsprechende Regelung überhaupt mit Erfolg durchgeführt werden kann, weil das Hochlaufen des Abgasturboladers in einer sehr kleinen Zeitspanne vor sich geht, so daß für das Betätigen der Absperrorgane im richtigen Zeitpunkt nur Bruchteile von Sekunden zur Verfügung stehen.

Es ist außerdem aus der DE-OS 29 11 727 bekannt ein selbsttätiges Ventil in der Saugleitung des Verdichters des abschaltbaren Abgasturboladers anzuordnen. Mit dieser Maßnahme wird das Pumpen des Verdichters beim Zuschalten sicher vermieden. In manchen Betriebsbereichen wird jedoch beim Zuschalten ein geringfügiges Überschwingen der Drehzahl des Abgasturboladers über die Drehzahl der eingeschalteten Abgaslader hinaus festgestellt Dieses Überschwingen hat seine Ursache darin, daß die öffnung der Absperreinrichtung erst dann eingeleitet werden kann, wenn die Drehzahl der eingeschalteten Lader praktisch erreicht ist, daß die Absperreinrichtung, deren beweglicher Teil auf Grund der großen Leitungsquerschnitte eine verhältnismäßig große Masse aufweist, eine gewisse Zeit zum öffnen benötigt und daß die Turbine in dieser Zeit den Abgasturbolader mit nur teilweiser Belastung durch den Verdichter weiter beschleunigen kann. Da die Abgasturbolader üblicherweise am Schaltpunkt nur geringfügig unterhalb ihrer zulässigen Nenndrehzahl betrieben werden, besteht bei einem Überschwingen der Drehzahl die Gefahr der Überschreitung der zulässigen Drehzahlgrenze für den zugeschalteten Abgasturbolader.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, dieses Drehzahl-Überschwingen des Abgasturboladers zu vermeiden. Dabei sollen jedoch die Vorteile der bekannten Absperreinrichtung - Vermeiden des Pumpens und eines größeren Regel und Steueraufwandes — beibehalten werden. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Absperreinnchtung beim Abschalten des Abgasturboladers durch eine Hilfskraft schließbar ist, im abgeschalteten Zustand des Abgasturboladers durch den Druck in der Ladeluftleitung, der durch den weiteren Abgasturbolader erzeugt wird, gegen eine ständige Öffnungskraft geschlossen gehalten wird, und beim Zuschalten des Abgasturboladers durch den beim Hochlaufen in der Verdichtersaugleitung erzeugten Un'erdruck gemeinsam mit der Öffnungskraft geöffnet wird.

Durch die Anordnung der ständig wirkenden Öffnungskraft wird der Öffnungsvorgang früher eingeleitet und gleichzeitig entscheidend verkürzt. Durch Variation der Größe der Öffnungskraft kann der Zeitpunkt für den Öffnungsbeginn so festgelegt werden, daß die öffnung nicht zu früh erfolgt. Darüber hinaus wird durch die Öffnungskraft die Absperreinrichtung in offener Stellung festgestellt, so daß immer der volle Öffnungsquerschnitt für die Luft zur Verfügung steht. Beim Abstellen wird die Öffnungskraft durch die vorgesehene Hilfskraft überwunden und außerdem ein Hängenbleiben des beweglichen Teils der Absperreinrichtung sicher vermieden. Bei Ausfall der Hilfskraft bleibt der Lader immer zugeschaltet, so daß eine Überbeanspruchung der dauernd eingeschalteten Lader beim Auftreten einer großen Abgasmasse (Vollastbetrieb) in diesem Falle nicht eintreten kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden näher beschrieben. In den Zeichnungen ist ein

Abgasturbolader schematisch mit einer Abgas- und Ladeluftabsperreinrichtung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 Den Lader mit geschlossenen Abgas- und Ladeluftabsperreinrichtungen

F i g. 2 Den Lader beim Zuschalten mit geöffneter Abgas- und noch geschlossener Ladeluftabsperreinrichtung

F i g. 3 Den Lader im Betrieb mit geöffneten AbgasundLadeluftabsperreinrichtungen.

Ein Abgasturbolader 11 besteht aus einer Abgas-Turbine 12 und einem Verdichter 13 für die Ladeluft

In der Abgasleitung 14 zwischen der nicht dargestellten Brennkraftmaschine und der Abgas-Turbine 12 ist eine Absperreinrichtung 15 angeordnet Diese Abgasabsperreinrichtung kann durch einen z. B. mit Druckluft als Hilfskraft beaufschlagbaren, in einem Zylinder 16 entgegen der Kraft einer Feder 17 gleitend verschiebbaren Kolben 18 geschlossen werden. Die Druckluft wird von einem Steuerventil 19 gesteuert, das in nicht dargestellter Weise z. B. in Abhängigkeit vom Ladeluftdruck der Brennkraftmaschine betätigt wird.

In einer Saugleitung 21 des Verdichters 13 befindet sich eine Ladeluftabsperreinrichtung 22, die durch einen, ebenfalls mit Druckluft als Hilfskraft beaufschlagbaren, in einem Zylinder 23 entgegen der Kraft einer Feder 24 gleitend verschiebbaren Kolben 25 betätigt werden kann. Der Zylinder 23 erhält die Druckluft zum Verschieben seines Kolbens 25 über eine Leitung 26, die am Zylinder 16 der Abgasabsperrbetätigung angeschlossen ist und nur dann mit Druckluft beaufschlagt wird, wenn sich der Kolben 18 in der Stellung für geschlossene Abgasabsperreinrichtungen befindet. Eine Zugfeder 29 wirkt im Öffnungssinne auf die Ladeluftabsperreinrichtung 22.

Bei abgeschaltetem Abgasturbolader (Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine mit kleinem Abgasanfall) befindet sich das Steuerventil 19 in der in F i g. 1 dargestellten Lage. Durch die Druckluft ist der Kolben 18 gegen die Kraft der Feder 17 verschoben und die Abgasleitung 14 durch die Abgasabsperreinrichtung 15 versperrt. Der Kolben 18 gibt in dieser Endstellung die Leitung 26 für die Druckluft frei, so daß auch der Kolben 25 gegen die Kraft der Feder 24 und 29 verschoben ist. Damit ist auch die Saugleitung 21 durch die Ladeluftabsperreinrichtung 22 abgesperrt. Auf die Ladeluftabsperreinrichtung 22 wirkt außerdem der Druck der von den nicht abgeschalteten Abgasturboladern geförderten Ladeluft.

Soll der Abgasturbolader 11 bei zunehmender Belastung der Brennkraftmaschine und damit verbundenem höherem Abgasanfall zugeschaltet werden, so nimmt, gesteuert z. B. durch den zunehmenden Ladeluftdruck in der Ladeluftleitung der Kolben-Brennkraftmaschine, das Steuerventil 19 die in Fig.2 dargestellte Lage ein. Die auf die Kolben 18 und 25 wirkende Druckluft wird über das Steuerventil 19 bzw. über die Leitung 26 und eine Öffnung 20 entlastet und beide Kolben durch ihre Federn 17 bzw. 24 in ihre andere Endlage gedruckt. Dadurch öffnet sich die Abgasabsperreinrichtung 15 und der Abgasturbolader wird unter der W^;rkung der in die Abgas-Turbine 12 einströmenden Abgase beschleunigt. Die Ladeluftabsperreinrichtung 22 bleibt jedoch vorläufig wegen dem auf sie einwirkenden Ladeluftdruck, der sich bei abgeschaltetem Abgasturbolader vor und hinter dem Verdichter 13 aufbaut, noch geschlossen. Durch diese Druckverhältnisse kann der Verdichter ohne Pumpbetrieb bis zu der für die Zuschaltung erforderlichen Drehzahl beschleunigt werden. Bei Erreichen dieser Drehzahl wird durch den entstehenden Unterdruck auf der Saugseite des Verdichters, 13 die Ladeluftabsperreinrichtung geöffnet Durch die Kraft der Zugfeder 29 wird der Beginn des Öffnungsvorganges zu niedrigeren Drehzahlen hin vorverlegt, 4er Öffnungsvorgang selber abgekürzt und der bewegliche Teil der Absperreinrichtung in seiner Öffnungsstellung festgehalten (F i g. 3). Damit ist der Zuschaltvorgang abgeschlossen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

Absperreinrichtung in der Verdichtersaugleitung eines durch Absperren der Abgaszuleitung abschaltbaren Abgasturboladers, der für den Parallelbetrieb mit mindestens einem weiteren Abgasturbolader zur Aufladung einer Kolben-Brennkraftmaschine vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperreinrichtung (22) beim Abschalten des Abgasturboladers (11) durch eine Hilfskraft schließbar ist, im abgeschalteten Zustand des Abgasturboladers (11) durch den Druck in der Ladeluftleitung, der durch den weiteren Abgasturbolader erzeugt wird, gegen eine ständige Öffnungskraft geschlossen gehalten wird und beim Zuschalten des Abgasturboladers (11) durch den beim Hochlaufen in der Verdichtersaugleitung erzeugten Unterdruck gemeinsam mit der Öffnungskraft geöffnet wird.

20