DE2518716A1

DE2518716A1 - Einrichtung sowie verfahren zur versorgung einer verbrennungskraftmaschine mit hilfsluft

Info

Publication number: DE2518716A1
Application number: DE19752518716
Authority: DE
Inventors: Robert L Cholvin; Hans Egli; Charles E Mcinerney
Original assignee: Garrett Corp
Current assignee: Garrett Corp
Priority date: 1974-04-30
Filing date: 1975-04-26
Publication date: 1975-11-20
Also published as: JPS5452516U; JPS5822974Y2; JPS50148711A; US3921403A; GB1509744A; SE7504982L; SE429781B; DE2518716C2

Description

Dipl.-Ing. A. Wasmeier Dipl.-Ing. W. Langewiesche

Dipl.-Ing. H. Graf

Patentanwälte 8400 Regensburg Postfach 382

D 8400 REGENSBURG 2

An das GREFLiNGER strasse 7

Deutsche Patentamt telefon ρ»41) 54753

TELGR. BEG/PATENT RGB.

8000 München 2

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G/p 8172 ^&/ ^Schö

Anmelder: Garrett Corporation 9851-9951 Sepulveda Boulevard,

' Los Angeles, Calif. 90009, USA

Einrichtung sowie Verfahren zur Versorgung einer Verbrennungskraftmaschine mit Hilfsluft

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung sowie ein Verfahren zur Versorgung einer Verbrennungskraftmaschine mit Hilfsluft, wobei die Verbrennungskraftmaschine vorzugsweise durch einen Turbolader mit Ladeluft beaufschlagt wird, die entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung von einem durch die Abgase der Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Kompressor geliefert wird.

Die derzeit bekannten Verbrennungskraftmaschinen bzw. Motoren mit Turboladern haben vor allem den Nachteil, daß bei einer plötzlichen Beschleunigung der Verbrennungskraftmaschine von dieser Rauchschwaden bzw. erhebliche Anteile an unverbranntem oder nur unvollkommen verbranntem Treibstoff emetieren. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, daß sich der von den Abgasen angetriebene Turbolader am Beginn jeder Beschleunigungsperiode im wesentlichen in Ruhe—lage befindet. Wenn die Drossel-

BO 9 847/0302

Konto: Bayerische Vereinsbank (BLZ 750200 73) 5 804248

Postscheckkonto München 893 69-801 Gerichtsstand Regensburg

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klappe des Motors plötzlich geöffnet wird, wird dem Motor sofort Treibstoff zugeführt, wobei jedoch für eine kurze Zeitperiode der Kompressor des Turboladers dann nicht in der Lage ist, dem Motor für die zugeführte Brennstoffmenge genügend Luft zu liefern. Die bisherigen Bemühungen, die Rauchentwicklung im Abgas während der Beschleunigungsperioden herabzusetzen, haben sich ganz allgemein als unzureichend erwiesen, da es nicht möglich war, den den Verbrennungskraftmaschinen zugeführten Ladeluftstrom in geeigneter Weise aufrechtzuerhalten. Obwohl Verbrennungsmaschinen mit Turboladern Rauchschwaden während einer plötzlichen Beschleunigung abgeben, ist der bei konstanter Geschwindigkeit von Verbrennungskraftmaschinen mit Turboladern abgegebene Rauch im Abgas gewöhnlich geringer als bei normalen Ansaugmotoren.

Beispiele für Verbrennungskraftmaschinen sind in den US-Patenten

2 o2o 224, 1 86o 449, 2 645 4o9, 2 918 787, 3 595 ol3, 3 611 711,

3 473 332 und 3 19o 068 beschrieben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung bzw. ein Verfahren aufzuzeigen, welche bzw. welches es gestattet, insbesondere Verbrennungskraftmaschinen mit Turboladern mit der benötigten zusätzlichen Luft (Hilfsluft) während der Beschleunigung und anderen Arbeitszuständen zu versorgen, wenn der Turbolader allein nicht in der Lage ist, der Verbrennungskraftmaschine genügend Ladeluft zur Verfügung zu stellen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Einrichtung der eingangs geschilderten Art erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Strömungsmittelpumpeneinrichtung bzw. eine Strömungsmittelpumpe, die durch die Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird, durch einen durch einen ersten Strömungsmittelmotor angetriebenen Hilfsluftkompressor, der komprimierte Luft an die Verbrennungskraftmaschine liefert, sowie eine Steuereinrichtung, die den Hilfsluftfluß an den jeweiligen Ladeluftbedarf der Verbrennungskraftmaschine anpaßt.

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Das eingangs erwähnte Verfahren zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß durch die Verbrennungskraftmaschine ein Strömungsmitteldruck erzeugt wird, durch das Strömungsmittel HiIfsluft komprimiert wird und daß der dem von den Abgasen angetriebenen Kompressor zugeführte Hilfsluftfluß in Abhängigkeit von dem Ladeluftbedarf der Verbrennungsmaschine geregelt wird, wobei die Komprimierung der Hilfsluft durch einen vom Strömungsmittel angetriebenen Kompressor erfolgt.

Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung wird die Steuerung des Hilfsluftflusses dadurch erreicht, daß die Hilfsluft oder aber die Luft von einer Luftquelle an den von den Abgasen angetriebenen Kompressor geliefert wird. Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Regelung des Hilfsluftflusses dadurch erreicht, daß der Hilfsluftfluß an den von den Abgasen angetriebenen Kompressor in Abhängigkeit vom Druck der Ladeluft gesteuert wird. Es ist weiterhin auch möglich, den Hilfsluftfluß an den von den Abgasen angetriebenen Kompressor in Abhängigkeit vom Druck der Ladeluft und in Abhängigkeit vom Druck der Hilfsluft zu regeln. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Kühlung der Ladeluft mit Hilfe einer Kühleinrichtung vorgesehen, die durch das Strömungsmittel betätigt wird, wenn der Ladeluftbedarf der Verbrennungskraftmaschine ger-eckt ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Ed zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform der Luftversorgungseinrichtung gemäß der Erfindung, verwendet bei einem Motor mit Turbolader;

Fig, 2 ein schematisches Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform der Luftversorgungseinrichtung gemäß der Erfindung ;

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Pig. 3 ein Blockdiagramm einer weiteren Ausfüh::ungs 'Torrn der Erfindung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung, teilweise im Schnitt, einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform des Luftversorgungssystems gemäß der Erfindung gezeigt, welches Zusatz- oder KiIfsIuft an den Eingang einer Verbrennungsmaschine bzw. eines Verbrennungsmotors Io liefern kann. Der Motor Io besitzt einen Turbolader 12, welcher im wesentlichen aus einem Kompressor 14 besteht, der über die Welle 18 von einer Turbine 16 angetrieben wird. Der Kompressor 14 liefert komprimierte Luft über die Leitung 15 an ein nicht näher gezeigtes Einlaßrohrsystem des Motors, wobei die Turbine 16 durch die Abgase angetrieben wird, die über eine Leitung 17 von einem ebenfalls nicht mehr gezeigten Auspuffsammeirohr bzw. einer entsprechenden Auspuffleitung des Motors herangeführt werden. Der Motor Io kann beispielsweise ein mit Zündfunken arbeitender Motor (Ottomotor) oder aber ein Dieselmotor sein. Eine Flüssigkeitspumpe 2o wird durch den Motor über die Welle 22 angetrieben und dient dazu, um Flüssigkeit, beispielsweise Öl, von einem Tank 24 über die Leitung 27 und 28 an einen Flüssigkeitsmotor 26 und von diesem über die Leitung 3o zurück an den Tank 24 zu liefern. Der Motor 26, der beispielsweise eine Axialflußturbine ist, ist über die Welle 34 direkt mit dem Kompressor 32 für die Hilfsluft gekoppelt. Der Kompressor 32, der beispielsweise nach dem Zentrifugalprinzip arbeiten kann, wird über ein Luftfilter 36 und die Leitungen 38 und 39 von einer Luftwelle, beispielsweise von der Umgebungsatmosphäre gespeist und liefert die komprimierte Hilfsluft an eine Leitung 4o. Die Leitungen 38 und 4o sowie eine Leitung 44, die zu dem Kompressor 14 des von den Auspuffgasen angetriebenen Turboladers 12 führt, sind über ein Ventil 42 miteinander verbunden. Bei der gezeigten Ausführungsform ist das Ventil 42 manuell selektiv einstellbar; das Ventil 42 kann jedoch auch ein Rückschlagventil sein. Das Ventil 42 kann so eingestellt werden, daß es die Leitung 4o mit der Leitung 44 verbindet, um auf diese Weise den Kompressor 14 lediglich mit Luft aus dem Kompressor zu versorgen. Andererseits kann das Ventil 42 jedoch auch so

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eingestellt werden, daß der Kompressor 14 über das Luftfilter 36 lediglich Luft aus der umgebenden Atmosphäre erhält.

Wenn im Betrieb zusätzliche Luft benötigt wird, beispielsweise bei einer Beschleunigung des Motors Io, wird das Ventil 42 so eingestellt, daß es die Leitungen 4o und 44 miteinander verbindet, um so dem Kompressor 14 nur Luft vom Kompressor 32 in genügender Menge zuzuführen und den Ausgangsdruck des Kompressors 14 zu erhöhen, um den Kraftstoff vollständig zu verbrennen und Abgasqualm beim Motor zu vermeiden. Wenn der Kompressor 14 des Turboladers in der Lage ist, genügend Luft an den Motor Io zu liefern, beispielsweise wenn der Motor Io mit konstanter Geschwindigkeit läuft, ist das Ventil 42 so eingestellt, daß es die Leitungen 38 und 44 miteinander verbindet, wodurch dem Kompressor 14 über das Luftfilter 36 lediglich Luft aus der umgebenden Atmosphäre zugeführt wird.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 verwendet Baueinheiten, die ähnlich denen gemäß der Ausfuhrungsform nach Fig. 1 sind, gleiche Bezugsziffern bezeichnen daher gleiche Bauelemente. Bei der Aus f uhrungs form gemäß Fig. 2 ist jedoch ein Luft-Luftnachk'Jhler 46 vorgesehen, um die vom Kompressor 14 des Turboladers gelieferte Luft vor ihrem Eintritt in den Motor Io zu kühlen, tiin Ventil 48 iüt außerdem in der Leitung 28 angeordnet. Dieses Ventil 48 kann von Kanc? entweder so eingestellt werden, daß es Flüssigkeit von der Pumpe 2o an den Flüssigkeitsmotor 26 liefert, oder aber so, daß es Flüssigkeit über die Leitung 49 zu einem Flüssigkeitsmotor 5o führt, welcher über oie welle 51 mit dem Propeller 52 des Nachkühler^ verbunden ist. Eine Leitung 54 führt die Flüssigkeit vom Motor 5o zum Tank 24 zurück.

Ftü-Ls im Betrieb zusätzliche Luft erforderlich ist, beispielsweise üei einer Beschleunigung des Motors Io, wird öns Ventj.l 48 in >..ine solche Stellung gebracht, daß es Flüssigkeit von der Pumpe 2o an den Motor 26 liefert, welch letzterer den Kompressor j2 antreibt. Der Kompressur 32 komprimiert die Luft und liefert diese

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an die Leitung 4o. Wie beim Beispiel gemäß Fig. 1 kann auch hier wiederum uas Ventil 42 in die eine oder in die andere der beiden Stellungen gebracht werden, und zwar abhängig von dem für die vollständige Verbrennung des Kraftstoffes benötigten Bedarf an Luft. In der einen Stellung verbindet das Ventil 42 die Leitungen 4o und 44, wodurch während der Beschleunigung des Motors oder aber einem anderen Betriebszustand, in dem zusätzliche Luft erforderlich ist, dem Kompressor 14 Luft lediglich vom Kompressor 32 zugeführt wird. Falls jedoch zusätzliche Luft zur vollständigen Verbrennung des Kraftstoffes vom Kompressor 32 nicht erforderlich ist, wird das Ventil 42 in die andere Stellung gebracht, um die Leitungen 38 und 44 zu verbinden, wodurch dem Kompressor 14 Luft lediglich über das Luftfilter 36 zugeführt wird. Unter diesen Bedingungen wird die Flüssigkeit, die zum Antrieb des Motors 26 bzw. des Kompressors 32 verwendet wird, durch entsprechende Einstellung des Ventils 48 bzw. durch Verbindung der Leitungen 28 und 49 an den Motor 5o geleitet. Der Motor 5o treibt nun den Propeller bzw. Lüfter 52 an, der Kühlluft durch den Nachkühler 46 schickt, um auf diese W--ise die Dichte der dem Motor Io über die Leitung 15 und den Nachkühler 46 zugeführten Luft zu erhöhen und auf diese Weise die Ausgangsleistung des Motors zu steigern.

Die Fig. 3 ist ein weiteres Ausführunysbeispiei der Erfindung, bei welchem eine pneumatische Steuerung bzw. Regelung für die Hilfsluftversorgungseinrichtung vorgesehen ist, welche zur Verminderung des Abgasqualmes bzw. der unverbrannten Kraftstoffanteile im Abgas eines laufenden Motors dient. Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 verwendet Elemente, die: ähnlich denen bei den Ausführung sformen gemäß den Fig. 1 und 2 sind; gleiche BezugsZiffern bezeichnen daher wiederum gleiche um. tauen te. Dur Motor Io ist bei dem gezeigten Ausführungübeispiol nun mit einer Einlaß Leitung Go und einer Ausiaßleitung 62 nur ei Le Abjase verseilen. Die Turbine: 16 des Turbolader:? 12 wird durch die.· Auspu ttejafst; des Motors Lu über eine Leitung L7 angetrieben, riit; mit der Auspuff Lt: i Lung bZ verbunden ist:, Die kouvprimiurte Luft vom Kompressor 14 wird der Ein Laß Lei tuiuj des Motors übt r die: Leituruj 15 ao"/i.ü Jen Nachkühler -ib

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zugeführt. Das Luftfilter 36 liefert Umgebungsluft über die Leitung 63 und das Rückschlagventil 65 an den Kompressor 14. Über die Welle 22 des Motors Io wird eine variable Verdrängungspumpe 61, die einen Steuerhebel 76 zur Regelung des Flüssigkeitsausgangs aufweist angetrieben, wobei die Pumpe 61 Flüssigkeit vom Tank 24 über ein Flüssigkeitsumlenkventil 64 an den Flüssigkeitsmotor 26 liefert, der den Hilfskompressor 32 antreibt. Der Kompressor 32 erhält die zu komprimierende Luft über die Leitungen 63 und 66 und liefert die komprimierte Luft über die Leitung 67 an einen Punkt unterhalb des Rückschlagventiles

Um den Druck innerhalb des Einlaßrohres 6o zu messen, ist an diesem Einlaßrohr ein Meßgeber 68 mit unter Federwirkung stehender Membran vorgesehen. Der Meßgeber 68 reguliert die Pumpe 61 durch Bewegen des Hebels 76 in Abhängigkeit vom gemessenen Druck im Einlaßrohr 6o und dementsprechend den Ausgangsdruck des Kompressors 32. Der Meßgeber 68 mißt den Druck im Einlaßrohr 6o direkt an einer Membrane 69, die in dem Geber so angeordnet ist, daß die Kammern 7o und 71 entstehen. Über ein Rohr 72 ist die Kammer 7o mit dem Einlaßrohr 6o verbunden, während die Kammer 71 über die Öffnung 73 mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Die Membran 69 besitzt eine mittlere Versteifungsplatte 74, welche kraftschlüssig mit einem Ende eines Hebels 75 verbunden ist, dessen anderes Ende schwenkbar am Hebel 76 der Pumpe 61 gehaltert ist. Diese Anordnung dient dazu, um den Ausgang bzw. die Ausgangsleistung der Pumpe herabzusetzen, wenn der Betätigungshebel 75 aufgrund eines Druckes im Motoreinlaßrohr 6o nach links bewegt wird, der (Druck) einen Wert übersteigt, welcher erforderlich ist, um die Kraft der im Geber 68 angeordneten und die Membran 69 in entgegengesetzte Richtung drückenden Feder 78 zu überwinden. Der gewünschte Druckwert im Einlaßrohr 6o, bei welchem eine Bewegung des Hebels eintritt, kann durch entsprechende Auswahl der Federkraft der Feder 78 festgelegt werden.

Das Ventil 64 hat ebenfalls einen Steuerhebel 82, welcher mit einem Ende eines Hebels 82 verbunden ist. Das andere Ende des Hebels 83 ist am Hebel 76 angelenkt, um auf diese Weise eine

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Bewegung des Hebels 82 in die Stellung 82' bzw. ein Umschalten des Ventils in eine Stellung zu erreichen, in welcher die Flüssigkeit von der Pumpe 61 vom Motor 26 über die Leitung 49 an den Motor 5o umgelenkt wird, wenn sich der Steuerhebel 76 für die Ausgangsleistung der Pumpe 2o in seiner Stellung 76' (niedrige Ausgangsleistung) befindet. Mit anderen Worten: Wenn die Pumpe 61 maximale Flüssigkeitsmenge liefert und das Ventil 64 so eingestellt ist, daß die Flüssigkeit an den Motor 26 geliefert wird, befinden sich die Hebel 76 und 82 in der in Fig. mit ausgezogenen Linien gezeigten Stellung. Wenn jedoch die Pumpe 61 die niedrigste Flüssigkeitsmenge liefert, bzw. die geringste Ausgangsleistung aufweist, ist das Ventil 64 so eingestellt, daß die Flüssigkeit an den Motor 5o geleitet wird, wobei die Hebel 76 und 82 dann die Stellungen 76" bzw. 82' aufweisen.

Die Arbeitsweise der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist folgende: Beim Starten des Motors Iomißt der federbelastete Meßgeber 68 dem im Eingangsrohr erzeugten Luftdruck, der über das Rohr 72 in die Kammer 7o und direkt an die eine Seite der Membrane 69 gelangt. Solange die komprimierte Luft in der Kammer 7o nicht in der Lage ist, auf die Membran 69 eine Kraft auszuüben, welche groß genug ist, um die Kraft der Feder 78 an der anderen Seite der Membran 69 zu überwinden, wird sich diese Membran nicht bewegen. In dieser Stellung der Membran 69 befindet sich der Steuerhebel 76 in seiner Stellung für die maximale Leistung der Pumpe 61 bzw. für die Abgabe der maximalen Flüssigkeitsmenge durch diese PUmpe, während der Hebel 82 des Ventils 64 eine solche Stellung einnimmt, daß die gesamte Kraft der maximalen Flüssigkeitsmenge der Pumpe 61 über die Leitung 28 dem Motor 26 zugeführt wird. Der Motor 26 treibt über die Welle 34 den Kompressor 32 an, der die über die Leitungen 63 und 66 angesaugte Luft komprimiert und eine maximale Menge an komprimierter zusätzlicher Luft über die Leitung 67 an den Kompressor 14 liefert. Dieser Zustand, in dem der Kompressor 32 eine hohe Ausgangsleistung aufweist, hält so lange an, so lange der Druck im Eingangsrohr unterhalb demjenigen Wert bleibt, der notwendig ist, um die Membran 69 gegen die Rückstellkraft der Feder 78 zu bewegen, und der Motor Io wird mit genügend Luft versorgt, um im wesentlichen eine voll-

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ständige Verbrennung des Treibstoffes sicherzustellen und bei der Beschleunigung des Motors jeden Abgasqualm bzw. unvollständiges Verbrennen des Treibstoffes zu vermeiden.

Wenn der Druck im Einlaßrohr 6o und dementsprechend in der Kammer 7o einen Wert erreicht, an dem die Kraft an der Membran 69 aufgrund dieses Druckes die anfängliche Federkraft der Feder 78 übersteigt, bewegt sich die Membran 69 nach links. Der Hebel 75 und der Steuerhebel 76 bewegen sich in die gleiche Richtung, um auf diese Weise die von der Pumpe 61 abgegebene Flüssigkeitsmenge zu reduzieren. Die reduzierte Ausgangsleistung der Pumpe 61 führt ihrerseits zu einer Verminderung der Ausgangsleistung des Motors 26, wodurch weniger Luft vom Kompressor 32 komprimiert und an den Kompressor 14 des Motors geliefert wird. Ein weiteres Anwachsen des Druckes im Einlaßrohr 6o führt in zunehmendem Maße zu einer Abnahme der vom Kompressor 32 komprimierten Luftmenge, bis der Hebel 76 in die mit 76* bezeichnete Stellung gelangt, in welcher die Pumpe 61 ihre geringste Leistung aufweist. Gleichzeitig kommt der Hebel 82 des Ventiles 64 in die Stellung 82' in welcher die von der Pumpe 61 gelieferte Flüssigkeitsmenge über die Leitung 49 an den Motor 5o abgelenkt wird. Der Motor 5o treibt den Propeller 52 an, welcher Kühlluft durch den Nachkühler 46 schickt und auf diese Weise die Dichte der dem Motor Io über die Leitung 15 zugeführten Luft erhöht, wie dies bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ebenfalls der Fall ist.

Falls nun der Druck der dem Einlaßrohr 6o zugeführten Luft abnimmt, dieser Druck aber immer noch über dem Anfangsdruck liegt, der notwendig ist, um die Kraft der Feder 78 zu überwinden, bewegt sich der Hebel 76 nach rechts, um die Ausgangsleistung der Pumpe 61 zu erhöhen. Diese Bewegung des Hebels 76 erhöht die dem Motor 26 zur Verfügung stehende Flüssigkeitsenergxe, wodurch die Ausgangsleistung des Kompressors 32 ansteigt.

Bei rier in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform ist der Motor 84 eine Dieselverbrennungskraftmaschine, welche ein Einlaßrohr 86 und ein Auspuffrohr bzw. eine Auspuffleitung 88 aufweist. Ein Turbolader 9o ist vorgesehen, der aus einem mit dem Einlaßrohr verbundenen

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92 sowie aus einer Turbine 94 Lesteht, die mit den Auspuffgasen des Auspuffrohres 88 beaufschlagt wird und den Kompressor 92 antreibt. Eine variable Verdrängungs- bzw. Kolbenpumpe 96 wird durch den Motor 84 über eine geeignete Kupplung 98 angetrieben, die mit der Pumpenwelle loo und der Welle des Motors Io2 verbunden ist. Die Pumpe 96 liefert eine Flüssigkeit Io3 von einem Tank bzw. Reservoir Io4 über Leitungen Io6 und Io8 an einen Flüssigkeitsmotor Ho, welcher antriebsmä/3ig mit einem Hilfskompressor 112 verbunden ist. Die Pumpe 96 besitzt einen Hebel 114 zur Steuerung der Pumpenausgangsleistung. Ein überdruckventil 116 ist in der Leitung 118 vorgesehen, die die Leitungen Io6 und Io8 verbindet, um den Ausgangsdruck der Pumpe 96 abzubauen, falls ein Fehler oder ein Versagen im Motor Ho bzw. im Kompressor 112 auftritt. Wie bei den voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann der Motor Ho wiederum eine Axialflußturbine sein, während der Kompressor 112 beispielsweise nach dem Zentrifugalprinzip arbeitet, wobei die Umgebungsluft, die über ein Filter 12o und die Leitung 122 zugeführt wird, in dem Kompressor 112 komprimiert und in die Eingangsleitung 124 unterhalb des Ruckschlagventiles 126 abgegeben und dem Kompressor 92 zugeführt wird.

Ein flüssigkeitsbetätigtes Steuerelement 128 mit einem verschiebbaren Kolben 13o ist vorgesehen, welcher Kammern 129 und 131 bildet und eine Kolbenstange 132 aufweist, deren freies Ende über einen kurzen Hebel 134 mit dem Steuerhebel 114 gelenkig verbunden ist. Das Steuerelement 128 ist durch eine in der Kammer 129 angeordnete Feder 136 vorgespannt, die den Kolben 13o in eine Richtung drückt, um den Steuerhebel 114 in seine in Fig. 4 gezeigte Stellung für die niedrige Ausgangsleistung der Pumpe zubringen. Die betreffende Stellung des Steuerhebels 114 für hohe Pumpenausgangsleistung ist in der Fig. 4 mit 114· bezeichnet. Eine Leitung 138, die eine Verengung 139 aufweist, verbindet den Flüssigkeitsmotor Ho mit der Kammer 131, welche sich innerhalb des Steuerelementes hinter dem Kolben 13o befindet. Über eine Leitung 142 sowie -über ein Element 144 zur Druckregulierung ist die Leitung 138 mit dem Reservoir Io4 verbunden. Das Element 144

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zur Druckregulierung dient dazu, um den Flüssigkeitsdruck oberhalb der Verengung 139 konstant zu halten.

Eine auf Druckdifferenz ansprechende Steuereinrichtung 146 ist vorgesehen, die ein Gehäuse bestehend aus den Teilen 147, 148 und 149 aufweist. Der Gehäuseteil 147 besitzt ein Servoventil 15o, welches den Flussigkeitsfluß aus der Kammer 14o des Steuerelementes 128 über die Leitungen 152 und 154 zum Reservoir Io4 steuert. Das Ventil 15o besitzt einen Stössel bzw. einen Schaft 156, welcher verschiebbar in einer Führung 158 im Gehäuseteil 147 gehaltert ist. Der Schaft 156 ist mit einem Abschnitt 16o verminderten Querschnitts versehen, wobei dieser Abschnitt 16o mit seinem Ende an der Oberfläche 162 einer mittleren Versteifungsplatte einer Membran 166 befestigt ist. Die Membran 166 ist in dem Gehäuse zwischen den Abschnitten 147 und 148 angeordnet, um Kammern 17o und 172 zu bilden, wobei im Gehäuseteil 148 eine Zwischenwand 168 vorgesehen ist_P Die Kammer 17o ist über die Öffnung 174 mit der umgebenden Atmosphäre verbunden. Innerhalb der Kammer I7o ist eine Feder 176 angeordnet, um die Platte 164 in eine solche Richtung zu drücken, daß das Ventil 15o in seiner geschlossenen Stellung verbleibt und auf diese Weise ein Flussigkeitsfluß aus der Leitung 152 an die Leitung 154 verhindert wird. Innerhalb der Feder 176 ist ein Balg 178 angeordnet, der den Abschnitt 16o verminderten Querschnitts des Ventilschaftes umgibt und der an seinen Enden mit dem Gehäuseteil 147 bzw. mit der Platte 164 verbunden ist. An der anderen Oberflächenseite 182 der Platte 164 ist ein Ansatz 18o angeformt, der in einer Führung 184 in der Zwischenwand 168 verschiebbar gehaltert ist. Eine weitere Membran 168 befindet sich im Gehäuse zwischen den Gehäuseteilen 148 und 149 und bildet die beiden Kammern 188 und 19o, wobei die Membran 186 eine mittlere Versteifungsplatte 192 aufweist, die mit dem Ansatz 18o zusammenwirken kann. Ein Durchlaß 194 in den Gehäuseteilen 148 und 149 verbindet die Kammern 172 und 19o. Das Einlaßrohr 186 ist über eine Leitung 196 mit der Kammer 19o verbunden, während eine Leitung 198 eine Verbindung der Leitung mit der Kammer 188 herstellt.

Während der Motor 84 gestartet wird, drückt die Feder 136 den Kolben 13o in eine solche Richtung, in welcher der Steuerhebel

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114 der Pumpe 96 in seiner Stellung für die niedrige Pumpenleistung gehalten wird, wodurch die Belastung des nicht dargestellten Anlassers bedingt durch die Pumpe 96 und die Kupplung 98 auf ein Minimum reduziert wird.

Nachdem der Motor 84 gestartet wurde, wird durch die Pumpe 96 genügend Flüssigkeit aus dem Reservoir über die Leitungen Io6 und Io8 an den Flüssigkeitsmotor geliefert, um den Kompressor 112 anzutreiben. Die Flüssigkeit Io3 gelangt über die Leitungen 138 und 142 sowie über die Einr ichtung 144 zur Druckregulierung an das Reservoir Io4 zurück. Gleichzeitig tritt die Flüssigkeit auch in die Kammer 131 des Steuerelementes 128 ein, und zwar über die Leitung 138 und die Verengung 139, um auf diese Weise genügend Druck in der Kammer 131 zu erzeugen, um den Kolben I3o zu verschieben und den Steuerhebel 114 aus seiner der niedrigen Pumpenleistung entsprechenden Stellung in die der hohen Pumpenleistung entsprechenden Stellung 114' zu schwenken, um auf diese Weise einen hohen Ausgang an der Pumpe 96 zu erzeugen und einen hohen Druck für die vom Kompressor 112 gelieferte Hilfsluft zu erreichen. Ein Ansteigen des Druckes in der vom Kompressor 92 gelieferten Luft wird von der Steuereinrichtung 146 in der Kammer 172 gemessen, wobei der ansteigende Luftdruck die Membran 166 in Richtung auf eine Öffnung des Ventiles 15o verschiebt, wenn die auf die Membran ausgeübte Kraft einen Wert erreicht, auf welchen die Steuereinrichtung 146 eingestellt wurde und welcher genügend groß ist, um die Vorspannung der Feder 176 zu überschreiten. Ein Öffnen des Servoventiles 15o bewirkt, daß die Flüssigkeit in der Kammer 131 des Steuerelementes 128 an die Leitung 154 und von dort an das Reservoir Io4 abfließt, wodurch der Druck in der Kammer 131 abnimmt. Der Steuerhebel 114 für die Ausgangsleistung der Pumpe 96 bewegt sich dann wiederum in Richtung der in Fig. 4 gezeigten Stellung für die niedrige PumpenIeistung, wodurch die Ausgangsleistung der Pumpe 96 reduziert wird und dementsprechend auch die Hilfsluft vom Kompressor 112 sowie die vom Kompressor 92 gelieferte Luftmenge herabgesetzt werden.

Die zweite Membran 186, die in der Steuereinrichtung 146 die Druckdifferenz zwischen Eingang und Ausgang des Kompressors 92 mißt, bewirkt, daß der vom Kompressor 92 gelieferte Luftdruck

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reduziert wird, falls die Motorgeschwindigkeit im unbelasteten Zustand des Motors ansteigt. Die Membran 186 spricht auf die Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Kammer 19o, welcher dem vom Kompressor 92 gelieferten Druck im Einlaßrohr 96 entspricht, und dem Druck in der Kammer 188 an, welcher dem Druck der vom Kompressor 112 gelieferten Hilfsluft entspricht. Im unbelasteten Zustand des Motors 84 ist der vom Kompressor 92 gelieferte Luftdruck bei niedriger Geschwindigkeit des Motors niedrig und steigt mit steigender Motorgeschwindigkeit an. Die Membrane 186 mißt diesen differentialen Druckanstieg und bewegt sich in Zusammenarbeit mit der Membran 166, um das Ventil 15o zu öffnen und um Flüssigkeit aus der Kammer 131 über die Leitung 152 an die Leitung 154 und das Reservoir 14o abzugeben. Der Steuerhebel 114 der Pumpe 96 bewegt sich in Richtung auf die Stellung für die niedrige Ausgangsleistung der Pumpe, wodurch eine Reduzierung der Ausgangsleistung des Motors Ho der Hilfsluft vom Kompressor 112 und entsprechend auch der ,vom Kompressor 92 gelieferten Luft erreicht wird.

Obwohl voranstehend spezielle Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, ist es selbstverständlich, daß diese Ausführungsformen nur als Beispiel wiedergegeben wurden und daß die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist.

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Claims

P α te η te η s pill c he

!•Einrichtung zur Versorgung einer Verbrennungskraftmaschine mit Hilfeluft, wobei die Verbrennungskraftmaschine vorzugsweise durch einen Turbolader mit Ladeluft beaufschlagt wird, gekennzeichnet durch eine Ströaungsmittelpumpeneinrichtung bzw. eine Strömungsmittelpumpe (20, 61, 96), die durch die Verbrennungskraftmaschine (10, 84) angetrieben wird, durch einen^durch einen ersten Strömungsmittelmotor angetriebenen Hilfsluftkompressor (32, 102), der komprimierte Hilfsluft an die Verbrennungskraftmaschine (10, 84) liefert, sowie durch eine Steuereinrichtung, die den vom Hilfskompressor gelieferten Hilfsluftfluß an den Ladeluftbedarf der Verbrennungskraftmaschine (10, 84) anpaßt·
2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste Ventileinrichtung (42, 65g 126) durch welche der Verbrennungskraftmaschine (10, 84) bzw· ein von den Abgasen dieser Maschine angetriebenen Kompressor (14, 92) Hilfsluft vom Hilfsluftkompreseor (32, 112) oder Luft von einer Luftquelle zugeführt wird·
3· Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluß des Strömungsmittels in Abhängigkeit von Druckänderungen in der Ladeluft geregelt wird.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (64, 76) zur Steuerung der Ausgangsleistung der Strömungsmittelpumpe (61) vorgesehen sind, und daß ein auf den Druck der Ladeluft ansprechendes Steuerelement bzw· ein entsprechender Geber (68) mit diesen Mitteln zur Steuerung der Ausgangsleistung der Strömungsmittelpumpe verbunden ist, um den Strömungsmittelausgang bzw. die Pumpenleistung in Abhängigkeit von Druckänderungen der Ladeluft zu verändern·

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5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (68) ein Gehäuse sowie eine in diesem Gehäuse angeordnete und zwei Kammern (70, 71) bildende flexible Membran (69) aufweist, welche kraftschlüssig mit den Mitteln (64, 76) zur Steuerung der Pumpenausgangsleistung verbunden ist, wobei eine Kammer (70) zur Messung des Ladeluftdruckes mit der Verbrennungsmaschine (10) und die andere Kammer (71) mit der Umgebungsatmosphäre in Vebindung steht, und daß in der anderen Kammer (71) eine Feder (78) vorgesehen ist, die die Membran (69) in Richtung auf die Stellung "maximale Pumpenausgangsleistung¹ vorspannt·
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsleistung der Strömungsmittelpumpe bzw. der von der Pumpe abgegebene Strömungsmittelfluß in Abhängigkeit von Druckänderungen in der Ladeluft und der Hilfsluft geregelt wird·
7ο Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsleistung der Strömungsmitteipumpe (96) in Abhängigkeit vom Strömungsmitteldruck gesteuert wird·
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf den Strömungsmitteldruck ansprechendes Steuerelement (128) vorgesehen ist, welches die Mittel zur Steuerung der Ausgangsleistung der Strömungsmitteipumpe (96) in Abhängigkeit von Druckänderungen im Strömungsmittel (103) betätigt, und daß eine Ventilanordnung (150) vorgesehen ist, die im betätigten Zustand den Druck im Steuerelement (128) aufhebt.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das auf den Druck des Strömungsmittel* ansprechende Steuerelement (128) aus einem Gehäuse mit einem verschiebbaren Kolben (130) besteht, welcher eine erste (129) sowie eine zweite (131) Kammer in diesem Gehäuse bildet,

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daß der Kolben.mit den Mitteln (114) zur Steuerung der Ausgangsleistung der Strömungsmittelpumpe (96) verbunden ist, daß die zweite Kammer (131) mit der Ventilanordnung (150) verbunden ist und daß in der ersten Kammer (129) eine Feder (136) angeordnet ist, welche den Kolben (130) in Richtung auf die Stellung "minimale Pumpenausgangsleistung¹¹ vorspannt.

8 oder
10. Einrichtung nach Anspruch/9, gekennzeichnet durch ein Differenzdrucksteuerelement (146), welches die Ventilanordnung (150) zusätzlich in Abhängigkeit von Druckänderungen in der Ladeluft und Hilfsluft steuert·
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Differenzdruck ansprechende Steuerelement (146) ein Gehäuse sowie eine erste flexible Membran (166) und eine Trennwand (168) in dem Gehäuse aufweist, um eine erste und eine zweito Kammer (170, 172) zu bilden, wobei die erste Kammer (170) zur umgebenden Atmosphäre hin offen ist, da-ß eine zweite flexible Membran (186) innerhalb des

mit der Trennwand (168) Gehäuses angeordnet ist und/eine dritte sowie eine vierte Kammer (188,

190) bildet, wobei die dritte und vierte Kammer (188, 190) jeweils mit dem Hilfeluftdruck bzw. dem Ladeluftdruck beaufschlagt sind, daß Durchlässe (194) in der Trennwand (168) vorgesehen sind und die zweite mit der vierten Kammer (172 bzw· 190) verbinden, daß zum gleichsinnigen Bewegen der Membranen sowie der Ventilanordnung (150) Mittel (180) vorgesehen sind, und daß in der ersten Kammer (170) eine Feder (176) angeordnet ist, um die erste Membran (166) in Richtung auf ein Schließen der Ventilanordnung (150) vorzuspannen·
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Kuhlen der Ladeluft, wobei diese Einrichtung vorzugsweise durch das von der Strämungsmittelpumpe (20, 61, 96) gelieferte Strömungsmittel angetrieben wird.

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13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Kühlung der Ladeluft aus einem Nachkühler, vorzugsweise aus einem Luft-Luft-Nachkühler (46), in der Eingangsleitung der Verbrennungskraftmaschine (10), aus einem Gebläse (52) zum Bewegen von
Luft durch den Nachkühler (46) sowie aus einem zweiten, mit dem Gebläse (52) verbundenen Strömungsmittelmotor (50) besteht.
14. Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch eine zweite Ventileinrichtung (48, 64) zum Umschalten des Strömungsmittelflusses vom Hilfsluftkompressor (26, 32) zum zweiten Strömungsmittelmotor (50) für das Gebläse (52) bzw. umgekehrt.
15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ventileinrichtung (48) ein handbetätigtes Ventil ist.
16. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ventileinrichtung (64) in Abhängigkeit von den Druckänderungen in der kompremierten Ladeluft selbsttätig gesteuert wird.
17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ventileinrichtung (64) durch das auf den Strömungsmitteldruck bzw.
auf den Druck der Ladeluft ansprechende Steuerelemente (68 bzw. 128) betätigt wird.
18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ventileinrichtung (48, 64) wahlweise Strömungsmittel
an den ersten Flüssigkeitsmotor (26) für den Hilfskompressor 32)
oder an den zweiten Flüssigkeitsmotor (50) für das Gebläse (52) liefert.
19. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß die zweite Ventileinrichtung (64) durch das Steuerelement (68) so betätigt wird, daß die zweite Ventileinrichtung (64) bei höchster Ausgangsleistung der Strömungsmittelpumpe das Strömungsmittel an den ersten Strömungsmittelmotor (26) und bei niedrigster Ausgangsleistung der Strömungsmittelpumpe an den zweiten Strömungemittelmotor (50) liefert.
20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß für das Strömungsmittel ein Tank (24, 104) vorgesehen ist, und daß der erste bzw. zweite Strömungsmittelmotor (26, 50, Πθ) in einem den Tank (24, 104) sowie die Strömungsmittelpumpe (20, 61, 96) einschließenden geschlossenen Strömungsmittelkreislauf liegen.
21. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung (15O) im geöffneten Zustand das Strömungsmittel aus dem Steuerelement (128) in den Tank (104) abfließen läßt und im geschlossenen Zustand das Strömungsmittel in dem Steuerelement zurückhält.
22. Einrichtung nach einemcbr Ansprüche 1 bis 21, gekennzeichnet durch die Verwendung eines flüssigen Strömungsmittels.
23. Verfahren zur Versorgung einer Verbrennungicraftmaschine mit luft, wobei die Verbrennungskraftmaschine durch einen von Abgasen angetriebenen Kompressor mit Ladeluft beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Verbrennungskraftmaschine ein Strömungs mitteldruck erzeugt wird, daß Hilfsluft durch das Strömungsmittel kompremiert wird, und daß der an den von den Abgasen angetriebenen Kompressor gelieferte Hilfsluftfluß irv Abhängigkeit von dem Ladeluftbedarf der Verbrennungskraftmaschine geregelt wird.

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24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß dem von den Abgasen angetriebenen Kompressor Hilfsluft oder Luft einer Luftquelle zugeführt wird*
25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24 , dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsluftfluß in Abhängigkeit vom Druck der Ladeluft geregelt wird.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsluftfluß an den von den Abgasen angetriebenen Kompressor in Abhängigkeit vom Druck der Ladeluft und in Abhängigkeit vom Druck der Hilfsluft geregelt wird.
27.. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeluft mit Hilfe des Strömungsmittels gekühlt wird, wenn der Ladeluftbedarf der Verbrennungskraftmaschine gedeckt ist.

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