CH653745A5 - Kolbenbrennkraftmaschine mit abschaltbaren abgasturboladern. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenbrennkraftmaschine 45 Öffnen der Abgasabsperreinrichtung nur zusammen mit oder mit mehreren Abgasturboladern, von denen bei Teillastbe- nach dem Öffnen der Ladeluftabsperreinrichtung zulässt. trieb der Brennkraftmaschine ein oder mehrere Abgasturbo- Durch diese Massnahmen wird der Abgasturbolader lader abschaltbar sind, mit einer Absperreinrichtung in der zunächst in einfacher Weise und ohne zusätzlichen Steue-Abgasleitung und in der Saugleitung jedes abschaltbaren rungsaufwand vor jeder schädlichen Überdrehzahl beim

Abgasturboladers, wobei zum Zuschalten oder Abschalten so Zuschalten sicher geschützt, weil die Turbine bei nichtöff-des betreffenden Abgasturboladers die Abgasabsperreinrich- nender Ladeluftabsperreinrichtung und damit bei fehlender tung geöffnet bzw. geschlossen wird. Bei den Turbinen der Belastung nur mit einem gedrosselten Abgasstrom beauf-Abgasturbolader ist der üblicherweise für den Vollastbetrieb schlagt wird und deshalb der Abgasturbolader nur eine mit der dabei anfallenden Abgasmenge ausgelegte freie Quer- begrenzte Drehzahl annehmen kann.

schnitt zwischen den Turbinenschaufeln im Teillastbetrieb ss Auch die Beschleunigung der Drehzahl des Abgasturbola-für die dabei verringerte Abgasmenge zu gross. Deshalb kann ders wird durch die Drosselung des Abgasstromes herabge-sich bei Teillast nur ein viel zu kleines Druckgefälle für die setzt. Damit verringert sich die Drehzahlzunahme in der Zeit, Turbinen ausbilden. Durch die Abschaltung eines oder meh- in der sich die Ladeluftabsperreinrichtung öffnet, und damit rerer Abgasturbolader wird der Turbinenquerschnitt für die auch die kurzzeitige Überdrehzahl beim Zuschalten.

Abgase entsprechend verringert, und es kann sich ein höheres 60 Das Ausmass des Abbaues der kurzzeitigen Überdrehzahl Druckgefälle für die eingeschalteten Turbinen mit einer ent- kann durch den Grad der Drosselung des Abgasstromes in sprechend höheren Turbinenleistung einstellen. Darüber der Zwischenstellung beeinflusst werden. Damit ist es hinaus werden die Turbinen und die Verdichter der einge- möglich, auch die kurzzeitige Überdrehzahl beim Zuschalten schalteten Lader in der Nähe ihres Auslegungspunktes und ganz zu vermeiden, oder wenigstens soweit zu unterdrücken, deshalb mit einem besseren Wirkungsgrad betrieben. Damit 6S dass schädliche Auswirkungen auf das Schwingungsverkönnen sie einen höheren Ladedruck und eine höhere Luft- halten der Anlage ausgeschlossen sind.

menge zur Aufladung zur Verfügung stellen. Durch den gros- Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der seren Luftüberschuss wird der Verbrennungsablauf verbes- durch das sofortige vollständige Öffnen der Abgasabsperr-

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einrichtung bisher bedingte Druckabfall im Abgassystem der Brennkraftmaschine mit der Gefahr einer Schwingungsauslösung durch die stufenweise Öffnung aufgeteilt und dadurch in seinen Auswirkungen wesentlich gemildert wird.

Um den Verlust von Ladeluft durch ein zu frühes Öffnen der Ladeluftabsperreinrichtung sicher zu vermeiden, wird empfohlen, dass die Ladeluftabsperreinrichtung erst dann geöffnet werden kann, wenn durch die Saugwirkung des anlaufenden Turboladers der von den übrigen laufenden Turboladern herrührende Druck in der Ansaugleitung des anlaufenden Turboladers absinkt.

Zur selbsttätigen Anpassung der Verdichterleistung an die Turbinenleistung wird empfohlen, dass die Wirkverbindung ein Öffnen der Ladeluftabsperreinrichtung durch die Saugwirkung des anlaufenden Abgasturboladers, unabhängig von der Stellung bzw. Öffnungsbewegung der Abgasabsperreinrichtung zulässt. Dadurch kann sich die Ladeluftabsperreinrichtung gegenüber der Abgasabsperreinrichtung schneller öffnen, wenn der Abgasturbolader mit seiner augenblicklichen Drehzahl eine grössere Luftmenge fördern kann. Ausserdem wird eine vollständige Öffnung der Ladeluftabsperreinrichtung auch dann ermöglicht, wenn die Abgasabsperreinrichtung unvorhergesehen in einer nicht ganz geöffneten Stellung hängenbleibt, bei der der Abgasturbolader jedoch schon hohe Betriebsdrehzahlen annehmen kann.

Beim Abschalten wird einem Hängenbleiben der Ladeluftabsperreinrichtung in der geöffneten Stellung und dem damit verbundenen Ladeluftverlust der übrigen Abgaslader vorzugsweise dadurch entgegengewirkt, dass die Wirkverbindung beim Schliessen der Abgasabsperreinrichtung zum Abschalten des Abgasturboladers die Ladeluftabsperreinrichtung in Schliessrichtung bewegt.

Damit sich beim Abschalten die Ladeluftabsperreinrichtung je nach den Erfordernissen des Verdichters bewegen kann, wird empfohlen, dass die Wirkverbindung ein Schliessen der Ladeluftabsperreinrichtung bei absinkender Saugwirkung des auslaufenden Abgasturboladers durch die in der Saugleitung sich einstellende Rückströmung der Ladeluft der übrigen Abgasturbolader, unabhängig von der Stellung bzw. Schliessbewegung der Abgasabsperreinrichtung zulässt. Dadurch wird zusätzlich sichergestellt, dass bei einem unvorhergesehenen Klemmen der Abgasabsperreinrichtung kurz vor der Schliessstellung wenigstens die Ladeluftabsperreinrichtung ihre Schliessstellung einnehmen kann, wodurch ein Verlust von Ladeluft vermieden wird.

Der Zuschaltvorgang wird besonders betriebssicher, wenn ein mechanisches Gestänge als Wirkverbindung zwischen den beiden Absperreinrichtungen vorgesehen ist, durch das bei Bewegung der Abgasabsperreinrichtung in Öffnungsrichtung, bei deren Zwischenstellung durch Anlage eines Anschlages eine formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Absperreinrichtungen hergestellt wird. Durch diese Ausbildung der Wirkverbindung kann ausserdem eine für die Abgasabsperreinrichtung erforderliche erste Betätigungseinrichtung auch auf die Ladeluftabsperreinrichtung einwirken und dadurch deren Öffnungsvorgang unterstützen. Dieselbe Wirkung kann für den Abschaltvorgang erzielt werden durch einen zweiten Anschlag im mechanischem Gestänge, der bei Bewegung der Abgasabsperreinrichtung in Schliessrichtung die Ladeluftabsperreinrichtung ebenfalls in Schliessrichtung mitnimmt.

Die vorteilhafte Ausbildung eines solchen mechanischen Gestänges mit der Ladeluft- und Abgasleitungen üblichen Bauteilen mit Zulassung einer Bewegung der Ladeluftabsperreinrichtung unabhängig von der Stellung der Abgasabsperreinrichtung beim Zu- und Abschalten ist im Anspruch 8 angegeben.

Eine einfache, mit geringem zusätzlichen Bauaufwand herzustellende Ausführung einer Zuschalteinrichtung, die dazuhin auf einfache Weise steuerbar ist, kann sich im Zusammenhang mit der Wirkverbindung durch eine einzige Betätigungseinrichtung für beide Absperreinrichtungen 5 ergeben, deren Weg in einer, der Zwischenstellung der Abgasabsperreinrichtung entsprechenden Stellung durch eine Verriegelung, durch eine Gegenkraft oder durch Abschaltung der Energiezufuhr begrenzt wird, die bei Absinken des Druckes im Saugrohr bzw. bei Öffnen der Ladeluftabsperreinrichtung io aufgehoben wird.

Die einfache Darstellung einer solchen Gegenkraft ist gegeben, wenn die erste Betätigungseinrichtung aus einem Druckmittelzylinder mit einem Kolben besteht, dem zum Öffnen der Abgasabsperreinrichtung Druckmittel mit 15 begrenztem Druck zugeführt wird, und wenn die durch den in der Saugleitung wirkenden Druck der Ladeluft der übrigen Abgasturbolader auf die geschlossene Ladeluftabsperreinrichtung ausgeübte Kraft als Gegenkraft über die Wirkverbindung auf den Kolben einwirkt und seinen Weg in der Zwi-20 schenstellung der Abgasabsperreinrichtung begrenzt.

Weiter wird empfohlen, dass als Druckmittel für den Druckmittelzylinder die Ladeluft der Brennkraftmaschine verwendet wird. Durch diese Massnahme wird nicht nur eine schon vorhandene Hilfsenergie für die Betätigung ausge-25 nutzt, sondern die im Öffnungssinne auf die Ladeluftabsperreinrichtung einwirkende Kraft passt sich automatisch der die Ladeluftabsperreinrichtung zuhaltenden Kraft an, so das ein Öffnen tatsächlich erst dann erfolgen kann, wenn diese Kraft auf Grund der zunehmenden Laderdrehzahl abgesunken ist. 30 Ein sicheres Öffnen der Absperreinrichtungen ist durch die Aufbringung der Gegenkraft entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 12 und 13 oder durch die Anordnung einer Verriegelung entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 14,15 und 16 gegeben. Hierbei können durch Auswahl der 35 Kolbendurchmesser und der Drücke sehr hohe Betätigungskräfte ohne negative Beeinflussung der Funktion erzielt werden.

Eine weitgehende Unabhängigkeit von den jeweiligen Einbauverhältnissen und von der, bei einer als mechanisches 40 Gestänge ausgebildeten Wirkverbindung zu beachtenden Lage der Absperreinrichtungen kann erzielt werden durch eine pneumatische, hydraulische oder elektrische Wirkverbindung mit einem, mit der einen Absperreinrichtung verbundenen Geber und einem, mit der anderen Absperreinrich-45 tung verbundenen Aufnehmer, die eine gegenseitige Abhängigkeit zwischen der Bewegung der Ladeluftabsperreinrichtung und der Bewegung der Abgasabsperreinrichtung zwischen der Zwischenstellung und der Offenstellung bewirken.

Eine vorteilhafte Verbindung einer hydraulischen Wirk-50 Verbindung mit den hydraulisch oder gegebenenfalls pneumatisch betätigten Stellzylindern für die Absperreinrichtungen ist im Anspruch 18 umschrieben.

Zur Vermeidung von Schwingungszuständen und Strömungsverlusten wird weiterhin empfohlen, dass beide 55 Absperreinrichtungen nach dem Zuschalten des Abgasturboladers durch die ihre Öffnung bewirkenden Kräfte in der Offenstellung festgehalten werden.

In vorteilhafter Weise erfolgt die Ansteuerung der Betätigungseinrichtung für das Öffnen der Ladeluftabsperreinrich-60 tung durch einen vom Druck in der Ladeluftleitung und in der Saugleitung des Verdichters des zuzuschaltenden Laders gesteuerten Schalter, der die Energie zum Öffnen der Ladeluftabsperreinrichtung und zum restlichen Öffnen der Abgasabsperreinrichtung freigibt bzw. die Gegenkraft aufhebt, 65 wenn die beiden Steuerdrücke einen vorbestimmten Druckunterschied aufweisen.

Unter Berücksichtigung der verschiedenen Einsatzgebiete einer Brennkraftmaschine:

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a) konstante Drehzahl mit wechselnder Last bzw. Ladedruck, z.B. Generatorantrieb,

b) wechselnde Drehzahl mit konstanter Last bzw. Ladedruck, z.B. Schiffsantrieb,

c) wechselnde Drehzahl mit wechselnder Last bzw. Ladedruck, z.B. Fahrzeugantrieb, wird empfohlen, dass als Steuersignal für den Zeitpunkt des Zu- oder Abschaltens eines Turboladers je nach Anwendungsfall die Höhe des Ladeluftdruckes und/oder die Drehzahl der Kolbenbrennkraftmaschine dient.

Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 die Darstellung einer Kolbenbrennkraftmaschine mit zwei Abgasturboladern, von denen einer abschaltbar ist, mit den Absperreinrichtungen für Abgas und Ladeluft sowie die zwischen ihnen angeordnete Wirkverbindung,

Fig. 2 bis 4 eine ausführlichere Darstellung der Absperreinrichtungen mit mechanischer Wirkverbindung und Druckmittelstellzylinder in den Stellungen: vor dem Zuschalten (Fig. 2), in der Zwischenstellung der Abgasklappe (Fig. 3) und nach dem Zuschalten (Fig. 4),

Fig. 5 und 6 je eine erste Betätigungseinrichtung mit Druckmittel, der eine zweite Betätigungseinrichtung als Riegel oder Gegenkraft in der Zwischenstellung entgegenwirkt,

Fig. 7 und 8 je eine erste Betätigungseinrichtung für das Bewegen der Abgasabsperreinrichtung bis zur Zwischenstellung und eine zweite Betätigungseinrichtung für die Öffnung der Ladeluft- und die vollständige Öffnung der Abgasabsperreinrichtung,

Fig. 9 ein Beispiel mit hydraulischer Ausführung der Wirkverbindung.

In der Fig. 1 ist eine Kolbenbrennkraftmaschine 11 mit einem abschaltbaren Abgasturbolader 12 und mit einem dauernd eingeschalteten Abgasturbolader 13 dargestellt.

Turbinen 14 bzw. 15 der beiden Abgasturbolader werden von einer Abgassammelleitung 16 mit Abgas versorgt. Zwischen dieser Abgassammelleitung und der Turbine 14 des abschaltbaren Abgasturboladers 12 ist eine Abgasabsperreinrichtung 17 angeordnet.

Verdichter 18 bzw. 19 der beiden Abgasturbolader fördern in eine Ladeluftleitung 20 der Kolbenbrennkraftmaschine 11. In einer Saugleitung 21 des Verdichters 18 des abschaltbaren Abgasturboladers 12 ist eine Ladeluftabsperreinrichtung 22 angeordnet.

Die Abgasabsperreinrichtung 17 weist neben der offenen und der geschlossenen Stellung noch eine durch eine Blende 25 angedeutete Zwischenstellung auf, in der sie nur teilweise geöffnet ist.

Die Abgasabsperreinrichtung 17 wird über eine Leitung 35 oder über eine Leitung 36 von einem Magnetventil 26 beein-flusst, das wiederum seine Steuerimpulse entweder von einem ladeluftdruckgesteuerten Schalter 27 oder von einem motor-drehzahlgesteuerten Schalter 28 erhält.

Die Ladeluftabsperreinrichtung 22 wird über eine Leitung 29 direkt von dem Druck in der Saugleitung 21 des Verdichters 18 des abschaltbaren Abgasturboladers 12 beaufschlagt.

Zwischen den beiden Absperreinrichtungen 17 und 22 besteht eine Wirkverbindung 23 in Form eines mechanischen Gestänges 30,31 mit einem mit dem Gestänge 30 verbundenen ersten Anschlag 32 und einem zweiten Anschlag 33 und mit einem mit dem Gestänge 31 verbundenen Anschlagteil 34.

Wirkungsweise:

Im Teillastbetrieb wird die Kolbenbrennkraftmaschine 11 nur von dem dauernd eingeschalteten Abgasturbolader 13 s aufgeladen. Der Druck in der Ladeluftleitung 20 und/oder die Maschinendrehzahl sind niedrig, so dass die Schalter 27 und 28 offen sind. Das Magnetventil 26 wird durch seine Feder in die dargestellte Stellung gedrückt. Dadurch ist die Abgasabsperreinrichtung 17 vom Ladedruck über Leitung 35 io beaufschlagt, ebenfalls in ihrer dargestellten, geschlossenen Stellung. Der Druck in der Ladeluftleitung 20 wirkt auch durch den Verdichter 18 und über die Saugleitung 21 sowie über die Leitung 29 auf die Ladeluftabsperreinrichtung und hält diese ebenfalls geschlossen. Dadurch ist der Abgasturbo-15 lader 12 abgeschaltet, und die vom Abgasturbolader 13 geförderte Ladeluft kann nicht entweichen.

Bei Zunahme der Belastung der Brennkraftmaschine wird - durch den Regler die Kraftstoffmenge erhöht. Dadurch erhöht sich die Abgasmenge, und die Turbine 15 des einge-20 schalteten Abgasturboladers 13 nähert sich der Grenze ihres Abgasschluckvermögens. Ein Mass hierfür ist die Höhe des Ladeluftdruckes, der ebenfalls ansteigt. Für das Zuschalten des Abgasturboladers 12 in Abhängigkeit des Ladeluftdruckes ist der ladeluftdruckgesteuerte Schalter 27 vorge-25 sehen.

Je nach Einsatzfall der Brennkraftmaschine kann das Zuschalten des stillgesetzten Abgasturboladers 12 auch abhängig von einer Erhöhung der Maschinendrehzahl zweckmässig sein. Hierfür eignet sich der motordrehzahlge-30 steuerte Schalter 28.

Bei Ansprechen eines der beiden Schalter 27 oder 28 wird das Magnetventil 26 in seine Stellung gedrückt und die Abgasabsperreinrichtung 17 über die Leitung 36 vom Druck in der Ladeluftleitung beaufschlagt und dadurch in ihre Zwischen-35 Stellung verschoben. In dieser Zwischenstellung wird die weitere Öffnungsbewegung zunächst gestoppt, weil der Anschlag 32 des mechanischen Gestänges 30 an dem Anschlagteil 34 des mechanischen Gestänges 31 zur Anlage kommt.

Die Turbine 14 wird nun über die teilweise geöffnete Abgas-40 absperreinrichtung (Blende 25) mit einem Abgasteilstrom beaufschlagt und beschleunigt den Abgasturbolader 12.

Durch den anlaufenden Verdichter 18 wird der Druck in der Saugleitung 21 und in der Leitung 29 abgesenkt, so dass der auf die Abgasabsperreinrichtung 17 über die Leitung 36 45 einwirkende Ladeluftdruck mit Hilfe der Wirkverbindung beide Absperreinrichtungen in ihre Offenstellungen drücken kann. Auf die Turbine wirkt jetzt der volle Abgasstrom ein. Gleichzeitig fördert der Verdichter Ladeluft, so dass die Turbine belastet ist. Der Zuschaltvorgang ist damit abge-50 schlössen. Im Bereich von mittlerer bis maximaler Belastung laden nun beide Abgasturbolader 12 und 13 die Brennkraftmaschine 11 gemeinsam auf.

Der Abschaltvorgang wird bei sinkender Belastung und/ oder Maschinendrehzahl ebenfalls durch einen der beiden 55 Schalter 27/28 ausgelöst. Das Magnetventil 26 gelangt in die gezeichnete Stellung und drückt die Abgasabsperreinrichtung 17 mit Hilfe des Ladeluftdruckes über die Leitung 35 wieder in die geschlossene Stellung, wobei die Ladeluftabsperreinrichtung 22 über das mechanische Gestänge 30,31, 60 den zweiten Anschlag 33 und den Anschlagteil 34 ebenfalls mitgezogen wird. Damit ist der Abschaltvorgang abgeschlossen.

In Fig. 2 bis 9 ist die Abgasabsperreinrichtung jeweils als Abgasklappe 40 und die Ladeluftabsperreinrichtung als 65 Ladeluftklappe 41 dargestellt. Die Klappen 40 und 41 sind auf drehbaren Wellen 42 bzw. 43 angeordnet und können durch Hebel 44 bzw. 45 betätigt werden.

In Fig. 2 bis 8 besteht die Wirkverbindung 23 jeweils aus

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einer Verbindungsstange 46, die am Hebel 44 angelenkt und mit dem Hebel 45 durch Anschläge 47,48 und über einen Anschlagteil 49 verbunden ist. Zwischen den beiden Anschlägen 47 und 48 kann sich die Ladeluftklappe 41 gegenüber der Abgasklappe 40 frei bewegen.

In Fig. 2 bis 4 ist ein Zuschaltvorgang dargestellt mit einem einzigen Betätigungszylinder und mit einem Kolben 51, der mit der Verbindungsstange 46 verbunden ist. Die Steuerung der Betätigungseinrichtung 50 erfolgt in gleicher Weise wie in Fig. 1 mit Hilfe eines Magnetventiles 52. Als Betätigungsdruck für den Zylinder ist wiederum der Ladeluftdruck der Brennkraftmaschine vorgesehen, der auch durch den Verdichter des abgeschalteten Laders hindurch direkt auf die Ladeluftklappe 41 wirkt und diese dadurch geschlossen hält.

Wirkungsweise:

Der Zuschaltvorgang wird durch Verschieben des Magnetventiles 52 in die in Fig. 2 dargestellte Stellung eingeleitet. Dadurch wirkt der Ladeluftdruck auf der einen Seite des Kolbens 51 und verschiebt diesen Kolben sowie die Abgasklappe 40 in die in Fig. 3 dargestellte Zwischenstellung, in der der Anschlagteil 49 der Verbindungsstange 46 an dem Anschlag 47 des Hebels 45 der Ladeluftklappe 41 anstösst. Die Fläche des Kolbens 51 und der Ladeluftklappe 41 sowie das Hebelverhältnis, mit dem das Verbindungsgestänge über den Anschlag 47 und den Hebel 45 auf die Ladeluftklappe 41 einwirkt, sind so ausgelegt, dass in diesem Augenblick, also bei noch stehendem Abgasturbolader, ein Weiterverschieben des Kolbens 51 und damit ein Weiteröffnen der Abgasklappe 40 über die Zwischenstellung hinaus nicht möglich ist. Durch die teilweise Öffnung der Abgasklappe wird nun die Turbine mit einem Teilabgasstrom beaufschlagt, der den Abgasturbolader in dem Masse beschleunigen kann, dass ein Abbau des Ladeluftdruckes in der Saugleitung 21 stattfindet.

Erst nach Abbau des Druckes in der Saugleitung 21 durch den anlaufenden Verdichter ist die auf den Kolben 51 einwirkende Ladeluft in der Lage, den Kolben weiter zu verschieben und damit die Abgasklappe 40 in ihre ganz geöffnete Stellung zu bringen. Gleichzeitig wird auch die Ladeluftklappe 41 geöffnet (Fig. 4). Dabei ist die Ladeluftklappe 41 in der Lage, der Betätigungseinrichtung 50 vorzueilen. Sie kann jedoch auch, wenn z.B. auf Grund einer grossen Masse der Ladeluftklappe erforderlich, mit Hilfe der Betätigungseinrichtung 50 zwangsweise schnell geöffnet werden.

Beide Klappen 40 und 41 werden durch die sie Öffnende Kraft in der Offenstellung festgehalten.

Das Abschalten wird in gleicher Weise wie bei Fig. 1 beschrieben durch Umschalten des Magnetventiles 52 vorgenommen. Die Ladeluft drückt dadurch von der anderen Seite auf den Kolben 51, schliesst zuerst die Abgasklappe 40 und nimmt dann die Ladeluftklappe 41 über den Anschlag 48 zwangsweise mit. Die Ladeluftklappe kann jedoch unabhängig von der Abgasklappe in die geschlossene Stellung voreilen.

In Fig. 5 ist der Kolben 58 eines ersten Druckmittelzylinders 60 am Hebel 44 der Abgasklappe 40 angelenkt und bewegt die Klappen in der vorbeschriebenen Weise mit Hilfe der Wirkverbindung 23. In der Zwischenstellung der Abgasklappe 40 wird die Klappenbewegung durch den Kolben 59 eines zweiten Druckmittelzylinders 61 verriegelt. Der Zu-und Abschaltvorgang wird wiederum von einem Magnetventil 62 eingeleitet. Zusätzlich ist jedoch ein Schalter 63 angeordnet, der auf der einen Seite vom Druck 64 in der Ladeluftleitung und auf der anderen Seite von einer Feder und dem Druck 65 in der Saugleitung 21 des Verdichters beaufschlagt ist und der den Druck für den zweiten Druckmittelzylinder 61 steuert. In der dargestellten Zwischenstellung läuft der Abgasturbolader auf Grund der teilweise geöffneten Abgasklappe 40 gerade an. Nach Absinken des Druckes 65 in der Saugleitung 21 wird der Schalter 63 durch den Ladeluftdruck 64 in seine zweite Schaltstellung verschoben und der Zylinder 61 druckentlastet. Der Kolben 58 des Zylinders 60 vermag nun gleichzeitig die vollständige Öffnung der Abgasklappe 40 und die Öffnung der Ladeluftklappe 41 zu bewirken. Damit ist der Zuschaltvorgang abgeschlossen.

Beim Abschalten wird das Magnetventil 62 in seine zweite Stellung gebracht und dadurch der Zylinder 60 auf der anderen Kolbenseite beaufschlagt. Damit werden beide Klappen wieder in ihre geschlossene Stellung bewegt.

Fig. 6 zeigt eine in gleicher Weise funktionierende Zuschalteinrichtung wie Fig. 5. Es sind lediglich die beiden Druckmittelzylinder 60,61 zu einem Zylinder 69 mit zwei Kolben 70,71 vereinigt. Der Kolben 70 entspricht dem Kolben 58 des Zylinders 60, der Kolben 71 dem Kolben 59 des Zylinders 61 in Fig. 5. Die Verbindungsstange 46 der Wirkverbindung ist als mit dem Kolben 70 verbundene Kolbenstange ausgebildet. Der Kolben 71 weist einen Anschlag 72 auf. Die Klappen sind nicht dargestellt und nur durch ihre in Klammern angegebenen Bezugszeichen angedeutet. Die Einrichtungen sind ebenfalls in der Zwischenstellung vor dem Absinken des Druckes in der Saugleitung des Verdichters dargestellt.

Beim Zuschalten wird der Kolben 70 von der einen Seite (Raum 76) und der Kolben 71 von der anderen Seite (Raum 77) des Zylinders beaufschlagt. Da die wirksame Fläche 73 des Kolbens 71 grösser ausgebildet ist als die wirksame Fläche 74 des Kolbens 70, kommen beide Kolben in die in Fig. 6 dargestellte Lage nach Anliegen des Anschlages 72 des Kolbens 71 an dem Deckel 75 des Zylinders 69. Nach Absinken des Druckes in der Saugleitung wird durch den Schalter 63 der Kolben 71 entlastet und der Kolben 70 kann die vollständige Öffnung der Abgasklappe 40 mit der gleichzeitigen Öffnung der Ladeluftklappe 41 bewirken.

Zum Abschalten wird nur der Raum 78 zwischen den beiden Kolben 70,71 beaufschlagt und die Räume 76 und 77 entlastet. In Fig. 7 ist ein Zylinder 80 der Betätigungseinrichtung für die Öffnung der Abgasklappe 40 bis zu ihrer Zwischenstellung vorgesehen. Dabei wird auch der Kolben eines weiteren Zylinders 81 der Betätigungseinrichtung bewegt, der anschliessend die restliche Öffnung der Abgasklappe 40 und, über die Wirkverbindung 23, auch die Öffnung der Ladeluft-klappe 41 bewirkt. Die Steuerung funktioniert in gleicher Weise wie bei Fig. 5 beschrieben mit Hilfe des Magnetventiles 62 und des ladeluftdruck- und saugrohrdruckbetätigten Schalters 63.

Fig. 8 zeigt wiederum die Zusammenfassung der beiden Zylinder 80 und 81 der Fig. 7 zu einem Zylinder 82 mit einem Kolben 83, der in der Wirkung dem Kolben des Zylinders 80 und mit einem Kolben 84, der in der Wirkung dem Kolben des Zylinders 81 in Fig. 7 entspricht.

Die Verbindungsstange 46 ist, ähnlich wie in Fig. 6, als Kolbenstange des Kolbens 84 ausgebildet. Die Kolben sind ebenfalls in der Zwischenstellung dargestellt.

In Fig. 9 ist, wiederum in der Zwischenstellung, ein erster Druckmittelzylinder 90 mit einem ersten Kolben 91 und einem mit der nicht dargestellten Abgasklappe 40 verbundenen zweiten Kolben 92 und ein zweiter Druckmittelzylinder 93 mit einem mit der nicht dargestellten Ladeluftklappe 41 verbundenen Kolben 94 dargestellt. Die Wirkverbindung 23 besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus einem Druckmittelraum 96 im Ladeluftklappenzylinder 93, einem zwischen den beiden Kolben 91 und 92 des Abgasklappenzylinders 90 angeordneten Druckmittelraum 98, einer die beiden Druckmittelräume verbindenden Leitung 97 und einem diese Räume und Leitung ausfüllende Druckmittel.

Von dem Magnetventil 62 und dem Schalter 63 in der bei Fig. 5 vorbeschriebenen Weise gesteuert, bewegt sich

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zunächst der Kolben 91 unter Mitnahme des Kolbens 92 und der Abgasklappe bis zu einem Anschlag 95. Dabei wird die Abgasklappe bis zu ihrer Zwischenstellung geöffnet. Nach Anlaufen des Abgasturboladers und Absinken des Druckes 65 im Saugrohr 21 wird der Schalter 63 durch den Ladeluftdruck 64 in seine zweite Schaltstellung gebracht und dadurch der Kolben 94 des Zylinders 93 mit Druckmittel beaufschlagt. Dadurch wird die Ladeluftklappe 41 geöffnet und gleichzeitig das Druckmittel aus dem Raum 96 über die Leitung 97 in den Raum 98 des ersten Druckmittelzylinders 90 verdrängt. Dadurch kommt der Kolben 92 in seine andere Endlage und damit die Abgasklappe 40 in ihre ganz geöffnete

Stellung. Damit ist der Zuschaltvorgang abgeschlossen.

Zum Abschalten wird das Magnetventil 62 in seine andere Stellung gesteuert und dadurch der Kolben 92 von der anderen Seite beaufschlagt. Durch den Kolben 92 und das 5 Druckmittel in dem Raum 98 werden Kolben 91 und Kolben 94 in ihre Ausgangslage zurückgedrückt und damit Abgas-und Ladeluftklappe 40/41 wieder geschlossen. Damit ist der Abschaltvorgang beendet.

io Ein Druckmittel-Vorratsbehälter 99 ergänzt das durch Undichtigkeiten verloren gegangene Druckmittel des Raumes 98 in der abgeschalteten Stellung.

B

3 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

1. 653745 2

   PATENTANSPRÜCHE zeichnet durch eine für beide Absperreinrichtungen (40,41)

   1. Kolbenbrennkraftmaschine mit mehreren Abgasturbo- gemeinsame Betätigungseinrichtung, deren Weg in einer, der ladern, von denen bei Teillastbetrieb der Brennkraftma- Zwischenstellung der Abgasabsperreinrichtung (40) entspre-schine ein oder mehrere Abgasturbolader abschaltbar sind, chenden Stellung durch eine Verriegelung, durch eine Gegen-mit einer Absperreinrichtung in der Abgasleitung und in der s kraft oder durch Unterbrechung der Betätigungsenergiezu-Saugleitung jedes abschaltbaren Abgasturboladers, wobei fuhr begrenzt wird, wobei diese Begrenzung bei Absinken des zum Zuschalten oder Abschalten des betreffenden Abgastur- Druckes im Saugrohr bzw. bei Öffnen der Ladeluftabsperr-boladers die Abgasabsperreinrichtung geöffnet bzw. einrichtung (41) wieder aufgehoben wird.

   geschlossen wird, gekennzeichnet durch eine Wirkverbin- 10. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 9,

   dung (23) zwischen der Abgas- und der Ladeluftabsperrein- io dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung aus richtung (17,22; 40,41), die beim Zuschalten des Abgastur- einem Druckmittelzylinder (50) mit einem Kolben (51)

   boladers (12) bei noch geschlossener Ladeluftabsperreinrich- besteht, dem zum Öffnen der Abgasabsperreinrichtung (40)

   tung (22,41) ein Öffnen der Abgasabsperreinrichtung (17,40) Druckmittel mit einem derart in der Höhe begrenzten Druck nur bis zu einer Zwischenstellung zulässt, bei der der nicht zugeführt wird, dass der in der Saugleitung (21 ) wirkende fördernde Turbolader (12) eine schädliche Überdrehzahl is Druck der Ladeluft der übrigen Abgasturbolader (13), der nicht erreichen kann, und die ein weiteres Öffnen der Abgas- über die geschlossene Ladeluftabsperreinrichtung (41) und absperreinrichtung (17,40) nur zusammen mit oder nach dem die Wirkverbindung (23) auf den Kolben (51) als Gegenkraft

   Öffnen der Ladeluftabsperreinrichtung (22,41) zulässt. einwirkt, in der Lage ist, den Weg des Kolbens (51 ) in einer,
2. 2. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch der Zwischenstellung der Abgasabsperreinrichtung (40) entgekennzeichnet, dass die Ladeluftabsperreinrichtung (22,41) 20 sprechenden Stellung so lange zu begrenzen, bis der Druck in erst dann geöffnet werden kann, wenn durch die Saugwir- der Saugleitung etwa auf den herrschenden Luftdruck abge-kung des anlaufenden Turboladers (12) der von den übrigen sunken ist (Fig. 2 bis 4).

   laufenden Turboladern (13) herrührende Druck in der 11. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 10, Ansaugleitung (21) des anlaufenden Turboladers (12) dadurch gekennzeichnet, dass als Druckmittel für den Druckabsinkt. 2s mittelzylinder (50) die Ladeluft der Brennkraftmaschine (11)
3. 3. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch wirkt.

   gekennzeichnet, dass die Wirkverbindung (23) ein Öffnen der 12. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 9,

   Ladeluftabsperreinrichtung (22,41) durch die Saugwirkung dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung aus des anlaufenden Abgasturboladers (12), unabhängig von der einem Druckmittelzylinder (60) mit einem Kolben (58)

   Stellung bzw. Öffnungsbewegung der Abgasabsperreinrich- 30 besteht und dass die Verriegelung von einem weiteren Druck-

   tung (17,40) zulässt. mittelzylinder (61) durchgeführt wird (Fig. 5).
4. 4. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch 13. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 9, gekennzeichnet, dass die Wirkverbindung (23) beim dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung aus Schliessen der Abgasabsperreinrichtung (17,40) zum einem Druckmittelzylinder (69) mit zwei Kolben (70,71) Abschalten des Abgasturboladers (12) die Ladeluftabsperr- 35 besteht, wovon der eine Kolben (70) bei Zufuhr von Druckeinrichtung (22,41) in Schliessrichtung bewegt. mittel der Öffnung der Absperreinrichtungen (40,41) dient
5. 5. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch und der zweite Kolben (71 ) bei Zufuhr von Druckmittel die gekennzeichnet, dass die Wirkverbindung (23) ein Schliessen Begrenzung des Weges des ersten Kolbens (70) entsprechend der Ladeluftabsperreinrichtung bei absinkender Saugwir- der Zwischenstellung der Abgasabsperreinrichtung (40)

   kung des auslaufenden Abgasturboladers (12) durch die in 40 durch die von ihm auf den ersten Kolben (70) ausgeübte der Saugleitung (21) sich einstellende Rückströmung der Gegenkraft bewirkt (Fig. 6).

   Ladeluft der übrigen Abgasturbolader (13), unabhängig von 14. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1,

   der Stellung bzw. Schliessbewegung der Abgasabsperrein- dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung aus richtung (17,40) zulässt. zwei Zylindern (80 und 81) besteht, von denen der eine
6. 6. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, gekenn- 45 Zylinder (80) beim Zuschalten des Abgasturboladers ( 12) die zeichnet durch ein mechanisches Gestänge (30,31) als Wirk- Abgasabsperreinrichtung (40) zunächst in die Zwischenstel-verbindung (23) zwischen den beiden Absperreinrichtungen lung bewegt, worauf der andere Zylinder (81) nach Absinken (17,22; 40,41), durch das bei Bewegung der Abgasabsperr- des Druckes in der Saugleitung (21) des Verdichters (18) einrichtung (17,40) in Öffnungsrichtung, bei deren Zwi- sowohl die Öffnung der Ladeluftabsperreinrichtung (41 ) als schenstellung durch Anlage eines Anschlages (32) eine form- so auch die vollständige Öffnung der Abgasabsperreinrichtung schlüssige Verbindung zwischen den beiden Absperreinrich- (40) bewirkt (Fig. 7).

   tungen hergestellt wird. 15. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 14,
7. 7. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 6, gekenn- dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden Zylinder (80, zeichnet durch einen zweiten Anschlag (33) im mechanischen 81) als Druckmittelzylinder ausgebildet ist (Fig. 7).

   Gestänge, der bei Bewegung der Abgasabsperreinrichtung ss 16. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 14,

   (17,40) in Schliessrichtung auch die Ladeluftabsperreinrich- dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung aus tung (22,41) in Schliessrichtung mitnimmt (Fig. 1). einem gemeinsamen Druckmittelzylinder (82) mit zwei
8. 8. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 6 und 7, mit Kolben (83,84) besteht und dass der erste Kolben (83) bei schwenkbaren Klappen als Absperreinrichtungen, die jede Zufuhr von Druckmittel beim Zuschalten des Abgasturbola-auf je einer drehbaren Welle angeordnet und durch mit der 60 ders ( 12) nur einen begrenzten Hub unter Mitnahme des Welle verbundene Hebel betätigt werden können, dadurch zweiten Kolbens (84) zum Öffnen der Abgasabsperreinrich-gekennzeichnet, dass eine Verbindungsstange (46) an einem tung (40) bis zur Zwischenstellung ausführt und dass der der Hebel (44) angelenkt und mit dem anderen Hebel (45) zweite Kolben (84) bei Zufuhr von Druckmittel nach durch je einen in jeder der beiden Bewegungsrichtungen wir- Absinken des Druckes in der Saugleitung (21) mit dem kenden Anschlag (47,48), zwischen denen sich die Ladeluft- es Öffnen der Ladeluftabsperreinrichtung (41) das weitere klappe (41) gegenüber der Abgasklappe (40) unabhängig Öffnen der Abgasabsperreinrichtung (40) bewirkt (Fig. 8). bewegen kann, formschlüssig verbunden ist. 17. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, gekenn-
9. 9. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, gekenn- zeichnet durch eine pneumatische, hydraulische oder elek-

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   trische Wirkverbindung (23) mit einem, mit der einen sert, der Kraftstoffverbrauch gesenkt und ein rauchfreier

   Absperreinrichtung (41) verbundenen Geber (96) und einem Betrieb, auch bei Brennkraftmaschinen, die für einen hohen mit der anderen Absperreinrichtung (40) verbundenen Auf- Mitteldruck ausgelegt sind, erzielt.

   nehmer (98), die die gegenseitige Abhängigkeit zwischen der Es ist eine Brennkraftmaschine bekannt geworden, bei der Bewegung der Ladeluftabsperreinrichtung (41) und der s zum einfachen luftseitigen Zu- oder Abschalten des Abgas-Bewegung der Abgasabsperreinrichtung (40) zwischen der turboladers in der Saugleitung des Verdichters ein Rück-Zwischenstellung und der Offenstellung bewirken. schlagventil angeordnet ist, das beim Zuschalten durch den
10. 18. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 17, mit entstehenden Unterdruck in der Saugleitung des anlaufenden einer hydraulischen Kopplung als Wirkverbindung, dadurch Verdichters geöffnet und beim Abschalten durch den Druck gekennzeichnet, dass ein erster Druckmittelzylinder (90) mit io in der Ladeluftleitung wieder geschlossen wird.

    zwei Kolben (91,92) zur Betätigung der Abgasabsperrein- Bei dieser Ausführung besteht jedoch beim Zuschalten die richtung (40) und ein zweiter Druckmittelzylinder (93) zur Gefahr, dass bei einem schwergängigen oder klemmenden Betätigung der Ladeluftabsperreinrichtung (41 ) angeordnet Rückschlagventil eine Belastung der Turbine durch den Ver-ist und dass der erste Kolben (91 ) des ersten Zylinders (90) bei dichter nicht einsetzt, weil eine Luftförderung durch das sich Zufuhr von Druckmittel zum Zuschalten des Abgasturbo- is nicht öffnende Rückschlagventil unterbleibt. Dabei kann der laders (12) nur einen begrenzten Hub ausführen kann, bei Abgasturbolader durch Überdrehzahl zerstört werden.

    dem er den zweiten, mit der Abgasabsperreinrichtung (40) Ausserdem ist nachteilig, dass die Drehzahl des zuzuschal-

    verbundenen Kolben (92) bis zu deren Zwischenstellung mit- tenden Abgasturboladers vorübergehend einen höheren Wert nimmt, und dass bei Zufuhr von Druckmittel zu dem Kolben als die gerade vorhandene Betriebsdrehzahl der laufenden (94) des zweiten Druckmittelzylinders (93) nach Absinken 20 Abgasturbolader annehmen kann. Diese kurzzeitige Über-des Druckes in der Saugleitung (21) dieser die Ladeluftab- drehzahl ist dadurch bedingt, dass beim Erreichen der Sperreinrichtung (41) öffnet und gleichzeitig ein Druckmittel Betriebsdrehzahl das Rückschlagventil infolge seiner Masse verdrängt, das dem zweiten Kolben (92) des ersten Druckmit- nicht schnell genug öffnet, so dass die durch die Luftförde-telzylinders (90) zugeführt wird, wodurch dieser die Abgasab- rung des Verdichters einsetzende Belastung der Turbine um Sperreinrichtung (40) von der Zwischenstellung in die Offen- 25 eine geringe Zeitspanne verzögert wird, in der die Turbine Stellung bewegt (Fig. 9). weiter beschleunigt werden kann. Durch die dadurch
11. 19. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, bedingten Druckstösse in der Ladeluftleitung besteht die dadurch gekennzeichnet, dass beide Absperreinrichtungen Gefahr der Schwingungserregung auch für die übrigen (40,41 ) nach dem Zuschalten des Abgasturboladers (12) Abgasturbolader.

    durch die ihre Öffnung bewirkenden Kräfte in der Offenstel- 30 Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung der lung festgehalten werden. bekannten Zuschalteinrichtung mit dem Ziel, die Gefahr
12. 20. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, gekenn- einer Zerstörung des Abgasturboladers durch Überdrehzahl zeichnet durch einen vom Druck in der Ladeluftleitung (20) beim Zuschalten wegen blockiertem Ladeluftventil auszu-und in der Saugleitung (21) des Verdichters (18) des zuzu- schliessen. Gleichzeitig soll die kurzzeitige Überdrehzahl schaltenden Laders (12) gesteuerten Schalter (63), der die 35 beim Zuschalten, soweit wie es zur Vermeidung von Schwin-Energie zum Öffnen der Ladeluftabsperreinrichtung (41) und gungszuständen nötig ist, reduziert bzw. ganz vermieden zum restlichen Öffnen der Abgasabsperreinrichtung (40) frei- werden.

    gibt bzw. die Gegenkraft aufhebt, wenn die beiden Steuer- Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Wirkverbindung drücke (64,65) einen vorbestimmten Druckunterschied auf- zwischen der Abgas- und der Ladeluftabsperreinrichtung, die weisen. 40 beim Zuschalten des Abgasturboladers bei noch geschlos sener Ladeluftabsperreinrichtung ein Öffnen der Abgasab-

    Sperreinrichtung nur bis zu einer Zwischenstellung zulässt,

    bei der der nicht fördernde Turbolader eine schädliche Überdrehzahl nicht erreichen kann, und die ein weiteres