DE2750265A1

DE2750265A1 - Verfahren und vorrichtung zum verbessern des leistungsverhaltens eines motors mit turbokompressor

Info

Publication number: DE2750265A1
Application number: DE19772750265
Authority: DE
Inventors: Andre Ecomard; Pierre Eyzat
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1976-11-12
Filing date: 1977-11-10
Publication date: 1978-05-18
Also published as: IT1088226B; JPS60112638U; ES464090A1; FR2370863B1; SE7712722L; SE437401B; GB1565430A; FR2370863A1; US4207743A; NL187589B; CA1112056A; NL7712474A; CH620740A5; JPS621391Y2; JPS5386915A; NL187589C; BE860522A

Description

Affaire 1675

Verfahren and Vorrichtung zum Verbessern des Leistungsverhaltens einer mit Turbokompressor ausgestatteten Verbrennungskraftmaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbessern des Leistungsverhaltens einer mit einem Turboicompressor ausgestatteten Verbrennungs Kraftmaschine, das heißt eines aufgeladenen Motors, bei dem ein Kompressororgan durch eine von den Auspuffgasen betriebene Turbine angetrieben wird. Mit "VerbrennungsKraftmaschine" sollen sowohl Motoren mit gesteuerter Zündung wie solche mit Kompressionszündung verstanden werden.

Insbesondere befaßt sich die Erfindung beispielsweise, ,jedoch nicht ausschließlich mit der Verbesserung des Beschleunigungsverhaltens dieser Motoren (insbesondere des Verhaltens beim schnellen Beschleunigen).

Begannt sind die Vorteile (Gewichtsgewinn, Platzeinsparung, verminderter Verbrauch etc.), die man dann erhält, wenn man einen Motor erheblichem Hubraum durch *mit einen aufgeladenen Motor geringeren Hubraums ersetzt, der bei festem Arbeitsbereich und, sobald die Drehgeschwindigkeit des Motors einen gewissen Wert erreicht hat, maximale Leistungen gleich denen des ηicht-aufgeladen en Motors haben kann.

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Das Ansprechen des aufgeladenen Motors auf einen Beschleunigungsbereich erfolgt jedoch nicht so schnell wie bei einem nicht-aufgeladenen Motor mit maximalen äquivalenten Leistungen, wobei der Leistungsunterschied zwischen den beiden Motorarten umso größer ist, je kleiner der Hubraum des aufgeladenen Motors ist oder je geringer die Drehgeschwindigkeit (oder der Leistungsbereich) des Motors ist. Dies bedeutet einen größeren Nachteil, wenn ein aufgeladener Motor an einem Kraftfahrzeug vorgesehen werden muß, für den man im allgemeinen fordert, daß er möglichst schnell unabhängig vom Leistungsbereich des Motors beschleunigt.

Es soll also ein Verfahren und eine Vorrichtung angegeben werden, die bei mit Turbokompressoren aufgeladenem Motor wenigstens gewisse Nachteile der aufgeladenen Motoren, wie sie oben erwähnt sind, vermindern oder in Portfall kommen lassen. Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in

Fig. 1 schematisch einen von einem Turbokompressor aufgeladenen Motor mit einer Einrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 und 2A zeigen Varianten zu Fig. 1;

Fig. 3 zeigt genauer ein Beispiel des Verteilerorgans und des Steuerelementes;

Fig. 3A bis yF erläutern die Arbeitsweise der Vorrichtung;

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>'jf·-. & schematisiert ein anderes Ausführungsbeis-piel der j-irfindung und

Fig. 5, 6 und 7 zeigen unterschiedliche Ausf iihrungsformen des Verteilerorgans.

b'ig. 1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 1 mit einei'i mit dem Lotor 1 verbundenen Luf teinla ί 2 und einem Aup.la'i 3 für die verbrannten Gase.

Es >^ann sich um eine Verbrennungskraftmaschine vom Tyt> Diesel oder vorn Typ mit gesteuerter Zündung handeln; im letzteren Fall «ird der Lufteinla'i gebildet durch den lufteinläß in den Vergaiser, der nicht dargestellt ist.

^TJie Aufladung des Motors 1 erh^:'lt man über einen Turbokompressor mit einer durch die Abgase betitigten Turbine 4 und die einen Luftkompressor 5, beispielsweise vom Zentrifugaltyp antreibt, dessen Ausgang mit dem Luftein-IaP, 2 des Tv'otors über eine Leitung 6 verbunden ist, deren T. nge vorzugsweise so klein wie möglich und von maximalem Durchmesser xst, um die Druc-iverluste in der ausströmenden Luft zu vermindern.

Die Arbeitsweise eines aufgeladenen Motors, die dem Fachmann an sich bekannt ist, soll hier nicht dargestellt werden.

Es ist möglich, die Arbeitsweise eines aufgeladenen Motors zu verbessern, indem die folgenden Maßnahmen als Funktion der durch wenigstens eine gemessene Größe genommenen Werte, die repräsentativ für das Arbeitsverhalten des Motors ist, durchgeführt werden:

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a) Verbindung der Luftzufuhr zum hotor mit einer Quelle, die in der lage ist, Luft u-.iter einem bestimmten Uruc ,

der im wesentlichen *on^tan t ^eIn kann, zu liei'ern, ,ve in die gemessene GröHe einen erate-ϊ beliebig festgelegte-1 'ert annimmt und

4alten des Koirmreasors unter "^etriebsbea Lngu igen, derart,, da3 er höchstens eine geringe Kompressionuenergie liefert;

b) Mpeinung des Motors ausschließlich durch den KompreEor, wenn die gemessene GriHe einen ;⁷.-.veiteri festgelegten .'ert hat, der unterschiedlich pum ersten Vert ist, wobei .jede dieser i.'a'uiahman in einem Zeitintervall, das so Kurz .vie möglich int, durchgeführt wird.

Eine Vorrichtung :-.ur Durchführung dieses Verfahrene nach der Erfindung ist schernatisch in Fig. 1 dargestellt, rjie umfaSt im wesentlichen ein Verteilerorgan 7, beinpielsveise einen Drei.^;vegschieher mit zwei Stellungen. Im dargestellten Fall ist dieses Orga; mit dem Einla? ?, dem Einlaß in den Kompressor 5 und dem allgemeinen Bchematisch durch ein Luftfilter 8 dar gestell teil Luftein la? verbunden.

In einer ersten Stellung netzt das Organ 7 das Luftfilter 8 und den Lufteinlaß 7 in Verbindung , »vührend es vollständig den Einlaß in den Kompressor 5 verlegt. Aus Vorstehendem geht hervor, da:ä die Luft unter bestimmtem und konstantem. Druck liefernde Ouelle, wenn das Organ 7 sich in seiner ersten Stellung befindet, nach dieser Ausführungsform von der Atmosphäre gebildet ist.

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In einer /weiten StelIUu₆, verbindet das Verteilerorgan 7 das Luftfilter und den Kompressor eintritt ^C3 und verhindert gleichzeitig iede Verbindung tischen le.'i T uftf L] ter u.-id der: VMaIa?' 2.

!.-, in ."jteuerelernent 9 bettlet das Organ 7 als Punktion des Vertes wenigstens einer für das Arbeitsverhalten des i^:. otors repräsentativen Grci.ie. Kei dieser Grö'ie Xann ep. sich um die ..teilung des ijteuerorgans (Beschleunigercedal) oder urn irgendein ihm zugeordnetes ilemeit, wie f.est^:'nge oder Vergaserdrosr&l-^laope, wenn der idotcr ein Γ otor mit gesteuerter Zündung ist, handeln. Dieser Vert ι ann auch die Oreh/ahl des [.'otors, die Verschiebung?- ge sch-ν i.vid igkeit der Beschleunigungmsteuerung oder der ^r)ruc!··- in der '.-!otoreinlaßleitung etc. :?ein.

">."! e Arbeitsweise der Vorrichtung nach der Erfindung -sann .vesentlich variieren, dan steuerelement 9 ist entc-orechend aufgelegt.

JLe Beschreibung erfolgt nun anhand der ersten Ausiühruagoform der /orrichtung riach der Erfindung entsprechend l'ig. 1.

Oan jteuerorgan 9 v/irkt als Funktion des Vertes der für das Leistungsverhalten des hiotors repräsentativen Grcße und ist beispielsweise mit der ßeschleunigersteuerung (Beschleuriigerpedal ) oder dem es verringernden Gestänge verbunden.

.Venn der Vert der Größe kleiner als ein Schwe2 lenwert 3., ist, hält das Steuerorgan 9 das Organ 7 in der ersten Stellung, für die der Kompressor 5 nicht liefert; sein

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Eintritt ist verlegt und in dieser stellung steht der Lufteinlaii 2 in Verbindung mit dem Tilter B. Der i'.otor arbeitet dann mit natürlicher Ansaugung. Es .vurde festgestellt, daß die Drehgeschwindigkeit des nicht-lief ernde:. Kompressors sich auf einen '.'ert einstellt, der beachtlich größer ist als der, wenn der Komprefiaoreintritt offen geblieben wäre.

Venn der 7/ert der Größe variiert und den Schwellenwert S₁ erreicht, stellt das Steuerorgan 9 das Organ 7 schnell in die zweite Stellung, in der der friotor aufgeladen wird. Man stellt dann fest, daß aufgrund des Tr^:lgheitsr>hanomens die Geschwindigkeit des Kompressors zunächst nicht wesentlich modofiziert wird, was eine gute Aufladung des Kotors begünstigt, wobei diese Geschwindig«eit dann allmählich wie die Motordrehzahl zunimmt.

Erreicht der <7ert der Größe, indem er in der entgegengesetzten Richtung variiert, einen Schwellenwert Sp, so stellt das Steuerorgan 9 von neuem das Organ 7 in die erste Stellung.

Um zu vermeiden, daß Pumpphänomene in der Arbeitsweise des Motors eintreten und damit eine günstige Arbeitsstabilitl-it erhalten wird, bevorzugt man, daß die Schwellenwerte S. und S2 unterschiedlich sind.

Vorzugsweise, und obwohl dies nicht als begrenzend anzusehen ist, wird der Schwilenwert S₁ derart gewählt, daß er einer Motordrehzahl (regime moteur) benachbart 60 fo der maximalen Drehzahl auf der längste 1 Übersetzung, wenn das Fahrzeug sic-h über flachen oder stufenförmigen Boden bewegt, entspricht.·"

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Erf ahrunfrcgerrr \l int ζα bevorzugen _r daii der schnelle übergang des Organs 7 aus der einen stellung in die andere so schnell »vie möglich vor sich geht, der minimale '/'ert ist durch die mechanischen Chara«teristiken der Vorrichtung (Trägheit etc.) begrenzt; der maximale 'Vert ist auf ein Drittel der minimalen für einen Bedienungsmann notwendigen Zeit begrenzt, um das Beschleunigerpedal zwischen den extremen Stellungen, die es einnehmen kann, zu verschieben. Im allgemeinen liegt die Zeit des Übergangs von einer Stellung des Organs in die andere in der Größenordnung von ein Zehntel Sekunde.

Fig. 2 zeigt eine erste Variante zu der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung, wonach in einer ersten Stellung das Organ 7 den Ausgang des Kompressors 5 verlegt und gleichzeitig den Lufteinlaß 2 des Motors mit dem Luftfilter 8 verbindet, während in der zweiten Stellung es den Ausgang des Kompressors 5 mit dem Lufteinlaß 2 des Motors verbindet.

Nach einer zweiten in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist der Verteiler 7 von der Bauart mit vier Wegen und zwei Stellungen. In der ersten Stellung einerseits setzt er das Luftfilter 8 und den Lufteinlaß 2 des Motors in Verbindung und verbindet andererseits Eingang und Ausgang des Kompressors, wnhrend in der zweiten Stellung er den Eingang des Kompressors 5 mit dem Luftfilter 8' und den Ausgang des Kompressors mit dem Motoreinlaß verbindet.

Nach einer möglichen Betriebsvariante ist das Steuerorgan so ausgelegt, daß es im Dauerbetrieb das Organ 7 in der Stellung hält, in der die Aufladung des Motors durch den

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Kompressor 5 sichergestellt ist und den übergang dieses Organs in seine andere Stellung entsprechend der Verbindung des Einlasses zum Kompressor 2 mit dem Filter 8 hervorruft, wenn giejcu^-.i·^ Ue Beschleuniguigjssteuerung (Beschleunigerpedal) schnell in die Beschleunigerrichtung verstellt <vird und der Betriebspunkt des Motors sich in einer bestimmten Zone befindet; und dann das Organ 7 in dieser Stellung während eines bestimmten Zeitintervalle hnlt.

Die Ausführungsformen des Verteilerorgans 7 und des ihm zugeordneten Steuerelementes können unterschiedlich sein.

Fig. 3 zeigt schematisch eine einfache robuste und wenig teure Ausführungsform des Organs 7 und des Steuerorgans 9. Pur diesen besonderen Fall kefeäl* wählt man die Betätigung 7 als Funktion der Beschleunigungssteuerung (Beschleunigerpedal); der Drehzahlbereich des Motors steht darin in Beziehung zur Beschleunigungssteuerung.

Das Organ 7, das von dem in Pig. 1 dargestellten Typ ist, besteht aus einem Y oder T-förmigen Hohlkörper 10, dessen Enden jeweils mit dem Luftfilter 8, dem Lufteinlaß 2 zum Motor und dem Eintritt in den Kompressor 5 verbunden sind. Eine im Innern des Körpers 10 angeordnete Klappe 11 ist um eine feste Achse 12 gelenkig und kann einen der Abzweige des Körpers 10 verlegen (verschließe 0, die mit dem Einlaß 2 und dem Kompressoreintritt 5 verbunden sind. Die Verschiebung der Klappe 11 ist durch einen Steuerhebel 13 sichergestellt, dessen Bnde eine Rolle 13a tr^;igt, die in eine Nut 14 in einem Ring 15 greift, der axial auf einer festen /eile 16 verschiebbar ist. In die Bohrung

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des Rings 15 Bind zwei durch einen Anschlag 18 getrennte i'Juten 17a, 17b eingearbeitet. Die Velle 16 trägt ein Radiallager 19, das eixie tarierte Feder 19a uiid eine Kugel 1Mb enthalt, die mit der einen oder anderen der Nuten 17a und 17b zusammenwirken kann.

Da3 Steuereleine t 9 umfaßt auch ein bewegliches Teil oder einen Dübel 20, der als Funktion der Verschiebung der H es chi euniguj igst-· teuer ung ( Beschleunigerpedal) verschiebbar ist. dieses bauteil ist beispielsweise tränslatorisch fest mit eineru nicht dargestellten Gestänge verbunden, das der Reschleunigungsnteuerung zugeordnet ist. Das Bauteil 20 tr"gt zwei Flansche 21 und 22, die von der 'Zelle 16 durchsetzt sind und die bei der montage zu beiden Seiten des Ringes 15 positioniert sind. "Die Federn 23 und 24 sind zwischen die Flansche 21, 22 und den Ring 15 zwischengesetzt.

Die Figuren 3A bis 3^ erl-uter.i die mechanische Virkungsvveise der in Fig. 3 dargestellten Anordnung. Aus Gründen einer übersichtlichen Darstellung sind in den Figuren allein die Klappe 11, deren Gelentcachse 12, ihr Steuerhebel 13 sowie das Steuerelement 9 dargestellt worden.

Fig. 3Λ zeigt die Stellung der unterschiedlichen Elemente, wenn keine Virkung auf die Beschleunigungssteuerung (.Beschleunigerpedal) ausgeübt wird. Die Klappe 11 steht in der schematisch in durchgezogenen Linien in Fig. 3 ge zeigten Stellung. Die Verstellung der Anordnung ist derart, da3 die Feder 24 auf den Ring eine Kraft ausübt, die größer als die durch die Feder 23 erzeugte ist. Die vom Ring aufgenommene resultierende Kraft F hat den 'Vert

τ?

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wobei K. und k₂ jeweils die Federsteifigkeiten der Federn 23 und 24 und I₁ und I₂ die längen, über die die Federn komprimiert werden, sind.

Die nach rechts in Fig. 3A gerichtete Kraft wird auf den Hebel 13 übertragen, der die Klappe in der in ges ^i-,-chelten Linien in Fig. 3 gezeigten Stellung hält. In dieser Stellung dringt die Kugel 19b in die Nat 17a ein und stützt sich gegen den Anschlag 18 ab.

tilter diesen Bedingungen, die den niedrigen Arbeitsbereichen des Motors entsprechen, steht der Lufteinlaß 2 in Verbindung mit dem Luftfilter 8, anders ausgedrückt, der Motor arbeitet mit natürlicher Ansaugung.

Wirkt man auf das Beschleunigerpedal ein, um eine Erhöhung des Arbeitsbereichs des Motors bzw. der liotordrehzahl zu erhalten, so verschiebt sich der Bügel 20 nach links in Fig. 3A um einen entsprechenden Vert x. Die auf den Ring 15 durch die Federn 23 und 24 ausgeübte Kraft nimmt ab, wird zu Null und nimmt dann unter Änderung ihrer Richtung zu, ohne für das Verkippen der Klappe 11 zu sorgen. Nach einer Verschiebung X₁ erreicht die auf den Ring 20 ausgeübte resultierende Kraft den Wert F₁ (Fig. 3B), für den die Feder 19a tariert iäb.

In diesem Augenblick (Fig. 3C) verschiebt sich unter der Wirkung der Kraft F₁ der Ring 15 plötzlich nach links in der Figur um einen Betrag Xp, die Kugel 19b legt sich in die Nut 17b. Dies führt zu einem Verkippen der Klappe 11 in die zweite gestrichelt in Fig. 3 dargestellte Stellung, in der der Eintritt des Kompressors 5 mit dem Luftfilter b in Verbindung steht. Aus dieser Stellung des Bügels 20, die

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riern Schwellenwert ο. dec i^otorarbeitsbereichs entspricht, erhrit mar) die Aufladung des Motors durch den Kompressor In der neuer: Stellungjist die auf den Ring 1 5 durch die Federn 23 und 24 ausgeübte Kraft derart, dai3 dieser Ring it: seine erste Stellung nicht zurüciikehren kann. Eine zusätzliche '/ercchiebung des Bauteils 20 nach links in ^T<ig. 3C sorgt für eine zusätzliche Zusammendrückung der Feder 23» die die Klappe 1 1*der gestrichelt in Fig. 3 gezeigten stellung hält. * = in

I/'tft man das Beschleunigerpedal los, so wird das Bauteil 20 nach rechts in der Figur verschoben, Drehzahl bzw. leistungsbereich des Motors nehmen ab. Diese Bewegung vermindert die Kompression der Feder 2 3 und erhöht die der Feder 24. Das Bauteil 20 erreicht, indem es sich nach rechts in der Figur verschiebt, die in Fig. 3C dargestellte Lage, ohne für das Verkippen der Klappe 11 zu sorgen. Eine zusätzliche Verschiebung (Fig. 3D) ^x-> erhöht die Resultierende der auf den Rrg 15 ausgeübten Kräfte bis auf den Vert Fp.

In diesem Augenblick, verkippt der Ring 15 plötzlich und Kehrt in seine erste Stellung (Fig. 3E) zurück. Ausgehend von dieser Stellung des Bügels 20, die einem Arbeitsschwellenwert S₂ entspricht, arbeitet der Motor 1 von neuem mit natürlicher Ansaugung.

Die Figuren 3A bis 3E lassen erkennen, daß das Verkippen des Ringes 15 aus der einen Stellung in die andere für unterschiedliche Stellungen des Bauteils 20, ,ie nachdem, ob man beschleunigt oder verzögert, erhalten werden kann.

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Verwendet man beispielsweise Federn 23 und 24 gleicher Charakteristiken (Federsteif igkeit ic) und bezeichnet mit Xq die Differenz (Ip - I₁), so lißt sich der Vert der Kraft Fq schreiben als

|^pol=!^k · ^xol

'Venn darüberhinaus die Feder 19a so tariert wird, dai F₁ = Fq und wenn die Verschiebung des Ringes 15 über einen Bereich X₂ = 0,5 Xq erfolgt, so stellt man fest, dai3 der Yert X₁ = Xq und x, = 0,5 Xq ist.

Unter diesen Bedingungen wird die Verschiebung des Ringes 15 wiihrend der Beschleunigungsperioden (Figuren 3B- 3C) ausgelöst, wenn das Bauteil 20 unter einem Abstand X₁ = Xq von seiner in Fig. 3A dargestellten Ausgangslage ist, während die Rückführung des Ringes 15 in die Ausgangsstellung (Fig. 3D - 3S) aufhört, sobald der Bügel 20 sich unter einer Entfernung x. = 0,5 x_Q von der Ausgang-slage befindet.

Die Kurven der Fig. 3F zeigen die Verschiebung χ des Bügels 20 als Funktion der Zeit; die Verschiebung erfolgt zwischen dem Punkt A und dem Punkt B, wenn man auf die Beschleunigungssteuerung (Beschleunigerpedal) einwirkt, um Drehzahl oder Leistungsbereich des Motors zu erhöhen und erfolgt vom Punkt B gegen den Punkt A, wenn ,iede Wirkung auf die Beschleunigungssteuerung aufhört.

Die Kurve I - ausgezogen dargestellt - entspricht einer schnelleren Bewegung, die man dem Bügel 20 erteilen kann, indem plötzlich auf das Beschleunigerpedal eingewirkt wird. Die Kurve II in gestrichelten Linien ent-

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spricht einer .ontiriuierliche ■ , ."jedoch langsamerem Sewegur r des Bügels 20.

/erbleicht man die beide. Kurven, die im Augenblick tpden gleichet IJrsnrung Ap haben, so sieht man, daß der Sügel 20 die Pan'te C. oaer C, entsprechend dem Punkt C? derart daß AC = χ^ (Fig. 33) in den Augenblicken t .. oder t j..;i,. bezeichnet man mit At die von der Klappe zum vollständigen Veri ippen benotigte Zeit, anders ausgedruckt, die Zeit, die notwendig ist, damit der Bügel aus der in Fig. 3B dargestellten Lage injclie in Fig. 3G dargestellte übergeht, so sieht man, daß im Falle der kurve I das Verkippen der Klappe füllig für den Punkt D. entsprechend der Verschiebung AD des Bügels 20 beendet ist, .v.ihrend im Fall der Kurve II die Verschiebung gleich AE derart ist, daß AE ^ AD. * = erreicht

Dagegen beginnt bei einer Verzögerung das Verkippen der Klappe 11 an den Punkten F₁ bzw. F₀, das heißt dann, '/e m der Bügel 20 sich unter einer Entfernung χ. = AF von der Ausgangslage befindet.

Da die zum /er^ippen benötigte Zeit Δ t mit der Ausführungsform des Organs 7 und des Steuerelementes 9 verknüpft ist, \v:^;hlt man vorzugsweise, um Stöße in der Arbeitsweise des Motors zu vermeiden, die Stellung des Bügels 20, für die das Kippen der Klappe 11 beginnt, derart, daß dieses Verkippen völlig beendet wird, bevor der Bügel 20 seine maximale Verschiebung unabhängig von der VerschiebungsgeschwindigKeit durchlaufen hat, was sich durch die inathematische folgende Formel darstellt AD ^AB.

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-Vt-

Fig. 5 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Verteilers 7, der hier gebildet wird durch einen Körner 29, in dem zwei zylindrische Bohrungen 30 und 31, deren Achsen parallel sind, vorgesehen sind. £en;..recht zu diesen Achsen wird der Körner 29 des Verteilers von einer Steuerstange 32 durchsetzt, die sich um ihre Achse drehen l'ßt und die an ihrem Ort beispielsweise durch Seegerringe 33 gehalten ist, Verschl u.?. klapp en 34 und 35, die in den Bohrungen 30 und 31 angeordnet sind, sind fest mit der Stange 32 verbunden. Diese Klappen haben eine Gestalt, die Komplementär zu denen der Leitungen, in denen sie angeordnet sind, sind und sind in zwei im wesentlichen senkrechten Ebenen angeordnet. So verschließt in der in Fig. 5 dargestellten Lage der Stange 32 die Drosselklappe 35 fast vollständig die Bohrung 31» während die Drosselklappe 34 den Durchgang durch die Bohrung 30 fast völlig freigibt. Eine Drehung um etwa 90 der Stange 32 stellt die Drosselklappe 34 in die Verschlußstellung der Bohrung 30; die Drosselklappe 35 gibt die Bohrung 31 völlig frei. Eine erste öffnung ,jeder der Bohrungen 30 und 31 ist mit dem Luftfilter 6 über eine Leitung 36 verbunden; die zweite Öffnung der Bohrung 30 ist über eine Leitung 37 mit dem Lufteinlaß 2 des Motors verbunden; die zweite Öffnung der Bohrung 31 steht über einer Leitung 38 mit dem Kompressoreintritt in Verbindung, wenn der Verteiler wie in Fig. 1 dargestellt, angeordnet ist.

Für den Fall, daß der Verteiler die in Fig. 2 angegebene Lage einnimmt, steht die Leitung 36 nicht mehr mit dem Luftfilter 8, sondern mit der Luftzuführung 2 zum Motor in Verbindung; die Leitung 37 ist dann mit dem Luftfilter

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·' und die leitung 2>'r mit dem 'Kornpressoraustritt verbu Td e .ι.

'ijie Jteuer^ta.ige y/ ist beispielsweise drehfest mit dem Hebel 1 jverbu-ider, dessen i-Jnde 13a i^;i die Nut 14 oes beweglichen in Fig. 3 dargestellten Pinges 15 greift.

vif. 6 zeu;t eine veitere AusführungsiOrin des Verteilers 7, ^er dre:i '.'ege und zvei Stellungen hat und ein röhren-ί ürrniges Gehiiuce 39 aufweist. Der Körüer ist über eine Leitung 42 .nit dera Luftfilter H, dem Lufteinlaß 2 des i.Jotors über eine Leitung 43 und mit dem Eintritt des Kompressors 5 über eine Leitung 44 verbunden. Ein walzenartiger Kerner 40, in dem eine Leitung 41 vorgesehen ist, ist im Innern des Gehäuses 39 angeordnet und hat eine erste Stellung (in durchgu.o^e.iu.* j.inien in Fig. 6 dargestellt), in der die Leitung 41 die Leitungen 42 und 43 in Verbindung setzt und besitzt eine zweite Stellung (gestrichelt dargestellt), die die Leitungen 42 und verbindet.

Fig. 7 zeigt ein Verteilerelement 7 von der gleichen Bauart wie das der Fig. 6, das so ausgelegt ist, daß die Verbindung von EintritiJKOmpressor und AustritiKompressor in einer der Stellungen des "/alzenkörpers sichergestellt ist, welcher hierzu eine zweite Leitung 46 aufweist, die die Leitung 44 mit einer Leitung 45 verbindet, die mit dem Austritt des Kompressors b in Verbindung steht.

Fig. 4 zeigt auch schematisch eine andere Ausführungsform der Erfindung, die entsprechend der vorher angegebenen Variante arbeitet.

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Das Verteilerorgan 7 besteht aus einem liagietventil mit drei legen und zwei Stellungen, und zwar einer ersten Stellung (in Fig. 4 geneigt), in der das Luftfilter 8 mit dem Kompressoreintritt 5 in Verbindung steht und einer /..veite-: '-3tellung, in der das Luftfilter ausschließlich und direct mit dem Lufteinla'i 2 des luotors in Verbindung steht. Dieses lViagnetventil wird durch einen elextrischen Antrieb 7a gesteuert, welcher von dem insgesamt mit dem Bezugszeichen 9 bezeichneten Steuerelement betätigt wird. Das Steuerelement umfaßt einen Detektor 25, der ein Signal liefert, wenn einerseits die Verschiebung der Beschleunigungssteuerung 28 (Beschleunigerpedal) bei einer Geschwindigkeit vorgenommen wird, die wenigstens gleich einem vorbestimmten /ert ist und wenn andererseits die Verschiebung einer Beschleunigungssteuerung des T.iotors 1 entsnricht.

3in einfaches recht preiswertes und robustes AusführungsbeisT>iel für den Detektor 25 ist in I¹Ig. 4 schematisiert. Dieser DeteKtor besteht aus einer elektrischen ',Vic!dung, in deren Innerem sich ein magnetischer Kern verschieben kann, der *bewegungsf est mit dem der Beschleunigungssteuerung 2' zugeordneten Gestänge 23a verschieben kann. * = sich

Darüberhinaus schaltet ein dem Unterbrecher 26 zugeordnetes Regelorgan 27 die Virkung des Detektors 25 ein (valide), indem es ermöglicht, daß auf den Antrieb 7a das durch den Detektor 25 erzeugte Signal nur dann übertragen wird, wenn die Verschiebung der Beschleunigungssteuerung nicht einendem vorher angegebenen Schwellenwert S₁ entsprechenden Vert erreicht hat.

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-Vf-Z(O

Die Arbeits'.veise der /orrichtung ist einfach: Solange die Verschiebuiigsgesch.vindigrieit ν der Beschleunigungssteuerung 2-3 nicht einen vorbestimmten /ert v~ erreicht hat, der einem Befehl der schnellen Beschleunigung entspricht, liefert der Detektor 25 Kein Signal. Für einen .ert gleich oder größer Vq erzeugt der Detektor 25 ein Signal, welches auch den Antrieb 7a erst nach der Bestätigung durch das Regelorgan Übertragen werden kann. ".Venn gleichzeitig zur Erzeugung des Signals durch den Detektor die Bestätigung dieses Signals vorgenommen wird, hält das Regelorgan 27 den Unterbrecher 26 in seiner Schließstellung, in der die übertragung des Signals auf den Antrieb 7a ermöglicht wird. Letzterer betätigt den Schieber und stellt ihn in die zweite Stellung. Ein eventuell verstellbares, nicht dargestelltes Verzögerungselement hält den Schieber in seiner z.veiten Stellung während eines Zeitintervalls ^t und stellt dann den Schieber selbsttätig in die erste Stellung zurück.

Das Regelorgan 27 Kann vom Typ "Positionsdetektor" sein.

Im besonderen Pail eines Motors mit gesteuerter Zündung kann das Regelorgan 27 aus einer manometrischen Kapsel gebildet sein, die dem Drucic am Eintritt 2 des Motors ausgesetzt ist und die den Unterbrecher 26 nur dann öffnet, wenn dieser DrucK wenigstens gleich einem gewählten Druck kleiner als der atmosphärische Druck ist.

Modifikationen im Rahmen der Erfindung sind ohne weiteres möglich: In einer seiner Stellungen kann das Organ 7 den Einlaß 2 nicht direkt mit dem Luftfilter 8 sondern mit

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einem DruckluftSammler verbinden, der mit einem Druck höher als der atmosphärische Druck beaufschlagt wird, wobei die Beaufschlagung dieses Sammlers durch ein geeignetes, beispielsweise durch den Fotor 1 oder durch eines seiner zugehörigen Elemente (Batterie, Dynamo, "Vechselstromerzeuger) zu Augenblicken erreicht werden kann, in denen der Motor nicht bei maximaler Leistung betrieben wird.

Das Organ 7 kann auch aus einem Schieber der Bauart mit sich drehender «Yalze oder Trommel bestehen, oder auch aus einem Kolbenschieber, der unter der V/iricung des dem Druck eines Fluids ausgesetzten Kraftelementes verschiebbar ist.

Der das Steuerelement 9 bildende Detektor kann von an sich bekannter Bauart, abgesehen von den in den Figuren dargestellten Möglichkeiten sein: 1-ittfj λ.ημι oeispielsweise einen Detektor von der Bauart elektronischer Umdrehungszähler etc. verwenden.

Man kann auch ein Steuerelement mit einem Detektor vom Typ manometrische Kapsel verwenden, der das Organ 7 als Funktion des Druckes in der Motoreinlaßleitung betätigt. Diese Ausführungsform ist besonders im Fall eines Motors mit gesteuerter Zündung vorbehalten.

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Le 12 rs e

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Claims

DIPL. ING. DIETRICH LEAVALD it-dMO MJXCUEX 4O

PATENTANWALT BIHNAUERSTRASSBe

TELEFON 3O 00 14

niruixo. Dhtbi» Lvwild ■ Bimcu st«.β · SOOO mCkchex io

Äff.: 1675

INSTITUT PRANCAIS DU PETROLE

4» Avenue de Bois-Preau

F-92502 Rueil-Malmaison/Frankreich

Verfahren und Vorrichtung zum Verbessern des Leistungsverhaltens eines Motors mit Turbokompressor

PATENTANSPRÜCHE

^jJ Verfahren zum Verbessern des Leistungsverhaltens einer Verbrennungskraftmaschine mit einer durch die Abgase betriebenen Turbine, wobei die Turbine einen Luftkompressor antreibt, der über seinen Auslaß Luft unter Druck liefert, wenn seine Einlaßöffnung mit der Atmosphäre in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß während des Motorbetriebs die Arbeitsbedingungen des Motors ermittelt werden und als Funktion dieser Arbeitsbedingungen dem Motor eine Arbeitsweise aufgezwungen wird, von denen die erste Arbeitsweise erhalten wird, indem der Motor mit Luft unter einem gewissen Druck ausschließlich aus einer statischen Quelle gespeist wird, während man die vom Kompressor erzeugte Kompressionsarbeit auf einem geringen Wert hält und wobei die zweite Arbeltsweise der Verbrennungskraftmaschine der Speisung mit ausschließlich vom Kompressor

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'•.STBC-HHCKKOKTO MÜNCHEN .»«Ο2Ο-8ΟΟ „AYEPISCHE HVPOTHEKEX-UND WECnSKI-Ι,ΛΝ K mDNCUKN _3i.OOOOS_Sü

ORIGINAL INSPECTEp

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gelieferter Luft entspricht, wobei der Übergang von der einen Arbeitsweise in die andere schnellstmöglich durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß während der ersten Arbeitsweise der Verbrennungskraftmaschine die Einlaßöffnung des Kompressors völlig verschlossen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß während der ersten Arbeitsweise des Motors die Austrittsb'ffnung des Kompressors völlig verschlossen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß während der ersten Arbeitsweise des Motors die Eintritts- und Austrittsöffnungen des Kompressors in Verbindung gesetzt werden.
5· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß beim Anlaufen der Verbrennungskraftmaschine die erste Arbeitsweise aufgezwungen wird, daß der Übergang von der ersten zur zweiten Arbeitsweise allein dann hervorgerufen wird, wenn die Arbeitsbedingungen variieren und die vorbestimmten erstgenannten Bedingungen erfüllen und daß dann, wenn die Verbrennungskraftmaschine entsprechend der zweiten Ausführungsform arbeitet, der Übergang von der zweiten in die erste Arbeitsweise hervorgerufen wird, wenn die Arbeitsbedingungen unter Variieren in entgegengesetzter Richtung zweite festgelegte Bedingungen erreichen.

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6.Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß diese Arbeltsbedingungen ermittelt werden, Indem der Wert wenigstens einer für die Arbeltswelse des Motors repräsentativen Größe gemessen wird; daß die ersten und zweiten bestimmten Arbeltsbedingungen jeweils ersten und zweiten bestimmten Schwellenwerten dieser Größe, die sich von einander unterscheiden, entsprechen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß diese gemessene Größe die Drehgeschwindigkeit des Motors ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß diese gemessene Größe die Verschiebung der Beschleunigungsbetätigung des Motors ist.
9. Verfahren nach Anspruch 6, in Anwendung auf die Verbesserung der Arbeitsweise eines Motors mit gesteuerter Zündung, dadurch gekennzeichnet , daß diese Größe der Druck in der Sinlaßleitung 1st.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß beim Anlaufen der Motor mit der zweiten Arbeitsweise beaufschlagt wird, daß nacheinander der Übergang von der zweiten in die erste Arbeitsweise allein dann hervorgerufen wird, wenn die Arbeitsbedingungen erste vorbestimmte Bedingungen erreichen und daß dann der Übergang von der ersten zur zweiten Ausführungsform ein bestimmtes Zeitintervall nach dem Übergang der Motorarbeitsweise von der zweiten zur ersten Betriebswelse hervorgerufen wird.

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11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß diese Arbeitsbedingungen ermittelt werden, indem der Wert wenigstens einer für die Arbeitsweise des Motors repräsentativen Größe gemessen wird und daß diese ersten Arbeitsbedingungen einem ersten vorbestimmten Schwellenwert dieser Größe entsprechen.
12. Verfahren mch Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die gemessene Größe der Wert und die Richtung der Verschiebungsgeschwindigkeit der Beschleunigungsbetätigung des Motors ist und daß der Übergang von der zweiten zur ersten Betriebsweise hervorgerufen wird, wenn die Verschiebungsgeschwindigkeit unter Zunahme einen bestimmten Wert und eine Richtung entsprechend einer Beschleunigungsgrößenordnung des Motors erreicht hat und wenn gleichzeitig der Arbeitsbereich bzw. die Drehzahl des Motors kidner als ein bestimmter Schwellenwert wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 11, dadurch gekennzeichnet , daß dieser erste bestimmte Schwellenwert einer Motordrehzahl oder einem Motorleistungsbereich entspricht, der benachbart 60 # des maximalen Bereichs bezüglich der längsten Übersetzung ist, wenn das mit diesem Motor ausgestattete Fahrzeug in der Ebene fährt.
14. Vorrichtung zur Verbesserung der Arbeitsweise einer Brennkraftmaschine mit einer durch die Abgase betätigten Turbine, wobei die Turbine einen Luftkompressor treibt, dessen Einlaßöffnung mit der Atmosphäre verbindbar ist und dessen Auslaßöffnung mit dem Lufteinlaß des Motors verbunden ist, gekennzeich-

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net in Zuordnung zu einer Quelle unter bestimmten Druck stehender Luft,

ein Verteilerorgan (7) mit einer ersten Stellung, in der es die Quelle (8) und den Lufteinlaß (2) des Motors in Verbindung setzt und die vom Kompressor erzeugte Kompressionsarbeit auf einem geringen Wert hält; und mit einer zweiten Stellung, in der es den Motorlufteinlaß (2) ausschließlich mit dem Austritt des Kompressors verbindet; und durch ein Betätigungselement (9), das mit dem Verteilerorgan (7) zusammenwirkt und schnell dessen Übergang von der einen in die andere seiner Stellungen für vorbestimmte Arbeitsbedingungen des Motors herbeiführt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14» dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilerorgan so ausgebildet ist, daß es in der ersten Stellung den Kompressoreinlaß verschließt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14» dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilerorgan (7) so ausgebildet ist, daß es in seiner ersten Stellung den Kompressor-Austritt verschließt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 14» dadurch gekennzeichnet , daß das Verteilerorgan so ausgebildet ist, daß es in seiner ersten Stellung die Eintrittsöffnungen des Kompressors mit den Austrittsöffnungen verbindet.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17» dadurch gekennzeichnet , daß das Betätigungselement so ausgebildet ist, daß es selbsttätig für die Stellungsänderung des Verteilerorgans als Funktion des Wertes sorgt, der durch wenigstens eine für die Arbeits-

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bedingungen des Motors repräsentative Größe genommen ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch g ek e η η zeichnet , daß das Betätigungselement einen Detektor aufweint, der ein erstes Steuersignal dann liefert, wenn diese Größe einen Wert annimmt, für die die Drehzahl oder der Arbeitsbereich des Motors unter Zunahme einen ersten bestimmten Schwellenwert (Jl) erreicht und ein zweites Steuersignal dann liefert, wenn diese Größe einen Wert annimmt, für*die Drehzahl oder Arbeitsbereich des Motors unter Abnahme einen zweiten bestimmten Wert erreichen und daß dieses Steuerelement den Übergang von der ersten in die zwite Stellung des Verteilerorgans hervorruft, wenn das erste Signal erscheint und den Übergang aus der zweiten in die erste Stellung bei Auftreten des zweiten Signals hervorruft. * = den
20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Steuerelement einen Detektor aufweist, der in der Lage ist, ein Steuersignal dann zu liefern, wenn diese Größe einen bestimmten Wert annimmt und daß dieses Steuerelement den Übergang aus der zweiten in die erste Stellung des Verteilerorgans, wenn dieses Steuersignal erscheint, hervorruft; und daß ein Verzögerungselement vorgesehen ist, das den Übergang aus der zweiten in die erste Stellung nach einem bestimmten Zeitintervall hervorruft.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der bestimmte Wert dieser Größe einem Wert entspricht, für die Drehzahl oder Leistungsbereich des Motors unter Zunahme einen ersten bestimmten Schwellenwert erreichen.

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22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 oder 21, dadurch gekennzeichnet! daß dieser Detektor so ausgebildet ist, daß er die Drehgeschwindigkeit des Motors misst.
23. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 21, dadurch gekennzeichnet , daß dieser Detektor so ausgebildet ist, daß er die Verschiebung der Beschleunigungssteuerung des Motors misst.
24. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch g e k e η η -zeichn et, daß dieser Detektor so ausgebildet ist, daß er die Verschiebungsgeschwindigkeit und Richtung der Beschleunigungssteuerung des Motors misst; daß er ein Element zur Bestätigung des Steuersignals umfasst, das aus einem durch ein empfindliches Element betätigten Unterbrecherorgan besteht, wobei das Unterbrecherorgan eine Schließstellung aufweisen kann, die die Übertragung des Steuersignals des Detektors gegen das Verteilerorgan ermöglicht; und daß dieses empfindliche Element so ausgebildet ist, daß es das Unterbrecherorgan in seiner Schließstellung so lange hält, wie die Verschiebung der Beschleunigungssteuerung des Motors geringer als ein bestimmter Grenzwert bleibt.
25. Vorrichtung nach Anspruch 21 in Anwendung auf einen Motor mit gesteuerter Zündung, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor so ausgebildet ist, daß er Verschiebungsgeschwindigkeit und Richtung der Beschleunigungssteuerung des Motors misst; daß er ein Element zur Bestätigung des Steuersignals umfasst, welches durch ein von einem empfindlichen Element betätigtes Unterbrecherorgan gebildet ist, wobei das Unterbrecherorgan

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eine erste Schließstellung aufweist, in der die Überführung des Steuersignals vom Detektor in das Verteilerorgan ermöglicht ist und daß dieses empfindliche Element ein Druckdetektor ist, der so ausgebildet ist, daß er das Unterbrecherorgan in der Schließstellung so lange hält, wie der Druck am Motoreintritt geringer als ein bestimmter Wert ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß dieses Steuerelement besteht aus: einem längs einer festen Achse beweglichen Ring (15), einer als Funktion der Verschiebung der Beschleunigungsbetätigung des Motors verschiebbaren Bügel (20), wobei der Bügel zwei Arme (21; 22) zu beiden Seiten des Rings (15) aufweist; wobei tarierte Federn (19a) zwischen jedem Arm des Bügels und dem Ring angeordnet sind und ein Verriegelungselement bestehend aus einer Zügel und einer tarierten Feder in einer radialen Öffnung der festen Welle angeordnet ist, wobei die Kugel im Innern einer in die Bohrung des Rings eingearbeiteten Nut vorgesehen ist und mit einem in der Nut angeordneten und mit dem Ring festen Anschlag zusammenwirkt, wobei das Verriegelungselement jede Bewegung des Ringes so lange verhindert, wie die Resultierende der durch die Federn (23; 24) auf den Ring (15) ausgeübten Kräfte nicht den Tarierungswert des Verriegelungselements erreicht hat.
27. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch g e k e η η -zeichnet, daß das Verteilerorgan ein Magnetventil ist.
28. Vorrichtung nach Anspruch H, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilerorgan ein unter der Wirkung eines Druckfluids verschiebbarer Kolbenschieber ist.

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29. Vorrichtung nach Anspruch 14t wobei die von dieser Quelle gelieferte Loft unter bestimmtem Druck die atmosphärische Luft ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilerorgan aus einem hohlen Gehäuse mit drei öffnungen besteht, deren erste mit der Eingangsöffnung dee Kompressors, die zweite mit Motoreinlaß und die dritte mit der Atmosphäre verbindbar ist, wobei eine Klappe (11) um eine feste Gehäuseachse (12) verschwenkt und die Klappe in einer ersten Stellung die erste öffnung und in einer zweiten Stellung die zweite Öffnung verschließt und ein fest mit der Klappe verbundener Betätigungsarm für die Verschiebung sorgt, wobei der Betätigungsarm durch das Betätigungselement betätigbar ist.
30. Vorrichtung nach einem der Anbrüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet , daß dieses Verteilerorgan ein Gehäuse aufweist, in dem zwei Bohrungen im wesentlichen paralleler Achse ausgespart sind, wobei eine Betätigungsstange senkrecht zu diesen Achsen vorgesehen ist und dieses Gehäuse durchsetzt; zwei fest mit der Betätigungsstange verbundene Verschlußklappen vorgesehen sind, von denen jede in einer der Bohrungen angeordnet ist, zu der sie eine komplementäre diese Bohrung verschließende Gestalt aufweist, wobei diese beiden Klappen in im wesentlichen senkrechten Ebenen derart angeordnet sind, daß in einr ersten Stellung der Betätigungsstange eine der Bohrungen durch eine der Verschlußklappen verschlossen ist, während die zweite Bohrung durch die andere Klappe nur in einer zweiten Stellung der Betätigungsstange, die durch Drehung der letzteren erhalten ist, verschlossen wird, wobei die Drehung der Betätigungsstange durch das Steuerelement herbeiführbar ist.

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