DE1451987A1

DE1451987A1 - Einspritzbrennkraftmaschine,die mit stark schwankender Drehzahl und Belastung betrieben wird

Info

Publication number: DE1451987A1
Application number: DE19641451987
Authority: DE
Inventors: Haas Dr-Ing Herbert
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1964-07-01
Filing date: 1964-07-01
Publication date: 1969-10-16
Also published as: GB1117106A

Description

Einspritzbrennkraftmasehine, die mit stark schwankender Drehzahl und Belastung betrieben wird

Die Erfindung betrifft eine Einspritzbrennkraftmaschine, die mit stark schwankender Drehzahl und Belastung betrieben wird und einen Abgasturbolader hat, der die Maschine bis zu einer bestimmten Teildrehzahl, zweckmäßigerweise der halben Höchstdrehzahl, mit dem höchstmöglichen Mitteldruck auflädt, wobei eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, die von dieser Teildrehzahl der Maschine bis zu deren Höchstdrehzahl die Leistung der Maschine möglichst konstant hält.

Eine Einspritzbrennkraftmaschine der vorstehend näher beschriebenen Art kann gegenüber einer Einspritzbrennkraftmaschine, die mit Ansaugung der Verbrennungsluft arbeitet, ein Drehmoment abgeben, welches, wenn die Drehzahl von der höchsten Drehzahl aus abnimmt, stark ansteigt, und zwar so stark, daß unter Umständen auf das der Einspritzbrennkraftmaschine nachgeschaltete Wechselgetriebe, wenn nicht ganz, so doch zum größten Teil, verzichtet werden kann.

Es ist eine Einspritzbrennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung, deren Drehmoment mit fallender Drehzahl stark ansteigt, bekanntgeworden, bei welcher das Abgasturbogebläse überbemessen ist und bei welcher der Gebläsedruck mit Hilfe

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eines Abgasabblaseventils zwischen Brennkraftmaschine und Turbine geregelt wird in der Weise, daß er von einer Bittleren bis zur höchsten Maschinenleistung stetig und verhältnismäßig mehr und mehr, gegenüber dem normalen, in quadratischen Verhältnis mit der Gebläsedrehzahl zunehmenden Förderdruck gesenkt wird. Auf diese Weise wird das Maß der Aufladung der Maschine im oberen Leistungsbereich verhältnismäßig ebenso vermindert und damit der stark ansteigende Verlauf der Homentenkennlinie bei fallender Drehzahl erreicht. Das Abblasen von Abgas ist wegen des damit verbundenen Energieverlustes sehr nachteilig.

Bei einer anderen bekannten Einspritzbrennkraftmaschine, die einen Abgasturbolader aufweist, der so ausgelegt ist, daß die Einspritzbrennkraftmaschine bei der halben Höchstdrehzahl mechanisch und thermisch bis auf das höchstzulässige Maß belastet wird, ist der mit dem Abblasen von Abgas verbundene Fachteil dadurch vermieden, daß die Leistung der Einspritzbrennkraftmasehine von einer bestimmten Drehzahl an mit Hilfe eines besonderen Reglers durch Begrenzung der Höchstbrennstoffmenge an der Brennstoffeinspritzpumpe etwa konstant gehalten wird. Bei dieser Einspritzbrennkraftma— schine sind also thermische Verluste dadurch vermieden, daß in bezug auf die ganze Maschine im Haushalt der Gase Gleichgewicht besteht. Zwar ist bei dieser bekannten Einspritzbrennkraftmasehine ebenfalls in der Abgasleitung ein Abblaseventil vorgesehen, welches mit zunehmender Belastung

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und nach Erreichen der halben Höchstdrehzahl sich mit zunehmender Drehzahl mehr und mehr öffnet. Dieses Abblaseventil hat jedoch hier eine andere Wirkung als das Abblaseventil bei der vorbeschriebenen bekannten Einspritzbrennkraftmaschine. Es dient hier in der Hauptsache dem !week« eine unzulässige Beanspruchung des Abgasturbo «ata·« zu vermeiden.

Das Problem, um, die Gestaltung der Drehmomentabgabe einer Einspritzbroankr&ftm&aehine, die mit stark schwankender Drehzahl und Belastung betrieben mird, ist auch schon dadurch gelööt wurden, daß ein geibstregelungseffekt erzielt wird, I»eb, «intern bekannten Vorschlag, der darauf gerichtet igt* soll der Querschnitt der Auspuffleitung gleioh oder kleiner als der maximale Querschnitt des Auslasses eines Zylinders sein mit der Wirkung, daß nur bei niedrigen Haschinendrehzahlen der bei Eröffnung des Auslasses hinter diesem entstehende Druck des Auspuffstoßes bis zur Eröffnung des Einlasses auf einen Wert kleiner als der Ladedruck abgebaut ist.

Bei den beiden zuletzt erwähnten bekannten Einspritzbrennkraftmaschinen ist jeweils der Abgasturbolader so ausgelegt, daß er etwa bei der halben Höchstdrehzahl der Maschine sein Wirkungsgradoptimum hat. Der Wirkungsgrad des Abgasturbola ders wird von der halben Höchstdrehzahl der Maschine an mit steigender Drehzahl mehr und mehr schlechter.

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Es ist nunmehr Aufgabe der Erfindung, bei der Vermeidung yon Verlusten an Abgasenergie eine Einspritzbrennkraftmaschine der vorstehend an zweiter Stelle als bekannt vorausgesetzten Art zu verbessern, in dem Sinne, daß der Abgasturbosatz im Drehzahlbereich von der-mittleren Höchstdrehzahl bis zur Höchstdrehzahl der Einspritzbrennkraftmaschine bei allen Belastungsverhältnissen mit relativ gutem Wirkungsgrad arbeitet.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Abgasturbolader an sich für volle Leistung bei Höchstdrehzahl bemessen ist, daß jedoch die Abgasturbine eine verstellbare Leitvorrichtung und gegebenenfalls auch der Verdichter einen verstellbaren Diffusor-Leitapparat besitzt und daß eine oder beide Leitvorrichtungen des Abgasturboladers durch die Regeleinrichtung so beeinflußt werden, daß die Querschnitte der beiden Leitapparate von der Höchstdrehzahl abwärts bis zur vorzugsweise halben Höchstdrehzahl verändert (verkleinert) werden und damit bis zur bestimmten Teildrehzahl nach Möglichkeit konstante Leistung bzw. entsprechende Aufladung auf den höchstmöglichen Mitteldruck bei günstigem Wirkungsgrad erreicht wird.

In einem Aufsatz sind die hauptsächlichen Möglichkeiten zur Erzielung geänderten Drehmoment-Drehzahl-Verhaltens mittels Turboladung besprochen und in einem Schaubild anhand von Kurven deutlich gemacht. In bezug auf einen

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selbstansaugenden Motor ist gesagt, daß dieser durch Ausrüstung eines mit keinerlei Regelorganen versehenen Turbolader ein stark ansteigendes Drehmoment im höheren Drehzahlbereich abgeben kann. Ausgehend von der Drehmoaentcharakteristik eines so aufgeladenen Motors ist in ^v die entsprechende Kurve (2) des Schaubildes willkürlich ein Punkt X als geforderter Betriebszustand eingezeichnet. Ia Bnbliok auf den Punkt X ist de-r Fall betrachtet, daß aus irgendwelchen Gründen, wie Überbeanspruehung von Motorbauteilen oder zu hoher Drehzahl des Turboladers, der Betrieb des Motors mit größerer Drehzahl und höherem Mitteldruok als in X unerwünscht ist. Hierzu wird dann ausgeführt, daß man entweder durch Drosselung hinter dem Turbinenrad oder durch einen vergleichbaren, die Turbolader-Drehzahlsteigerung verhindernden Vorgang eine Drehmomenteharakteristik erhalten kann, die vor dem Punkte X sohneller und ein wenig höher als X ansteigt und jenseits stark abfällt (Kurve 5). Ein noch schnelleres Ansteigen der Drehmomentoharakteristik und noch Höhersteigen derselben über den Punkt X hinaus soll erzielbar sein, wenn Turbolader und z.B. ein Abgasabblase-Regelorgan in'geeigneter Weise im System vereinigt werden (Kurve 4). Schließlich wird darauf hingewiesen, daß ein Turbolader mit sogenannter variabler Geometrie, z.B. Düsenquerschnittsregelung in der Abgasturbine etwa eine Betriebslinie ermöglicht, die im unteren Drehzahlbereich des Motors maximal und er-

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heblich höher als der Punkt X ansteigt (Kurve 5).

Die neue Erfindung ist durch, den Aufsatz -nicht vorweggenommen. Zunächst darf festgehalten, werden, daß der Punkt X bereits im letzten Drittel des Drehzahlbereiches liegt. Jedoch würde ein Verlegen dieses "Punktes in dem Bereich der halben Höchstdrehzahl immer noch nicht den Scheitelpunkt der Kurve (5) erreichen. Bei der Kurve (3) liegt der Punkt X zwar in seiner dargestellten Lage nahe des Scheitelpunkt» indessen kann die Kurve (3) keinesfalls die Forderung erfüllen, die bei der Gattung der Motoren, von denen die neue Erfindung ausgeht, Voraussetzung ist, denn die Kurve (3) entspricht in ihrem Verlauf nicht der Bedingung, daß ihr Scheitelpunkt im Bereich verhältnismlßig niedriger Betriebsdrehzahlen des Motors liegt. Biese liegen etwa im Bereich der halben Höchstdrehzahl. Pur die Kurve (5) würde dies in etwa zutreffen. Für diese Kurve liegt der Punkt X jedoeh im abfallenden Ast. JSarait ist Jedoch klargestellt, daß der Punkt X nicht verglichen werden kann mit einem Punkt, der im Scheitelpunkt einer Ilrehmomentkurve liegt, nach der gemäß der neuen Erfindung der Motor auf höchstmöglichen Mitteldruck aufgeladen wird.

Die Kurve (5) unterscheidet sich von der Drehmomentkurve nach der neuen Erfindung dadurch, daß sie nach den Ausführungen im Aufsatz in ihrem Scheitelpunkt nicht für die Auf-

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ladung mit höchstmöglichem Hitteldruck bei etwa mittlerer Höchstdrehzahl gedacht ist, aber auch dadurch, daß sie von ihres Scheitelpunkt in den Bereich höherer Drehzahl keine Portsetzung entsprechend gleichbleibender Leistung hat. Auch die anderen Kurven lassen über eine Transformierung nach gleichbleibender Leistung des Motors nicht erkennen, und es ist darüber im Aufsatz auch nichts ausgesagt. Nach allem kann mit Recht gesagt werden, daß der Verfasser des Aufsatzes nicht den längst vorbekannten Motor, von dem die neue Erfindung ausgeht, gekannt hat und daß ihm aus diesem Grunde auch nicht die Lehre, die dieser Motor bereits vermittelt, geläufig war.

In der Zeichnung sind eine Ausführungsform der Erfindung und weitere Verbesserungen derselben beispielsweise dargestellt.

Die Abb. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Kraftanlage von oben gesehen, bei welcher eine Einspritzbrennkraftmaschine, die mit stark schwankender Drehzahl und Belastung betrieben wird und die mit einem Abgasturbolader ausgerüstet ist, als Kraftquelle dient.

Die Abb. 2 und 3 beziehen 3ich auf die Regeleinrichtung der Kraftanlage gemäß Abb. 1 und stellen jeweils Veränderungen der Regeleinrichtung dar, wie sie bereits grundsätzlich auch in der Abb. 1 dargestellt ist.

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Die Abb. 4 zeigt in graphischer Darstellung das Kennfeld des Aufladegebläses der Einspritzbrennkraftmaschine nach Abb. 1.

Die Einspritzbrennkraftmaschine der Kraftanlage, die beispielsweise zum Antrieb eines Landfahrzeuges dient, ist mit 1 bezeichnet. Die Kraftabgabe der Einspritzbrennkraftmaschine 1 erfolgt über ein Leistungsverzweigungsgetriebe 2, dem ein Stufengetriebe 3 nachgeschaltet ist. In die Verbindung zwischen dem Schwungrad 4 der Einspritzbrennkraftmaschine und dem Leistungsrerzweigungsgetrietre · ist eine elastische Kupplung 5 eingeschaltet. 6 ist die Abtriebswelle.

Die Einspritzbrennkraftmaschine 1 treibt mit ihren Abgasen eine Abgasturbine 7 an, die mit einem der Einspritzbrennkraftmaschine 1 die Verbrennungsluft unter erhöhtem Druck zuführenden Aufladegebläse 8 gekuppelt ist. Die Einspritzbrennkraftmaschine 1 ist in V-Form mit drei Zylindern 9 in einer Reihe gebaut. Die beiden Zylinderreihen haben jeweils eine eigene Abgasleitung 10 bzw. 11, die zur Abgasturbine 7 führen. Die Verbrennungsluft wird den Zylindern 9 vom Aufladegebläse 8 aus durch eine gemeinsame Ladeleitung 12 zugeführt.

Der Abgasturbolader 7, 8 ist imstande, die Einspritzbrenn-

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kraftmaschine 1 bei etwa der halben Höchstdrehzahl derselben so stark aufzuladen, daß die Einspritzbrennkraftmaschine dabei mechanisch und thermisch bis auf das höchstzulässige Maß belastet wird. Eine Regeleinrichtung sorgt dafür, daß die Leistung der Einspritzbrennkraftmaschine 1 etwa von ihrer halben Höchstdrehzahl aus bis zu ihrer Höchstdrehzahl möglichst konstant bleibt. Es wird hier ausdrücklich darauf hingewiesen, daß der Einsatz der Regeleinrichtung nicht beschränkt ist auf einen Wirkungsbereich, der bei der halben Höchstdrehzahl beginnt. Es kann gegebenenfalls zweckmäßig sein, die Wirkung der Regeleinrichtung früher oder später einsetzen zu lassen. Es ist im Rahmen der Erfindung auch nicht zwingend, daß die Wirkung der Regeleinrichtung im oberen Drehzahlbereich der' Einspritzbrennkraftmaschine auf das Einhalten genau konstanter Leistung abgestellt ist. Auch hier sind im Rahmen.der Erfindung Abweichungen nach oben und nach unten möglich, die für einen gegebenen Fall vorteilhaft sein können.

Die Kraftanlage weist nunmehr die Besonderheit auf, daß der Abgasturbolader 7,8 an sich für volle Leistung bei Höchstdrehzahl bemessen ist, daß jedoch die Abgasturbine 7 eine verstellbare Leitvorrichtung 15 und gegebenenfalls auch das Aufladegebläse 8 einen verstellbaren Diffusor-Leitapparat 14 besitzt. Durch die Regeleinrichtung werden

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sowohl die leitvorrichtung 13 als auch der Diffusor-Leitapparat 14 so beeinflußt, daß deren Querschnitte von der Höchstdrehzahl der Einspritzbrennkraftmaschine abwärts bis vorzugsweise zur halben Höchstdrehzahl derselben verändert, verkleinert werden, wobei also bei etwa der halben Höchstdrehzahl Aufladung auf den höchstmöglichen Mitteldruck bei günstigem Wirkungsgrad des Abgasturboladers 7, 8 erreicht wird.

Nach der Abb. 1 erfolgt die Verstellung der beiden Leitvorrichtungen 13 und 14 durch ein gemeinsames Zahnrädergetriebe 15» dessen Eingangswelle mit 16 bezeichnet ist. An dieser Welle 16 greift die Regeleinrichtung an. Die Regeleinrichtung für den Abgasturbolader 7, 8 steht in wirkungsmäßigem Zusammenhang mit der Regeleinrichtung der Einspritzbrennkraftmaschine 1, deren Brennstoff einspritz;-pumpe mit 17 bezeichnet ist.

Der auf das Segelglied 18 der Brennstoffeinspritzpumpe 17 arbeitende als Fliehkraftregler ausgebildete Drehzahlverstellregler 19 wird von der Kurbelwelle 20 der Einspritzbrennkraftmaschine 1 aus über die Zahnräder 21, 22, 23 und 24 angetrieben. Als Drehzahlverstellglied dient ein Hebel 25 > der bei einem landfahrzeug, beispielsweise Lastkraftfahrzeug, Gleiskettenfahrzeug oder Schienentriebfahrzeug, als Fußhebel ausgebildet ist. Der Hebel 25 ist

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im Drehpunkt 26 ortsfest gelagert und wirkt auf die Reglerfeder 27 ein, indem er diese mehr oder weniger spannt. Die Feder 27 belastet die Reglermuffe 28, die mit dem Regelglied 18 der Brennstoffeinspritzpumpe verbunden ist und auf die die Fliehgewichte 29 des Drehzahlverstellreglere 19 über Winkelhebel einwirken. Einer höheren Spannung der Reglerfeder 27 entspricht eine höhere Drehzahl der Einspritzbrennkraftmaschine 1.

Drehzahlveratellregler haben üblicherweise die Wirkung, daß bei einer Verstellung des Drehzahlverstellgliedes, Hebel 25, i*¹ Richtung auf höhere Drehzahl, die Fliehgewichte zunächst die volle Füllung an der Brennstoffeinspritzpumpe einstellen, um dann allmählich nach Erreichen der am Drehzahlrerstellhebel 25 vorgewählten Drehzahl die Füllung auf die für das Halten der vorgewählten Drehzahl entsprechende Füllung zu vermindern. Diese Wirkung ist im Rahmen der Eründunj unerwünscht. Aus diesem Grunde wird bei der Kraftanlage gemäß der Erfindung zusammen mit der Betätigung des Drehzahlverstellhebels 25 ein aui das Regelglied 1Ö der Br3nn3toffeinspritzpumpe 1 einwirkender Höchstmengenbegrenzungsanschlag 30 verschoben, der eine solche veränderliche Gestalt hat, daß die Verschiebung des Regelgliedes "IS der Brennstoffeinspritzpumpe 17 durch den Drehzahlverstellregler 19 lediglich einer Füllung entspricht, die für das Halten der am Drehzahlverstellhebel

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neu eingestellten Drehzahl notwendig ist. Wie die Abb.1 zeigt, ist der verschiebbare Anschlag 30 nach einer Raumkurve ausgebildet und wird auch noch in Abhängigkeit vom Ladedruck des Aufladegebläses 8 von?einer Membrandose 31 bewegt. Die Membrandose 31 wirkt über eine Zahnstange 32 und ein Zahnrad 33 auf eine längsverschiebliche Welle 34 ein, mit welcher zusammen der Anschlag 30 verschiebbar ist. Zur Verschiebung des Anschlages 30 vom Drehzahlverstellhebel 25 aus greift an der verschiebbaren Welle ein Winkelhebel 35 an, der über eine Stange 36 mit dem Drehzahlverstellhebel 25 in Verbindung steht. Die Membrandose 31 ist über eine Leitung 37 mit dem Diffusor 38 des Aufladegebläses 8 verbunden. Durch die Einwirkung des Ladedruckes des Aufladegebläses 8 auf den Anschlag 30 geht in die Regelung der Einspritzbrennkraftmaschine 1 auch der Ladedruck des Aufladegebläses 8 insofern ein, als einem höheren Ladedruck eine höhere Füllung, gefördert durch die Brennstoffeinspritzpumpe 17, zugeordnet ist.

Die Regelung der Einspritzbrennkraftmaschine 1 nach etwa gleichbleibender Leistung im oberen Drehzahlbereich geschieht durch einen besonderen Drehzahlregler 39, dessen Anordnung so getroffen ist, daß er mit ansteigender Drehzahl der Einspritzbrennkraftmaschine im Sinne einer Verkleinerung der Höchstbrennstoffmenge auf das Regelglied 18 der Brennstoffeinspritzpumpe 17 einwirkt. Zu diesem

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Zweck greift das Regelglied 18 der Brennstoffeinspritzpumpe 17 an einem Additionshebel 40 an, dessen einer Hebelarm Berührung mit dem Höchstmengenbegrenzungsanschlag 30 und dessen anderer Hebelarm Berührung mit dem Verstellglied 41 des Drehzahlreglers 39 hat. Die Berührung des Additionshebels 40 mit dem Anschlag 30 ist durch eine Stelze 42 und die Berührung des Additionshebels 40 mit dem Verstellglied 41 ist durch eine Stelze 43 herbeigeführt. Die Stelze 43 liegt dabei nicht unmittelbar an dem Verstellglied 41 an, sondern an einem Querhebel 44 des Verstellgliedes 41, der in einem ortsfesten Drehpunkt 45 gelagbrt ist. Die Reglerfeder 46 des Drehzahlreglers 39 ist am Pederteller 47 fest eingestellt. 48 sind die ELiehgewichte des Drehzahlreglers 39» die über Winkelhebel 49 auf die Reglermuffe 50 einwirken, die mit dem Regelglied 41 verbunden ist. Der Drehzahlregler 39 wird über Zahnräder 51 und 52 angetrieben. Das Zahnrad 52 steht mit dem Zahnrad.23 über eine Welle 53 in treibender Verbindung.

Der wirkungsmäßige Zusammenhang der Regeleinrichtung der Einspritzbrennkraftmaschine 1 mit der Regelung des Abgasturboladers 7, 8 ist hergestellt durch eine an der Eingangswelle 16 angreifende Kurbel 54, die über eine Stange 55 an einem im Drehpunkt 56 ortsfest gelagerten Winkelhebel 57 angreift. Der noch freie Hebel 58 des Winkelhebels 57 steht in gelenkiger Verbindung mit einer Stange 59» die

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zu einem Additionshebel' 60 führt. Das eine Ende des Additionshebels 60 hat im Drehpunkt 61 gelenkige Verbindung mit einer Verlängerung des Verstellgiiedes 41 des Drehzahlreglers 39» so daß auf diese Weise die Drehzahl der Einspritzbrennkraftmaschine 1 als Regelgröße in die Regelung des Abgasturboladers 7, 8 eingeht. Die.Leitvorrichtungen 13 und 14 des Abgasturboladers werden aber auch noch vnn dem Regelglied 18 der Brennstoffeinspritzpumpe beeinflußt, indem dieses zusammen mit dem Verstellglied an dem Additionshebel 60 angreift. Es geschieht dies über einen mit dem Regelglied 18 verbundenen, im ortsfesten Drehpunkt 62 gelagerten Doppelhebel 63 und eine Stange

Wie bereits in der Einleitung zur Zeichnungsbeschreibung angedeutet wurde, sind ohne von der Erfindung abzuweichen, : Änderungen der Regeleinrichtung möglich.

In der Abb. 2 ist die Brennstoffeinspritzpumpe mit 65 bezeichnet. 66 ist ihr Regelglied, welches beeinflußt wird durch einen Drehzahlverstellregler 67. Der Drehzahlverstellhebel des Drehzahlverstellreglers 67 ist mit 68 bezeichnet. Der Drehzahlverstellregler 67 wirkt über einen Kraftverstärker 69, auf das Regelglied 66 der Brennstoffeinspritzpumpe 65. Um zu verhindern, daß beim Einstellen einer höheren Drehzahl am Drehzahlverstellhebel 68 der Drehzahlverstellregler 67 plötzlich volle Füllung gibt, ist

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in die Verbindung zwischen dem Kraftverstärker 69 und dem Eegelglied 66 ein Verzögerungskorben 70 eingebaut. Dieser Kolben wird zweckaäßigerweise so ausgebildet, daß er seine dämpfende Wirkung nur bei einer Verstellung des Drehzahlverstellhebels 68 in Richtung auf höhere Drehzahl ausübt. Der Verzögerungskolben 70 arbeitet in einem mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllten Zylinder 71, der gegen die Kraft einer Feder 72 verschiebbar ist. Die Verbindung von Kraftverstärker 69 zum Eegelglied 66 ist hergestellt durch einen im festen Drehpunkt 73 gelagerten Doppelhebel 74, eine Stange 75 und einen Doppelhebel 76, der seinen Drehpunkt. 77 am Hegelglied 66 hat. Das freie Ende 78 des Doppelhebels 76 ist über eine Stange 79 verbunden mit einem im festen Drehpunkt 80 gelagerten Doppelhebel 81, dessen freies Ende 82 gelenkig an einer Stange 83 des Zylinders 7-1 angreift. An der Stange 83 greift auch die Feder 72 an, die sich gegen einen ortsfesten Anschlag 84 abstützt. Der Doppelhebel 74 greift über eine Schlaufe 85 an der Stange 06 des Kolbens 70 an, die zum Kraftverstärker b$ führt.

Die Höchstmengenbegrenzung erfoljt wiederum durch einen fest eingestellten Drehzahlregler a(_t der über einen Kraftverstärker 88 den Höchstmen^enbegrensungsanschlag 89 verschiebt, ./regen den das Ende 90 des Regelgliedes bb anstöSt; dies jedoch nicht unmittelbar, sondern unter Zwischenschaltung eines Keilstücices 9¹J welches über eine

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Stange 92 von einer Membrandose 93 "betätigt wird, die über eine Leitung 94 mit dem Diffusor des Aufladegebläses 8 in Verbindung steht. Auf diese Weise gehen in die I¹Ullungsbegrenzung als Regelimpuls sowohl die Drehzahl der Einspritzbrennkraftmaschine 1 als auch der Ladedruck des Aufladegebläses 8 ein.

Der Kraftverstärker 88 ist deshalb vorgesehen, weil der Drehzahlregler 87 auch zur Verstellung der Leitvorrichtungen 13, 14 des Abgasturboladers 7, 8 dient. Es geschieht

dies dadurch, daß an der Stange 95, die den Höchstmengenbe-; grenzungsanschlag 89 trägt, im Punkt 96 ein doppelarmiger Hebel 97 angelenkt ist. Der doppelarmige Hebel 97 steht an einem Ende über eine Stange 98 mit der Kurbel 54 in Verbindung. Das andere Ende 99 des doppelannigen Hebels 97 hat über eine Stange 100 Verbindung mit der Verlängerung 101 des doppelarmigen Hebels 74· Dadurch wird die an sich nicht unbedingte Forderung erfüllt, daß zur Regelung der Leitvorrichtungen 13, 14 des Abgasturboladers 7, 8 neben der Drehzahl der Einspritzbrennkraftmaschine 1 auch die jeweilige Stellung des Regelgliedes 66 der Brennstoffein- ' spritzpumpe 65 herangezogen wird.

Nach Abb. 3 erfolgt die Verstellung der Leitvorrichtungen 13, H des Abgasturboladers 7, 8 ausschließlich in Abhängigkeit von. der Drehzahl der Einspritzbrennkraftmaschine 1, indem an der Stange 95 ein im festen Drehpunkt

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gelagerter Doppelhebel 103 angreift, dessen freies Ende 104 zur Kurbel 54 führt. Die Beeinflussung des Eegelgliedes 66 der Brennstoffeinspritzpumpe 65 geschieht unmittelbar durch einen als Doppelhebel ausgebildeten Verstellhebel 105_f der mit einem Ende 106 in der Schlaufe eines Hebels 107 geführt iat, der über eine Stange 108 am Kegelglied 66 angreift und auch Verbindung hat mit einem Leerlauf- und Indregler 109. Um eine Übersteuerung durch den Hegler 87 zu ermöglichen, wird der Hebel 105 betätigt durch einen weiteren Hebel 110, der über eine Feder 111 an dem aoch freien Ende 112 des im festen Drehpunkt 113 gelagerten Hebels 105 angreift. An den Hebel 105 ist noch ein Winkelstück 114 angesetzt, gegen das der Hebel 110 anschlägt. Der Hebel 110 ist schwenkbar gelagert an dem Teil des Hebels 105, der zwischen dem Drehpunkt 113 und dem Ende 106 liegt.

Die Beanspruchung der Einspritzbrennkraftmaschine 1, die ala Viertakt-Maschine ausgebildet ist, erfolgt wie schon gesagt - etwa bei der halben Höchstdrehzahl bis auf höchstmögliches pe. Die besondere Art des Abgasturboladers erlaubt es, unter Umständen die Maschine auch bei höheren Drehzahlen bis an ihr äußerstes Vermögen zu belasten. Aus diesem Grunde kann es sehr von Vorteil sein, wenn die Einspritzbrennkraftmasohine 1 Arbeitskolben aufweist, die mit einer Vorrichtung zur selbsttätigen Veränderung des

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Yerdichtungsraumes der Arbeitszylinder ausgerüstet sind, so daß der maximale Yerbrennungsdruck in den Arbeltszylindern durch Veränderungen des Kompressionsverhältnisses in einem weiten Drehzahlbereich und bei unterschiedlichen Belastungen der Maschine im wesentlichen konstant gehalten wer den kann. Kolben dieser Art haben sich bereits bewährt und sind bekanntgeworden durch die deutsche Patentschrift

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Damit die Hochaufladung der Einspritzbrennkraftmaschine [ leichter möglich ist, ist in die ladeleitung 12 ein lader luftkühler 115 eingebaut. Die Kühlung der Einspritzbrennkraftmaschine ist entsprechend des vorzugsweisen Betriebes

nach gleichbleibender leistung im oberen Drehzahlbereich ■ ebenfalls geregelt. Der Kühler ist in Abb. 1 mit 116 bezeichnet. Er wird durch einen Lüfter 117 betrieben, der . vom Zahnrad 23 aus über eine Welle 118 angetrieben wird. In die Welle 118 ist ein stufenlos regelbares Getriebe eingebaut, dessen Eegelglied 120 über eine Stange 121 mit einem winkeligen Ansatz 122 des Drehzahlverstellhebels verbunden ist. Auf den Hebel 120 kann auch noch ein Impuls übertragen werden, der abhängig ist von der Drehzahl der Einspritzbrennkraftmaschine, Es müßte dann am Hebel 120 ein Additionshebel angreifen,

Wie schon erwähnt, erfolgt der Abtrieb der Dieselmaschine

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über ein Leistungsverzweigungsplanetengetriebe 2. Es hat zwei Zweige, einen rein mechanischen und einen mechanischhydrodynamischen Zweig. Der mechanische Zweig "besteht nach Abb. 1 aus einem Teil des Planetengetriebes 123· Der mechanisch-hydrodynamische Zweig besteht aus einem anderen Teil dee Planetengetriebes zusammen mit einem Turbowandler 124, der »it einem Freilauf 125 auf der Eingangswelle 126 zum Stufengetriebe 3 sitzt. Das Stufengetriebe 3 ist zweckmäßig als öldrueklastschaltbares Getriebe ausgebildet.

Getriebekombinationen der vorstehend näher erwähnten Art sind an sich bekannt. Bei ihnen wird das von der Einspritzbrennkraftmaschine 1 eingeleitete Drehmoment teilweise unmittelbar auf die Abtriebswelle 12b bzw. b und zugleich über das Pumpenrad 127 des Wandlers, die Betriebsflüssigkeit, das Turbinenrad 12Ö und den Freilauf 125 auf die Abtriebswelle 126 bzw. 6 übertragen. Damit ergibt sich eine Mischung der Wirkungsgrade des hydraulischen und des mechanischen Kraftweges, d.h. eine erhebliche Wirkungsgradsteigerung gegenüber einem einfachen Drehmomentwandler. Das vorgeschaltete Leistungsverzweigungsplanetengetriebe 123 "bietet gleichzeitig die Möglichkeit, einen rein mechanischen Gang dadurch zu erzielen, daß der mit der Wandlerpumpe 127 verbundene Teil 129 des Leistungsverzweigungsplanetengetriebes 123 durch eine Bremse 130 festgebremst wird und das

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Turbinenrad 128 des Wandlers sich über den vorgesehenen Freilauf 125 selbsttätig auskuppelt. Die Umschaltung zwischen dem mechanisch-hydraulischen und dem rein mechanischen Gang erfolgt automatisch in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit einerseits und der Stellung des ■Verstellhebels 25 an der Einspritzbrennkraftmaschine 1 andererseits. Hinter dem Leistungsverzweigungsplanetengetriebe ist z.B. für die Verwendung der Kraftanlage in einem Straßenfahrzeug das Nachschaltgetriebe 3 angeordnet, das neben seinen Vorwärtsgängen auch einen Rückwärtsgang hat. .· Durch die Erfindung werden in der Regel zwei Vorwärtsgänge * ausreichend sein. Durch die immer vorhandene. Verbindung der Abtriebswelle 126 bzw. 6 mit der Einspritzbrennkraftmasohine 1 läßt sich diese entweder allein oder unter gleichzeitiger Mitbenutzung des Wandlers zur Bremsung heranziehen.

Es wurde erkannt, daß der vorbeschri'ebene Getriebesatz bereits eine günstige Rückwirkung auf eine normale nicht aufgeladene Einspritzbrennkraftmaschine hat, insofern, als der Getriebesatz imstande ist, bei aufkommender Last die Einspritzbrennkraftmaschine in ihrer Drehzahl schnell zu drücken, so daß sie bei Vollast in ihrem günstigsten Drehzahlbereich arbeitet, wodurch ein günstiger spezifischer Brennstoffverbrauch erzielt werden kann. Diese Wirkung wird bei der erfindungsgemäßen aufgeladenen Einspritz-

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brennkraftmaschine noch erheblich verstärkt, weil die bei aufkommender Last sehr schnelle Drückung der Einspritzbrennkraftmaechine in ihrer Drehzahl, das gegenüber einer nioht aufgeladenen Einspritzbrennkraftmasehine sehr stark ansteigende Drehmoment zur Wirkung kommt und eine Überladung der Einspritzbrennkraftmasehine durch den Abgasturbolader vermieden wird.

Nachstehend werden die vorteilhaften Wirkungen des Aufladegebläses 8 anhand des Kennfeldes nach Abb. 4 erläutert.

In Abb. 4 sind in der Senkrechten die Druckverhältnisse des Aufladegebläses 8 und in der Waagerechten der Luftdurchsatz des Aufladegebläses 8 aufgetragen. Im Kennfeld nach Abb. lassen eich die Schlucklinien der Einspritzbrennkraftmasehine darstellen. Die Linie 131 stellt das Schluckvermögen der Einspritzbrennkraftmaschine 1 bei etwa der halben Höchstdrehzahl dar. Die Linie 132 gibt das Schluckvermögen der Einspritzbrennkraftmaschine 1 bei Höchstdrehzahl an. Was aas Aufladegebläse 8 angeht, so sind für dieses unter Bezugnahme auf die vorerwähnten Schlucklinien, die Linien für die Pumpgrenzen und Kurvenscharen für die jeweiligen Wirkungsgrade des Aufladegebläses 8 eingezeichnet.

Die Linie, welche die Pumpgrenze des Aufladegebläses 8 im Betriebsbereich der halben Höchstdrehzahl der Einspritz-

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brennkraftmaschine 1 wiedergibt, ist mit 131 bezeichnet; desgleichen gibt die linie 134 die Pumpgrenze des Aufladegebläse s 8 im Bereich der Höchstdrehzahl der Bnspritzljrennkraftmaschine 1 wieder. Die Kurvenscharen, welche die Wirkungsgrade des Aufladegebläses 8 erkennen lassen, gehen jeweils von den linien 131 und 134 aus. Es sei hier noch erwähnt, daß die Angaben für das Aufladegebläse 8 für den Bereich der halben Höchstdrehzahl durch gestrichelte linie wiedergegeben sind; die entsprechenden Angaben für den Bereich der Höchstdrehzahl sind durch ausgezogene BhIen wiedergegeben.

Aus der Abb. 4 ist ersichtlich, daß die Charakteristik des Aufladegebläses 8 durch den Diffusor-leitapparat 14 in dem Arbeitsbereich der Einspritzbrennkraftmaschine 1 zwischen ihrer halben Höchstdrehzahl und ihrer Höchstdrehzahl stetig verändert wird. Von der halben Höchstdrehzahl der Einspritzbrennkraftmaschine 1 bis zu. ihrer Höchstdrehzahl liegen die Pumpgrenzen zwischen den linien 131 und 134 und demgemäß verschieben sich auch die Kurvenscharen für die Angabe des Wirkungsgrades des Aufladegebläses 8.

In Abb. 4 ist noch eine linie 135 eingetragen. Uach dieser linie verläuft das maximale p_Q der Einspritzbrennkraftmaschine 1 im Drehzahlbereich der Einspritzbrennkraftmaschine 1 zwischen ihrer halben Höchstdrehzahl und ihrer Höchstdrehzahl. Wie ersichtlich, bleibt diese linie über einem weiten

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Bereich im Gebiet guter Wirkungsgrade des Aufladegebläses b.

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Claims

- 24 - 28.3.1969 Patentansprüche

1. Einspritzbrennkraftmaschine, die mit stark schwankender Drehzahl und Belastung betrieben wird und einen Abgasturbolader hat, der die Maschine bis zu einer bestimmten Teildrehzahl, zweckmäßigerweise der halben Höchstdrehzahl mit dem höchstmöglichen Mitteldruck auflädt, wobei eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, die von dieser Teildrehzahl der Maschine bis zu deren Höchstdrehzahl die leistung der Maschine möglichst konstant hält, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasturbolader (7,8) an sich für volle Leistung bei Höchstdrehzahl bemessen ist, daß jedoch die Abgasturbine (7) eine verstellbare Leitvorrichtung (13) und gegebenenfalls auch der Verdichter (8) einen verstellbaren Diffusor-Leitapparat (14) besitzt und daß eine oder beide Leitvorrichtungen des Abgasturboladers (7,8) durch die Regeleinrichtung so beeinflußt werden, daß die ,uerschnitte der beiden Leitapparate (13, 14) von der Höchstdrehzahl abwärts bis zur vorzugsweise halben Höchstdrehzahl verändert (verkleinert) werden und damit bis zur bestimmten Teildrehzahl nach Möglichkeit konstante Leistung bzw. entsprechende Aufladung auf den höchstmöglichen Mitteldruck bei günstigem Wirkungsgrad erreicht wird.

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2. Einspritzbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch «gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtung (13) an der Turbine (7) auch von dem Eegelglied (18) der Brennstoffeinspritzpumpe (17) beeinflußt wird, indem dieses zusammen mit dem Einstellglied (25) für die Drehzahl an einem Additionshebel (60) angreift, der mit dem Verstellglied (16) der Leitvorrichtung (13, H) gekuppelt ist.

3. Einspritzbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide verstellbaren Leitvorrichtungen des Abgasturboladers (7,8) neben der Abhängigkeit von der Drehzahl auch von dem Mengenregelglied (18) der Brennstoffeinspritzpumpe (17) beeinflußt werden, indem dieses zusammen mit dem Einstellglied (25) für die Drehzahl an einem Additionshebel (60) angreift, der mit dem Verstellglied (16) der Leitvorrichtungen (13»H) gekuppelt ist und damit den Abgasturbolader (7) auch im Teillastbereich optimal zur Wirkung bringt.

4. Einspritzbrennkraftmaschine nach den Ansprüchen

1 bis 3» gekennzeichnet durch einen Drehzahlverstellregler (39), der auf das Regelglied (18) der Brennstoffeinspritzpumpe (17) einwirkt, deren Hbchstmengenbegrenzung durch einen verschiebbaren Anschlag (30) veränderlich ist, der unter dem Einfluß des Drehzahlverstellgliedes (25) steht.

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5· Einspritzbrennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der verschiebbare Anschlag (30) nach .einer Raumkurve ausgebildet ist und in Abhängigkeit vom ladedruck des Verdichters (8), z.B. über eine Membrandose (31), bewegt werden kann.

6. Einspritzbrennkraftmaschine nach den Ansprüchen T bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Begelglied (18) der Brennstoffeinspritzpumpe (17) im Bereich des Anschlages für die Höchstmengenbegrenzung an einen Additionshebel (40) angreift, dessen einer Hebelarm Kontakt mit dem Hochstmengenbegrenzungsanschlag (30) und dessen anderer Hebelarm Kontakt mit dem Verstellglied (41) eines weiteren Drehzahlreglers (39) hat, dessen Anordnung eo getroffen ist, daß er mit ansteigender Drehzahl der Maschine im Sinne einer Verkleinerung der Brennstoffhöchstmenge auf das Regelglied (18) der Brennstoffeinspritzpumpe (17) einwirkt.

7. Einspritzbrennkraftmasehine nach den Ansprüchen

1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Kraftabgabe der Maschine (1) über ein leistungsverzweigungsgetriebe (2), dem auch ein Stufengetriebe (3) nachgescbaLtet werden kann, erfolgt, wobei das Leistungsverzweigungsgetriebe (2) aus einem vorgeschalteten Plane-

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tengetriebe (123) und einem nachgeschalteten mechanischen Zweig alt gegebenenfalls auch ein oder mehr Schaltstufen und einem hydrodynamischen Turbowandler (124) besteht.

8. Einspritzbrennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 7_f gekennzeichnet durch eine elastische Kupplung (5) zwischen der Maschine (1) und dem Leistungsverzweigungs- getriebe (2).

9. Einspritzbrennkraftmaschine nach den Ansprüchen

1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlanlage (116) der Maschine (1) mit konstanter Kühlleistung über den ganzen Drehzahlbereich der Maschine (1) arbeitet, indem z.B. der Lüfter (117) der Kühlanlage (116) durch ein regelbares Getriebe (119) angetrieben wird.

10. Einspritzbrennkraftmaschine nach den Ansprüchen

1 bis 9f dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlanlage (116) in Abhängigkeit von der Motorleistung bzw. von Drehzahl und Einspritzmenge auf den jeweils optimalen Leistungswert geregelt wird.

11· Einspritzbrennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ladeluftkühler (115) vorgesehen wird, der in vorteilhafter Weise in der Ladeleitun_£; (12) untergebracht sein kann.

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12. Einspritzbrennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 11, gekennzeichnet durch Kolben mit einer Vorrichtung zur selbsttätigen Veränderung des Verdichtungsraumes der Zylinder, so daß der maximale Verbrennungsdruck im Zylinder durch Veränderungen des Kompressionsverhältnisses in einem weiten Drehzahlbereich und bei unterschiedlichen Belastungen der Maschine (1) im wesentlichen konstant gehalten werden kann.

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L e e r s e i t e