DE3244928C2 - Kombiniertes Ladeluftumblase- und Abgasabblaseventil an einer aufgeladenen Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Bei einer mittels Abgasturbolader aufgeladenen Brennkraftmaschine ist zwischen Ladeluftsammelleitung und Abgassammelleitung eine Umblaseleitung verlegt. Es ist hierzu eine kombinierte Umblase-Abblase-Vorrichtung vorgeschlagen, die in sich ein Abblaseventil und Umblaseventil vereinigt. Diese Vorrichtung umfaßt ein in eine Umblaseleitung eingeschaltetes, axial verschiebbares Umblaseventil, dem ein Durchlaßsteuerorgan zugeordnet ist. Letzteres weist einen Durchlaßkanal für umzublasende Ladeluft sowie einen Ventilsitz für das Umblaseventil auf. Darüber hinaus ist besagtes Durchlaßsteuerorgan derart ausgebildet und in der Umblaseleitung angeordnet, daß es auch die Funktion eines Abblaseventils übernehmen kann. Ausbildung und Anordnung sind dabei so gewählt, daß es nach einer Absperrung des Durchlaßkanales durch das dann an seinem Ventilsitz anliegende Umblaseventil unter Einwirkung desselben entgegen einer Rückstellkraft verschiebbar ist und durch Abrücken von einem zugeordneten Ventilsitz eine Abblaseleitung aufzusteuern vermag. Letztere zweigt im Bereich des Durchlaßsteuerorganes von der Umblaseleitung ab und ist gegenüber dieser durch entsprechende Mittel abgeschottet, die einen Übertritt von Ladeluft in die Abblaseleitung sowie einen Übertritt von Abgasen aus der Abblaseleitung in den absperrbaren Teil der Umblaseleitung verhindern.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung an einer mittels Abgasturbolader aufgeladenen Brennkraftmaschine, deren Abgasleitung an einer Turbine und deren Ladeluftsammelleitung an einem Verdichter des Abgasturboladers angeschlossen sind, mit einem Mehrwegeventil, das in Abhängigkeit von einer Führungsgröße gesteuert eine Umblasung von verdichteter Ladeluft über eine Umblaseleitung zur Turbineneintrittsseite und nach Absperren der Umblaseleitung ein Öffnen einer Abblaseleitung bewirkt

Eine solche Vorrichtung ist aus der DE-AS 26 47 836 bekannt. Dabei ist ein Vierweg-Umscnaltventil vorgesehen, mit dem je nach Schaltstellung nur Ladeluft entweder abgeblasen oder zur Turbineneintrittsseite umgeblasen werden kann.

Abgasturbolader müssen hinsichtlich ihrer Bemessung dahingehend ausgelegt sein, daß sie im Stande sind, die erforderliche Luftmenge mit erforderlichem Druck an den zugehörigen Motor liefern zu können, wenn dieser im stationären Vollastbetrieb und gegebenenfalls auch kurzfristig über Überlastbereich gefahren wird. Ohne Mittel für irgendwelche Steuerungseingriffe — luft- oder abgasseitig — ist diese Forderung ausschließlich durch eine entsprechende Dimensionierung des Abgasturboladcrs zu erfüllen.

Kleinere Abgasturbolader arbeiten nun jedoch im gewünschten Luft- und Abgasmassenbereich mit höherem Wirkungsgrad und erreichen ihre Drehzahl schneller wegen der geringeren Trägheit ihrer Läufer; letzteres mit der Folge, daß auch der Motor ein günstigeres Beschleunigungsverhalten erbringt. Besagte kleinere Abgasturbolader können für einen schnellen Drehzahlanstieg und damit eine rasche Beschleunigung des Motors aus unterem Lastbcreich heraus mit Zusatzluft versorgt werden, wobei als Zusatzluft bereits verdichtete Luft dienen kann, die der Turbine über eine von der Ladcluftsammellcilung abgezweigte Umblaseleitung mit steuerbarem Umblascvcntil /uführbar ist.

Solche kleinere Abgasturbolader erfordern nun aber auch Vorkehrungen, durch die eine Überlastung derselben, beispielsweise infolge Überschreitung einer zulässigen Höchstdrehzahl, vermeidbar ist. Hier bietet sich das Abblasen eines Teils des der Turbine zugeführten Abgasmassenstromes an. Realisiert ist dies durch eine

so Abblaselcitung, die von der Abgasleitung vor Turbine abzweigt, in die Auspuffleitung einmündet und durch ein steuerbares Abblaseventil beherrscht werden kann. Aus Ger DE-OS 14 51 910 ist es bei einer mittels Abgasturbolader aufgeladenen Brennkraftmaschine bekannt, verdichtete Luft über eine UmblaseJeitung gesteuert durch ein in diese eingeschaltetes Umblaseventil zum Turbineneintritt zu leiten, um den Massendurchsatz in der Turbinr zu erhöhen. Darüber hinaus sind bei dieser bekannten Maschine auch schon Vorkehrungen

Mi getroffen, um die der Abgasturbine zuzuführende Gasmenge reduzieren zu können. Hierzu sind steuerbare Abblaseventil in Abblascleitiingen vorgesehen, die von Turbinenspeiseleitungen abzweigen. Ein Abblaseventil ist dort dabei riiiimü'.h beabstandet von einem Umbla-

v> scvciitil angeordnet und ebenso wie letzteres als eigenständige Baugruppe ausgebildet sowie an eine eigene Steuerinimik angeschlossen.

Ks ist demgegenüber daher Aufgabe der Erfindung,

ein an der Brennkraftmaschine vorhandenes Umblascventil konstruktiv so auszugestalten, daß mit ihm zugleich auch eine Abblascrcgelung für Abgas vorgenommen werden kann.

Diese Aufgabe ist crfindungsgemaU durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Umblase-Abblasc-Vorrichtung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß sie mit äußerst wenig Platzbedarf auskommt und darüber hinaus aus wenigen leicht und billig herstellbaren sowie einfach zu montierenden bzw. demontierbaren Baulei len besteht. Weitere Vorteile sind in der Figurenbc-Schreibung aufgeführt.

Nachstehend ist die Erfindung anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbcispiele näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. i eine schematische Darstellung einer aufgeladenen Brennkraftmaschine nach der Erfindung.

F i g. 2 ein Diagramm, aus dem das öffnen und Schließen der Umblaseleitung und Abblaseleitung jeweils über den gesamten Las'.bcreich der Maschine ersichtlich ist.

Fig. 3 stark schematisiert ein erstes Ausführungsbeispiel einer kombinierten Umblase-AbblascVorrichtung.

Fig.4 stark schematisiert ein zweites Ausführungsbeispiel einer kombinierten Umblase-Abblasc-Vorrichtung,

F i g. 5 stark schematisiert ein drittes Ausführungsbcispiel einer kombinierten Umblase-Abblase-Vorrichtung.

In den verschiedenen Figuren sind der Übersichtlichkeit halber gleiche oder einander entsprechende Teile mit gleichen Be/.ugszeichen angezogen.

aufgeladene Brennkraftmaschine 2 dargestellt. An die Turbine 3 des Abgasturboladcrs 1 ist eine Abgassammelleitung 4 angeschlossen, in die die von den einzelnen Zylindern kommenden Abgasauslässc einmünden. An den Verdichter 5 des Abgasturboladers 1 ist eine Ladeluftsammelleitung 6 angeschlossen, in die ein l.adcluftkühler 7 eingeschaltet ist und von der die zu den einzelnen Zylindern führenden F.inlaßlcitungcn abzweigen. Mit 8 ist insgesamt eine Umblaseleitung bezeichnet, die von der Ladeluftsammcllcitung 6 im Bereich zwischen Verdichter 5 und Ladeluftkühlcr 7 abzweigt und kurz vor der Turbine 3 in die Abgassammellcilung 4 einmündet. Mit 9 ist insgesamt ein Mchrwegeventil bezeichnet, das erfindungsgemaß in sich die Kombination eines Ladeluftumblaseventils und eines Abgasabblaseventils vereinigt. Wie aus den F i g. 3 bis 5 ersichtlich, ist dieses Mehrwegeventil 9 in die Umblaseleitung 8 eingebaut und besteht aus einem in letzterer axial verschiebbaren, über ein Verbindungsglied 22 an ein außerhalb der Umblaseieitung 8 angeordnetes Stellorgan 47 bzw. 53 bzw. 62 angeschlossenen Ventilkörper 10 sowie einem ebenfalls in die Umblaseleitung 8 eingebauten Durchlaßstcuerorgan 11.

Das Durchlaßsteuerorgan 11 weist einen vom Ventilkörper 10 des Ladeluftumblaseventils auf- und zusleucrbaren Umblaselufi-Durchlaßkana! 12 auf und bildet außerdem den Ventilkörper des Abgasabblasevenlils. Das Durchlaßsicucrorgan 11 ist axial verschäcblich gelagert und durch ein kraftausübendes Organ 44 gegen einen eingangs einer in diesem Bereich von der Umblascleitung 8 abzweigenden Abgasabblaseleitung 14 angeordneten Ventilsitz 13 andrückbar sowie von letzterem entgegen der Rückstellkraft des Organcs 44 durch den Ventilkörper 10 des Ladeluftumblasevc-niils bei weiterer Axialverschiebung desselben nach Absperrung des Uniblaseltifl-Diirchlaßkanals 12 für eine Abblasung des ι dann im abgesperrten Teil der llmblaselciliing 8 anstehenden Abgases abrückbar. Die Umblasclcitung H dient mithin nicht nur zur Durchleilung von umzublasender l.adclufi. sondern nach ihrer Absperrung durch den Ventilkörper 10 auch zur kanalmäßigen Umleitung von

in vor der Turbine .ihgc/.wcigtcn Abgas.

Dem weiter hinten anhand der I" i g. J bis 'S naher erläuterten Stellorgan 47 bzw. !53 bzw. 62 sind Steuermittel zugeordnet, die ebenfalls im Zusammenhang mit Fig. 3 bis 5 detailliert beschrieben sind.

ti Die besagten Steuermittel arbeiten in Abhängigkeit vom Ladeluftdriick und/oder einer anderen, sich lastabhängig ändernden Führungsgröße und sind derart ausgebiiüei, üab >ie uüci diiS Stellorgan ·

t/ KH. W. J.3 I

auf den Ventilkörper 10 vorzugsweise so einzuwirken vermögen, dal?

1. der Umblaseluft-Durchlaßkanal 12 im Durchlaßsteucrorgan 11 bei Betreib der Maschine

a) im Leerlauf abgesperrt ist,

2^r> b) von Leerlauf bis etwa 25°/» der Vollast zuneh

mend bis auf vollen Luftdurchlaß aufsteuerbar • >i und bis zu etwa 50% der Vollast geöffnet bleibt, dann

c) zur oberen Grenze des mittleren Lastbereiche jo hin wieder zunehmend ztistcucrbar und ab etwa 60% der Vollast geschlossen ist, danach

d) im gesamten oberen l.astbereich geschlossen gehalten bleibt sowie

2. das Durchlaßstcuerorgan 11 bei Betrieb der Ma-J5 schine

o\ y/jir» Leerlauf bis in den ΛΗί»Γ#*η L-SStL¹Cr¹^iCh in Absperrposition gehalten bleibt und

b) oberhalb von etwa 90% der Vollast bis zum oberen Ende des Überlastbercichs hin zunchmend bis auf maximalen Abgasdurchlaß axial

verschiebbar ist.

Eine derartige Öffnungs- und Schlicßcharakteristik ist im Diagramm von F i g. 2 aufgezeigt. Die durchgehende

4ί Linie A gibt dabei Auskunft über die von der jeweiligen Stellung des Ventilkörpers 10 abhängige Einirittsquerschnittsgröße des Umblascluft-Durchlaßkanals 12 und damit die Größe der Menge von durchgelassencr Umblaseluft. Die strichpunktierte Linie B gibt Auskunft

w über die von der jeweiligen Stellung des Durchlaßsteucrorgans 11 abhängige Größe des Gasdurchlaßquerschnitts und damit die Größe der Menge von abzublasendem Abgas. Beide Linien A und B zeigen die besagten Verhältnisse über den gesamten Lastbereich der Maschine 2 auf. Einzelheiten sind weiter hinten zusammen mit der Funktionsbeschreibung der in den Fig.3 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.

!n bevorzugter Ausgestaltung sind die besagten Steuermittel auch derart ausgebildet, daß, unabhängig von

bo einer momentanen Maschinenbelastung, beispielsweise in Notsituationen oder zur Schadensverhütung, der Umblascluft-Durchlaßkanal 12 rasch absperrbar, damit die l-adcluftumblasung unlcrbindbar und unmittelbar danach die Abbiascieitung 14 aufstcuerbar. damit die

h^r. Abblasung von Abgas freigegeben ist. Nachstehend sind Details des erfindungsgemäßen Mehnvcgeventils 9 näher erläutert.

Der Vcniilkörpcr 10 des Ladcluftumblaseveniils be-

steht aus zwei Vcntilschließteilcn 15, 16, die über ein Distanzstück miteinander verbunden sind. Letzteres weist ein zylindrisches, koaxial im Umblaseluft-Durchlaßkunal 12 des Durchlaßstcuerorgans 11 angeordnetes, demgegenüber durehmcsserschwächcres Mittelteil 17 auf, und geht an seinen Enden sich erweiternd jeweils — vorzugsweise mit gekrümmter Kontur — in eine kegelige Vcmüsitzringfläche 18 bzw. 19 an jeweils einem der Ventilschließteile 15 bzw. 16 über. Die beiden Ventilsitzringflächen 18, 19 stehen gegeneinander geneigt und vorzugsweise jeweils unter einem Winkel von 45" zur Achse des Ventilkörpers 10. Jedes Vcniilschließtcil 15 bzw. 16 weist an seiner Außenseite vorteilhafterweise eine strömungsgünstig gestaltete Kuppe 20 bzw. 21 auf.

Der Ventilkörper 10 des Ladeluftumblaseventils sitzt auf einer das Verbindungsglied 22 bildenden Stange und bildet mit dieser eine Baugruppe, die aus mehreren, miteinander verschraubten Einzelteilen zusammengesetzt ist. Die Stange 22 ist in wenigstens zwei, beiderseits des Ventilkörpers 10. beabstandet von diesem, an- bzw. in der Wand der Umblaseleitung 8 angeordneten Gleitlagern 23, 24 gelagert. Darüber hinaus ist die Stange 22 zwecks Korrosionsverhütung von flexiblem Wellrohr umgeben.

Die Abblaselcitung 14 zweigt über ein Absirömgchause 25 von der Umblaseleitung 8 ab, das sich quer zu letzterer erstreckt. Im einzelnen weist das Abslrömgehäuse 25 eine ebene Gehäuscfrontplatte 26 mit einer koaxial zum Ventilkörper 10 liegenden Gaseinlaßbohrung "7 auf: neben dieser Gaseinlaßbohrung 27 ist in der Gehäusefrontplatle noch eine Gasauslaßbohrung 28 vorhanden, von der ab sich die Abblaselcitung 14 in Form eines zylindrischen Rohres 29 mil vorzugsweise kreisförmigem Querschnitt fortsetzt. An die Gchäusefrontplattc 26 schließt sich — in Abblaserichtung gesehen dahinter — ein topfförmiges Gehäuseteil 30 an, dessen Boden 31 von einer Ümbiaseiufidurehiaßbohrung 32 durchdrungen ist, deren Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser des die Umblaseleitung 8 begrenzenden Rohres, jedoch größer als der Außendurchmesser des Vcntilschließteiles 15 am Ventilkörper 10 ist. Darüber hinaus ist als weiteres Teil des Abströmgehäuses 25 in Abblaserichtung gesehen vor der Gehäusefrontplatte 26 eine Gasdurchlaßsteuerplattc 33 mit einer koaxial zum Ventilkörper 10 verlaufenden Durchlaßbohrung 34 angeordnet- Letztere umfaßt eingangs den sich nach außen öffr^nden, bereits weiter vorn erwähnten kegeligen Ventilsitz 13. Außerdem zweigen von der Durchlaßbohrung 34 radial auswärts gerichtete mehrere Gasdurchlaßstichkanäle 35 ab, die in die Gaseinlaßbohrung 27 in der Gehäusefrontplatle 26 ausmünden. Schließlich ist als weiteres Teil des Abströmgehäuses 25 noch ein flexibles Wellrohr 36 zu nennen, das einen dem Durchmesser der Umblascluftdurchlaßbohrung 32 etwa entsprechenden Innendurchmesser aufweist sowie zwischen dem Boden 31 des Abströmgehäuses 25 und einem am Durchlaßsteuerorgan 11 sitzenden Haltering 37 gasdicht eingespannt ist. Das Wellrohr 36 begrenzt die Umblaseleitung 8 innerhalb des Abströmgehäuses 25 und verhindert einerseits einen Durchtritt von umzublasender Ladeluft in letzteres, andererseits einen Durchtritt von abzublasendem Abgas zum vor dem Ventilkörper 10 liegenden Teil der Umblaseleitung 8.

Das besagte Durchlaßstcuerorgan 11 ist durch ein gedrehtes Teil gebildet, das aus einem zylindrischen Tcilstück 38 und einem demgegenüber durchmessergrößeren Steuerbund 39 besteht, welch letzterer — in Abblaserichiung gesehen hinten — eine kegelige Ventilsitzringfläche 40 trägt, die an den abströmgehauseseitigen kegeligen Ventilsitz 13 angepaßt ist. Das zylindrische Teilstück 38 ist durchmesserseitig geringfügig kleiner als die Durchlaßbohrung 34 in der Gasdurchlaßsteu-'» crplattc 33. Der Länge nach ist das Durchlaßstcuerorgan 11 von einer zylindrischen Bohrung 41 durchsetzt, deren Wand den Umblaselufi-Durchlaßkanal 12 außen begrenzt. An jedem Ende der Bohrung 41 ist jeweils ein sich winkelmäßig nach außen öffnender kegeliger Ventilsitz 42 bzw. 43 angeordnet, von denen der eine (42) an die Ventilsitzringfläche 18 und der andere (43) an die Vcntilsitzringfläche 19 des Ventilkörpers 10 angepaßt ist und mit dieser zwecks Absperrung des Umblaseluft-Durchlaßkanals 12 zusammenwirkt. Darüber hinaus trägt das zylindrische Teilstück 38 an seinem, dem Steuerbund 39 gegenüberliegenden Ende auf einem Außengewinde den Haltering (37). Zwischen letzterem und der Innenseite der Durchlaßsteuerplatte 33 des Abströmgehäuses 25 ist eine ummantelte, das kraftausübende Organ 44 bildende Druckfeder eingespannt, die das Durchlaßsteuerorgan 11 mit seiner Ventilsitzringfläche 40 an den abströmgchäuseseitigen Ventilsitz 13 andrückt bzw. nach Auslenkung an diesen rückzuführen vermag. Anstelle einer Druckfeder 44 könnte auch ein aus mehrercn Druckfedern zusammengesetztes Federsystem Verwendung finden.

Wie gut aus don Fig.3 bis 5 ersichtlich, ist jener Bereich der Umblaselcitung 8. in dem das erfindungsgemäßc Mehrwegeventil 9 angeordnet ist, vorteilhafter-

jo weise durch zwei Rohrbogen 45 und 46 gebildet, zwischen deren Flansche das Abslrömgchäuse 25 eingespannt ist. Jeder der beiden Rohrbogen 45, 46 trägt an seiner Bogcnaußenseile eines der beiden Gleitlager 23 bzw. 24, in denen die den Ventilkörper 10 tragende Stan-

J5 gc 22 axial verschicblich gelagert ist. Hierdurch ist eine platzsparende und vorteilhafte Anordnung der Betätigungsmiitei und Steuermittel gewährleistet.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 ist dem erfindungsgemäßen Mehrwegeventil 9 als Stellorgan ein elektrischer Stellmotor 47 zugeordnet, der mit seinem Ritzel 48 in eine Verzahnung 49 an der entsprechend verlängerten Stange 22 eingreift. Der Stellmotor 47 sitzt auf einer Konsole 50, die vorzugsweise außen am Gleitlager 23 befestigt ist und außerdem eine Lagerbuchse 51 trägt, die ein Widerlager für den verlängerten Teil der Stange 22 bildet. Dem Stellmotor 47 ist als Steuermittel vorzugsweise eine elektronische Steuereinheit 52 mit einem Mikroprozessor zugeordnet, durch den auf der Basis permanent ermittelter und ihm zugeführter Istwcrie vom l.adcluftdruck und/oder der Drehzahl und/ odvr einer anderen betriebsabhängig sich ändernden Führiingsgröße per Programm die gewünschte, beispielsweise jene weiter vorne bereits erwähnte Einflußnahme auf den Ventilkörper 10 des Ladeluftumblasevcniils und über diesen auf das das Abgas-Abblaseventil bildende Durchlaßstcuerorgan 11 steuerbar ist.

Ähnliche Verhältnisse wie beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 sind auch bei jenem gemäß F i g. 4 gegeben. Hier ist dem erfindungsgemäßen Mehrwegeventil 9 als Stellorgan für den Ventilkörper 10 ein hydraulischer Stellmotor 53 zugeordnet. Letzterer weist im einfachsten Fall einen Steuerkolben 54 an der entsprechend verlängerten Stange 22 sowie ein Gehäuse 55 mit zwei beiderseits des Steuerkolbens 54 angeordneten Druck-

h5 räumen 56 und 57 auf. Das Gehäuse 55 ist vorzugsweise außen am Gleitlager 23 befestigt. Die beiden Druckräunie 56 und 57 sind über hydraulische Steuerleitungen 58 und 59 an einem hydraulischen Steuerkreis 60 ange-

schlossen, dem als Steuermittel beispielsweise ebenfalls eine, einen Mikroprozessor umfassende elektronische Steuereinheit 61 zugeordnet ist. Letztere arbeitet in gleicher Weise wie die Steuereinheit 52, die dem elektrischen Stellmotor 47 des Ausführungsbeispiels von F i g. 3 zugeordnet ist, auf der Basis permanent ermittelter und ihr zugeführter Istwerte von Ladeluftdruck und/ oder der Drehzahl und/oder einer anderen betriebsabhängig sich ändernden Führungsgröße — durch deren Verarbeitung in einem prozessorinternen Programm. Letzteres ist auch hier so ausgelegt, daß durch entsprechende Einflußnahme auf den hydraulischen Sicucrkreis 60 und damit den hydraulischen Stellmotor 53 praktisch die gleiche Einflußnahme auf den Ventilkörper IO des Ladeluft-Umblaseventils und das das Abgas-Abblascvcntil bildende Durchlaßstcuerorgan 11 möglich ist, wie beim Ausführiingsbeispicl gemäß F i g. 3 durch die dort gCgCvCnCn oiCuCr- üPiu uCi«it!guM£.'i!Ti!ttCi.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 5 ist dem erfindungsgemäßen Mehrwegeventil 9 als Stellorgan für den Ventilkörper 10 eine vornehmlich außen am Gleitlager 23 befestigte Druckdose 62 zugeordnet. Letztere umfaßt in einem zweiteiligen Gehäuse 63 eine Rollmembran 64, die an ihrem Randbereich zwischen beiden Teilen des Gehäuses 63 eingespannt und — über eine Druckplatte 65 abgestützt — an einem Ende der ins Innere der Druckdose 62 hineinverlängerten Stange 22 befestigt ist sowie zusammen mit Wandteilen des Gehäuses 39 einen Steuerdruckraum 66 begrenzt. Dieser Druckdose 62 sind als Steuermittel eine Steuerdruckluftversorgungseinrichtung sowie jenseits des Ventilkörpers 10 ein am anderen Ende der Stange 22 angreifendes Rückholfedersystem 67 zugeordnet. Das Rückholfedersystem 67 ist in einem vorzugsweise außen am Gleitlager 24 befestigten Gehäuse 72 gekapselt und über eine aus diesem herausragende Stellschraube 73 hinsichtlich seiner Rückstellkraft einstellbar. Die Stcuerdruckluftversorgungscinrichlung umfaßt eine Druekluftquellc 68, eine von dieser zur Druckdose 62 führende sowie dort mit dem Steuerdruckraum 66 in Verbindung stehende Druckluftspei^leitung 69, außerdem ein in letztere eingeschaltetes Steuerventil 70 und eine diesem zugeordnete Steuereinrichtung 71. Auch diese Steuereinrichtung umfaßt vorzugsweise einen Mikroprozessor und arbeitet in gleicher Weise wie die Steuereinheiten 52 und 61 der Ausführungsbeispiele gemäß F i g. 3 und 4 auf der Basis permanent ermittelter und eingespeister Istwerte vom Ladeluftdruck und/oder der Drehzahl und/oder einer anderen betriebsabhängigen Führungsgröße durch deren Verarbeitung in einem prozessorinternen Programm. Letzteres ist auch hier so ausgelegt, daß durch entsprechende Einflußnahme auf das Steuerventil 70 die Steuerdruckluftzufuhr zum Steuerdruckraum 66 in der Druckdose 62 bzw. dessen Entlastung über das Steuerventil 70 so steuerbar ist, daß die gewünschte Einflußnahme auf den Ventilkörper 10 des Ladeluftumblaseventils und das das Abblaseventil bildende Durchlaßsteuerorgan Il so wie eingangs beschrieben möglich ist

Nachstehend ist die Funktion des erfindungsgemäßen Mehrwegeventils 9 anhand des Diagramms von F i g. 2 und der Ausführungsbeispiele von F i g. 3.4 und 5 näher erläutert. Dargelegt sind alle jene Änderungen in Funktionsstellungen des Ventilkörpers 10 und des das Aögas-Abblaseventil bildenden Durchlaßsteuerorgsns 11 sowie die sich hieraus ergebenden Änderungen in der Menge ?on umzublasender Ladeluft bzw. abzublasendem Abgas über den gesamten Lastbereich der Maschine, iiusgchend vi «n 1 .cerlaiif bis hin zum etwa bei 120% der Vollast liegenden oberen Ende des Überlastbcreiches.

Als Ausgangssituation sei angenommen, daß die Brennkraftmaschine 2 im Leerlauf läuft. In diesem Fall ist der Umblascluft-Durchlaßkanal 12 durch den Ventilkörper 10 abgesperrt, der dabei mit seiner Ventilsitzringflächc 19 am zugehörigen Ventilsitz 43 am Durchlaßstcuerorgan 11 anliegt und in dieser Position durch

in das jeweilige Stellorgan 47 bzw. 53 bzw. 62 gehalten bleibt. Ks kann in diesem Betriebszustand der Maschine 2 mithin noch keine Ladeluft umgeblasen werden. Diese Position des Venlilkörpers 10 ist in F i g. 2 durch den Punkt 74 repräsentiert. Im Leerlauf der Maschine 2 ist

Ii aber auch das Durehlaßstcucrorg;in 11 mit seiner Vcntil.sitzringfliichc 40 an den zugehörigen Ventilsitz 13 eingangs des Abströmgehiiuscs 25 (.lurch die Druckfeder 44 Uiiijedriicki ν.ΐ 'Juli ^uch kein Abg^s :ih^t'hl:is:*n worden kann. Auch dieser Zustand ist in F i g. 2 durch den Punkt 74 repräsentiert.

Für eine beschleunigung der Maschine 2 wird die deren Zylindern zuzuführende Brennstoffmenge erhöht, durch entsprechende Einflußnahme auf die maschinenseitig vorhandenen Brennstoflbereitstellungsmitiel.

Von dieser Einflußnahme abgeleitet oder durch direkte Einflußnahme von außerhalb der Maschine, beispielsweise von einem Kommandostand aus. wird an die Steuermittel der Vorrichtung ein entsprechender Befehl geleitet. Durch die dann ausgelöste Aktivierung des Stell-

jü organs 47 bzw. 53 bzw. 62 wird der Ventilkörper 10 in der Zeichenebene nach rechts verschoben, damit der Umblaseluft-Durchlaßkanal 12 aufgesteuert und ein Umblasen vor Ladcluft gestattet. Das öffnen des Umblascluft-Durchlaßkanais 12 ist im Diagramm von

js Fig. 2 durch den Punkt 75 repräsentiert. Bei der Verschiebung des Ventilkörpers 10 rückt dieser mit seiner Ventilsitzringfläche 19 vom Ventilsitz 43 ab und gibt mit zunehmender axialer Verschiebung einen zunehmend größer werdenden Durchlaßquerschnitt frei. Das bc-

4« deutet, daß zunehmend eine immer größere Menge von Ladcluft zur Turbine 3 hin umgeblasen und damit deren Massendurchsatz, zunehmend vergrößert werden kann, mit der Folge, daß sich auch die Menge von zu fördernder Ladeluft und deren Druck erhöhen.

Der größte Durchlaßquerschnitt ist etwa bei 25% der Vollast gegeben, was im Diagramm von Fig. 2 durch den Punkt 76 auf der durchgebogenen Linie A repräsentiert ist. Dieser größte Durchlaßquerschnitt ist dabei durch eine Ringfläche gegeben, die außen durch die

so Wand der Bohrung 41 im Durchlaßsteuerorgan 11 und innen durch die Außenfläche des zylindrischen Mittelteils 17 des Ventilkörpers 10 begrenzt ist. Wenn dieser größte Durchlaßquerschnitt gegeben ist — entsprechend der Darstellung in den F i g. 3, 4 und 5 — dann kann die größte Menge von verdichteter Luft das Durchlaßsteuerorgan Il durchströmen. Dieser größte Durchlaßquerschnitt bleibt wegen der speziellen Gestaltung des Distr.nzstückes am Ventilkörper 10 auch bei weiterer Verschiebung des letzteren in gleicher Richtung in einem Betriebsbereich der Maschine bis hin zu etwa 50% der Vollast erhalten. Dieser Sachverhalt ist im Diagramm von F i g. 2 durch den zwischen den Punkten 76 und 77 liegenden Teil der Linie A repräsentiert. Etwa ab diesem Leistungspunkt — 50% der Vollast — liefert die Maschine dann eine so große Menge von Abgas, daß eine Unterstützung des Turbinenantreibs durch umzublasende Ladeluft in zunehmendem Maße dann auch nicht mehr erforderlich ist. Um diesem Sach-

verhalt Rechnung zu tragen, wird d<?r Ventilkörper 10 weiter in gleicher Richtung wie vorher, also in der Zei- :hcncbcnc nach rechts, verschoben, so lange, bis seine Vcntilsitzringflächc 18 am Ventilsitz 42 zur Anlage kommt und dann ein Umblasen von Ladclufl wieder vollständig unterbunden ist. Dieser Zustand ist im Diagramm von F i g. 2 durch den Punkt 78 repräsentiert und bei einer Maschinenleistung von etwa 60% der Vollast gegeben. Bei diesem Schließvorgang werden der Durchlaßquerschnitt und damit die umzublasende Luft- so menge zunehmend kleiner ung gehen gegen Null; letzteres deshalb, weil dann die gekrümmte Kontur des vor dem Ventilschließteil 15 liegenden Bereiches des Distanzstückes 17 in die Bohrung 41 eintaucht und mit zunehmender Eintauchtiefe den wirksamen Durchlaß- is querschnitt verkleinert. Die Absperrung des Umblaseluft-Durchlaßkanales 12 bleibt im gesamten oberen Lastbereich erhalten.

Es sei an dieser Stelle vermerkt, daß an beliebiger Stelle zwischen dem Ort der Kraftcinlcitung des Stellorgans 47 bzw. 53 bzw. 62 in die Stange 22 einerseits und dem Ventilkörper 10 andererseits ein elastisches Zwischenglied eingeschaltet sein kann, das das Andrücken der Ventilsitzringfläche 18 am Ventilsitz 42 ermöglicht, mit einer Kraft, die kleiner als die Kraft der Rückholfedei 44 ist, die das Durchlaßsteuerorgan 11 in Absperrposition hält bzw. nach Verschiebung in letztere rückzuführen vermag.

Während der vorstehend beschriebenen Vorgänge bleibt das Durchlaßsteuerorgan 11 in seiner Absperrposition, was gut aus dem bis zum Punkt 79 führenden geraden Teil der strichpunktierten Linie B ersichtlich ist. Erst bei einer nahe der Vollast liegenden Maschincnleistung wird das das Abgas-Abblascventil bildende Durchlaßsteuerorgan U aufgesteueri durch Verschiebung in der Zeichenebene nach rechts, wobei dessen Ventilsitzringfiächc 4ö vom zugehörigen Ventilsitz i3 eingangs des Abströmgehäuses 25 abrückt und so den Durchtritt von anstehendem Abgas freigibt. Diese Aufsteuerung des Abgas-Abblaseventils erfolgt entgegen der Rückhohlkraft der Druckfeder 44 durch weitere Verschiebung des Ventilkörpers 10 in der Zcichcnebcnc nach rechts unter Einwirkung des Stcllorgans 47 bzw. 53 bzw. 62. gesteuert durch die diesem zugeordneten Steuermittel. Die Aufsteuerung des Abgas-Abblascventils erfolgt dabei so, daß durch die Abblaseleitung 14 eine solche Menge von Abgas abgeblasen werden kann, daß im obersten Lastbereich — nahe der Vollast — und darüber im Überlastbereich der die Turbine 3 durchsetzende Abgasmassenstrom zumindest annähernd konstant bleibt, mit der Folge, daß auch die zu fördernde Ladeluftmenge und der Ladeluftdruck konstant bleiben. Die Größe des Durchlcßquerschniits ist dabei abhängig vom Abstand der Ventilsitzringfiächc 40 am Durchlaßsteuerorgan 11 und dem Ventilsitz 13 eingangs des Ab-Strömgehäuses 25, weiche Teile abgerückt und je nach Entfernung voneinander einen ringförmigen Durchtrittskanal unterschiedlicher Größe freizugeben vermögen. Je weiter das Durchlaßsteucrorgan 11 mit seiner Ventilsitzringfläche 40 vom Ventilsitz 13 abrückt, desto bo mehr Abgas kann den ringförmigen Durchtrittskanal durchströmen.

Bei Leistungsrückgang laufen die vorstehend beschriebenen Steuer- und Funktionsabläufe in entgegengesetzer Richtung ab.

In Notsituationen oder zur Schadensverhütung können diese vorstehend beschriebenen Funktionsabläufe, gesteuert durch die Steuermittel, jedoch auch unabhän

gig von der jeweiligen Maschinenleistung, vollzogen werden, wobei — gesetzt den Fall — dann der Umblaseluft-Durchlaßkanal 12 rasch durch den Ventilkörper 10 abgesperrt und unmittelbar danach die Abblaseleitung 14 durch Verschiebung des Durchlaßsteuer jrg-jns 11 aufgesteuert wird. Letzteres hat zur Folge, daß in relativ kurzer Zeit der die Abgasturbine 3 q^ ansetzende Massenstrom reduziert und damit auch die zu fördernde Ladeluftmenge und der Ladeluftdruck reduziert werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung an einer mittels Abgasturbolader aufgeladenen Brennkraftmaschine, deren Abga.slci- ^r, tungan einer Turbine und deren Ladcluftsammcllcitung an einem Verdichter des Abgasturboladers angeschlossen sind, mit einem Mehrwegevcntil. das in Abhängigkeit von einer Führungsgrößc gesteuert eine Umblasung von verdichteter Luft über eine iu Umblaselcilung zur Turbincncintrittsscitc und nach Absperren der Umblaselcilung ein Öffnen einer Abblaseleitung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrwegeventil (9) in sich die Kombination eines Ladeluftumblaseventils und eines Ab- is gasabblaseventils vereinigt, daß dieses Mehrwegeventil (9) in die Umblaseleitung (8) eingebaut ist und aus einem darin axial verschiebbaren, über ein Verbindungsglied (22) an ein außerhalb der Umblaseleitung (8) angcrordneies Stellorgan (47, 53; 62) angeschlossenen Ventilkörper (10) sowie einem ebenfalls in die Umblaseleitung (8) eingebauten Durchlaßsteucrorgan (11) besteht, das einen vom Veniilkörper (10) des Umblasvcniils auf- und zustcucrbaren Umblaseluft-Durchlaßkanal (12) aufweist, außerdem r, den Veniilkörpcr des Abgasabblascvcntils bildet, ferner axial vcrschicblich und durch ein kraftausübendes Organ (44) gegen einen, eingangs einer in diesem Bereich von der Umblaselcilung (8) abzweigenden Abpisabblascleitung (14) angeordneten jo Ventilsitz (13) andrückbar ist und von diesem Ventilsitz (13) entgegen der Rückstellkraft des Organcs (44) durch den Ventiiköryer (10) des Umblascvcntils bei weiterer Axialverschiebung ..esselben nach Absperrung des Durchlaßkanals (12) für eine Abblasung des dann im abgesperrten Teil der Umblaseleitung (8) anstehenden Abgases abdrückbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (10) des Ladeiuft-Umblaseventils aus zwei Vcntilschließteilen (15, 16) besteht, die über ein Distanzslück miteinander verbunden sind, das ein zylindrisches, koaxial im Umblaseluft-Durchlaßkanal (12) angeordnetes, demgegenüber durchmesserschwäehcrcs Mittelteil (17) aufweist und an seinen Enden jeweils — vorzugsweise v, mit gekrümmter Kontur — in eine kegelige Ventilsitzringflächc (18, 19) an einem Ventilschlicßtcil (15 bzw. 16) übergeht, und daß jeder der beiden Vcntilsitzringflächen (18,19) am Durchlaßstcuerorgan (M) an jeweils einem Ende des Umblascluftdruckkanals ^r>o (12) ein entsprechend angepaßter Ventilsitz (42, 43) zugeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (10) auf einer Stange (22) sitzt und über diese an das Stellorgan (47 bis 51, « 53 bis 60,62 bis 66) angelenkt ist. welche Stange (22) in wenigstens zwei, beiderseits des Mehrwegeventils (9) — beabstandet von diesem — an bzw. in der Wand der Umblaseleitung (8) angeordneten Gleitlagern (23,24) gelagert ist. b0

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abblascleitung(14) über ein Abströmgchäiise (25) von der Umblaseleitung (8) abzweigt, das sich quer zu letzterer erstreckt und aus folgenden Einzel- h^r> teilen besteht, nämlich

a) einer ebenen Gchäuscfrontpiatte (26) mit einer koaxial zur Achse des Ventilkörpers (10) liegenden Gascinlaßbohrung(27) und einer beabstandct von letzterer angeordneten Gasauslaßbohrung (28), von der ab sich die Abblaselcitiing (14) als zylindrisches Rohr(2S) fortsetzt.

b) einem sich an der Gchfiuscfronlplattc (26) in Abblascricluung gesehen hinten anschließenden lopfförniigcn Gehäuseteil (30). des; on Boden (31) eine Unibiaseluftdurchlaßbohrung (32) aufweist, deren Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser des die Umblaseleitung (8) begrenzenden Rohres (45), jedoch größer als der Durchmesser des Veniilschlicßtcils (15) am Veniilkörpcr (10) ist.

c) einer vor der Gehäusefrontpiaitc (26) angeordneten Gasdurchlaßsteuerplatte (33) mit einer koaxial zum Vcntilkörper(lO) liegenden Durchlaßbohrung (34). die eingangs den sich nach außen öffnenden kegeligen Ventilsitz (13) umfaßt und von der radial auswärts gerichtet mehrere Gasdurchlaßstichkanäle (35) abzweigen, die in die Gascinlaßbohrung (27) der Gehäusefrontplatlc (26) ausmünden.

d) einem flexiblen Wellrohr (36), das zwischen dem Boden (31) des lopfförmigcn Gchäuscteils (30) und einem H\Jtcring(37)am Durchlaßstcuerorgan (11) eingespannt ist. innerhalb des Abströmgehäuses (25) die Umblaseleitung (8) begrenzt und einerseits einen Durchtritt von Ladeluft zur Abblasclcitung (14), andererseits einen Durchtritt von Abgas zum vor dem Ventilkörper (10) liegenden, absperrbaren Teil der Umblaseleitung (8) verhindert.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchlaßsteuerorgan (11) durch ein gedrehtes Teil gebildet ist. das aus einen? zylindrischen Teilstück (38) und einem demgegenüber durchmessergrößeren Steuerbund (39) mit einer kegeligen Ventilsitzringfläche (40) besieht, welch letztere an den abströmgchäuseseitigen Ventilsitz (13) angepaßt ist, außerdem der Länge nach von einer den Umblascluft-Durchlaßkanal bildenden Bohrung (41) durchsetzt ist. an jeweils einem linde derselben ein nuch außen öffnender, kegeliger Ventilsitz (42, 43) angeformt ist, außerdem an seinem dem Steuerbund (39) gegenüberliegenden Ende auf einem Außengewinde den I !altering (37) trägt, zwischen welchem und der Innenseite der Gasdurchlaßsteuerplatte (33) des Abstromgchäuscs (26) eine oder mehrere Druckfedern (44) eingespannt sind, die das Durchlaßsteuerorgan (11) mit seiner Vcniilsitzringfläche (40) an den abströmgehäiiscseitigen Ventilsitz (30) anzudrücken bzw. an diesen rückzuführen vermögen.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bereich der Umblaseleitung (8), in dem dus Mehrwegcvcntil (9) angeordnet ist. durch zwei 60 bis 90" - Rohrbögen (45,46) gebildet ist, zwischen deren Flansche das Abströmgehäuse (25) eingespannt und von denen jeder eines der beiden Gleitlager (23, 24) Irägl, in denen die den Ventilkörper (10) tragende Stange (22) gelagert ist.

7. Vorricntiing nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mehrwegeventil (9) als Stellorgan für den Ventilkörper (10) ein elektrischer Stellmotor (47) zu-

geordnet ist, der mit seinem Ritzel (48) in eine Verzahnung (49) an der entsprechend verlängerten, den Ventilkörper(10) tragenden Stange (22) eingreift

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mehrwegeventil (9) als Stellorgan für den Ventilkörper (10) ein hydraulischer Stellmotor (53) zugeordnet ist, der einen Steuerkolben (54) an der entsprechend verlängerten, den Ventilkörper (10) tragenden Stange (22) sowie ein Gehäuse (55) mit zwei, beiderseits des Steuerkolbens (54) angeordneten Druckräumen (56,57) umfaßt, welch letztere über hydraulische Steuerleitungen (58, 59) an einen hydraulischen Steuerkreis (60) angeschlossen sind.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem elektrischen bzw. hydraulischen Stellmotor (47 bzw. 53) als Steuermittel eine elektronische Steuereinheit (52 bzw. 61) mit einem Mikroprozessor zugeordnet ist, durch den anhand signalisierter Istwerte — Lüdeluftdruck und/ oder Drehzahl und/oder eine andere betriebsabhängige Führungsgröße — per Programm die gewünschte offnungs- und Schließcharakteristik des Mehrwegeventils (9) steuerbar ist.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Nilehrwegeventil (9) als Stellorgan für den Ventilkörper (10) eine Druckdose (62) zugeordnet ist, die in einem Gehäuse (63) eine einenendes an der den Ventilkörper (10) tragenden Stange (22) befestigte, über eine Druckplatte (65) abgestützte Rollmembran (64) aufweist, die zusammen mit Wandteilen des Gehäuses (63) einen Steuerdruckraum (66) begrenzt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckdose (62) als Steuermittel ein jenseits des Ventilkörpers (10) am anderen Ende der Stange (22) angreifendes Rückholfedersystem (67) und eine Stcuerdruckluflvcrsorgungseinrichlung zugeordnet sind, welch letztere eine Druckluflqucllc (68) und eine von dieser zur Druckdose (62) führende sowie dort mit dem Stcuerdruckraum (66) in Verbindung stehende Druckluflspciscleitung (69), außerdem ein in letztere eingeschaltetes Steuerventil (70) und eine diesem zugeordnete Slcuereinrichtung(71) umfaßt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (71) einen Mikroprozessor umfaßt, dur-h den anhnnd signalisierter Ist-Werte — f adeluftdruck und/oder Drehzahl und/oder eine andere betriebsabhängige Führungsgrößc — per Programm die gewünschte öffnungs- und Schließcharakteristik des Mehrwegeventils (9) steuerbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch II, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückhohlfedersystem (67) in einem Gehäuse (72) gekapselt und über eine aus diesem herausragende Stellschraube (73) hinsichtlich seiner Rückstellkraft einstellbar ist.

14. Vorrichtung n;ich einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gckenn/.eiehnel, daß der Ventilkörper (10) und die Stange (22) eine Baugruppe bilden, die aus mehreren, miteinander vcrschraubtcn Einzelteilen zusammengesetzt ist.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an beliebig -.'. Stelle /wischen dem Ort der kraflcinluilung des Stellorgan·) in die Stange (22) einerseits und dem Vcniilkörper (10) andererseits ein elastisches Zwischenglied eingeschaltet ist