DE4310148A1 - Aufgeladene Brennkraftmaschine - Google Patents
Aufgeladene BrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE-OS 34 20 215 ist bereits eine aufgeladene Brenn
kraftmaschine der gattungsgemäßen Art bekannt.
Die Brennkraftmaschine ist mit zwei Abgasturboladern verbunden,
die jeweils einen Verdichter und eine Turbine aufweisen. Die
Auslaßseite der Brennkraftmaschine ist mit den Turbinen der
Abgasturbolader über eine verzweigte Abgasleitung verbunden.
Von der Druckseite jedes Verdichters führt eine Ladeluftleitung
zur Einlaßseite der Brennkraftmaschine, wobei die beiden Lade
luftleitungen miteinander verbunden sind und in diesen eine
Ventilschaltung angeordnet ist, die ein Rückschlagventil sen
sorgesteuert öffnet.
Zum allgemeinen Hintergrund wird noch auf die Druckschriften
DE-PS 38 26 956, DE-PS 39 08 286, EP-PS 0 302 082, EP-PS 0 377
712 und EP-PS 0 414 781 verwiesen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße
aufgeladene Brennkraftmaschine mit gutem Anfahrverhalten ein
facher und kostengünstiger im Vergleich zum bisher bekannten
Stand der Technik auszubilden.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des
Hauptanspruches gegebenen Merkmale gelöst.
Ein Nachteil von aufgeladenen Brennkraftmaschinen der gattungs
gemäßen Art ist eine verhältnismäßig aufwendig gestaltete Ven
tilanordnung zur Steuerung des pulsationsfreien Zuschaltvor
ganges des zweiten Abgasturboladers.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Ausführung der aufgeladenen
Brennkraftmaschine besteht darin, daß ein erster, relativ
kleiner Abgasturbolader zur Anhebung der Ladeluftmenge im un
teren Drehzahlbereich optimal ausgelegt ist. Gleichzeitig ist
ein zweiter, größerer Abgasturbolader mit variablem Leitgitter
vorgesehen, das diesen auf den Betriebsbereich der Brennkraft
maschine ab einer mittleren Teillastdrehzahl bis zur Vollast
optimal einstellt. Dabei ist das variable Leitgitter im An
fahrbetrieb sehr weit abriegelbar, so daß das Abgas zunächst
die Turbine des kleineren Abgasturboladers beaufschlagt.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin,
daß beim zweiten, größeren Abgasturbolader ein Verdichterpumpen
im Leerlauf effektiv dadurch vermieden wird, daß die verdich
tete Luft von der Auslaßseite des Verdichters abgeleitet wird.
Die vom Verdichter abgeleitete Ladeluft wird der Turbine un
mittelbar nach dem Leitgitter zugeführt, wodurch die Drucken
ergie der Ladeluft zum Antrieb der Turbine mitbenutzt werden
kann. Die Zuführung der Ladeluft erfolgt deshalb hinter dem
verhältnismäßig weit geschlossenen variablen Leitgitter auf das
Turbinenrad, da dort durch die Beschleunigung des Abgases des
sen statischer Druck sehr gering ist.
Durch die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2, 3 und 4
wird eine einfache und kostengünstige Ausbildung der Regelungs
einrichtung erreicht.
Durch die erfindungsgemäße Steuerleitung nach Anspruch 4 und 5
und die erfindungsgemäß angeordnete Feder nach Anspruch 6 ist
die Regelungseinrichtung in Abhängigkeit von dem Ladedruck des
ersten, kleineren Abgasturboladers verschiebbar und somit eine
Strömungsverbindung vom Verdichter des zweiten, größeren Ab
gasturboladers zu dessen Turbine herstellbar. Somit arbeitet
speziell beim Anfahren der Brennkraftmaschine lediglich der
erste, kleiner Abgasturbolader, während der zweite, größere
Abgasturbolader im Leerlauf läuft. Dadurch kann der kleine Ab
gasturbolader auf einer optimalen Betriebskennlinie gefahren
werden.
Durch die vorteilhafte Anordnung eines motorkennfeldgesteuerten
Druckregelgliedes in der Steuerleitung nach den Ansprüchen 7
und 8 ist die Stellung der Regelungseinrichtung durch eine Mo
dulierung des Druckes in der Steuerleitung beeinflußbar.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus
der Beschreibung hervor.
In den Zeichnungen ist die Erfindung anhand eines Ausführungs
beispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraft
maschine mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten
Registeraufladung,
Fig. 2 eine konstruktive Ausgestaltung des Regelungs
gliedes in einer Stellung für den Teillast-und
Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine und
Fig. 3 eine Darstellung des Regelungsgliedes analog zu
Fig. 2 in einer Stellung für den Anfahrbetrieb
der Brennkraftmaschine.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftma
schine 1 mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Anordnung ei
ner Registeraufladung mit zwei unterschiedlich großen Abgas
turboladern 2 und 3, wobei der Abgasturbolader 2 verhältnis
mäßig kleiner als der Abgasturbolader 3 ausgebildet ist.
Der erste Abgasturbolader 2 besitzt eine Turbine 4 und einen
Verdichter 5. Die Turbine 4 mit Einströmseite 6 und Ausström
seite 7 umfaßt ein nicht dargestelltes Turbinenrad und einen
dieses umgebenden Spiralkanal und der Verdichter 5 mit Druck
seite 8 und Saugseite 9 besitzt ein ebenfalls nicht darge
stelltes Verdichterrad, einen Diffusor und einen Spiralkanal in
prinzipiell bekannter Weise. Das Turbinenrad der Turbine 4 und
das Verdichterrad des Verdichters 5 ist mit einer Welle 10
starr verbunden.
Der zweite Abgasturbolader 3 besitzt in analoger Weise eine
Turbine 11 mit einer Einströmseite 12 und einer Ausströmseite
13 und einen Verdichter 14 mit einer Druckseite 15 und einer
Saugseite 16. Turbine 11 und Verdichter 14 sind mit einer Welle
17 verbunden. Im Einströmbereich der Turbine 11 ist ein vari
ables Leitgitter 18 angeordnet, mit dem die Durchflußmenge und
der Turbinenradeintrittsdrall des Abgases einstellbar ist.
Von einer Auslaßseite 19 der Brennkraftmaschine 1 führt eine
Abgasleitung 20 mit Abgasleitungsteilen 20a-20c zu den Ein
strömseiten 6 bzw. 12 der Turbinen 4 bzw. 11.
Eine verzweigte Ladeluftleitung 21 mit Ladeluftleitungsteilen
21a-21d und Verzweigungspunkt 22 führt von einer Einlaßseite 23
der Brennkraftmaschine 1 zur Druckseite 8 des Verdichters 5 und
zur Druckseite 15 des Verdichters 14.
Zwischen den beiden Ladeluftleitungsteilen 21c und 21d ist eine
in den Fig. 2 und 3 näher dargestellte und beschriebene Rege
lungseinrichtung 24 angeordnet, die mit einer mit der Einström
seite 12 der Turbine 11 verbundenen Leitung 25 verbunden ist.
Über die Regelungseinrichtung 24 wird die aus dem Ladeluftlei
tungsteil 21d strömende Ladeluft wahlweise in die Leitung 25
zur Turbine 11 oder in das Ladeluftleitungsteil 21c und somit
zur Einlaßseite 23 der Brennkraftmaschine 1 geleitet.
Von dem Ladeluftleitungsteil 21b führt eine Steuerleitung 26 zu
einer Steueröffnung 27 der Regelungseinrichtung 24. In der
Steuerleitung 26 befindet sich ein Druckregelglied 28, das über
einen motorkennfeldgeregelten Regler 29 betätigbar ist.
In den Fig. 2 und 3 sind zwei Schaltstellungen einer konstruk
tiven Ausführung der Regelungseinrichtung 24 dargestellt. In
der Schaltstellung gemäß Fig. 2 für den Teillast-und Vollast
betrieb der Brennkraftmaschine stellt die Regelungseinrichtung
24 eine Strömungsverbindung zwischen den Ladeluftleitungsteilen
21c und 21d her. Fig. 3 zeigt eine Schaltstellung der Rege
lungseinrichtung 24 für den Anfahrbetrieb der Brennkraftma
schine, wobei die Ladeluft vom Verdichter 14 über die Leitung
25 der Turbine 11 zugeführt wird und wobei die Strömungsver
bindung zwischen den beiden Ladeluftleitungsteilen 21c und 21d
unterbrochen ist.
Die Regelungseinrichtung 24 umfaßt einen Steuerschieber 30 mit
einer Krempe 31, an der eine Dichtung 32 angebracht ist.
Das Ladeluftleitungsteil 21d mündet in einer Verbindungsstelle
33 in das Ladeluftleitungsteil 21c, dessen Durchmesser größer
als jener des Ladeluftleitungsteiles 21d ist. Die Verbindungs
stelle 33 dient als Widerlager für eine Druckfeder 34, die ge
gen die Krempe 31 drückt, wobei in der in Fig. 2 gezeigten
Stellung der Regelungseinrichtung 24 die Druckfeder 34 ent
spannt ist.
Die Steueröffnung 27 befindet sich in dem Ladeluftleitungsteil
21c und mündet in einen Raum 35 zwischen Krempe 31 und Verbin
dungsstelle 33, wobei die Krempe 31 auf ihrer Unterseite ein
normal zur Verschieberichtung des Steuerschiebers 30 angeord
netes Flächenteil 41 besitzt. Der Raum 35 wird gegen die Lade
luftleitung 21c mit der Dichtung 32 abgedichtet.
An der Oberseite des Steuerschiebers 30 ist eine Rückschlag
klappe 36 in einem Lager 37 drehbar gelagert, durch die die
obere Rohröffnung verschließbar ist (siehe Fig. 3).
Etwa in der Mitte des Steuerschiebers 30 befindet sich auf
dessen rechten Seite eine Überströmöffnung 38, die gemäß Fig. 3
einer Öffnung 39 der Leitung 25 zugeordnet ist. Gemäß Fig. 2
verschließt bei entspannter Druckfeder 34 ein Rohrteil 40 die
Öffnung 39, und die Überströmöffnung 38 befindet sich der Rohr
wand des Ladeluftleitungsteiles 21d direkt gegenüber.
Im unteren Drehzahlbereich arbeitet nur der kleine Abgasturbo
lader 2, wobei dessen Verdichter 5 zunächst einen höheren Druck
als der Verdichter 14 des Abgasturboladers 3 aufbaut. Somit
wird die Rückschlagklappe 36 über das Ladeluftleitungsteil 21c
mit dem Druck pL1 der Ladeluft beaufschlagt und geschlossen.
Der rohrförmige Steuerschieber 30 befindet sich in der in Fig.
3 gezeigten Position. Die Ladeluft, die vom Verdichter 14 des
Abgasturboladers 3 gefördert wird, hat den Druck pL2 und strömt
durch die Überströmöffnung 38 in die Leitung 25 und wird durch
eine nicht näher dargestellte Düse, die hinter dem variablen
Leitgitter 18 angebracht ist, in geeigneter Weise auf das Tur
binenrad geblasen, wodurch die Ladeluft des Verdichters 14
einen Beitrag zum Nutzmoment der Turbine 11 des Abgasturbola
ders 3 liefert.
Erst ab einer mittleren Drehzahl dient auch der Verdichter 14
des Abgasturboladers 3 der Ladeluftlieferung für die Brenn
kraftmaschine 1. Die Druckverhältnisse in der Ladeluftleitung
21 sind nun derart, daß der Druck pL1 in dem Ladeluftleitungs
teil 21c nur noch geringfügig höher ist als der Druck pL2 in
dem Ladeluftleitungsteil 21d. über den motorkennfeldgeregelten
Regeler 29 und das Druckregelglied 28 wird nun ein Druck ps in
der Steuerleitung 26 derart moduliert, daß zusammen mit der
Druckfeder 34 der Steuerschieber 30 in die in Fig. 2 gezeigte
Position geschoben wird. Durch den Druckanstieg von pL2 in dem
Ladeluftleitungsteil 21d wird die Rückschlagklappe 36 spontan
und pulsationsfrei geöffnet, wodurch nun auch der zweite Ab
gasturbolader 3 an der Luftlieferung für die Brennkraftmaschine
1 teilnimmt.
Um eine kontinuierliche Leistungsentfaltung beim Zuschalten des
zweiten Abgasturboladers zu erhalten, wird dieser bereits im
Leerlauf nahe an der Betriebsdrehzahl gehalten, die zu Beginn
dessen Luftlieferung für die Brennkraftmaschine notwendig ist.
Diese relativ hohe Leerlaufdrehzahl wird durch den engen Leit
gitteraustrittsquerschnitt und die in dieser Betriebsphase auf
das Laufrad geblasene Ladeluft erreicht.
Claims (8)
1. Aufgeladene Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Abgas
turboladern, wobei der eine Abgasturbolader während des Be
triebes der Brennkraftmaschine zum anderen Abgasturbolader zu
schaltbar ist, wobei jeder Abgasturbolader mindestens eine
Turbine mit einer Einströmseite und einer Ausströmseite und
mindestens einen Verdichter mit einer Druckseite und einer
Saugseite aufweist, wobei von jeder Druckseite der Verdichter
eine Ladeluftleitung zur Einlaßseite und von jeder Einström
seite der Turbinen eine Abgasleitung zur Auslaßseite der Brenn
kraftmaschine führt und wobei die beiden Ladeluftleitungen mit
einander verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß beide Abgasturbolader (2, 3) unterschiedliche Betriebskenn
felder aufweisen und mindestens eine Turbine (11) der beiden
Abgasturbolader (2, 3) ein variables Leitgitter (18) umfaßt und
in der Ladeluftleitung (21) mindestens eine Regelungseinrich
tung (24) angeordnet ist, die mit einer Leitung (25) mit der
Einströmseite (12) der das variable Leitgitter (18) aufweisen
den Turbine (11) verbunden ist, wobei die Regelungseinrichtung
(24) die Strömungsverbindung zwischen Ladeluftleitung (21) und
Leitung (25) regelt.
2. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Steuerschieber (30) in der Ladeluftleitung (21) ange
ordnet ist, von dem die Ladeluft des Verdichters (14) in Ab
hängigkeit einer Druckdifferenz zwischen Drücken (pL1) und
(pL2) in Ladeluftleitungsteilen (21c) und (21d) und in Abhän
gigkeit eines Druckes (ps) in einer Steuerleitung (26) entweder
zur Einlaßseite (23) der Brennkraftmaschine (1) oder zur Ein
strömseite (12) der Turbine (11) gesteuert wird.
3. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Regelungseinrichtung (24) den Steuerschieber (30) um
faßt, der in der Ladeluftleitung (21) geführt, mit einer Dich
tung (32) abgedichtet und in einem begrenzten Bereich ver
schieblich ist und der eine der Leitung (25) zugeordnete seit
liche Überströmöffnung (38) aufweist, wobei sich an dem Steu
erschieber (30) eine Rückschlagklappe (36) befindet, mit der
ein Ladeluftleitungsteil (21d) vom Verdichter (14) des zweiten
Abgasturboladers (3) verschließbar ist.
4. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1
bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der Innenseite der Ladeluftleitung (21) und der
Außenseite des Steuerschiebers (30) ein abgedichteter, vari
abler Raum (35) gebildet ist, wobei in ein diesen begrenzendes
Ladeluftleitungsteil (21c) der Ladeluftleitung (21) eine Steu
erleitung (26) in eine Steueröffnung (27) mündet, wobei der
Steuerschieber (30) derart ausgebildet ist, daß ein mindestens
teilweise normal zur Verschieberichtung des Steuerschiebers
(30) liegendes Flächenteil (41) des Steuerschiebers (30) durch
einen in der Steuerleitung (26) herrschenden Druck (ps) beauf
schlagbar ist.
5. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1
bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerleitung (26) die Steueröffnung (27) der Rege
lungseinrichtung (24) mit der Druckseite (8) des Verdichters
(5) des ersten Abgasturboladers (2) verbindet.
6. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1
bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Raum (35) eine sich an der Ladeluftleitung (21) ab
stützende Druckfeder (34) angeordnet ist, die den Steuerschie
ber (30) bei geöffneter Rückschlagklappe (36) derart ver
schiebt, daß das Rohrteil (40) des Steuerschiebers (30) die
Öffnung (39) der Leitung (25) verschließt.
7. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1
bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Steuerleitung (26) ein Druckregelglied (28) ange
ordnet ist.
8. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1
bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Regelung des Druckregelgliedes (28) motorkennfeldab
hängig erfolgt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4310148A DE4310148C2 (de) | 1993-03-29 | 1993-03-29 | Brennkraftmaschine mit Registeraufladung |
Applications Claiming Priority (1)
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Family
ID=6484130
Family Applications (1)
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Legal Events
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Owner name: DAIMLER-BENZ AKTIENGESELLSCHAFT, 70567 STUTTGART, |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20121002 |