DE3824373C1 - Supercharged piston internal combustion engine with a plurality of exhaust turbochargers functioning in parallel - Google Patents

Supercharged piston internal combustion engine with a plurality of exhaust turbochargers functioning in parallel

Info

Publication number
DE3824373C1
DE3824373C1 DE3824373A DE3824373A DE3824373C1 DE 3824373 C1 DE3824373 C1 DE 3824373C1 DE 3824373 A DE3824373 A DE 3824373A DE 3824373 A DE3824373 A DE 3824373A DE 3824373 C1 DE3824373 C1 DE 3824373C1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
exhaust gas
charge air
shut
line
internal combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DE3824373A
Other languages
English (en)
Inventor
Herbert 7990 Friedrichshafen De Deutschmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rolls Royce Solutions GmbH
Original Assignee
MTU Friedrichshafen GmbH
MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MTU Friedrichshafen GmbH, MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH filed Critical MTU Friedrichshafen GmbH
Priority to DE3824373A priority Critical patent/DE3824373C1/de
Priority to DE3903563A priority patent/DE3903563C1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE3824373C1 publication Critical patent/DE3824373C1/de
Priority to CN89104029A priority patent/CN1011810B/zh
Priority to DE8989907072T priority patent/DE58900771D1/de
Priority to PCT/DE1989/000416 priority patent/WO1990001112A1/de
Priority to US07/490,683 priority patent/US5069194A/en
Priority to JP1506642A priority patent/JPH03500435A/ja
Priority to AT89907072T priority patent/ATE72019T1/de
Priority to EP89907072A priority patent/EP0377712B1/de
Priority to KR1019900700571A priority patent/KR900702184A/ko
Priority to ES8902403A priority patent/ES2014745A6/es
Priority to SU904743376A priority patent/RU2011863C1/ru
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/004Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust drives arranged in series
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/001Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust using exhaust drives arranged in parallel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/007Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust-driven pumps arranged in parallel, e.g. at least one pump supplying alternatively
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/18Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine aufgeladene Kolbenbrennkraftmaschine mit mehreren parallel arbeitenden Abgasturboladern gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.
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 Teildrehzahlbetrieb 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 zugeschaltet werden, bis schließlich bei Vollastbetrieb alle vorhandenen Abgasturbolader arbeiten.
Eine gattungsgemäße Kolbenbrennkraftmaschine ist aus der DE 34 11 408 C2 bekannt. Bei kleiner Last der Kolbenbrennkraftmaschine wird der eine Abgasturbolader durch eine vom Ladeluftdruck gesteuerte Abgas-Absperreinrichtung von der Abgassammelleitung getrennt. Eine Ladeluft-Absperreinrichtung in der Saugleitung des Ladeluftverdichters verhindert dabei das Abströmen von Ladeluft aus der Ladeluftsammelleitung. Im gesamten Verdichterteil des abgeschalteten Abgasturboladers baut sich von der Ladeluftsammelleitung her bis zur Ladeluft-Absperreinrichtung der momentan herrschende Ladeluftdruck auf.
Mit dieser bekannten Anordnung ist der Nachteil verbunden, daß die Forderung nach rascher und hoher Lastaufschaltung nur unzureichend erfüllbar ist. Die Kolbenbrennkraftmaschine kann der gewünschten Lastaufschaltung erst folgen, wenn der Zuschaltvorgang eines vorher abgeschalteten Abgasturboladers beendet ist. Der Ablauf ist aber dadurch verzögert, daß der Ladeluftverdichter des zugeschalteten Abgasturboladers eine gewisse Zeit braucht, um den in seiner Saugleitung stromab der Ladeluft-Absperreinrichtung zunächst noch herrschenden Ladeluftdruck auf den Öffnungsdruck der Ladeluft-Absperreinrichtung abzubauen.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnung besteht darin, daß das Laufzeug des zugeschalteten Abgasturboladers zunächst auf eine Überdrehzahl beschleunigt wird, was ebenfalls auf den verzögerten Druckabbau in der Saugleitung des zugehörigen Ladeluftverdichters zurückzuführen ist. Denn solange am Ladeluftverdichter zwischen Saug- und Druckseite keine Druckdifferenz besteht, ist seine Leistungsaufnahme gegenüber der an der zugeordneten Abgasturbine bereits verfügbaren Antriebsleistung klein. Das Gleichgewicht zwischen abgegebener und aufgenommener Leistung eines Abgasturboladers ergibt sich im Zeitpunkt des Zuschaltbeginns in einem Bereich des Abgasturbolader-Kennfeldes unzulässig hoher Drehzahl. Diese hohe Drehzahl hat aber sowohl thermische als auch mechanische Belastung des Abgasturbolader-Laufzeugs zur Folge, wodurch die Lebensdauer gemindert wird.
Die geschilderten Nachteile treten sowohl bei Kolbenbrennkraftmaschinen mit einstufiger als auch bei zweistufiger Aufladung auf. Der einzige Unterschied besteht darin, daß bei einstufiger Aufladung beide Probleme an ein und demselben Abgasturbolader auftreten und bei zweistufiger Aufladung die Schaltverzögerung den Niederdruck-Abgasturbolader und das Überdrehzahlproblem den Hochdruck-Abgasturbolader betrifft.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, für eine gattungsgemäße Kolbenbrennkraftmaschine eine Anordnung zu schaffen, die eine rasche Lastaufschaltung auf Nennleistung erlaubt und thermische und/oder mechanische Überlastung des zuzuschaltenden Abgasturboladers vermeidet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das kennzeichnende Merkmal von Patentanspruch 1 gelöst. Das Öffnen der Bypaß-Absperreinrichtung im Zeitpunkt der Zuschaltauslösung bewirkt eine sofortige Druckentlastung in der Saugleitung des zugeschalteten Ladeluftverdichters. Damit sind luftseitig am zugeschalteten Abgasturbolader sehr schnell die für seinen optimalen Betrieb erforderlichen Bedingungen hergestellt.
Die vorteilhafte weitere Ausgestaltung der Erfindung wird mit den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 4 erreicht.
Für eine gattungsgemäße Kolbenbrennkraftmaschine mit zweistufiger Aufladung ergibt sich eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung mit den Merkmalen der Ansprüche 5 und 10.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Behinderung der Lastaufschaltung durch die Schaltverzögerung beim Zuschalten eines Abgasturboladers beseitigt ist, daß die beim Zuschalten eines Abgasturboladers auftretende Überdrehzahl vermieden ist, daß bei zweistufiger Aufladung auch die Beschleunigung des zugeschalteten Niederdruck-Abgasturboladers verbessert ist und daß sich eine einfache Steuerung der Bypaß-Absperreinrichtung ergibt, da eine Überwachung auf Schließen entfällt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 Aufladegruppe mit zwei einstufigen Abgasturboladern einer Kolbenbrennkraftmaschine;
Fig. 2 Bypaß-Absperreinrichtung mit selbstschließendem Verschlußteil gemäß Einzelheit II in Fig. 1 und Fig. 2;
Fig. 3 Aufladegruppe mit zwei zweistufigen Abgasturboladern einer Kolbenbrennkraftmaschine;
Fig. 4 Bypaß-Absperreinrichtung mit gesteuertem Verschlußteil gemäß Einzelheit IV in Fig. 3;
Fig. 5 Abgas-Absperreinrichtung mit Abgas-Bypaßleitung gemäß Einzelheit V in Fig. 3.
Eine aufgeladene Kolbenbrennkraftmaschine 110 ist gemäß Fig. 1 mit einem abgas- und ladeluftseitig dauernd zugeschalteten Abgasturbolader 111 und einem ab- und zuschaltbar ausgebildeten Abgasturbolader 112 ausgerüstet. Der dauernd zugeschaltete Abgasturbolader 111, der für die Ladeluftversorgung der Kolbenbrennkraftmaschine bei Leerlauf und niedriger Last sorgt, besteht aus einer Abgasturbine 117 und einem Ladeluftverdichter 118. Der abschaltbare Abgasturbolader 112 besteht aus einer Abgasturbine 123 und einem Ladeluftverdichter 124.
Die beiden Abgasturbolader 111, 112 werden von einer Abgassammelleitung 125 über Abgasleitungen 126, 127 mit dem Abgas der Kolbenbrennkraftmaschine 110 versorgt. Ihre Ladeluft liefern sie über Ladeluftkühler 128 und Ladeluftleitungen 129, 130 in die Ladeluftsammelleitung 131 der Kolbenbrennkraftmaschine 110.
Bei Leerlauf und kleiner Last der Kolbenbrennkraftmaschine 110 wird der Abgasturbolader 112 durch eine vom Ladeluftdruck in der Ladeluftsammelleitung 131 über eine Steuerleitung 132 gesteuerte Abgas-Absperreinrichtung 133 von der Abgassammelleitung 125 getrennt. Eine Ladeluft-Absperreinrichtung 134 in der Saugleitung 137 verhindert dabei das Abströmen von Ladeluft aus der Ladeluftsammelleitung 131 über den Abgasturbolader 112. Im gesamten Verdichterteil des abgeschalteten Abgasturboladers 112 baut sich von der Ladeluftsammelleitung 131 her bis vor die Ladeluft-Absperreinrichtung 134 der momentan herrschende Ladeluftdruck auf.
Eine Bypaßleitung 43, die von einer steuerbaren Bypaß-Absperreinrichtung 45 beherrscht wird, verbindet die Saugleitung 137 des Ladeluftverdichters 124 des abschaltbaren Abgasturboladers 112 stromab der Ladeluft-Absperreinrichtung 134 mit der Saugleitung 136 des Ladeluftverdichters 118 des nicht abschaltbaren Abgasturboladers 111.
Die Bypaß-Absperreinrichtung 45 besitzt ein durch die Kraft einer Feder 51 selbsttätig schließendes Verschlußteil 52, das als pendelnde, mit der Achse 53 drehfest verbundene Klappe ausgebildet ist. Die durch das Gehäuse 54 der Bypaß-Absperreinrichtung 45 nach außen geführte Achse 53 trägt einen drehfest mit ihr verbundenen Hebel 55, an dem die Feder 51 befestigt ist. Die Schließstellung des Verschlußteils 52 ist bei abgeschaltetem Abgasturbolader 112 durch einen mit Hebel 55 zusammenwirkenden, fernbetätigbarem Riegel 56 arretiert. Der Riegel 56 bildet die Kolbenstange eines in einem Gehäuse 58 geführten Kolbens 59, der durch eine Druckfeder 57 in Arretier- und durch Steuerdruck in Entriegelungsstellung bringbar ist. Der Steuerdruck wird über Steuerleitung 46 zugeführt, die mit der Steuerleitung 132 für die Betätigung der Abgas-Absperreinrichtung 133 verbunden ist.
Wenn bei zunehmender Leistung der Kolbenbrennkraftmaschine 110 die obere Leistungsgrenze des dauernd eingeschalteten Abgasturboladers 111 erreicht ist, wird, gesteuert durch den Ladeluftdruck in der Ladeluftsammelleitung 131 über die Steuerleitung 132, die Abgas-Absperreinrichtung 133 geöffnet. Der bisher abgeschaltete Abgasturbolader 112 wird dadurch mit Abgas der Kolbenbrennkraftmaschine beaufschlagt. Gleichzeitig mit dem Öffnen der Abgas-Absperreinrichtung 133 wird die Bypaß-Absperreinrichtung 45 durch den Druck in Steuerleitung 46 entriegelt. Die am Verschlußteil 52 am Zuschaltbeginn noch vorhandene Druckdifferenz, die sich aus dem Unterschied des in Saugleitung 137 des Ladeluftverdichters 124 vom Abschaltzustand her noch anstehenden Überdrucks (Ladeluftdruck) und den Unterdruck in der Saugleitung 136 des Ladeluftverdichters 118 ergibt, führt zum Aufschwingen des Verschlußteils 52. Dadurch erfolgt über die Bypaßleitung 43 ein sofortiger Druckabbau des Überdrucks in der Saugleitung 137 bis zu einer durch die Rückstellkraft der Feder 51 definierten Druckdifferenz. Das heißt, bevor ein vollkommener Druckausgleich erfolgt ist, geht das Verschlußteil 52 wieder in die Schließstellung zurück. Die Saugleitungen 136, 137 der Ladeluftverdichter 118, 124 sind damit wieder getrennt. Der zugeschaltete, anlaufende Ladeluftverdichter 124 vermindert mit beginnender Förderung den noch verbliebenen geringen Überdruck in der ihm zugeordneten Saugleitung 137 sehr schnell. Dadurch öffnet sich die Ladeluft-Absperreinrichtung 134, womit der Zuschaltvorgang abgeschlossen ist. Der Zuschaltvorgang ist damit schneller beendet, als wenn, ohne Bypaßleitung 43, der Druckabbau in Saugleitung 137 nur über die beginnende Ladeluftförderung des zugeschalteten Abgasturboladers 112 erfolgen müßte. Die Lastaufschaltung der Kolbenbrennkraftmaschine ist durch den Zuschaltvorgang eines Abgasturboladers nicht mehr begrenzt.
Mit dem raschen Druckabbau in der Saugleitung 137 des zugeschalteten Ladeluftverdichters 124 wird aber auch die unzulässige Überdrehzahl des Laufzeugs vermieden. Denn die Leistungsaufnahme des Ladeluftverdichters 124 entspricht nun gleich nach Auslösen der Zuschaltung der von der Abgasturbine 123 abgegebenen Leistung. Der Abgasturbolader arbeitet dann im Nennbereich seines Kennfeldes bei zulässiger Drehzahl.
In Fig. 2 ist eine aufgeladene Kolbenbrennkraftmaschine 10 dargestellt, bei der jeder Abgasturbolader aus einer zweistufigen Abgasturboladergruppe 11, 12 besteht und die Abgasturboladergruppe 12 ab- und zuschaltbar ausgebildet ist. Die dauernd eingeschaltete Abgasturboladergruppe 11 umfaßt einen Hochdruck-Abgasturbolader 13 mit einer Hochdruckturbine 14 und einem Hochdruckverdichter 15 sowie einen Niederdruck-Abgasturbolader 16 mit einer Niederdruckturbine 17 und einem Niederdruckverdichter 18. Die abschaltbare Abgasturboladergruppe 12 besteht aus einem Hochdruck-Abgasturbolader 19 mit einer Hochdruckturbine 20 und einem Hochdruckverdichter 21 sowie einem Niederdruck-Abgasturbolader 22 mit einer Niederdruckturbine 23 und einem Niederdruckverdichter 24. Die Abgasturboladergruppen 11 und 12 werden von einer Abgassammelleitung 25 über Abgasleitungen 26 und 27 mit Abgas versorgt. Ihre Ladeluft liefern sie über Ladeluftkühler 28, Ladeluftleitungen 29, 30 und über eine Ladeluftsammelleitung 31 in die Kolbenbrennkraftmaschine 10.
Wie für die Kolbenbrennkraftmaschine nach Fig. 1 bereits beschrieben, ist auch bei der Kolbenbrennkraftmaschine 10 mit zweistufiger Aufladung eine Bypaßleitung 43 angeordnet, die von der Bypaß-Absperreinrichtung 45 beherrscht wird. Bypaßleitung 43 verbindet bei der Kolbenbrennkraftmaschine 10 jedoch die Saugleitung 37 des Niederdruckverdichters 24 der abschaltbaren Abgasturboladergruppe 12 stromab der Ladeluft-Absperreinrichtung 34 mit der Saugleitung 36 des Niederdruckverdichters 18 der nicht abschaltbaren Abgasturboladergruppe 11.
Zusätzlich ist eine weitere Bypaßleitung 40 vorhanden, die die Saugleitung 38 des Hochdruckverdichters 21 der abschaltbaren Abgasturboladergruppe 12 mit der Saugleitung 39 des Hochdruckverdichters 15 der nicht abschaltbaren Abgasturboladergruppe 11 verbindet. In der weiteren Bypaßleitung 40 ist eine Bypaß-Absperreinrichtung 41 angeordnet, die über eine Steuerleitung 42 mit der Steuerleitung 32 für die Abgas-Absperreinrichtung 33 verbunden ist.
Die Bypaß-Absperreinrichtung 41 gemäß Fig. 4 ist mit einem als Klappe ausgebildeten, drehfest mit der Achse 63 verbundenen Verschlußteil 62 ausgestattet. Die durch das Gehäuse 64 nach außen geführte Achse 63 trägt einen drehfest mit ihr verbundenen Hebel 65, der mit einem über die Steuerleitung 42 fernbetätigbaren Verstellmechanismus 66 gekoppelt ist. Die Schließstellung des Verschlußteils 62 ist bei abgeschalteter Abgasturboladergruppe 12 durch einen mit Hebel 65 zusammenwirkenden, fernbetätigbaren Riegel 56, wie für Fig. 3 beschrieben, arretiert.
Die ab- und zuschaltbare Abgasturboladergruppe 12 ist ferner mit einer steuerbaren Abgas-Bypaßleitung 47 ausgestattet, die an der Abgas-Absperreinrichtung 33 beginnt und unter Umgehung der Hochdruckturbine 20 des Hochdruck-Abgasturboladers 19 in die Abgasleitung 48 vor der Niederdruckturbine 23 des Niederdruck-Abgasturboladers 22 mündet.
Die Abgas-Absperreinrichtung 33 gemäß Fig. 5 ist mit einem als drehbare Scheibe ausgebildeten, mit einer Achse 73 drehfest verbundenen ersten Verschlußteil 72 für die Sperrung der Abgasleitung 27 ausgestattet, das stromauf der Abzweigung der Abgas-Bypaßleitung 47 angeordnet ist. Ein zweites Verschlußteil 74 für die Sperrung der Abgas-Bypaßleitung 47 ist mit dem ersten Verschlußteil 72 gekoppelt. Die Koppelung ist so getroffen, daß die Betätigung der Abgas-Absperreinrichtung 33 zum Öffnen der Abgasleitung 27 das Schließen der Abgas-Bypaßleitung 47 bewirkt. Der Verstellmechanismus 76 zum Betätigen der Abgas-Absperreinrichtung 33 weist eine durch einen steuerbaren Anschlag 78 aufhebbare Raststellung 75 auf, die zwischen 10 und 60% der Vollöffnung des ersten Verschlußteils 72 liegt. Das zweite Verschlußteil 74 ist in Bezug auf die Abgasleitung 27 derart angeordnet, daß sich bei Raststellung 75 eine Drosselwirkung auf die Abgasleitung 27 ergibt. Abhängig von einer auf den steuerbaren Anschlag 78 wirkenden Betriebsgröße der Kolbenbrennkraftmaschine 10 oder der zugeschalteten Abgasturboladergruppe 12 erfolgt nach Rücknahme des Anschlags 78 die weitere Betätigung der Abgas-Absperreinrichtung 33 von der Raststellung 75 bis zur Endstellung 77. Mit Erreichen der Endstellung 77 des Verschlußteils 72 ist die Zuschaltung beendet. Dabei ist dann die Abgas-Bypaßleitung 47 durch Verschlußteil 74 verschlossen und der Durchgang in Abgasleitung 27 voll geöffnet.
Bei Leerlauf und kleiner Last der Kolbenbrennkraftmaschine 10 ist die Abgasturboladergruppe 12 durch die vom Ladeluftdruck in der Ladeluftsammelleitung 31 über eine Steuerleitung 32 gesteuerte Abgas-Absperreinrichtung 33 von der Abgassammelleitung 25 getrennt. Die Ladeluft-Absperreinrichtung 34 in der Saugleitung 37 des Niederdruckverdichters 24 verhindert dabei das Abströmen von Ladeluft aus der Ladeluftsammelleitung 31 über die abgeschaltete Abgasturboladergruppe 12. Im gesamten Verdichterteil der abgeschalteten Abgasturboladergruppe 12 baut sich von der Ladeluftsammelleitung 31 her bis vor die Ladeluft-Absperreinrichtung 34 der momentan herrschende Ladeluftdruck auf.
Wenn bei zunehmender Leistung der Kolbenbrennkraftmaschine 10 die obere Leistungsgrenze der dauernd eingeschalteten Abgasturboladergruppe 11 erreicht ist, wird, gesteuert durch den Ladeluftdruck in der Ladeluftsammelleitung 31 die Abgas-Absperreinrichtung 33 geöffnet und die bisher abgeschaltete Abgasturboladergruppe 12 mit Abgas der Kolbenbrennkraftmaschine 10 beaufschlagt. Ohne besondere Maßnahme würde das Laufzeug des Hochdruck-Abgasturboladers 19 nach ausgelöster Zuschaltung schneller beschleunigt, als das Laufzeug des Niederdruck-Abgasturboladers 22, und sehr rasch eine unzulässige Drehzahl erreichen. Ursache dafür ist zum einen die thermodynamisch bedingte geringere Baugröße und dem daraus resultierenden kleineren Massenträgheitsmoment des Hochdruck-Abgasturboladers 19 gegenüber dem Niederdruck-Abgasturbolader 22. Zum anderen wirkt sich ein verzögerter Druckabbau in der Saugleitung 38 des Hochdruckverdichters 21 unterstützend auf die unzulässige Drehzahlsteigerung aus. Andererseits erleidet der Niederdruck-Abgasturbolader 22 nach Auslösung einer Zuschaltung eine verzögerte Beschleunigung, weil der Niederdruckturbine 23 infolge der vorgeschalteten Hochdruckturbine 20 nicht gleich die erforderliche Abgasenergie zur Verfügung steht. Um die Schaltverzögerung und die unzulässige Drehzahl beim Zuschalten der aus Hoch- und Niederdruck-Abgasturbolader 19, 22 bestehenden Abgasturboladergruppe 12 zu vermeiden, sind drei Maßnahmen gleichzeitig wirksam.
  • 1. Das Öffnen der Abgas-Absperreinrichtung 33 bis zur Raststellung 75 bewirkt eine Drosselung des Querschnitts der Abgasleitung 27 bei gleichzeitiger Öffnung der Abgas-Bypaßleitung 47. Unmittelbar nach Auslösung der Zuschaltung der Abgasturboladergruppe 12 strömt ein Teil der Abgasmenge direkt in die Abgasleitung 48 der Niederdruckturbine 23. Entsprechend reduziert sich die Abgasmenge für die Hochdruckturbine 20.
  • 2. Das Entriegeln der Bypaß-Absperreinrichtung 45 in der Bypaßleitung 43 hat die gleiche Wirkung wie vorstehend bereits für das Beispiel nach Fig. 1 beschrieben. Der Druckabbau in der Saugleitung 37 schafft die Voraussetzungen für einen raschen Förderbeginn des Niederdruckverdichters 24, so daß nach Zuschaltung die durch Maßnahme 1 frühzeitig verfügbare Antriebsleistung der Niederdruckturbine 23 auch abgenommen wird.
  • 3. Das Betätigen der Bypaß-Absperreinrichtung 41 in der Bypaßleitung 40 führt zum Druckabbau in der Saugleitung 38 des Hochdruckverdichters 21 auf das Druckniveau in der Saugleitung 39 des dauernd eingeschalteten Hochdruckverdichters 15. Damit ist auch für den Hochdruckverdichter 21 die Voraussetzung für einen regulären Förderbeginn geschaffen. Die an der Hochdruckturbine 20 verfügbare Antriebsleistung kann somit vom Hochdruckverdichter 21 auch abgenommen werden.
Der zugeschaltete Hochdruckverdichter 21 kann zudem, unabhängig vom momentanen Betriebszustand des zugeordneten Niederdruckverdichters 24, über die Bypaßleitung 40 gekühlte Luft, mit einem zum momentanen Betriebspunkt passenden Vordruck, aus der Leitung 39 der ständig in Betrieb befindlichen Abgasturboladergruppe 11 ansaugen. Die Belastung des Hochdruck-Abgasturboladers 19 durch nutzbringende Ladeluftförderung in Verbindung mit der durch Maßnahme 1 verminderten Anfangs-Abgasmenge verhindert das Erreichen einer unerwünschte Überdrehzahl seines Laufzeugs.
Für den Niederdruck-Abgasturbolader 22 ergibt sich mit der Abgas-Bypaßleitung 48 ein vorgezogener Förderderbeginn. In Verbindung mit der verringerten Beschleunigung des Hochdruck-Abgasturboladers 19 wird zwischen beiden angenähert Gleichlauf erreicht, was den Ablauf einer Zuschaltung erheblich verkürzt und die Lastaufschaltung für die Kolbenbrennkraftmaschine 10 verbessert.
Nach erfolgter Zuschaltung der Abgasturboladergruppe 11 kann die Bypaßleitung 40 auf Durchgang geschaltet bleiben, da in den verbundenen Saugleitungen 38 und 39 der im Zuschaltbetrieb parallel arbeitenden Abgasturboladergruppen 11, 12 gleiche Drücke herrschen. Das Verschlußteil 62 der Bypaß-Absperreinrichtung 41 kann auch in Form des Verschlußteils 72 in Abgas-Absperreinrichtung 33 ausgebildet sein.

Claims (10)

1. Aufgeladene Kolbenbrennkraftmaschine mit mehreren parallel arbeitenden Abgasturboladern, von denen einer oder mehrere durch Anordnung jeweils einer steuerbaren Abgas-Absperreinrichtung in der Abgasleitung vor der Abgasturbine und einer selbsttätigen Ladeluft-Absperreinrichtung in der Saugleitung des Ladeluftverdichters ab- und zuschaltbar ausgebildet sind, wobei an jedem schaltbaren Abgasturbolader eine Bypaßleitung mit einer steuerbaren Bypaß-Absperreinrichtung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypaßleitung (43) als Querverbindung zwischen der Saugleitung (136) des Ladeluftverdichters (118) des nicht abschaltbaren Abgasturboladers (111) und der Saugleitung (137) des Ladeluftverdichters (124) stromab der Ladeluft-Absperreinrichtung (134) des ab- und zuschaltbaren Abgasturboladers (112) ausgebildet ist.
2. Aufgeladene Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypaß-Absperreinrichtung (45) ein in Richtung auf die Saugleitung (37, 137) des Ladeluftverdichters (24, 124) des schaltbaren Abgasturboladers (12, 112) selbstschließendes Verschlußteil (52) aufweist.
3. Aufgeladene Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußteil (52) mit einer in der Bypaß-Absperreinrichtung (45) angeordneten Schließstellungs-Arretiereinrichtung zusammenwirkt.
4. Aufgeladene Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließstellungs-Arretiereinrichtung über eine mit der Steuerleitung (32, 132) für die Abgas-Absperreinrichtung (33, 133) verbundene Steuerleitung (46) fern betätigbar ist.
5. Aufgeladene Kolbenbrennkraftmaschine nach dem Obergriff von Anspruch 1 und den Ansprüchen 2 bis 4 mit zweistufiger Aufladung, wobei jeder der Abgasturbolader eine aus Hoch- und Niederdruck-Abgasturbolader bestehende Gruppe umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypaßleitung (43) als Querverbindung zwischen der Saugleitung (36) des Niederdruck-Ladeluftverdichters (18) der nicht abschaltbaren Abgasturboladergruppe (12) und der Saugleitung (37) des Niederdruck-Ladeluftverdichters (24) stromab der Ladeluft-Absperreinrichtung (34) der ab- und zuschaltbaren Abgasturboladergruppe (12) ausgebildet ist.
6. Aufgeladene Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Bypaßleitung (40) als Querverbindung zwischen der Saugleitung (39) des Hochdruck-Ladeluftverdichters (15) der nicht abschaltbaren Abgasturboladergruppe (11) und der Saugleitung (38) des Hochdruck-Ladeluftverdichters (21) der ab- und zuschaltbaren Abgasturboladergruppe (12) angeordnet ist.
7. Aufgeladene Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußteil (62) der Bypaß-Absperreinrichtung (41) in der weiteren Bypaßleitung (40) über eine mit der Steuerleitung (32) für die Abgas-Absperreinrichtung (33) verbundene Steuerleitung (42) fernbetätigbar ist.
8. Aufgeladene Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abgas-Bypaßleitung (47) angeordnet ist, die an der Abgas-Absperreinrichtung (33) beginnt und in die Abgasleitung (48) vor der Niederdruckturbine (23) des Niederdruck-Abgasturboladers (22) mündet.
9. Aufgeladene Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgas-Absperreinrichtung (33) ein erstes Verschlußteil (72) für die Abgasleitung (27) aufweist, das mit einem zweiten Verschlußteil (74) für die Abgas-Bypaßleitung (47) derart gekoppelt ist, daß das Öffnen des ersten Verschlußteiles (72) das Schließen des zweiten Verschlußteiles (74) bewirkt.
10. Aufgeladene Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung der Abgas-Absperreinrichtung (33) eine Raststellung (75) aufweist, die zwischen 10 bis 60% der Vollöffnung des ersten Verschlußteiles (72) wirksam ist und bei der die Stellung des zweiten Verschlußteils (74) den Querschnitt der Abgasleitung (27) beeinflußt.
DE3824373A 1988-07-19 1988-07-19 Supercharged piston internal combustion engine with a plurality of exhaust turbochargers functioning in parallel Expired DE3824373C1 (en)

Priority Applications (12)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3824373A DE3824373C1 (en) 1988-07-19 1988-07-19 Supercharged piston internal combustion engine with a plurality of exhaust turbochargers functioning in parallel
DE3903563A DE3903563C1 (de) 1988-07-19 1989-02-07
CN89104029A CN1011810B (zh) 1988-07-19 1989-06-16 有若干个并联废气涡轮增压器的增压活塞式内燃机
KR1019900700571A KR900702184A (ko) 1988-07-19 1989-06-23 병렬식으로 작동하는 다수의 배기가스 과급기를 구비한 과급 내연기관
US07/490,683 US5069194A (en) 1988-07-19 1989-06-23 Control of a charged, piston internal combustion engine having a plurality of exhaust gas turbochargers
PCT/DE1989/000416 WO1990001112A1 (de) 1988-07-19 1989-06-23 Aufgeladene kolbenbrennkraftmaschine mit mehreren parallel arbeitenden abgasturboladern
DE8989907072T DE58900771D1 (de) 1988-07-19 1989-06-23 Aufgeladene kolbenbrennkraftmaschine mit mehreren parallel arbeitenden abgasturboladern.
JP1506642A JPH03500435A (ja) 1988-07-19 1989-06-23 複数の並列に動作する排気ガス・ターボ過給機を備えた過給機付ピストン内燃機関
AT89907072T ATE72019T1 (de) 1988-07-19 1989-06-23 Aufgeladene kolbenbrennkraftmaschine mit mehreren parallel arbeitenden abgasturboladern.
EP89907072A EP0377712B1 (de) 1988-07-19 1989-06-23 Aufgeladene kolbenbrennkraftmaschine mit mehreren parallel arbeitenden abgasturboladern
ES8902403A ES2014745A6 (es) 1988-07-19 1989-07-07 Maquina motriz de combustion de pistones sobrealimentada con varios turbo-cargadores de gas de escape, que trabajan en paralelo.
SU904743376A RU2011863C1 (ru) 1988-07-19 1990-03-16 Поршневой двигатель внутреннего сгорания с наддувом

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3824373A DE3824373C1 (en) 1988-07-19 1988-07-19 Supercharged piston internal combustion engine with a plurality of exhaust turbochargers functioning in parallel

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE3824373C1 true DE3824373C1 (en) 1989-05-18

Family

ID=6358965

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE3824373A Expired DE3824373C1 (en) 1988-07-19 1988-07-19 Supercharged piston internal combustion engine with a plurality of exhaust turbochargers functioning in parallel

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE3824373C1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19835594A1 (de) * 1998-08-06 2000-02-10 Audi Ag Mehrzylindrige Brennkraftmaschine
DE19816840C2 (de) * 1998-04-16 2003-02-27 Mtu Friedrichshafen Gmbh Brennkraftmaschine mit mehreren, wahlweise zu- und abschaltbaren Abgasturboladern
DE102012202505A1 (de) * 2012-02-17 2013-08-22 Mahle International Gmbh Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine
WO2016139009A1 (de) * 2015-03-02 2016-09-09 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Zweistufige abgasturbo-aufladevorrichtung für eine brennkraftmaschine

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE407168C (de) * 1921-07-09 1924-12-15 Auguste Rateau Einrichtung zur UEberdruckspeisung von Explosionskraftmaschinen
DE2544471B2 (de) * 1975-10-04 1978-07-06 Kloeckner-Humboldt-Deutz Ag, 5000 Koeln Arbeitsraumbildende Brennkraftmaschine mit zwei oder mehreren in Reihe geschalteten Abgasturboladern
DE3411408C2 (de) * 1984-03-28 1987-10-15 Mtu Friedrichshafen Gmbh

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE407168C (de) * 1921-07-09 1924-12-15 Auguste Rateau Einrichtung zur UEberdruckspeisung von Explosionskraftmaschinen
DE2544471B2 (de) * 1975-10-04 1978-07-06 Kloeckner-Humboldt-Deutz Ag, 5000 Koeln Arbeitsraumbildende Brennkraftmaschine mit zwei oder mehreren in Reihe geschalteten Abgasturboladern
DE3411408C2 (de) * 1984-03-28 1987-10-15 Mtu Friedrichshafen Gmbh

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19816840C2 (de) * 1998-04-16 2003-02-27 Mtu Friedrichshafen Gmbh Brennkraftmaschine mit mehreren, wahlweise zu- und abschaltbaren Abgasturboladern
DE19835594A1 (de) * 1998-08-06 2000-02-10 Audi Ag Mehrzylindrige Brennkraftmaschine
DE102012202505A1 (de) * 2012-02-17 2013-08-22 Mahle International Gmbh Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine
WO2016139009A1 (de) * 2015-03-02 2016-09-09 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Zweistufige abgasturbo-aufladevorrichtung für eine brennkraftmaschine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0377712B1 (de) Aufgeladene kolbenbrennkraftmaschine mit mehreren parallel arbeitenden abgasturboladern
EP0075360B1 (de) Verfahren zur Aufladung von Verbrennungsmotoren durch Abgaslader mit variablem Abgasschluckvermögen und nach diesem Verfahren arbeitender Verbrennungsmotor
AT510236B1 (de) Verfahren zur motorbremsung
EP1766209B1 (de) Brennkraftmaschine mit einem abgasturbolader
DE4016214C1 (de)
EP2151569B1 (de) Vorrichtung zur Entnahme eines Abgasteilstroms und Brennkraftmaschine mit dieser Vorrichtung
DE3326133C2 (de)
DE2911727A1 (de) Kolben-brennkraftmaschine mit mindestens zwei abgasturboladern
DE3607698C1 (de) Kolbenbrennkraftmaschine mit zweistufiger Aufladung
DE19511232A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Registeraufladung einer Brennkraftmaschine
DE102008048681A1 (de) Brennkraftmaschine mit zwei Ladern und Verfahren zum Betreiben derselben
DE102005039012A1 (de) Brennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung
DE102007046656B4 (de) Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, Brennkraftmaschine
DE10133669A1 (de) Abgasturbolader in einer Brennkraftmaschine
DE19816840C2 (de) Brennkraftmaschine mit mehreren, wahlweise zu- und abschaltbaren Abgasturboladern
DE19961610A1 (de) Brennkraftmaschine mit zwei Abgasturboladern und Verfahren hierzu
DE3439999C1 (de) Viertakt-Brennkraftmaschine mit zwei Abgasturboladern
DE3932721C1 (en) Supercharged IC engine with turbo drive - has two-stage turbine with partial by=pass to control rotor speed
DE3824373C1 (en) Supercharged piston internal combustion engine with a plurality of exhaust turbochargers functioning in parallel
WO2006076954A1 (de) Brennkraftmaschine mit einer abgasrückführungseinrichtung und verfahren zum betrieb einer brennkraftmaschine
DE2814343A1 (de) Regelsystem fuer eine insbesondere durch abgasturbolader aufgeladene diesel-brennkraftmaschine
EP1866535A1 (de) Verfahren zum betrieb einer brennkraftmaschine und brennkraftmaschine hierzu
DE3824406C1 (de)
DE4331943C3 (de) Aufladesystem für luftverdichtende Brennkraftmaschinen
DE202015101924U1 (de) Abgasturboaufgeladene Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Turbinen und schaltbaren Auslassöffnungen

Legal Events

Date Code Title Description
8100 Publication of the examined application without publication of unexamined application
D1 Grant (no unexamined application published) patent law 81
8364 No opposition during term of opposition
AG Has addition no.

Ref country code: DE

Ref document number: 3903563

Format of ref document f/p: P

8339 Ceased/non-payment of the annual fee