DE1228460B

DE1228460B - Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader

Info

Publication number: DE1228460B
Application number: DEM56655A
Authority: DE
Inventors: Dr Karl Zinner; Dr-Ing Max Rothemund
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1963-04-30
Filing date: 1963-04-30
Publication date: 1966-11-10

Description

Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere für Fahrzeuge, mit Abgasturbolader und mit einer Einrichtung zur Einführung von einer weitgehend druckkonstanten Hilfsluftquelle, vorzugsweise dem Bremsluftsystem des Fahrzeugs, entnommener Druckluft in die Turbine, um diese bei plötzlicher Lastzunahme des Motors zu beschleunigen, wobei in der Hilfsluftleitung zur Turbine ein Schnellöffnungsventil angeordnet ist, welches mit dem Bedienungshebel der Maschine derart in Wirkverbindung steht, daß es beim Steuern der Maschine auf eine höhere Laststafe geöffnet wird.
Die plötzliche Lastzunahme, die z. B. beim Anfahren, beim überholen oder beim übergang auf steile Bergfahrt eines Fahrzeuges auftritt, stellt ein spezielles Problem der Regelung einer mit Abgasturboaufladung betriebenen Brennkraftmaschine dar. Im allgemeinen zielt die Regelung darauf ab, der Abgasturbine mehr oder weniger kontinuierlich die zur Erzielung der für die jeweils benötigte Ladeluftmenge erforderlichen Ladedrehzahlen ausreichende Gasmenge zuzuführen. Dies geschieht in bekannten Einrichtungen in der Weise, daß entweder durch eine die Ladeluftleitung mit der Abgasleitung verbindende »Umblase«-Leitung ein Teil der Ladeluft oder von einem nicht von der Abgasturbine angetriebenen Hilfsverdichter geförderte Luft in die Abgasleitung eingeführt wird. Die Abgasturbine erhält dadurch zusätzliche Treibgasmengen, deren Enthalpie gegebenenfalls noch durch Verbrennung von Brennstoff in einer besonderen Brennkammer erhöht werden kann.

Bei diesen Methoden ist jedoch die Zeit bis zum Erreichen der erforderlichen Laderdrehzahl zu groß; bei plötzlicher starker Zunahme der Belastung des U otors kann dieser nicht das erforderliche Drehloment liefern und kommt zum Stillstand.

Das spezielle Problem der Regelung bei plötz-

[ichem. Lastanstieg des Motors ist also in der Ver-

minderung dieser Verzögerungszeit auf kleinste

Werte begründet. Der Lader soll möglichst gleich-

zeitig mit der Lastzunahme die zur Erzeugung eines

größeren Zylinderdruckes benötigte Ladeluftmenge

efern. Diesem Zwecke dienen Anordnungen, bei

.enen Luft höheren Druckes, die z. B. den Anlaß-'

.iftflaschen oder der Bremseinrichtung des Fahr-

euges entnommen sein kann, durch eine besondere

)üse, also in einem geschlossenen Strahl, auf die

lurbinenbeschaufelung geleitet wird. Hierdurch soll

ein Turbinenrad momentan ein starker Impuls er-

:eilt werden, der es zugleich mit dem Laderrad auf

-ine größere Drehzahl beschleunigen soll. Allerdings

sind auch bei diesen Anordnungen die Beschleunigungszeiten noch zu groß; bei einer derselben beträgt sie 3 bis 20 Sekunden. Die Ursache dafür Iiegt offenbar darin, daß durch die verhältnismäßig kleine Düse für die Hilfsluft nur eine kleine Luftmenge je Zeiteinheit strömen kann, daß ein zu großer Druckverlust in der engen Zuführungsleitung entsteht und daß der Wirkungsgrad der Beschleunigungsvorrichtung schlecht ist, da die Ausströmgeschwindigkeit (co) infolge des hohen Druckes der Hilfsluft gegenüber der Umfangsgeschwindigkeit (u) des Turbinenrades zu groß ist. Mit kleiner werdendem u/co-Wert strebt der Wirkungsgrad einer Turbine bekanntlich dem Nullwert zu.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Beschleunigung des Laders bei plötzlichem Lastanstieg mit kürzestmöglicher Beschleunigungszeit zu schaffen, wobei die Betriebssicherheit der die Hilfsluft liefernden Bremseinrichtung nicht beeinträchtigt wird.
Dieses Ziel erreicht die vorliegende Erfindung dadurch, daß zwischen der Hilfsluftquelle und dem Schnellöffnungsventil ein Drucklüftspeicher angeoränet ist und daß die Druckluft in einen oder mehrere Abgasleitungsstränge geführt wird und sich mit Motorabgasen vermischt, wobei dieses-Abgas-Luft-Gemisch sich mindestens auf ein Viertel der gesamten Turbinendüsen verteilt.
Mit der Anordnung eines besonderen Druckluftspeichers wird zunächst einmal eine für jeden Beschleunigungsfall ausreichende Hilfsluftmenge bereitgestellt, die jedoch - im Vergleich zu den bekannten Einrichtungen - kleiner sein kann, da das Turbinenrad nicht mehr in einem geschlossenen Luftstrahl mit entsprechend geringem Wirkungsgrad »angeschossen« wird, sondern die Hilfsluft in an sich bekannter Weise nach Vermischung mit Motorabgasen über einen größeren Beaufschlagungsbogen der Turbine zugeführt wird. Die Vermischung der Hilfsluft mit Motorabgasen bewirkt vor der Turbinendüse einen stärkerenAufstau und erzeugt somit ein relativ höheres Gefälle. Andererseits wird mit der Verteilung des Abgas-Luft-Gemisches über mindestens ein Viertel der gesamten Turbinendüsen der Durchsatz einer größeren Treibgasmenge pro Zeiteinheit, d. h. eine schnellere Energieübertragung auf das Turbinenrad ermöglicht. Versuche haben bestätigt, daß mit einem verhältnismäßig geringen Luftstoß innerhalb von 0,3 bis 0,5 Sekunden die Laderdrehzahl eines Abgasturboladers für Kraftfahrzeuge verdoppelt oder verdreifacht werden kann.
In diesem Zusammenhang ist noch darauf hinzuweisen, daß es zum Zweck der Starthilfe bei Motoren bekannt ist, aus der Anlaßluftflasche entnommene Druckluft in das Einströragehäuse der Abgaszu führen und diese damit während des Startes anzutreiben.
Zusätzlich kann nun in der Zuführungsleitung zum Druckluftspeicher ein drosselndes Organ, z. B. eine Blende bestimmten Durchmessers, eingebaut werden, so daß der Druckluftspeicher von der Quelle hohen Luftdruckes langsam aufgeladen wird. Falls diese vom Bremsluftbehälter der Bremsanlage gebildet ist, können auch die vom Bremsluftbehälter abgeblasenen Luftmengen in den Speicher übergeführt werden.
Im folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert.
In der Zeichnung ist mit 1 eine sechszylindrige Einspritzbrennkraftmaschine und mit 2 der Abgas-'turbolader bezeichnet, der aus einem Radialverdichter 3 und einer Axialturbine 4 besteht. Die vom Verdichter- geförderte Luft wird durch die Leitung 5 'dem Motor 1 zugeführt, wogegen die Abgase durch -die Abgasstränge 6 und 7 zwei voneinander getrenn-,ten Düsenkammern 8 und 9 der Abgasturbine 2 zugeführt werden. Statt der Axialturbine kann freilich auch eine Turbine radialer Bauart verwendet werden.
Als Energiespeicher dient der Druckluftbehälter 10, dem Druckluft durch die Leitung 11 und durch Drosselventil 12 beispielsweise aus dem Bremsluft--behälter- der Bremsanlage des Fahrzeuges zugeführt wird. Durch die Leitung 13 mit dem Schnellöffnungsventil 14 und dem Rückschlagventil 15 gelangt die Druckluft in den Abgasstrang 7, mischt sich hier mit den Zylinderabgasen und verteilt sich - wegen der Zweiteilung des gesamten Düsenkranzes - auf die Hälfte der gesamten Turbinendüsen.
Das Schnellöffnungsventil 14 wird von dem Fahrpedal 16 betätigt, und zwar mit Hilfe der Stangen 17, 18. und der zwischengeschalteten Kataraktvorrichtung 19, die mit dem Schwenkhebel 14a des Schnell-14 verbunden sind. Die Kataraktvorrichtung 19 bewirkt in bekannter Weise, daß nur bei schnellem Durchtreten des Fahrpedals der Hebel 14a geschwenkt, das Ventil also geöffnet wird, wogegen beim langsamen Durchtreten die im Katarakt befindliche Druckflüssigkeit von der einen zur anderen Seite des Kolbens verdrängt wird, so daß die Stange 18 und der Schwenkhebel 14a in der Schließlage verbleiben. Am Fahrpedal 16 ist ferner die Stellstange 20 zur FüHungsregulierung der Einspritzpumpe angelenkt.

Claims

Patentansprüche: 1. Brennkraftmaschine, insbesondere für Fahrzeuge, mit Abgasturbolader und mit einer Einrichtung zur Einführung von einer weitgehend druckkonstanten Hilfsluftquelle, vorzugsweise dem Bremsluftsystem des Fahrzeuges entnommener Druckluft in die Turbine, um diese bei plötzlicher Lastzunahme des Motors zu beschleunigen, wobei in der Hilfsluftleitung zur Turbine ein SchneHöffnungsventil angeordnet ist, welches mit dem Bedienungshebel der Maschine derart in Wirkverbindung steht, daß es beim Steuern der Maschine auf eine höhere Laststufe geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hilfshiftquelle und dem Schnellöffnungsventil(14) _ein Druckluftspeicher(10) angeordnet ist und daß in an sich bekannter Weise die Druckluft in einen oder mehrere Abgasleitungsstränge (7) geführt wird und sich mit Motorabgasen vermischt, wobei dieses Abgas-Luft-Gemisch sich mindestens auf ein Viertel der gesamten Turbinendüsen verteilt.
2. Brennkraftmaschine nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuströmleitung (11) zum Druckluftspeicher (10) ein Drosselorgan (12) angeordnet ist. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein mit dem Fahrpedal (16) derart in Wirkverbindung stehendes Schaltglied (Katarakt 19), daß das Schnellöffnungsventil (14) nur bei schneller Betätigung des Bedienungshebels geöffnet wird. 4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckluftspeicher (10) mit der Abgasluft des Bremsluftbehälters aufgeladen wird. 5. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schnellöffnungsventil (14) und der bzw. den Auspuffleitung(en) (7) Rückschlagventile (15) angeordnet sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 490 736, 490 850, 962 026; deutsche Auslegeschrift Nr. 1124 301; schweizerische Patentschrift Nr. 211352; britische Patentschrift Nr. 620 376.