DE3234495C2 - Steuerung für das Zu- und Abschalten eines Abgasturboladers - Google Patents
Steuerung für das Zu- und Abschalten eines AbgasturboladersInfo
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Abstract
Als Steuergröße für das Zu- und Abschalten eines Abgasturboladers wird bevorzugt der Ladeluftdruck der Brennkraftmaschine herangezogen. Leider weist dieser Ladeluftdruck jeweils nach einer Zu- oder Abschaltung Schwingungen mit großen Amplituden auf, die in der Steuerung Fehlschaltungen auslösen können. Als Abhilfe wird ein Hilfskolben (40) vorgeschlagen, der mit dem die Abschaltung durchführenden Arbeitskolben (37) eines Arbeitszylinders (36) verbunden ist. Dieser Hilfskolben (40) erzeugt bei Bewegung des Arbeitskolbens (37) in einem Hilfszylinder (39) einen Druck, mit dem der unter der Wirkung des Ladeluftdruckes stehende Steuerschieber (32) zusätzlich beaufschlagt und dadurch in seiner die Schaltung einleitenden Stellung so lange festgestellt wird, bis die Schwingungen des Ladeluftdruckes abgeklungen sind.
Description
Hilfszylinder erzeugten Druckes, zusätzlich zu den zwangsläufig vorhandenen Undichtigkeiten zwischen
Steuerschieber bzw. Hilfskolben und Steuerventil bzw. Hilfszylinder, durch eine vorzugsweise einstellbare
Drossel vorgenommen wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist für eine Kolbenbrennkraftmaschine mit insgesamt drei Abgasturboladern,
von denen zwei in Abhängigkeit von der Höhe des Ladeluftdruckes zu- bzw. abgeschaltet werden
im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 den Verlauf des Ladeluftdruckes über der Leistung der Brennkraftmaschine aufgetragen;
F i g. 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Steuerung für die Schaltung eines Abgasturboladers.
In F i g. 1 stellt ein Kurventeilstück 11 den Verlauf des
Ladeluftdruckes im unteren Leistungsbereich dar, wenn der erste, dauernd im Betrieb befindliche Abgasturbolader
allein vom gesamten Abgas der Brennkraftmaschine beaufschlagt wird. Im mittleren Leistungsbereich wird
durch Parallel-Betrieb des ersten Abgasturboladers mit einem zugeschalteten zweiten Abgasturbolader ein Ladeluftdruck
entsprechend dem Kurventeilstück 12 erzielt.
Im oberen Leistungsbereich ergibt sich durch den Einsatz aller drei Abgasturbolader ein Ladeluftdruckverlauf
entsprechend einem Kurventeilstück 13.
Bei zunehmender Leistung der Kolbenbrennkraftmaschine steigt der Ladeluftdruck bei Betrieb mit dem ersten
Abgasturbolader entsprechend dem Kurventeiistück 11 an. Bei Erreichen eines Ladeluftdruckes 16, der
sich bei einer Leistung 19 ergibt, wird der zweite Abgasturbolader durch öffnen seiner Abgas- und Ladeluft-Absperreinrichtungen
zugeschaltet Dadurch fällt der Ladeluftdruck auf das Kurventeilstück 12 ab. Durch den
Zuschaltvorgang ergeben sich Schwingungen 22 des Ladeluftdruckes.
Bei zunehmender Leistung steigt der Ladeluftdruck entsprechend dem Kurventeilstück 12 an. Bei Erreichen
eines Ladeluftdruckes 17, der sich bei einer Leistung 21 ergibt, wird der dritte Abgasturbolader durch Öffnen
seiner Abgas- und Ladeluft-Absperreinrichtungen zugeschaltet. Dadurch fällt der Ladeluftdruck auf das Kurventeilstück
13 ab. Durch den Zuschaltvorgang ergeben sich Schwingungen 23 des Ladeluftdruckes.
Bei weiter zunehmender Leistung steigt der Ladeluftdruck entsprechend dem Kurventeilstück 13 an.
Ausgehend von der maximalen Leistung sinkt der Ladeluftdruck bei abnehmender Leistung entsprechend
dem Kurventeilstück 13 ab. Bei Erreichen eines Ladeluftdruckes 15, der sich bei einer Leistung 20 ergibt, wird
der dritte Abgasturbolader durch Schließen seiner Abgas- und Ladeluft-Absperreinrichtungen abgeschaltet.
Dadurch steigt der Ladeluftdruck auf das Kurventeilstück 12 an. Durch den Abschaltvorgang ergeben sich
Schwingungen 24 des Ladeluftdruckes.
Bei weiter abnehmender Leistung sinkt der Ladeluftdruck entsprechend dem Kurventeilstück 12 ab. Bei Erreichen
eines Ladeluftdruckes 14, der sich bei einer Leistung 18 ergibt, wird der zweite Abgasturbolader durch
Schließen seiner Abgas- und Ladeluft-Absperreinrichtungen abgeschaltet. Dadurch steigt der Ladeluftdruck
auf das Kurventeilstück 11 an. Durch den Abschaltvorgang
ergeben sich Schwingungen 25 des Ladeluftdrukkes. Bei weiter abnehmender Leistung sinkt der Ladeluftdruck
entsprechend dem Kurventeilstück 11 ab.
Um Schaltpendelungen zu vermeiden, ist zwischen der Leistung 19 für das Zuschalten und der Leistung 18
für das Abschalten des zweiten Abgasturboladers eine Hysterese 26 und zwischen der Leistung 21 für das Zuschalten
und der Leistung 20 für das Abschalten des dritten Abgasturboladers eine Hysterese 27 angeordnet
Diese Hysterese-Werte reichen jedoch nicht aus, um Schaltpendelungen aufgrund der Schwingungen 22 bis
25 zu vermeiden. So überschreitet zum Beispiel der Ladeluftdruck,
den die Schwingungsamplituden 28 der Schwingung 24 beim Abschalten des dritten Abgasturboladers
bei sinkender Leistung erreichen, den Ladeluftdruck 17, bei dem bei steigender Leistung ein Zuschalten
eingeleitet wird. Um die Wiederzuschaltung zu vermeiden, müßte die Hysterese 27 so vergrößert werden,
daß die größten positiven Ausschläge der Schwingung 24 unter dem Ladeluftdruck 17 und die größten
negativen Ausschläge 29 der Schwingung 23 über dem Ladeluftdruck 15 zu liegen kommen. Eine solche Vergrößerung
der Hysterese ist aus den in der Einleitung genannten Gründen nicht zulässig. Um ein Zurückschalten
der Steuerung in den Zustand vor einer Schaltung aufgrund der Schwingungen 22 bis 25 zu vermeiden,
wird durch die vorgeschlagenen Maßnahmen der Erfindung während der Dauer der Schwingungen der Steuerschieber
des Steuerventils festgehalten, so daß sich die Schwingungen nicht auf die Steuerung auswirken können.
In F i g. 2 ist für das Schalten des zweiten Abgasturboladers ein Steuerventil 30 dargestellt mit einem, vom
Ladeluftdruck der Brennkraftmaschine über eine Leitung 31 beaufschlagbaren Steuerschieber 32, der von
einer Feder 33 bei geringem Ladeluftdruck in die dargestellte, dem Zustand vor der Zuschaltung des Abgasturboladers
zugeordnete Stellung gedrückt wird. Der Ladeluftdruck steht außerdem über eine Leitung 34 am
Steuerschieber 32 an.
Über eine Leitung 35 ist das Steuerventil 30 mit einem Arbeitszylinder 36 verbunden. Ein Arbeitskolben 37 betätigt
über eine Kolbenstange 38 nicht dargestellte Abgas- und Ladeluft-Absperreinrichtungen für den zu
schaltenden Abgasturbolader. In der dargestellten, bei druckloser Leitung 35 durch eine Feder 44 bestimmten
Lage des Arbeitskolbens 37 sind diese Absperreinrichtungen geschlossen. Der Abgasturbolader ist also abgeschaltet.
Erfindungsgemäß weist der Arbeitszylinder 36 einen Hilfszylinder 39 auf, in dem ein mit dem Arbeitskolben
37 verbundener Hilfskolben 40 je nach Bewegungsrichtung des Arbeitskolbens 37 einen Über- bzw. Unterdruck
erzeugt, der von einem Zylinderraum 47 über eine Leitung 41 zu einem Federraum 42 des Steuerventiles
30 geleitet wird. Dieser Federraum 42 weist eine einstellbare Drossel 43 auf, über die er mit der Atmosphäre
verbunden ist.
Vom Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine steigt der Ladeluftdruck bei zunehmender Leistung entsprechend dem Kurventeilstück 11 an (Fig. 1). Bei Erreichen des Ladeluftdruckes 16 wird die Kraft der Feder 33 des Steuerventils 30 überwunden und der Steuerschieber 32 nach rechts in die Stellung verschoben, bei der die Zuschaltung des zweiten Abgasturboladers eingeleitet wird.
Vom Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine steigt der Ladeluftdruck bei zunehmender Leistung entsprechend dem Kurventeilstück 11 an (Fig. 1). Bei Erreichen des Ladeluftdruckes 16 wird die Kraft der Feder 33 des Steuerventils 30 überwunden und der Steuerschieber 32 nach rechts in die Stellung verschoben, bei der die Zuschaltung des zweiten Abgasturboladers eingeleitet wird.
Die im Federraum 42 befindliche Luft wird dabei über Undichtigkeiten und über die Drossel 43 verdrängt. Dadurch
wird die Bewegung des Steuerschiebers 32 gedämpft.
Der in Leitung 34 anstehende Ladeluftdruck wird nun als Druckmittel in die Leitung 35 gesteuert und verschiebt
den Arbeitskolben 37 gegen die Kraft seiner
5
Feder 44 nach links. Über die Kolbenstange 38 werden dadurch die nicht dargestellten Abgas- und Ladeluft-Absperreinrichtungen
des zweiten Abgasturboladers ( geöffnet und damit ist dieser Abgasturbolader zugeschaltet.
5 !
Der Ladeluftdruck aus Leitung 34 wirkt über Leitung 35 und eine Leitung 45 außerdem noch als Steuerdruck
auf eine zusätzliche Stirnfläche 46 des Steuerschiebers 32. Dadurch wird, obwohl durch die Zuschaltung des
Abgasturboladers der Ladeluftdruck auf das Kurventeilstück 12 absinkt eine Zurücksteuerung des Steuerschiebers
32 verhindert Den nach der Schaltung auftre- ,' tenden Schwingungen 22 und ihren Auswirkungen auf
die Steuerung kann jedoch mit dieser Maßnahme nicht ι
begegnet werden.
In dem Zylinderraum 47 des Hilfszyünders 39 bildet !
sich, weil der Hilfskolben 40 zusammen mit dem Arbeitskolben 37 nach links verschoben wird, ein Unterdruck
aus, der über Leitung 41 auch im Federraum 42 des Steuerventils 30 wirksam wird und den Steuerschieber
32 in seiner rechten Endlage festhält Erst dadurch können sich nun die durch die Zuschaltung des zweiten
Abgasturboladers hervorgerufenen Schwingungen 22 des Ladeluftdruckes auf die Steuerung nicht mehr auswirken.
Durch die Wahl der Abmessungen des Hilfszylinders
39 und durch die einstellbare Drossel 43 kann die Zeit für den Abbau des Unterdruckes so eingestellt werden,
daß dieser Abbau erst nach Abklingen der Schwingungen 22 beendet ist
Beim Abschalten des zweiten Abgasturboladers ver-
läuft der Ladeluftdruck bei sinkender Leistung entlang .'
dem Kurventeilstück 12. Bei Erreichen des Ladeluftdruckes
14 überwindet die Kraft der Feder 33 den auf den Steuerschieber 32 über Leitung 31 und Leitung 45
wirkenden Ladeluftdruck und schiebt den Steuerschieber von der dem Zustand vor der Schaltung zugeordneten
Stellung in die in F i g. 2 dargestellte, die Abschaltung einleitende Stellung.
Der im Arbeitszylinder 36 wirkende Ladeluftdruck wird dadurch über das Steuerventil 30 entlastet und der
Arbeitskolben 37 wird zusammen mit dem Hilfskolben
40 unter der Wirkung der Kraft der Feder 44 nach rechts verschoben und damit die Abgas- und Ladeluft-Absperreinrichtung
des zweiten Abgasturboladers geschlossen. Damit ist dieser Abgasturbolader abgeschaltet
Im Zylinderraum 47 entsteht durch die Verschiebung des Hilfskolbens 40 ein Überdruck, der über Leitung 41
und Federraum 42 auf den Steuerschieber 32 wirkt und diesen bis zum Abklingen der durch das Abschalten
entstehenden Schwingungen 25 des Ladeluftdruckes in seiner Stellung festhält Diese Festhaltezeit wird wiederum
maßgeblich von der öffnung der regelbaren Drossel 43 beeinflußt
Für das Schalten des dritten Abgasturboladers ist eine zusätzliche ähnliche Steuerung erforderlich. Diese
Steuerung leitet z. B. aufgrund einer anderen Feder des Steuerventils, die Zu- und Abschaltung des dritten Abgasturboladers
bei einem Ladeluftdruck 17 bzw. 15 ein.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
65
Claims (2)
1. Steuerung für die Zu- und Abschaltung minde- tung in den Zustand VGr dieser Schaltung, die sich aufstens
eines Abgasturboladers einer Kolbenbrenn- 5 grund des vorbeschriebenen Verlaufs des Ladeluftdrukkraftmaschine
mit einem Steuerventil, dessen vom kes zwangsweise ergeben würde, zu vermeiden, ist eine
Ladeluftdruck der Kolbenbrennkraftmaschine be- Steuerung bekannt geworden (Patent 32 12 498), bei der
aufschlagter Steuerschieber bei Erreichen eines vor- auf zwei Steuerflächen eines Steuerschalter-Schiebers
bestimmten Ladeluftdruckes von einer, dem Zustand zwei Steuerdrücke derartig einwirken, daß der Schieber
vor einer Schaltung zugeordneten Stellung in eine io bei einem hohen Ladeluftdruck in die Stellung für das
andere, die Schaltung einleitende Stellung bewegt Zuschalten des Abgasturboladers und bei einem gerinwird,
wodurch er ein Druckmittel für den Arbeits- geren Ladeluftdruck in die Stellung für das Abschalten
kolben eines Arbeitszylinders steuert, mit dem Ab- des Abgasturboladers gedruckt wird. Nachteilig hat sich
gas- und Ladeluftabsperreinrichtungen des zu schal- dabei das Auftreten von starken Ladeluftdruckschwintenden
Abgasturboladers betätigt werden, da- 15 gungen im Anschluß an eine Schaltung herausgestellt,
durch gekennzeichnet, daß der Arbeitszy- die, ebenfalls zum Vermeiden von Zurückschaltungen in
linder (36) einen zusätzlichen Hilfszylinder (39) auf- den Zustand vor der Schaltung, die Anordnung einer
weist, in dem ein mit dem ArbeitsKolben (37) verbun- großen Schalthysterese erforderlich macht Diese große
dener Hilfskolben (40) je nach Bewegungsrichtung Schalthysterese bedeutet eine Ausweitung der Laderdes
Arbeitskolbens (37) einen Über- bzw. Unter- 20 gruppen-Betriebsbereiche, die bei längerem Betrieb in
druck erzeugt, der zu dem Steuerventil geleitet und der Nähe des Schaltpunktes mit weniger Ladern die
dort zusätzlich zum Ladeluftdruck so auf den Steu- Gefahr einer Überhitzung dieser Lader bzw. mit mehr
erschieber (32) einwirkt, daß er den Steuerschieber Ladern das Auftreten von Ladeluftmangel und schlech-(32)
jeweils in der die Schaltung einleitenden Stel- tem Verbrennungsablauf mit sich bringt
lung vorübergehend festhält 25 Aufgabe der Erfindung ist es, trotz Einhaltung einer
2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- nur geringen Hysterese, Schaltpendelungen, die von den
zeichnet, daß der Abbau des im Hilfszylinder (39) Ladeluftdruckschwingungen nach den Schaltungen hererzeugten
Druckes, zusätzlich zu den zwangsläufig rühren, zu unterdrücken.
vorhandenen Undichtigkeiten zwischen Steuer- Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Arbeitsschieber (32) bzw. Hilfskolben (40) und Steuerventil 30 zylinder einen zusätzlichen Hilfszylinder aufweist, in
(30) bzw. Hilfszylinder (39), durch eine vorzugsweise dem ein mit dem Arbeitskolben verbundener Hilfskoleinstellbare
Drossel (43) vorgenommen wird. ben je nach Bewegungsrichtung des Arbeitskolbens einen
Über- bzw. Unterdruck erzeugt, der zu dem Steuer-
ventil geleitet und dort zusätzlich zum Ladeluftdruck so
35 auf den Steuerschieber einwirkt, daß er den Steuerschieber
jeweils in der die Schaltung einleitenden Stel-
Die Erfindung betrifft eine Steuerung für die Zu- und lung vorübergehend festhält.
Abschaltung mindestens eines Abgasturboladers einer Durch diese Maßnahmen wird ein Bewegen des Steu-Kolbenbrennkraftmaschine
mit einem Steuerventil, des- erschiebers und damit ein Zurückschalten in den Zusen
vom Ladeluftdruck der Kolbenbrennkraftmaschine 40 stand vor der Schaltung mit einfachen Mitteln gerade
beaufschlagter Steuerschieber bei Erreichen eines vor- dann sicher verhindert, wenn durch die Schaltung verurbestimmten
Ladeluftdruckes von einer, dem Zustand sachte starke Ladeluftdruckschwingungen auf den Steuvor
einer Schaltung zugeordneten Stellung in eine ande- erschieber einwirken. Weil der Druck aus dem Hilfszyre,
die Schaltung einleitende Stellung bewegt wird, wo- linder sich durch vorhandene Undichtigkeiten rasch abdurch
er ein Druckmittel für den Arbeitskolben eines 45 baut, wird auch die Blockierung des Steuerschiebers
Arbeitszylinders steuert mit dem Abgas- und Ladeluft- nach Abklingen der Ladeluftdruckschwingungen wieabsperreinrichtungen
des zu schaltenden Abgasturbola- der aufgehoben, so daß beim Erreichen des hierfür vorders
betätigt werden. bestimmten Ladeluftdruckes die nächste Schaltung ein-
Das Abschalten von Abgasturboladern wird bei KoI- geleitet werden kann.
benbrennkraftmaschinen zur Erhöhung von Ladeluft- 50 Da der steuernde Ladeluftdruck normalerweise von
druck und Ladeluftmenge bei gegenüber dem Vollast- der einen Seite, eine Feder von der anderen Seite auf
betrieb vermindertem Anfall von Abgasenergie, also im den Steuerschieber einwirkt, bietet sich der Federraum
Teillast- und Teildrehzahlbereich der Kolbenbrenn- als Wirkraum für den im Hilfszylinder erzeugten Druck
kraftmaschine durchgeführt. Dabei arbeitet bei gerin- an. Bei entsprechender Anordnung des Hilfszylinders
gern Abgasenergieanfall nur ein Abgasturbolader, dem 55 am Arbeitszylinder sind keine weiteren Umsteuereinbei
Zunahme der Leistung der Kolbenbrennkraftma- richtungen notwendig, so daß der Steuerschieber vollschine
nach und nach ein oder mehrere Abgasturbola- kommen selbsttätig jeweils immer zum richtigen Zeitder
parallel dazugeschaltet werden, bis schließlich bei punkt in der richtigen Stellung festgehalten wird.
Vollastbetrieb alle vorhandenen Abgasturbolader zu- Weil bei der Bewegung des Steuerschiebers das VoIusammenarbeiten. Der damit erzielbare Ladeluftdruck 60 men des Wirkraumes über die Undichtigkeiten verweist für jede eingeschaltete Abgasturbolader-Kombi- drängt bzw. aufgefüllt werden muß, ergibt sich für die nation über der Leistung oder der Drehzahl aufgetra- Bewegung des Steuerschiebers eine Dämpfung. Diese gen einen sägezahn-ähnlichen Verlauf auf: Beim Ein- Dämpfung verhindert unerwünschte Bewegungen des schalten des zusätzlichen Abgasturboladers tritt zu- Steuerschiebers bei zusätzlich auftretenden Schwannächst ein Abfall des Ladeluftdruckes, verursacht durch 65 kungen des Ladeluftdruckes.
Vollastbetrieb alle vorhandenen Abgasturbolader zu- Weil bei der Bewegung des Steuerschiebers das VoIusammenarbeiten. Der damit erzielbare Ladeluftdruck 60 men des Wirkraumes über die Undichtigkeiten verweist für jede eingeschaltete Abgasturbolader-Kombi- drängt bzw. aufgefüllt werden muß, ergibt sich für die nation über der Leistung oder der Drehzahl aufgetra- Bewegung des Steuerschiebers eine Dämpfung. Diese gen einen sägezahn-ähnlichen Verlauf auf: Beim Ein- Dämpfung verhindert unerwünschte Bewegungen des schalten des zusätzlichen Abgasturboladers tritt zu- Steuerschiebers bei zusätzlich auftretenden Schwannächst ein Abfall des Ladeluftdruckes, verursacht durch 65 kungen des Ladeluftdruckes.
den Abfall des Abgasdruckes aufgrund der öffnung der Eine Beeinflussung der Festhaltezeit für den Steuer-Abgas-Absperreinrichtung
des zuzuschaltenden Laders schieber kann neben der Wahl der Hilfszylinderabmesein.
Danach steigt der Ladeluftdruck mit zunehmender sungen dadurch erzielt werden, daß der Abbau des im
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3234495A DE3234495C2 (de) | 1982-09-17 | 1982-09-17 | Steuerung für das Zu- und Abschalten eines Abgasturboladers |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3234495A DE3234495C2 (de) | 1982-09-17 | 1982-09-17 | Steuerung für das Zu- und Abschalten eines Abgasturboladers |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3234495A1 DE3234495A1 (de) | 1984-03-22 |
DE3234495C2 true DE3234495C2 (de) | 1986-05-22 |
Family
ID=6173474
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3234495A Expired DE3234495C2 (de) | 1982-09-17 | 1982-09-17 | Steuerung für das Zu- und Abschalten eines Abgasturboladers |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3234495C2 (de) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3335471C2 (de) * | 1983-09-30 | 1986-05-15 | Mtu Motoren- Und Turbinen-Union Friedrichshafen Gmbh, 7990 Friedrichshafen | Steuerung für das Zu- und Abschalten eines Abgasturboladers |
DE102005040590B4 (de) * | 2005-08-26 | 2014-11-13 | Caterpillar Energy Solutions Gmbh | Schwingungsabsorbierende Abstützung eines Abgasturboladers |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3212498C2 (de) | 1982-04-03 | 1985-07-11 | Mtu Motoren- Und Turbinen-Union Friedrichshafen Gmbh, 7990 Friedrichshafen | Steuerung für die Zu- und Abschaltung von Abgasturboladern |
-
1982
- 1982-09-17 DE DE3234495A patent/DE3234495C2/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3234495A1 (de) | 1984-03-22 |
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