DE3212498C2 - Steuerung für die Zu- und Abschaltung von Abgasturboladern - Google Patents

Steuerung für die Zu- und Abschaltung von Abgasturboladern

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Abstract

In der vorgeschlagenen Steuerung wirkt der Ladeluftdruck als Steuergröße gegen die Kraft einer Feder (28) auf eine erste Steuerstirnfläche (31) eines Schiebers (27) eines Steuerschalters (25) ein. Um die Auswirkungen der starken, sich beim Zu- und Abschalten eines Abgasturboladers ergebenden Druckschwankungen des Ladeluftdruckes auf das Schaltverhalten der Steuerung zu verhindern, weist der Schieber (27) eine zweite Steuerstirnfläche (32) auf, auf die ein zweiter Steuerdruck zeitweilig einwirkt. Dieser zweite Steuerdruck kann ebenso wie der erste Steuerdruck und auch das Arbeitsmittel für die Steuerung aus dem Ladeluftdruck gebildet sein, so daß keine zusätzlichen Druckquellen erforderlich sind. Der zweite Steuerdruck kann außerdem über einen Regelstangenanschlag (35) zur Füllungsbegrenzung beim Start und im Bereich niedriger Leistung der Kolbenbrennkraftmaschine herangezogen werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerung für die Zu- und Abschaltung mindestens eines Abgasturboladers einer Kolbenbrennkraftmaschine mit einer Betätigungseinrichtung für eine Abgas- und Ladeluftleitungs-Absperrvorrichtung mit einem Steuerschalter, der einen ersten Steueranschluß für den Ladeluftdruck der Kolbenbrennkraftmaschine aufweist und dessen Schieber das Arbeitsmittel für die Betätigungseinrichtung steuert, wobei der Schieber durch die Kraft einer Feder in die Stellung für das Abschalten gedruckt wird und der Ladeluftdruck der Kolbenbrennkraftmaschine entgegen der Federkraft auf eine erste Steuerstirnfläche des Schiebers einwirkt.
Das Abschalten von Abgasturboladern wird bei Kolbenbrennkraftmaschinen zur Erhöhung von Ladeluftdruck und Ladeluftmenge bei gegenüber dem Vollastbetrieb vermindertem Anfall von Abgasenergie, also im Teillast- und Teildrehzahlbereich der Kolbenbrennkraftmaschine durchgeführt Dabei arbeitet bei geringem Abgasenergieanfall nur ein Abgasturbolader, dem bei Zunahme der Leistung der Kolbenbrennkraftmaschine nach und nach ein oder mehrere Abgasturbolader parallel dazugeschaltet werden, bis ,schließlich bei Vollastbetrieb alle vorhandenen Abgasturbolader zusammenarbeiten. Der damit erzielbare Ladeluftdruck to weist für jede eingeschaltete Abgasturbolader-Kombination über der Leistung oder der Drehzahl aufgetragen einen sägezahn-ähnlichen Verlauf auf: Beim Einschalten des zusätzlichen Laders tritt zunächst ein Abfall des Ladeluftdruckes, verursacht durch den Abfall des Abgasdruckes aufgrund der Öffnung der Abgasabsperreinrichtung des zuzuschaltenden Laders ein. Danach steigt der Ladeluftdruck mit zunehmender Leistung an, bis bei Zuschalten des nächsten Laders erneut ein Einbruch erfolgt
Zur Steuerung des Zu- und Abschaltens der Abgasturbolader ist schon früher unter anderem der Ladeluftdruck selbst als Maß für die im Abgasstrom enthaltene Energie vorgeschlagen worden. Aufgrund des vorbeschriebenen Verlaufes des Ladeluftdruckes würde jedoch bei dem in der Einleitung beschriebenen Steuerschalter nach jeder Zuschaltung eines Abgasturboladers durch den Druckeinbrüch sofort anschließend wieder die Abschaltung erfolgen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dieses Wiederabschalten und die dadurch eingeleiteten dauernden Zu- und Abschaltungen zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst daß der Steuerschalter einen zweiten Steueranschluß für einen weiteren, von der Stellung des Schiebers abhängigen Steuerdruck aufweist, der auf eine zweite Steuerstirnfläche des Schiebers einwirkt
Durch diese Maßnahme wird mit geringem Aufwand das unerwünschte Abschalten oss Abgasturboladers aufgrund des zwangsläufigen Druckeinbruches nach dem Zuschalten sicher vermieden.
Der weitere Steuerdruck kann bei abgeschaltetem Abgasturbolader gleichsinnig mit der Federkraft über die zweite Steuerstirnfläche auf den Schieber einwirken.
Der weitere Steuerdruck kann jedoch auch bei zugeschaltetem Abgasturbolader gleichsinnig mit dem auf die erste Steuerstirnfläche wirkenden Ladeluftdruck über die zweite Steuerstirnfläche auf den Schieber einwirken.
Der weitere Steuerdruck kann weiterhin von dem Schieber des Steuerschalters oder von der Betätigungseinrichtung gesteuert werden. Er kann auch vorteilhaft aus dem Ladeluftdruck gebildet werden, und er kann außerdem einen Zylinder für einen Regelstangen-Anschlag in der Weise betätigen, daß die Regelstange der Kolbenbrennkraftmaschine bei abgeschaltetem Abgasturbolader nur einen Teil ihres Regelstangenweges zurücklegen kann.
Durch dieses Merkmal kann in einfacher Weise eine wirksame Startmengenbegrenzung bzw. Füllungsbegrenzung im unteren Drehzahlbereich erreicht werden.
Für die Erfindung ist die Verwendung des Ladeluftdruckes als Steuergröße keine zwingende Voraussetzung. Jeder ähnlich verlaufende Druck, z. B. der Abgasdruck, kann als Steuerdruck Verwendung iinden, ohne daß damit der Schutzbereich der Erfindung verlassen wird.
Mehrere Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher be-
schrieben. Es zeigt
F i g. 1 den Verlauf des Ladeluftdruckes einer Kolbenbrennkraftmaschine mit insgesamt drei Abgasturboladem, von denen zwei abschaltbar ausgebildet sind, über der Leistung der Kolbenbrennkraftmaschine aufgetragen;
F i g. 2 eine erfindungsgemäße Steuerung für die Zu- und Abschaltung eines Abgasturboladers mit A'bgas- und Ladeluftkiappen, Betätigungseinrichtung und Steuerschalter;
" F i g. 3 schematische Darstellung des Steuerschalters mit gleichsinnig zur Federkraft wirkendem weiteren Steuerdruck;
F i g. 4 schematische Darstellung des Steuerschalters mit entgegen der Federkraft wirkendem weiteren Steuerdruck.
In F i g. ϊ ist der Ladeluftdruck-Verlauf einer Kolbenbrennkraftmaschine mit drei Abgasturboladern über der Leistung der Kolbenbrennkraftmaschine aufgetragen.
Im unteren Leistungsbereich, bis zum Erreich ί-n einer Leistung 11, ist nur ein erster Abgasturbolader eingeschaltet Der von ihm erzeugte Ladeluftdruck ist durch den Kurvenzug 12 dargestellt Da diesem Abgasturbolader das gesamte Abgas der Kolbenbrennkraftmaschine zugeleitet wird, ist er bei Betrieb der Kolbenbrennkraftmaschine mit der Leistung 11 an seinem für den Betrieb mit allen drei Ladern von Vollast ausgelegten Betriebspunkt angelangt Dabei liefert er einen Ladeluftdruck 13.
Im mittleren Leistungsbereich, von der Leistung 11 bis zu einer Leistung 14, wird dem ersten ein zweiter Abgasturbolader parallel geschaltet Der von beiden erzeugte Ladeluftdruck ist durch den Kurvenzug 15 dargestellt Die beiden Lader liefern bei der Leistung 11 einen Ladeluftdruck 16 und bei der Leistung 14 einen maximalen Ladeluftdruck 17.
Im oberen Leistungsbereich, von der Leistung 14 bis zur Vollast 18, sind alle drei Abgasturbolader parallel zueinander geschaltet Der von ihnen erzeugte Ladeluftdruck ist durch den Kurvenzug 19 dargestellt
Der Gewinn an Ladeluftdruck und damit auch an Ladeluftmenge durch die Abschaltung von Abgasturboladern im unteren Leistungsbereich geht aus dem Unterschied zwischen der Kurve 19 und den Kurven 12 bzw. 15 hervor. In diesem unteren Leistungsbereich können dadurch größere Füllungen und damit höhere Drehmomente erzielt werden.
In F i g. 2 wird eine Abgasklappe 20 und eine Ladeluftklappe 21 eines nicht dargestellten Abgasturboladers von eine,· Betätigungseinrichtung 22 entsprechend den Bedürfnissen der Kolbenbrennkraftmaschine geöffnet oder geschlossen und damit der zugehörige Abgasturbolader zur Ladeluftförderung zu- bzw. abgeschaltet. Die Betätigungseinrichtung 22 wird über Leitungen 23 und 24 von einem Steuerschalter 25 gesteuert, der in einem Gehäuse 26 einen Schieber 27 aufweist, der durch die Kraft einer auf ihn einwirkenden Feder 28 in die dargestellte Stellung für das Abschalten des Abgasturboladers gedrückt wird. Als Arbeitsmittel für die Betätigungseinrichtung 22 und als erster Steuerdruck für den Steuerschalter 25 wird dem Steuerschalter der Ladeluftdruck der Kolbenbrennkraftmaschine über die Leitung 29 bzw. 30 zugeführt Der Schieber 27 weist eine erste Steuerstirnfläche 31 auf, auf die der Ladeluftdruck als erster Steuerdruck entgegen der Kraft der Feder 28 einwirkt. Der Steuerschalter 25 weist einen zweiten Steueranschluß 36 auf für einen weiteren, von der Stellung des Schiebers 27 abhängigen Steuerdruck, der auf eine zweite Steuerstirnfläche 32 des Schiebers 27 bei abgeschaltetem Abgasturbolader gleichsinnig mit der Kraft der Feder 28 auf den Schieber 27 einwirkt Der weitere Steuerdruck wird über ein Ventil 33 von der Betätigungseinrichtung 22 bei Öffnen der Abgas- und Ladeluftklappe 20 bzw. 21 durch einen Anschlag 34 abgeschaltet und entlastet
Wie beschrieben, ist nach dem Start der Kolbenbrennkraftmaschine im Leerlauf und unteren Leistungsbereich nur ein erster Abgasturbolader im Betrieb. Die Zuschalteinrichtung für den zweiten, im mittleren Leistungsbereich parallel zum ersten arbeitenden Abgasturbolader weist die in F i g. 2 dargestellte Stellung auf.
Mit steigender Leistung wächst entsprechend der Kurve 12 (F i g. 1) auch der Ladeluftdruck, der über die Leitung 30 auf die erste Steuerstirnfläche 31 des Schiebers 27 als erster Steuerdruck einwirkt, bis bei Erreichen des Ladeluftdruckes 13 die Kraft der Fed-v 28 und der auf
2ö die Steuerstirnfläche 32 wirkende weitere Steuerdruck überwunden und der Steuerschieber 27 in seine andere Endlage gedruckt wird. Nun wird die Leitung 23 entlastet und die Betätigungseinrichtung 22 über die Leitung 24 mit Druck beaufschlagt Dadurch wird die Abgasklappe 20 und die Ladeluftklappe 21 geöffnet und damit der zweite Abgasturbolader zugeschaltet Gleichzeitig wird über das Ventil 33 der weitere Steuerdruck, der bisher auf die zweite Steuerstirnfläche 32 des Schiebers 27 einwirkte, abgestellt und entlastet Durch diese Maßnähme ist der auf die erste Steuerstirnfläche 31 wirkende Ladedruck in der Lage, auch bei einem Druckabfall auf den Ladeluftdruck 16, den Steuerschieber 27 gegen die Kraft der Feder 28 in der Zuschaltstellung festzuhalten, so daß die sofortige Wiederabschaltung des zweiten Abgasturboladers aufgrund des Ladeluftdruckabfalls vermieden wird. Bei weiterer Zunahme der Leistung steigt der Ladeluftdruck entsprechend der Kurve 15 bis zum Ladeluftdruck 17 an, bei dem über eine entsprechende Steuerung die Zuschaltung des dritten Abgas,-turbcidders in gleicher Weise, wie beschrieben, durchgeführt wird.
Bei Verringerung der Leistung der Kolbenbrennkraftmaschine, z. B. von der Leistung 14 auf die Leistung 11, sinkt der Ladeluftdruck entsprechend der Kurve 15.
Wenn die Leistung noch weiter absinkt, fällt der Ladeluftdruck unter den Ladeluftdruck 16 und damit wird, unter Berücksichtigung einer zweckmäßigen, das Pendeln durch Ab- und Zuschaltung vermeidenden Hysterese, das Abschalten des zweiten Abgasturboladers eingeleitet. Dies erfolgt dann, wenn die Kraft der Feder 28 den auf die erste Steuerstirnfläche 31 wirkenden Ladeluftdruck überwindet und den Schieber 27 in die gezeichnete Stellung für das Abschalten verschiebt. Dadurch wird die Leitung 24 entlastet und die Becä'igungseinrichtung 22 durch den Druck in der Leitimg 23 ebenfalls in die dargestellte Stellung gebracht. Dadurch werden Abgas- und Ladeluftklappen 20 bzw. 21 geschlossen. Gleichzeitig wiiitt der weitere Steuerdruck über das Ventil 33 wieder auf die zweite Steuerstirnfläche 32, so daß der Schieber 27 auch nach Anwachsen des ! adeluftdruckes bis unter den Ladeluftdruck 13 seine Stellung nicht verändert.
Die Steuerung für das Zu- und Abschalten des dritten Abgasturboladers ist im Prinzip gleich ausgebildet, wie die vorstehend beschriebene Steuerung für den zweiten Abgasturbolader. Damit bei der Leistung 11 durch den Ladeluftdruck 13 jedoch nicht beide Steuerungen ansprechen, erfolgt die Zu- und Abschaltung des dritten
Abgasturboladers bei etwas höheren Ladeluftdriicken. Die erzielbaren Druckverhältnisse an den Abgasturboladern kommen in der Praxis bei den entsprechenden Leistungen diesen Festlegungen entgegen. Die unterschiedlichen l-adeluftdrücke können bei den einzelnen Steuerungen, z. B. durch unterschiedliche Federn, berücksichtigt werden.
In F i g. 3 ist die Steuerung mit Steuerschalter 25 und Betätigungseinrichtung 22 gleich aufgebaut wie in Fig. 2 und weist dementsprechend die gleiche Wirkungsweise wie dort auf. Abweichend von F i g. 2 wird der weitere Steuerdruck vom Ladeiuftdruck hinter dem Steuerschalter abgezweigt, so daß als weiterer Steuerdruck kein besonderer Druck notwendig ist und der weitere Steuerdruck vom Steuerschalter gesteuert wird. Weiterhin wird ein Regelstangenanschlag 35 ebenfalls vom weiteren Steuerdruck beaufschlagt. Damit ist die Einsteiiung der voiien Füiiung an der Koibenbrennkraftmaschine unterbunden, solange der Abgasturbolader noch nicht zugeschaltet ist.
In F i g. 4 ist eine Steuerung mit ähnlichen Elementen wie in F i g. 3 dargestellt. Der weitere Steuerdruck wirkt jedoeh bei zugesehaltetem Abgasturbolader entgegen der Kraft der Feder 28 über die zweite Steuerstirnfläche 32 auf den Steuerschalter 25 ein.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
30
35
40
45
50
55
60

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Steuerung für die Zu- und Abschaltung mindestens eines Abgasturboladers einer Kolbenbrennkraftmaschine mit einer Betätigungseinrichtung für eine Abgas- und Ladeluftleitungs-Absperrvorrichtung mit einem Steuerschalter, der einen ersten Steueranschluß für den Ladeluftdruck der Kolbenbrennkraftmaschine aufweist und dessen Schieber das Arbeitsmittel für die Betätigungseinrichtung steuert, wobei der Schieber durch die Kraft einer Feder in die Stellung für das Abschalten gedrückt wird und der Ladeluftdruck der Kolbenbrennkraftmaschine entgegen der Federkraft auf eine erste Steuerstirnfläche des Schiebers einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschalter (25) einen zweiten Steueranschluß (36) für einen weiteren, von der Stellung des Schiebers (27) abhängigen Steuerdruck aufweist der auf eine zweite Steuerstirnfläche (32) des Schiebers (27) einwirkt
2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Steuerdruck bei abgeschaltetem Abgasturbolader gleichsinnig mit der Federkraft über die zweite Steuerstirnfläche (32) auf den Schieber (27) einwirkt
3. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der weitere Steuerdruck bei zugeschaltetem Abgasturbolader gleichsinnig mit dem auf die erste Steuerstirnfläche (31) wirkenden Ladeluftdruck üDer die zweite Steuerstirnfläche (32) auf den Schieber einwirkt
4. Steuerung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Steuerdruck von dem Schieber (27) des Steuerschalters (23) gesteuert wird.
5. Steuerung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Steuerdruck von der Betätigungseinrichtung (22) gesteuert wird.
6. Steuerung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Steuerdruck aus dem Ladeluftdruck gebildet wird.
7. Steuerung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß der weitere Steuerdruck außerdem einen Zylinder für einen Regelstangen-Anschlag (35) in der Weise betätigt daß die Regelstange der Kolbenbrennkraftmaschine bei abgeschaltetem Abgasturbolader nur einen Teil ihres Regelstangenweges zurücklegen kann.
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