DE3531296A1

DE3531296A1 - Steuervorrichtung fuer einen turbolader mit veraenderlicher leistung

Info

Publication number: DE3531296A1
Application number: DE19853531296
Authority: DE
Inventors: Kinshi Tokio/Tokyo Takagi
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1984-06-29
Filing date: 1985-09-02
Publication date: 1986-03-13
Also published as: GB2164099A; GB2164099B; GB8521763D0

Description

Nürnberg, 2.9.1985 25 327

Ishikawajima-Harima Jukogyo K.K.

No. 2-1, 2-chome, Ote-machi
Chiyoda-ku

Tokyo-to/Japan

Steuervorrichtung für einen Turbolader mit veränderlicher Leistung

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für einen Turbolader mit veränderlicher Leistung, um den Aufladedruck von Abgasen eines Motors zu regeln.

Im Aufladedruck-Steuersystem für die Abgase eines Motors mit einem Turbolader muß entweder ein Bereich niedriger oder ein Bereich hoher Drehzahl geopfert werden, woraus sich das Problem erhebt, daß der Wirkungsgrad vermindert wird.

Um dieses Problem zu beseitigen, ist ein Turbolader mit veränderlicher Leisetung vorgeschlagen worden, der auf der Turbinenseite verstellbare Leitschaufeln hat.

Die Fig. 1 und 2 der beigefügten Zeichnungen zeigen ein Beispiel für einen solchen Turbolader mit veränderlicher Leistung, bei dem Abgase eines Motors durch ein Turbinengehäuse 15 in

Umfangsrichtung auf ein Turbinenrad 14 geleitet werden, um dieses in Umdrehung zu versetzen. Das Turbinengehäuse 15 wird von einer Wand 16 begrenzt, an der eine Gasmengenregelvorrichtung 17 angebracht ist, die mehrere, zur Achse des Turbinenrades 14 parallele und mit gleichem Abstand zueinander (im Beispiel beträgt dieser Abstand 30°) rund um die Achse des Turbinenrades 14 angeordnete Wellen 18 sowie mehrere verstellbare Schaufeln 20 umfaßt. Diese Schaufeln 20 sind in dem vom Turbinenrad 15 abgegrenzten Gasströmungskanal 19 angeordnet, wobei jeweils eine Schaufel 20 mit einem Ende einer zugeordneten Welle 18 fest verbunden ist, während am anderen Ende jeder Welle 18 ein Schwenkarm 22 von vorbestimmter Länge angebracht ist. Jeder Schwenkarm 22 erstreckt sich rechtwinklig zur Achse seiner Welle 18, an der er mittels.einer Mutter 21 befestigt ist. Mit ihren äußeren, bogenförmig ausgestalteten Enden sind die Schwenkarme 22 in Aufnahmekerben 23 eingesetzt, die mit gleichem Winkelabstand am Innenumfang eines Stellringes 24 ausgebildet sind, so daß der Stellring 24 die Schwenkarme 22 beweglich aufnimmt und führt.

Ferner weist der Stellring 24 an seinem Innenumfang noch eine weitere Aufnahmekehle 25 auf, in die ein Antriebsarm 26 eingreift, der an einer Reglerantriebswelle 7, die in der Wand drehbar gelagert ist, befestigt ist. Ein Reglerarm 8 ist am äußeren, vom Antriebsarm 26 entfernten Ende der Reglerantriebswelle 7 befestigt.

Bei dem Turbolader mit veränderlicher Leistung gemäß der oben erläuterten Konstruktion werden durch den Reglerarm 8 die verstellbaren Schaufeln 20 gleichzeitig in ihrer Winkellage in einem Winkel <x verstellt, d.h., der Reglerarm 8 wird zur Drehung der Antriebswelle 7 verschwenkt, die damit den Antriebsarm 26, den Stellring 24, die Schwenkarme 22 und die Wellen 18 - in dieser Reihenfolge - betätigt, so daß die Winkel ex der verstellbaren Schaufeln 20 gleichzeitig eingestellt werden.

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Bei einem Turbolader dieser Art ist jedoch die Einstellung der verstellbaren Schaufeln 2o durch den Reglerarm 8 extrem schwierig. Wenn gewünscht wird, die verstellbaren Schaufeln 20 stufenlos einzustellen oder einzuregeln, so wird die Steuervorrichtung in ihrem Aufbau sehr kompliziert, erhält große Abmessungen und muß einen Servomotor oder einen Stufen- bzw. Schrittzylinder, der sehr teuer ist, enthalten. Zusätzlich müssen ein Regler zur Verstellung der Schaufeln und ein weiterer Regler zur Steuerung des erstgenannten Reglers vorhanden sein. Somit erhebt sich wieder ein Problem in bezug auf die Kostensteigerung. Wenn andererseits die verstellbaren Schaufeln so ausgelegt und aufgebaut werden, daß sie in wenigen Stufen regel- oder verstellbar sind, dann muß der niedrige oder der hohe Drehzahlbereich geopfert werden, so daß das Problem der Absenkung im Wirkungsgrad auftritt.

Die Erfindung wurde konzipiert, um das oben herausgestellte Problem sowie weitere Probleme, die herkömmlichen Turboladern anhaften, zu überwinden, und es ist ihre Aufgabe, mit einem Minimum an Bauteilen eine maximale Anzahl an Regel- oder Steuerschritten zu bieten, so daß gleichzeitig eine Steuervorrichtung mit kompakten, geringen Abmessungen und mit geringem Gewicht, die kostengünstig zu fertigen ist und den Aufladungswirkungsgrad steigert, zur Verfügung gestellt wird.

Die Ziele, Merkmale, Wirkungen und Vorteile des Erfindungsgegenstandes werden aus der folgenden, auf die Zeichnungen Bezug nehmenden Beschreibung der bevorzugten, erfindungsgemäßen Ausführungsform deutlich. Es zeigen:

Fig. 1 die bereits besprochene Schnittdarstellung eines

Turboladers mit veränderlicher Leistung;

Fig. 2 die Ansicht bzw. den Schnitt nach dem Pfeil II

in der Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Steuervorrichtung in der bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung.

Es wird auf Fig. 3 Bezug gneommen.

Wenn Druckluft 2 aus einem Druckluftbehälter 1 über ein magnetisch betätigtes Wählglied 3 einem Haupt- oder Gesamt-Antriebsluftzylinder 4 zugeführt wird, so wird dieser gegenüber einem Festpunkt 4' aus- oder eingefahren. Das antriebsseitige Ende des Haupt-Luftzylinders 4 (erster Luftzylinder) ist im wesentlichen rechtwinklig mit dem freien Ende eines kurzen Armes 6a eines L-förmigen Winkelhebels 6 verbunden, der auch mit einem langen Arm 6b versehen und an seiner Knickstelle auf einem Schwenkzapfen 5 verschwenkbar gelagert ist. Das Längenverhältnis zwischen dem kurzen und langen Arm 6a bzw. 6b ist 1 : 21 = 1 : 2.

Das eine Ende eines weiteren Antriebsluftzylinders (zweiter Luftzylinder) 9 ist im wesentlichen rechtwinklig mit dem freien Ende des langen Armes 6b des Winkelhebels 6 verbunden, während das andere Ende dieses Zylinders 9 an ein Ende eines Reglerarmes 8 angeschlossen ist, dessen anderes Ende mit einer Antriebswelle 7 zur Einregelung der verstellbaren Schaufeln 20 verbunden ist. Ein magnetisch betätigtes Wählglied 10 dient dazu, die Strömung der Druckluft 2 zu bestimmen, um den zweiten Luftzylinder 9 ein- oder auszufahren. Im gezeigten Beispiel haben der erste und zweite Luftzylinder 4 bzw. 9 den gleichen Hubweg. Im Ansprechen auf das die Drehzahl eines Motors wiedergebende Signal 11 und das Motorlastsignal 12 betätigt ein Steuergerät 13 selbsttätig das erste und zweite Wählglied 3 und 10.

Das Ausmaß der öffnung der verstellbaren Schaufeln wird in vier Stufen verändert. Das bedeutet im einzelnen, daß bei

einer Bewegung des freien Endes des Reglerarmes 8 zur Position a die verstellbare Schaufel um ein Viertel geöffnet wird. Wird dieses freie Ende des Reglerarmes 8 in die Position b gebracht, so wird die Schaufel halb geöffnet. Bei einer Bewegung des Reglerarmes 8 zur Position c erfolgt eine Öffnung der verstellbaren Schaufel zu drei Vierteln. In der Position d des Reglerarmes 8 ist die verstellbare Schaufel voll geöffnet. Der Hubweg des zweiten Zylinders 9 wird so festgesetzt, daß der Zylinder 9 ausgefahren oder eingefahren wird, um die verstellbare Schaufel mit einem Viertel ihres Einstellbereichs zu öffnen oder zu schließen. Dagegen wird der Hub des ersten Luftzylinders 4, der mit dem kurzen Arm 6a des Winkelhebels 6, dessen Verhältnis zwischen dem kurzen und dem langen Arm 6a bzw. 6b mit 1 : 2 gegeben ist, wie oben gesagt wurde, verdoppelt, so daß der Zylinder 4 aus- oder eingefahren wird, um die verstellbare Schaufel mit zwei Vierteln des oben erwähnten Einstellbereichs zu schließen oder zu öffnen.

In Fig. 3 sind der erste sowie zweite Luftzylinder 4 und 9 im ausgefahrenen Zustand, weil die Wählglieder 3 und 10 derart betätigt sind. Das hat zum Ergebnis, daß der Hub des ersten Luftzylinders 4 dem Hub des zweiten Luftzylinders 9 hinzugefügt wird,, womit das freie Ende des Reglerarmes 8 in die Position a gebracht wird, in der die verstellbare Schaufel zu drei Vierteln geschlossen, d.h., zu einem Viertel geöffent ist.

Wenn dann das Wählglied 10 im Ansprechen auf das Signal vom Steuergerät 13 umgeschaltet wird, so wird der zweite Luftzylinder 9 eingefahren, womit der Reglerarm 8 um einen Hub (1/4) verschwenkt und in die Position b gebracht wird, in der die verstellbare Schaufel zu zwei Vierteln geöffnet ist.

Anschließend bringt das Steuergerät 13 den ersten Luftzylinder 4 zum Einfahren, während gleichzeitig der zweite Luft-

zylinder 9 zum Ausfahren gebracht wird, was durch die beiden Wählglieder 3 und 10 ausgelöst wird. Das hat zur Folge, daß der Reglerarm 8 um die Differenz zwischen den Hüben des ersten und zweiten Zylinders 4 und 9 gedreht (2/4 - 1/4 = 1/4) sowie in die Position c gebracht wird, in der die verstellbare Schaufel zu drei Vierteln geöffnet ist.

Wird dann der zweite Zylinder 9 eingefahren, so wird der Reglerarm 8 um den Hub des zweiten Zylinders 9 gedreht und damit in die Position d verlagert, in der die verstellbare Schaufel völlig geöffnet ist.

Wie beschrieben wurde, kann gemäß der Erfindung der Öffnungsgrad der verstellbaren Schaufeln 20 in vier Stufen allein durch das Vorhandensein des ersten sowie zweiten Luftzylinders 4 und 9 verändert werden, so daß die Abgase des Motors genutzt werden, ohne sie zu vergeuden, und folglich kann der Aufladedruck wirksam geregelt werden.

Es ist klar, daß die Erfindung nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt ist und verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen. Wenn beispielsweise gesagt wurde, daß der kurze Arm 6a des Winkelhebels 6 mit dem ersten Luftzylinder 4 und der lange Arm 6b mit dem zweiten Luftzylinder 9 verbunden sind, so kann das auch umgekehrt sein. Der Hub des ersten sowie zweiten Luftzylinders 4 bzw. 9 kann verändert werden, womit folglich das Längenverhältnis zwischen dem kurzen und langen Arm des Winkelhebels 6 verändert werden kann. Ferner kann, wenn das Hubverhältnis zwischen erstem sowie zweitem Luftzylinder 4 und 9 mit 1 : 2 angesetzt wird, der Winkelhebel 6 entfallen.

Erfindungsgemäß sind in einer Steuervorrichtung für einen Turbolader mit veränderlicher Leistung zwei Zylinder vorgesehen,

so daß im Ansprechen auf deren Zusammenwirken der Aufladedruck in vier Stufen verändert werden kann, d.h., der Aufladedruck kann in mehreren Stufen mit einer minimalen Anzahl an Bauteilen verändert werden. Das hat zum Ergebnis, daß die Steuervorrichtung in ihren Abmessungen kompakt und mit geringem Gewicht ausgebildet werden kann, so daß sie kostengünstig zu fertigen ist,und daß die Aufladewirkung erheblich vergrößert werden kann.

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Claims

Nürnberg, 2.9.1985 25 327 Ishikawajima-Harima Jukogyo K.K. No. 2-1, 2-chome, Ote-machi Chiyoda-ku Tokyo-to/Japan Steuervorrichtung für einen Turbolader mit veränderlicher Leistung Patentansprüche |

1. Steuervorrichtung fü> einen Turbolader mit veränderlicher Leistung, der verstellbare Schaufeln zur Regelung des Aufladedrucks im Ansprechen auf eine Schwenkbewegung eines Reglerarmes hat, gekennzeichnet durch einen Antriebsluftzylinder (9) mit einem vorbestimmten, den Reglerarm (8) verschwenkenden Hub und durch einen Haupt-Antriebsluftzylinder (4) der den Hub des Antriebsluftzylinders (9) auf einen zu dessen eigentlichen Hub unterschiedlichen Hub verstellt, so daß der Reglerarm (8) in eine aus vier abgestuften Positionen (a - d) zu verlagern und in dieser Position zu halten ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsluftzylinder (9) und der Haupt-Antriebsluftzylinder (4) miteinander durch einen L-förmigen Winkelhebel (6) verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Längenverhältnis zwischen dem kurzen sowei dem langen Arm (6a, 6b) des Winkelhebels (6) 1 : 2 beträgt und der Antriebsluftzylinder (9) sowie der Haupt-Antriebsluftzylinder (4) den gleichen Hub haben.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsluftzylinder (9) und der Haupt-Antriebsluftzylinder (4) unterschiedliche Hübe haben und unmittelbar miteinander verbunden sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hubverhältnis zwischen dem Antriebsluftzylinder (9) und dem Haupt-Antriebsluftzylinder (4) 1 : 2 beträgt.