DE3933518C2 - Turboladersystem mit zwei Turboladern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Turbolader­ system mit zwei Turboladern gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Aus der US-PS 3 906 729 ist ein Turboladersystem mit zwei Turboladern bekannt. Die Turbinen und die Kompressoren dieser Turbolader sind jeweils in Reihe geschaltet. Die Turbinen und der ansaugseitig zweite Kompressor sind mit Umgehungskanälen versehen, die jeweils mittels eines Ventiles verschließbar sind, um so das Turboladersystem den Anforderungen gemäß regeln zu können.

Es sind Turboladersysteme bekannt, die über zwei Turbolader verfügen, von denen der eine der Turbo­ lader eine kleinvolumige Einheit, die für einen Betrieb im niedrigen Geschwindigkeitsbereich verwendet wird, während der andere Turbolader eine großvolumige, für den Betrieb im hohen Geschwindigkeitsbereich verwendete Einheit ist. Es ist zu bemerken, daß der kleinvolumige Turbolader näher zur Maschine angeordnet ist, so daß das Abgas von der Ma­ schine zuerst der Turbine des kleinvolumigen und dann der Turbine des großvolumigen Turboladers zugeführt wird. Ande­ rerseits wird die zur Maschine geleitete Luft zuerst durch den Kompressor des großvolumigen und dann durch den Kompres­ sor des kleinvolumigen Turboladers komprimiert.

Bei einer derartigen Kombination eines klein- und großvolu­ migen Turboladers werden beide Einheiten konstant betrieben, was zu einem niedrigeren Wirkungsgrad während eines Hochge­ schwindigkeitszustandes der Maschine führt, weil Energie unnötigerweise verbraucht wird. Deshalb wird, um den Wir­ kungsgrad oder die Leistung zu steigern, ein System vorge­ sehen, wonach eine Umgehungsregelvorrichtung vorhanden ist, so daß sowohl der klein- wie auch der großvolumige Turbola­ der während eines Niedergeschwindigkeitszustandes betrieben werden, jedoch lediglich der großvolumige Turbolader im Hoch­ geschwindigkeitszustand betrieben wird, wie in den JP-GM- OS′en Nr. 50 - 1 29 815 und Nr. 59 - 82 526 offenbart ist.

Die Umgehungsregelvorrichtung ist mit einem Kanal versehen, der die Turbine des kleinvolumigen Turboladers umgeht, und in diesem Umgehungskanal ist ein Umgehungsregelventil ange­ ordnet, das auf den Ansaugdruck auf der Auslaßseite des kleinvolumigen Turboladers anspricht. Demzufolge wird, wenn die Motordrehzahl hoch wird, das Umgehungsregelventil geöff­ net und Abgas vom Motor zu einem Umströmen der Turbine des kleinvolumigen Turboladers gebracht, was eine gesteigerte Leistung zum Ergebnis hat. Das Umgehungsregelventil ist als ein Membranventil ausgebildet, das eine zum Motor-Ansaugka­ nal stromab vom Kompressor des kleinvolumigen Turboladers offene Membran sowie eine die Membran zum Schließen des Ven­ tils belastende Feder hat. Folglich wird, wenn ein Druck im Ansaugkanal stromab vom Kompressor höher ist als ein vorbestimmter Wert, der der Federkonstanten der Feder ent­ spricht, die Membran gegen die Kraft der Feder bewegt.

Wird der Druck weiter erhöht, so wird die auf die Membran zu deren Verlagerung wirkende Kraft größer. Deshalb hat die­ se Art eines Umgehungsregelventils eine lineare Charakteri­ stik zwischen dem Öffnungsgrad des Ventils sowie dem auf die Membran aufgebrachten Druck, wobei diese lineare Charak­ teristik durch die Federkonstante der Feder bestimmt ist.

Dieses Umgehungsregelventil mit einer einzigen Feder weist jedoch einen Nachteil insofern auf, als ein Abfall im Turbo­ druck an einem Schnitt- oder Begrenzungspunkt auftritt. Dieser Begrenzungspunkt wird als ein solcher bestimmt, der der Motordrehzahl entspricht, bei welcher der Anstieg im Turbodruck zum Ziel-Turbodruck hin abzufallen beginnt. Die am meisten erwünschte Charakteristik ist diejenige, wobei der Druck am Schnittpunkt gleich dem Ziel-Turbodruck ist; jedoch ist es schwierig, diese Charakteristik mit dem übli­ chen Stellantrieb mit nur einer Feder zu erlangen, da diese Feder lediglich einen einzigen Federkonstantenwert hat. Wenn der Wert der Federkonstanten größer gemacht wird, so kann der Ansaugdruck höher sein als der gewünschte Ansaug­ druck, wenn die Motordrehzahl hoch ist, jedoch wird, wenn der Wert der Federkonstanten geringer gemacht wird, das Ven­ til vorzeitig geöffnet, was einen Abfall des Drucks am Be­ grenzungspunkt hervorruft.

Ein Anstieg im Ansaugdruck an diesem Schnittpunkt ist mög­ lich, wenn die volle Hubstellung des Ansaug-Umgehungsregel­ ventils nicht an dem Punkt erreicht wird, an welchem der großvolumige Turbolader völlig oder gänzlich betrieben wird. Das ruft jedoch eine übermäßig hohe Drehzahl des kleinvolu­ migen Turboladers hervor, wodurch dessen Lebensdauer ver­ kürzt und der Kraftstoff-Ausnutzungsgrad abgesenkt wird, da der kleinvolumige Turbolader unnötigerweise betrieben wird.

Aus der DE-OS 35 15 632 ist eine Regeleinrichtung für einen Umgehungskanal zur Regelung des Ladedruckes bekannt, die vom Druck stromab des Verdichters derart beaufschlagt wird, daß dieser entgegen der Federkraft versucht, das Ventil zu öffnen. Zur Unterstützung dieses Druckes kann ein Unterdruck gesteuert an die Regeleinrichtung angelegt werden, so daß eine zweistufige Charakteristik betreffend die Öffnungsgeschwindigkeit erlangt wird.

Dem Anmeldungsgegenstand liegt die Aufgabe zugrunde, die Steuerbarkeit des gattungsgemäßen Turboladersystems zu verbessern.

Die Aufgabe wird anmeldungsgemäß durch die Merkmale des neuen Patentanspruchs 1 gelöst. Bei dem System gemäß Patentanspruch 1 wird sowohl der Frischgasdruck hinter dem ersten als auch hinter dem zweiten Kompressor zur Steuerung des Systems herangezogen. Dadurch wird die Steuerbarkeit des Turboladersystems wesentlich verbessert, da hierdurch eine Steuerung ermöglicht wird, bei der die Drehzahl und damit das Ladeverhältnis des zweiten Kompressors bereits heruntergeregelt werden kann, wenn der Ladedruck hinter dem ersten Kompressor einen bestimmten Grenzwert überschreitet, so daß es hinter dem zweiten Kompressor und damit im Ansaugtrakt des Motors gar nicht zu einer übermäßigen Druckerhöhung über einen bestimmten tolerierbaren Grenzwert kommen kann; wobei aus Sicherheitsgründen, für den Fall, daß die beschriebene Regelung nicht schnell genug erfolgt, zusätzlich der Frischgasdruck hinter dem zweiten Kompressor zur Steuerung des Bypass-Ventils herangezogen wird.

Das erfindungsgemäße Turboladersystem wirkt mit einem Verbrennungsmotor zusammen. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung verfügt das Turboladersystem über einen klein- und einen großvolumigen Turbolader, wobei sich der mit diesem Turboladersystem ausgerüstete Verbrennungsmotor auszeichnet durch einen mit dem Abgassystem verbundenen Abgas-Umgehungskanal, der die Turbine des klein­ volumigen, zweitstufigen Turboladers umgeht, durch eine als Ventil wirkende und in dem Abgas-Umgehungskanal angeordnete Abgas-Umgehungsre­ gelklappe, die die den kleinvolumigen, zweitstufigen Turbo­ lader umgehende Abgasmenge regelt, und durch eine auf den Ansaugdruck stromab vom Kompressor des zweitstufigen Turboladers ansprechende Umgehungsregeleinrichtung, die die Abgas-Umgehungsregelklappe derart regelt, daß diese allmäh­ lich öffnet, bis der Ansaugdruck einen vorbestimmten Druck­ wert erreicht, und sich nach Erreichen dieses vorbestimmten Druckwerts rapid öffnet, so daß die Geschwindigkeit einer zweistufigen Öffnungsgeschwindigkeitscharakteristik erlangt wird.

Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung wird eine Ventilanordnung zur Regelung eines Umgehungsventils in einem Umgehungskanal, der einen näher zur Maschine als ein groß­ volumiger Turbolader angeordneten kleinvolumigen Turbolader in einem sequentiellen Turboladersystem umgeht, geschaffen, die sich auszeichnet durch ein im Umgehungskanal angeordne­ tes Ventilelement, durch ein mit dem Ventilelement gekoppel­ tes Verbindungselement, durch ein mit dem Verbindungselement verbundenes flexibles Bauteil, durch eine das flexible Bau­ teil zum Schließen des Umgehungsventilelements belastende Feder, durch eine Regelkammer auf der einen Seite des fle­ xiblen Elements, welche mit dem Ansaugsystem stromab von dem kleinvolumigen, zweitstufigen Turbolader verbunden ist, so daß das Umgehungsregelventilelement geöffnet wird, wenn die Druckhöhe in der Regelkammer über einem vorbestimmten Wert liegt, und durch eine zweite Regelkammer, der ein Re­ geldruck zugeführt wird, um eine zusätzliche, auf das Ver­ bindungselement zur Erhöhung der Bewegungsgeschwindigkeit des Ventilelements zu übertragende Kraft zu erzeugen, ab­ grenzende Einrichtungen.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen an­ hand bevorzugter Ausführungsformen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungs­ gemäßen Turboladersystems;

Fig. 2 einen Längsschnitt eines Stellantriebs des Systems von Fig. 1;

Fig. 3(a) bis 3(f) Zeitdiagramme zum Betrieb des Systems der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform;

Fig. 4 ein Diagramm zur Beziehung zwischen der Motor­ drehzahl und dem Ansaugdruck;

Fig. 5 bis 10 verschiedene Ausführungsformen für einen Stellantrieb gemäß der Erfindung;

Fig. 11 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Turboladersystems, wobei ein Stellantrieb für ein Regelventil eines Ansaug-Umgehungskanals zur Anwendung kommt und der Stellantrieb hier­ für lediglich eine durch Taktsignale gesteuerte Membran aufweist;

Fig. 12 einen Flußplan zum Betrieb des in Fig. 11 dargestellten Systems;

Fig. 13 den Aufbau eines Taktsignals oder einer Impuls­ periode;

Fig. 14 eine Teilansicht einer Abwandlung des Systems von Fig. 1, wobei ein Regelventil im Ansaug- Umgehungskanal vorgesehen ist, um die Leistung der Maschine im Niederdrehzahlzustand, in wel­ chem die Turbolader nicht in vollem Ausmaß be­ trieben werden können, zu erhöhen.

Die Fig. 1 zeigt eine mit einem zweistufigen Turbolader­ system ausgestattete Brennkraftmaschine mit einem Motor­ block 10, an den sich ein Abgassystem mit einem Abgaska­ nal 12 und ein Ansaugsystem mit einem Ansaugkanal 14 an­ schließen, wobei zwei Turbolader 16 und 18 hintereinander angeordnet sind. Ein erststufiger Turbolader 16 mit einem großen Volumen ist entfernt von der Maschine angeordnet und umfaßt eine im Abgaskanal 12 liegende Turbine 20, einen im Ansaugkanal 14 liegenden Kompressor 22 und eine die Turbine 20 mit dem Kompressor 22 verbindende Drehwel­ le 24. Der Turbolader 18 der zweiten Stufe hat ein kleines Volumen und ist nahe der Maschine angeordnet. Dieser Lader 18 umfaßt eine im Abgaskanal 12 liegende Turbine 26, einen im Ansaugkanal 14 liegenden Kompressor 28 und eine die Turbine 26 sowie den Kompressor 28 verbindende Drehwelle 30. Die Turbine 20 des großvolumigen Laders 16 liegt in der Strömungsrichtung des Abgases (Pfeile f₁) stromab von der Turbine 26 des kleinvolumigen Laders 18. Der Kompres­ sor 22 des großvolumigen Laders 16 befindet sich in der Strömungsrichtung der Ansaugluft (Pfeile f₂) stromauf vom Kompressor 28 des kleinvolumigen Laders 18. Stromab vom Kompressor 28 des kleinvolumigen Laders 18 liegt im Ansaug­ kanal 14 ein Zwischenkühler 32.

Ein erster Abgas-Umgehungskanal 34 ist mit dem Abgaskanal 12 verbunden, um die Turbine 20 des großvolumigen Laders 16 zu umgehen, und in diesem Umgehungskanal 34 ist eine erste Abgas-Umgehungsregelklappe 36 angeordnet. Diese erste Regelklappe 36 ist mit einem ersten Unterdruck- Stellantrieb 38 verbunden, um den Ansaugdruck P5 stromab vom Kompressor 22 des großvolumigen Laders 16 zu regeln. Der erste Unterdruck-Stellantrieb 38 ist mit einer mit der Umgehungsregelklappe 36 verbundenen Membran 38a ver­ sehen, die dem Druck einer Feder 38b unterliegt, so daß der Umgehungskanal 34 normalerweise durch die Umgehungsre­ gelklappe 36 geschlossen wird. Der Stellantrieb 38 weist ferner auf der einen Seite der Membran 38a eine Druckkam­ mer 38c auf, die über eine Rohrleitung 39 mit dem Ansaug­ kanal 14 stromab vom Kompressor 22 des großvolumigen La­ ders 16 verbunden ist. Wenn der Druck im Ansaugkanal 14 stromab vom Kompressor 22 des großvolumigen Laders 16 einen vorbestimmten Wert erreicht, dann wird die Membran 38 gegen die Kraft der Feder 38b bewegt, so daß die Umge­ hungsregelklappe 36 geöffnet wird, was zum Ergebnis hat, daß der Ansaugdruck P5 stromab vom Kompressor 22 des groß­ volumigen Laders 16 auf einen vorbestimmten Wert eingere­ gelt wird.

Mit dem Abgaskanal 12 ist ein zweiter Umgehungskanal 40 verbunden, um die Turbine 26 des kleinvolumigen Laders 18 zu umgehen, und in diesem Kanal 40 ist eine zweite Ab­ gas-Umgehungsregelklappe bzw. ein Ventil 42 angeordnet. Diese Regelklappe bzw. das Ventil 42 ist mit einem zweiten Stellantrieb 44 verbunden, der, worauf noch näher eingegangen werden wird, auf den Druck P5 im Ansaugkanal stromab vom Kompressor 22 des großvolu­ migen Laders 16 und auf den Druck P6 im Ansaugkanal strom­ ab vom Kompressor 28 des kleinvolumigen Laders 18 anspricht, um den zweiten Umgehungskanal 40 zu öffnen, wenn die Werte dieser Drücke P5 und P6 gleich sind. Der Aufbau des zwei­ ten Stellantriebs 44 wird noch im einzelnen beschrieben.

Mit dem Ansaugkanal 14 ist ein (dritter) Ansaug-Umgehungs­ kanal 46 verbunden, um den Kompressor 28 des kleinvolumi­ gen, zweitstufigen Laders 18 zu umgehen, und ein pilz­ oder tellerförmiges Ansaug-Umgehungsregelventil 48 ist in dem dritten Umgehungskanal 46 angeordnet, wobei zu die­ sem Ventil 48 ein Ventilsitz 47 gehört. Das Ansaug-Umgehungs­ ventil 48 ist mit einem dritten Stellantrieb 50 zu seiner Öffnung verbunden, um einen durch den kleinvolumigen, zweitstufigen Lader 18 hervorgerufenen Pumpverlust, nach­ dem der großvolumige, erststufige Lader 16 in vollem Be­ trieb ist, zu verhindern.

Der dritte Stellantrieb 50 hat eine mit dem Ansaug-Umge­ hungsventil 48 verbundene Membran 50a sowie eine diese Membran derart belastende Feder 50b, daß der Umgehungska­ nal 46 üblicherweise durch das Umgehungsventil 48 ge­ schlossen wird. Ferner ist im Stellantrieb 50 eine erste Druckkammer 50c auf der einen, vom Ventil 48 entfernt lie­ genden Seite der Membran 50a ausgebildet, die mit dem An­ saugkanal 14 stromab vom Kompressor 28 des kleinvolumigen Lader 18 verbunden ist. Eine zweite Druckkammer 50d ist auf der anderen Seite der Membran 50a näher zum Ventil 48 im Stellantrieb 50 ausgestattet.

Um das Ansaug-Umgehungsregelventil 48 zu steuern, sind ein erstes Elektromagnet-Dreiwegeventil (EM-Dreiwegeventil) 52 und ein zweites EM-Dreiwegeventil 54 vorgesehen. Das erste Dreiwegeventil 52 wird zwischen einer entregten Stellung, in der die Druck- oder Membrankammer 50c zu einer Atmosphärendruckquelle 56, z.B. einem Luftfilter, offen ist, und einer erregten Stellung, in der die Kammer 50c mit dem Ansaugkanal 14 stromab vom Kompressor 28 des klein­ volumigen Turboladers 18 verbunden ist, umgeschaltet. Das zweite Dreiwegeventil 54 wird zwischen einer entregten Stellung, in der die zweite Membran- oder Druckkammer 50d zu einer Atmosphärendruckquelle oder einer Unterdruckquel­ le 58, wie einer üblicherweise für einen Dieselmotor vor­ gesehenen Saugpumpe, offen ist, und einer erregten Stellung, in der die zweite Druckkammer 50d mit dem Ansaugkanal 14 stromab vom Kompressor 22 des großvolumigen Laders 16 der ersten Stufe verbunden ist, umgeschaltet. Mit dem ersten sowie zweiten Dreiwegeventil 52 und 54 ist zur Steuerung des Betriebs dieser Ventile ein elektrisches Steuergerät 59 verbunden.

Die Fig. 2 zeigt Einzelheiten des zweiten Stellantriebs 44 zur Betätigung der Abgas-Umgehungsregelklappe 42. Der Stellantrieb 44 umfaßt einen ersten Faltenbalg 60 sowie einen zweiten Faltenbalg 62, die aus einem hitzebestän­ digen Material, wie Metall, gefertigt sind. Ferner weist dieser Stellantrieb 44 ein Basisteil 64 auf, in das eine Stange 66 frei eingesetzt ist. Das eine oder innere Ende der Stange 66 ist an eine mit einer Faltenbalghalterung 70 durch Schrauben 72 verbundene Platte 68 angeschlossen, wobei die Halterung 70 fest mit dem einen Ende des Falten­ balgs 60 verbunden ist. Das andere Ende dieses Faltenbalgs 60 steht mit dem Basisteil 64 in Berührung sowie in Ver­ bindung. Das andere oder äußere Ende der Stange 66 ist, wie die Fig. 1 zeigt, mit der Abgas-Umgehungsregelklappe 42 verbunden. Zwischen dem Faltenbalg 60 und einem Gehäuse­ mantel 75 ist eine erste Regelkammer 74 ausgebildet, in welcher eine Schraubenfeder 76 angeordnet ist, welche die Stange 66 zur Schließlage der Regelklappe 42 belastet.

Die Regelkammer 74 ist über eine Leitung 73 mit dem Ansaug­ kanal 14 stromab vom Kompressor 28 des kleinvolumigen Laders 18 verbunden, wie die Fig. 1 zeigt. Innenseitig der Membran 60 ist eine Kammer 77 ausgebildet, die mit der Atmosphä­ re über einen Spalt 78 und einen Kanal 80 im Basisteil 64 in Verbindung steht.

Das eine Ende des zweiten Faltenbalgs 62 ist fest an eine Anlageplatte 82 angeschlossen, durch die die Stange 66 frei hindurchtritt, während das andere Ende des zweiten Faltenbalgs 62 mit der Haube 84, die durch Schrauben 86 am Basisteil 64 fest angebracht ist, in Berührung und Ver­ bindung ist. Eine zweite Regelkammer 88 ist zwischen dem Faltenbalg 62, der Haube 84 und dem Basisteil 64 ausgebil­ det, wobei der Druck in dieser Kammer 88 in noch zu be­ schreibender Weise geregelt wird. Eine über einen Spalt 92 zur Atmosphäre offene Atmosphärendruckkammer 90 ist innerhalb des Faltenbalgs 62 ausgestaltet. An der Stange 66 ist ein Ringkragen 66-1 als Anschlag vorhanden, der auf seiner einen Seite mit der Anlageplatte 82 des Faltenbalgs 62 in Berührung ist.

Wie die Fig. 1 zeigt, ist ein drittes EM-Dreiwegeventil 100 vorhanden, das zwischen einer entregten Stellung, in der die Regelkammer 88 des Stellantriebs 44 mit einer At­ mosphärendruckquelle 102, wie einem Luftfilter, verbunden ist, und einer erregten Stellung, in der die Regelkammer 88 über eine Rohrleitung 101 mit dem Ansaugkanal 14 strom­ ab vom Kompressor 22 des großvolumigen Laders 16 verbun­ den ist, umgeschaltet wird. Das EM-Ventil 100 ist elek­ trisch mit dem Steuergerät 59 verbunden.

Das Steuergerät 59 steuert den Schaltvorgang für die EM- Ventile 52, 54 und 100, um einen gewünschten Betrieb der beiden Turbolader 16 und 18 zu erlangen.

Ein mit dem Steuergerät 59 verbundener Druckdifferenz- Meßgeber 103 hat einen ersten, mit dem Ansaugkanal 14 strom­ ab vom Kompressor 22 des großvolumigen Laders 16 verbunde­ nen Drucksignaleingang und einen zweiten Drucksignaleingang, der mit dem Ansaugkanal 14 stromab vom Kompressor 28 des kleinvolumigen Laders 18 verbunden ist. Der Meßgeber 103 hat einen an das Steuergerät 59 angeschlossenen elektri­ schen Signalausgang, und der elektrische Zustand des Aus­ gangs des Meßgebers 103 ist beispielsweise "niedrig", wenn der Druck P6 stromab vom Kompressor 28 des kleinvolumigen Laders 18 höher ist als der Druck P5 stromab vom Kompressor 22 des großvolumigen Laders 16. Der Ausgang des Meßgebers 103 wird "hoch", wenn der Druck P6 stromab vom Kompressor 28 des kleinvolumigen Laders 18 und der Druck P5 stromab vom Kompressor 22 des großvolumigen Laders 16 gleich sind.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 wird die Arbeitsweise der ersten Ausführungsform erläutert. Wenn die Motordrehzahl niedrig ist, so wird das erste Dreiwegeventil 52 erregt und die obere Membrankammer 50c des Stellantriebs 50 gegen­ über dem Druck P6 im Ansaugkanal 14 stromab vom Kompressor 28 des kleinvolumigen Laders 18 geöffnet. Das zweite Drei­ wegeventil 54 wird entregt, so daß die untere Druckkammer 50d zur Atmosphärendruckquelle oder bevorzugterweise zur Unterdruckquelle 58 geöffnet wird, wodurch das Ansaug-Umge­ hungsventil 48 durch die Kraft der Feder 50b abwärts bewegt wird. Der Überdruck P6 in der oberen Kammer 50c und der Atmosphären- oder Unterdruck in der unteren Kammer 50d ge­ währleisten, daß das Ventil 48 fest auf den Ventilsitz 47 gedrückt wird, um eindeutig jegliches mögliche Durchtreten von Ansaugluft zwischen dem Ventilelement 48 und dem Ventil­ sitz zu verhindern. Befindet sich die Maschine im Nieder­ drehzahlzustand, dann wird das dritte Dreiwegeventil 100 entregt und die Regelkammer 88 zur Atmosphärendruckquelle 102 geöffnet. Der Druck P6 im Ansaugkanal 14 stromab vom Kompressor 28 des kleinvolumigen Laders 18 wird zur Regel­ kammer 74 des Stellantriebs 44 geführt. In einem Nieder­ drehzahlbetrieb ist jedoch der Wert des Drucks P6 nicht hoch genug, um den Faltenbalg 60 gegen die Kraft der Feder 76 zu bewegen, so daß als Ergebnis die Abgas-Umgehungsre­ gelklappe 42 geschlossen bleibt. Ferner ist im Niederdreh­ zahlzustand der Druck P5 des Ansaugsystems stromab vom Kom­ pressor 22 des großvolumigen Laders 16 ebenfalls niedrig, so daß der Stellantrieb 38 die erste Abgas-Umgehungsregel­ klappe 36 im Schließzustand hält.

Wenn die Motordrehzahl erhöht wird, wird der Druck P6 am Auslaß des Kompressors 28 des kleinvolumigen Laders 18 rasch angehoben, wie die Linie L in Fig. 4 zeigt, jedoch wird der Druck P5 am Auslaß des Kompressors 22 des großvolumigen Laders 16 langsam angehoben, wie die Linie M in Fig. 4 zeigt. Wenn die Maschine sich im Niederdrehzahl­ zustand befindet, so ist folglich der Beitrag des kleinvo­ lumigen Laders 18 zur gesamten Aufladewirkung größer als derjenige des großvolumigen Laders 16.

Wird die Motordrehzahl erhöht, so daß der Druck P6 an der Regelkammer 74 des Stellantriebs 44 ausreichend ist, um den Faltenbalg 60 gegen die Kraft der Feder 76 zu verla­ gern, dann wird die Abgas-Umgehungsregelklappe 42 entgegen dem Uhrzeigersinn (in Fig. 1) bewegt, womit der Umgehungska­ nal 40 geöffnet wird. Dieser Punkt der Motordrehzahl an welchem die Abgas-Umgehungsregelklappe 42 geöffnet wird, wird als der "Schnitt- oder Begrenzungspunkt" (P in Fig. 3 und 4) bezeichnet. Der Druck P6 wird nach Erreichen des Schnittpunkts P allmählich erhöht, und die Abgas-Umgehungs­ regelklappe 42 wird durch die Membran 60 in Übereinstimmung mit einem weiteren Anstieg in der Motordrehzahl weiter ge­ öffnet.

In dieser Stufe des Betriebs des Stellantriebs 44 wird le­ diglich die erste Regelkammer 74 zum Aufladedruck hin geöff­ net, während die zweite Regelkammer 88 zum Atmosphärendruck geöffnet wird. Demzufolge wird der Faltenbalg 62 völlig ausgedehnt, so daß die Anlageplatte 82 vom Ringkragen oder Anschlagteil 66-1 der Stange 66 weg bewegt wird. Als Ergeb­ nis dessen wird die Membran 60 lediglich durch den Druck P6 in der Kammer 74 bewegt, so daß folglich eine relativ kontrollierte Geschwindigkeit in der Bewegung der Stange 66 erlangt wird. Das bedeutet, daß die Abgas-Regelklappe 42 nach Erreichen des Schnittpunkts P allmählich geöffnet wird, wie die Linie l₁ in Fig. 3(b) angibt.

Wird die Motordrehzahl auf einen Q in Fig. 4 entsprechenden Punkt erhöht, an welchem der Druck P5 stromab vom groß­ volumigen Lader 16 gleich dem Druck P6 wird, welcher auf einen konstanten Wert durch die Abgas-Umgehungsregelklappe 42 über den Stellantrieb 44 geregelt wird, so gibt der Meß­ geber 103 ein "hohes" Signal ab, wie in Fig. 3(f) gezeigt ist, weshalb das Steuergerät 59 Signale ausgibt, wodurch das erste EM-Ventil 52 entregt wird (Fig. 3(c)), so daß die obere Kammer 50c des Stellantriebs 50 zur Atmosphäre geöffnet wird, und das zweite EM-Ventil 54 erregt wird (Fig. 3(d)), wodurch die untere Kammer 50d gegenüber dem Ansaugdruck P5 stromab vom Kompressor 22 des großvolumigen Laders 16 geöffnet wird. Als Ergebnis wird die Membran 50a gegen die Kraft der Feder 50b aufwärts bewegt, um das Ansaug- Umgehungsventil 48 vom Ventilsitz 47 abzuheben, so daß folg­ lich ein wesentlicher Teil der Ansaugluft vom Kompressor 22 des großvolumigen Laders 16 in den Ansaug-Umgehungskanal 46 eingeführt wird. Gleichzeitig gibt das Steuergerät 59 ein Signal aus, durch das das dritte EM-Ventil 100 erregt wird (Fig. 3(e)), so daß der Druck P5 an die zweite Regel­ kammer 88 des Stellantriebs 44 gelegt und der Faltenbalg 62 bewegt wird, wodurch die Anlageplatte 82 zur Anlage am Ringkragen 66-1 verlagert wird, womit der Stange 66 eine Bewegung zur Öffnung der Umgehungsregelklappe 42 vermittelt wird. In diesem Fall wird eine dem Druck P6 in der ersten Regelkammer 74 plus eine dem Druck P5 in der zweiten Re­ gelkammer 88 entsprechende Kraft auf die Stange 66 gegen die Federkraft aufgebracht, so daß als Ergebnis die auf die Stange 66 wirkende Kraft auf diejenige erhöht wird, die für einen Niederdrehzahlzustand benötigt wird, wobei lediglich eine dem Druck P6 in der ersten Regelkammer 74 entsprechende Kraft aufgebracht wird. Auf Grund der Verdopp­ lung der auf die Stange 66 zum Öffnen der Abgas-Umgehungsre­ gelklappe 42 einwirkenden Kraft wird diese Regelklappe 42 sehr schnell nach Erreichen des Punkts Q geöffnet, wie die Linie l₂ in Fig. 3(b) zeigt. Es ist zu bemerken, daß am Punkt Q der Stellantrieb 38 die Regelklappe 36 öffnet, so daß der Druck auf Pset, welcher Wert durch die Feder 38b bestimmt ist, geregelt wird.

Bei dem Stellantrieb nach dem Stand der Technik hat die Abgas-Umgehungsregelklappe eine Einschritt-Öffnungscharak­ teristik, so daß nur eine spezielle Öffnungsgeschwindigkeit der Abgas-Regelklappe erreicht wird. Eine gewünschte Charak­ teristik der Abgas-Umgehungsregelklappe 42 ist eine solche, daß der Stellantrieb 44 die Klappe 42 völlig geschlossen hält, bis der vorbestimmte Einstelldruck Pset (Fig. 4) er­ reicht ist, und daß der Stellantrieb ein rasches Erreichen des völligen Hubes der Regelklappe 42, nachdem dieser Ein­ stell- oder Sollwert erreicht ist, zuläßt. Im Stand der Technik wird jedoch lediglich eine Feder verwendet, weshalb der Punkt R (Fig. 4), an dem das Öffnen der Klappe beginnt (Schnittpunkt), niedriger als der Sollwert sein muß, und der Druck wird allmählich auf den Solldruck erhöht, wie durch die Linie M in Fig. 4 angegeben ist, wenn die Motor­ drehzahl gesteigert wird, um die volle Hublage zu errei­ chen. Insofern besteht im Stand der Technik der Nachteil, daß eine gewünschte Turboleistung nicht erlangt werden kann. Wenn die einzige Feder im Stand der Technik auf einen Wert festgesetzt wird, der ein Öffnen der Klappe 42 im Punkt P zuläßt, so ist es schwierig, deren vollen Hubweg am Punkt Q zu erreichen, weshalb als Ergebnis der kleinvolumige La­ der unnötigerweise im Drehzahlbereich nach dem Punkt Q be­ trieben und folglich der Wirkungsgrad in der Kraftstoffaus­ nutzung vermindert wird.

Im Gegensatz hierzu bewirkt der Stellantrieb 44 nach der Erfindung ein Öffnen der Regelklappe 42 mit zwei Geschwin­ digkeiten. Ist die Motordrehzahl niedrig, d.h. P6 größer als P5, so wird lediglich die Kraft von P6 der Stange 66 über die erste Regelkammer 74 vermittelt, so daß die Feder 76 der aufgebrachten Kraft widerstehen kann, und der Stell­ antrieb 44 hält die Klappe 42 geschlossen, bis der Soll­ druckwert Pset erreicht wird, um einen höheren Schnittpunkt zu erlangen. Ist der Druck P5 gleich P6, so wird der Druck P5 in die zweite Regelkammer 88 eingeführt, wodurch sich die Bewegungsgeschwindigkeit der Stange 66 verdoppelt und ermöglicht wird, daß die Regelklappe rasch ihren vollen Hubweg unter Aufrechterhaltung des Solldrucks Pset erreicht.

Die Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Stellan­ triebs zur Betätigung der Abgas-Umgehungsregelklappe (42 in Fig. 1), die in einem Umgehungskanal (40 in Fig. 1), der die Turbine 26 des kleinvolumigen Laders (18 in Fig. 1) umgeht, angeordnet ist. Gemäß Fig. 5 umfaßt der Stellantrieb 118 eine erste Membran-Baugruppe 120 und eine zweite Mem­ bran-Baugruppe 122. Die erste Baugruppe 120 umfaßt ein Ge­ häuse 124, eine quer über das Innere des Gehäuses 124 sich erstreckende Membran 126, ein Paar von diese Membran 126 zwischen sich einklemmenden Membranplatten 128 und 130, eine Stange 132 mit einem ersten, mit der Membran 126 ver­ bundenen Ende und mit einem zweiten, mit der Abgas-Umge­ hungsregelklappe (42 in Fig. 1) verbundenen Ende, ein Füh­ rungsstück 134 für die Stange 132 sowie eine die Membran 126 zum Schließen der Abgasregelklappe (42 in Fig. 1) bela­ stende Feder 136. Die erste Baugruppe 120 bildet eine Kam­ mer 138 als eine Regelkammer auf der einen Seite der Mem­ bran 126, welche über einen Spalt 140 zur Atmosphäre offen ist, und eine Kammer 142 auf der anderen Seite der Mem­ bran 126.

Die zweite Membran-Baugruppe 122 umfaßt ein Gehäuse 144, eine quer durch das Innere des Gehäuses 144 sich erstrec­ kende Membran 146, ein Paar von diese Membran 146 zwischen sich einklemmenden Membranplatten 148 und 150, eine Stange 149 mit einem ersten, mit der Membran 146 verbundenen Ende sowie mit einem zweiten mit der Membranplatte 130 der ersten Baugruppe 120 in Berührung befindlichen Ende, ein Führungs­ element 151 und eine die Membran 146 zur Bewegung der Stan­ ge 149 von der ersten Baugruppe 120 hinweg belastende Fe­ der 152. Die zweite Baugruppe 122 bildet eine Kammer 154 auf der einen Seite der Membran 146, welche über einen Spalt 156 mit der Kammer 142 der ersten Baugruppe 120 in Verbindung steht, und eine Kammer 158 auf der anderen Seite der Membran 146. Die Kammer 158 ist als eine erste Regelkam­ mer zum Ansaugdruck P6 im Ansaugkanal stromab vom Kompres­ sor (28 in Fig. 1) des kleinvolumigen Laders (18 in Fig. 1) offen, während die Kammer 142 als eine zweite Regelkammer in ausgewählter Weise zur Atmosphäre oder zum Ansaugdruck P5 strom vom Kompressor (22 in Fig. 1) des großvolumigen Laders (16 in Fig. 1) geöffnet wird.

Im Betrieb der zweiten Ausführungsform wird im Niederdreh­ zahlzustand der Maschine wie bei der ersten Ausführungsform die zweite Regelkammer 142 zum Atmosphärendruck hin geöff­ net, weshalb die Feder 136 die Membran 126 verlagert, so daß die Membranplatte 130 mit der Stange 149 in Anlage kommt. Als Ergebnis wird nicht nur eine durch die Feder 152 erzeugte Kraft, sondern auch eine durch die Feder 136 erzeugte Kraft auf die Stangen 132 und 149, die miteinander verbunden sind, aufgebracht. Das bedeutet, daß einer durch den Druck P6 in der Regelkammer 158 erzeugten Kraft durch eine Kraft der beiden Federn 136 sowie 152, welche den Fe­ derkennwerten k1 und k2 der Federn 136 bzw. 152 proportio­ nal ist, entgegengewirkt wird. Demzufolge wird die Abgas- Umgehungsregelklappe (42 in Fig. 1), der die kombinierten Kräfte der Federn 136 und 152 vermittelt werden, allmählich geöffnet, wie durch eine Linie l₁ in Fig. 3(b) für die erste Ausführungsform dargestellt ist, und zwar gegen die starke Kraft der Federn 136 und 152 nach Erreichen des Schnittpunkts P.

Wenn der Druck P5 gleich dem Druck P6 ist, wird die Kammer 142 gegenüber dem Druck P5 geöffnet und die Bewegungsge­ schwindigkeit der Stange 132 zum Öffnen der Abgas-Regel­ klappe (42 in Fig. 1) allein durch die Feder 136 bestimmt, weil die Membran- oder Anlageplatte 130 von der Stange 149 der zweiten Baugruppe 122 getrennt ist. Demzufolge kann sich die Membran 126 rasch gegen die schwächere Kraft der Feder 136 bewegen, so daß die Abgas-Umgehungsregelklappe (42 in Fig. 1) schnell zu ihrer vollen Hublage geführt wird, wie durch die Linie l₂ in Fig. 3(b) für die erste Ausfüh­ rungsform dargestellt ist. Als Ergebnis dessen kann eine gewünschte Charakteristik des Turbodrucks durch den Stell­ antrieb 118 dieser zweiten Ausführungsform erlangt werden.

Die Fig. 6 zeigt eine dritte Ausführungsform, die gegen­ über derjenigen von Fig. 5 geringfügig abgewandelt ist. Bei dieser Ausführungsform sind die Membranen durch Falten­ bälge 170 und 172 ersetzt. Ferner zeigt die Fig. 6 den Aufbau der Abgas-Umgehungsregelklappe 42 näher.

Das eine Ende des Faltenbalgs 172 ist mit einer zwischenlie­ genden, ortsfesten Platte 174 verbunden, während das zweite Ende mit einer Stirnplatte 176, die einem Abwärtsdruck durch eine Feder 178 unterliegt, verbunden ist. An der Stirnplat­ te 176 ist eine Stange 179 fest angebracht. Eine erste Re­ gelkammer 180 außenseitig des Faltenbalgs 172 ist zum Ansaug­ druck P6 stromab vom Kompressor (28 in Fig. 1) des zweitstu­ figen, kleinvolumigen Turboladers 18 hin offen, während eine zweite Kammer 182 zur Atmosphäre offen ist. Der andere Faltenbalg 170 hat ein Ende, das mit einer Stirnplatte 184 verbunden ist, an welcher eine Anlageplatte 186 befe­ stigt ist, mit der das obere Ende der Stange 179 in Berüh­ rung steht. Um die Anlageplatte 186 zur Berührung mit der Stange 179 zu bringen, besteht der Faltenbalg 170 aus einem Metall mit einer Elastizität, durch die die Platte 186 ab­ wärts (in Fig. 6) gedrückt wird. Anstelle der oder zusätz­ lich zur Elastizität des Faltenbalgs 170 kann eine Feder vorgesehen werden. Die obere Fläche der Stirnplatte 184 ist mit einer Stange 188 verbunden, deren anderes Ende an einen Hebel 190 über einen Stift 192 angeschlossen ist. Der Hebel 190 ist über einen Zapfen 191 mit einer Welle 194 der Abgas-Regelklappe 42 verbunden, wobei die Regel­ klappe selbst in einem Ventilgehäuse 193 angeordnet ist. Um den Faltenbalg 170 herum ist eine zweite Regelkammer 196 ausgestaltet, die nach Wahl mit der Atmosphäre oder dem Ansaugdruck P5 stromab vom Kompressor (22 in Fig. 1) des großvolumigen Laders (16 in Fig. 1) zu verbinden ist.

Die Arbeitsweise des Stellantriebs von Fig. 6 ist zu der­ jenigen des Stellantriebs von Fig. 5 gleichartig. Wenn die Motordrehzahl niedrig ist, so wird die Kammer 196 außensei­ tig des Faltenbalgs 170 gegenüber dem Atmosphärendruck geöff­ net, so daß das untere Ende des Faltenbalgs 170 durch des­ sen eigene Elastizität abwärts bewegt wird und folglich der durch den Druck in der ersten Regelkammer 180 erzeug­ ten Kraft nicht nur durch die Kraft der Feder 178, sondern auch durch die Elastizitätskraft des Faltenbalgs 170 ent­ gegengewirkt wird. Demzufolge wird eine dem Federkennwert der Feder 178 und dem Federkennwert des Faltenbalgs 170 entsprechende sowie dem Druck in der ersten Regelkammer 180 entgegenwirkende Kraft groß, so daß die mit der Stange 188 gekoppelte Umgehungs-Regelklappe 42 in Übereinstimmung mit dem Anstieg des Drucks P6, nachdem der Schnittpunkt P erreicht ist, allmählich geöffnet wird, wie durch die Linie l₁ in Fig. 3(b) angegeben ist.

Wenn die Werte der Drücke P6 und P5 gleich sind, so wird der Druck P5 in die zweite Regelkammer 196 eingeführt, wo­ durch das untere Ende des Faltenbalgs 170 gegen dessen eigene elastische Kraft aufwärts bewegt und demzufolge die Anlageplatte 186 vom oberen Ende der Stange 179 entfernt wird. Deshalb wird der Öffnungsgeschwindigkeit der Abgas- Umgehungsregelklappe lediglich durch die Elastizität des Faltenbalgs 170, auf den der Druck P5 in der zweiten Regel­ kammer 196 aufgebracht wird, entgegengewirkt, so daß die der Druckkraft in der Kammer 196 entgegenwirkende Kraft vermindert wird, wodurch die Bewegungsgeschwindigkeit der mit dem Faltenbalg 170 über die Platte 184 verbundenen Stange 188 erhöht und demzufolge die Regelklappe 42 rasch mit einem Anstieg in der Motordrehzahl geöffnet wird, wie die Linie l₂ in Fig. 3(b) zeigt.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform kommen le­ diglich ein einziger Faltenbalg 200 und eine Membranplatte 202 zur Anwendung, wobei an dieser Membranplatte eine Ein­ richtung vorgesehen ist, um Zweidruck-Aufnahmeteile von unterschiedlichen Flächenbereichen an dieser zu erhalten, so daß die Öffnungsgeschwindigkeit der Abgas-Umgehungsregel­ klappe veränderlich ist. Der einzige Faltenbalg 200 hat ein erstes, mit einem Basisteil 204 verbundenes Ende und ein zweites, mit einer beweglichen Platte 206, die an der Membranplatte 202 durch Schrauben 208 befestigt ist, verbun­ denes Ende. Eine Feder 210 dient der Belastung der Membran­ platte 202 vom Basisteil 204 weg. Eine Stange 212 hat ein erstes, mit der Membranplatte 202 und ein nicht gezeigtes, mit der Abgas-Regelklappe (42 in Fig. 1) verbundenes zweites Ende. Ein rohrförmiges Führungsstück 214 ist mit einem ersten, einen ringförmigen Flansch, der mit der Membran­ platte 202 durch die Schrauben 208 verbunden ist, bestimmen­ den Ende versehen. Das Führungsstück 214 ist mit Bezug zu einem hohlen, stangenförmigen Bauteil 216, das mit einem Gehäuse 218 des Stellantriebs verbunden ist, verschiebbar. Zwischen der Membranplatte 202, dem Führungsstück 214 und dem stangenförmigen Bauteil 216 ist eine erste Regelkammer 220 ausgebildet. Das stangenförmige Bauteil 216 ist mit einer axialen Bohrung 226 versehen, deren erstes Ende über die Leitung 73 an den Ansaugkanal stromab vom kleinvolumi­ gen Lader (18 in Fig. 1) angeschlossen und deren zweites Ende zur ersten Regelkammer 220 hin offen ist. Demzufolge steht in der ersten Regelkammer 220 der Druck P6 an. Um einen luftdichten Verschluß der ersten Regelkammer 220 zu erlangen, ist ein O-Ring 222 vorgesehen.

Zwischen dem Faltenbalg 200, der Membranplatte 202, dem Führungsstück 214 und dem stangenförmigen Bauteil 216 ist eine zweite Regelkammer 224 ausgebildet, die nach Wahl mit der Atmosphärendruckquelle 102, z.B. einem Luftfilter, und dem Ansaugkanal 14 mit dem Druck P5 stromab vom erststufi­ gen, großvolumigen Lader (16 in Fig. 1) in Verbindung ge­ bracht werden kann.

Wenn bei der Ausführungsform von Fig. 7 die Motordrehzahl niedrig ist, wird das EM-Dreiwegeventil 100 so geschaltet, daß die zweite Regelkammer 224 zur Atmosphärendruckquelle 102 geöffnet wird, was zum Ergebnis hat, daß lediglich der Druck P6 in der ersten Regelkammer 220 auf den ersten Druck­ aufnahmebereich der Membranplatte 202 aufgebracht wird, um den Faltenbalg 200 zu verlagern. In diesem Fall wird die Kraft als ein Produkt des Drucks P6 und der kreisförmi­ gen Fläche der Platte 202, die dem Druck P6 ausgesetzt ist, bestimmt, so daß folglich die Bewegungsgeschwindigkeit der Membranplatte 202 gegen die Kraft der Feder 210 nach Errei­ chen des Schnittpunkts (P in Fig. 4) niedrig ist und als Ergebnis die Abgas-Umgehungsregelklappe 42 allmählich nach Erreichen des Schnittpunkts geöffnet wird, wie die Linie l₁ in Fig. 3(b) zeigt, um den vorgegebenen Turboladerdruck (Pset in Fig. 4) aufrechtzuerhalten.

Wenn der Druck P5 des erststufigen, großvolumigen Laders (16 in Fig. 1) gleich dem Druck P6 des zweitstufigen, klein­ volumigen Laders (18 in Fig. 1) am Punkt Q in Fig. 4 ist, wird das Dreiwegeventil 100 umgeschaltet und der Druck P5 in die zweite Regelkammer 224 eingeführt. In diesem Fall wird nicht nur die Kraft des Drucks P6 in der ersten Kammer 220, sondern auch eine zweite Kraft des Drucks P5 in der zweiten Kammer 224 auf die Membranplatte 202 aufgebracht, um diese gegen die Kraft der Feder 210 zu bewegen. Diese zweite Kraft ist ein Produkt des Drucks P6 und der ringför­ migen Fläche der Membran, die dem Druck P5 ausgesetzt ist. Demzufolge wird die Verlagerungsgeschwindigkeit des Falten­ balgs 200 gegen die Kraft der Feder 210 erhöht, so daß die Abgas-Regelklappe 42 rasch zu ihrem vollen Hub geöffnet wird, wie die Linie l₂ in Fig. 3(b) zeigt.

Bei der gegenüber Fig. 7 abgewandelten, in Fig. 8 gezeig­ ten Ausführungsform hat die Membranplatte 202 eine ringför­ mige Gestalt, während die bewegliche Platte 206 mit einer Vertiefung oder Ausnehmung 206a mit einer Bodenfläche, an der das rohrförmige Führungsstück 214 anliegt und mit der Platte 206 verbunden ist, versehen ist. Durch diese Ausfüh­ rungsform wird ein Absenken einer vertikal auf das Führungs­ stück 214 bei seiner axialen Bewegung aufgebrachten Hemm­ kraft ermöglicht, so daß eine ruhige, glatte Bewegung der Stange 212 ohne Rücksicht auf irgendeine Fehlausrichtung des Gelenksystems der Abgas-Umgehungsregelklappe immer er­ langt werden kann.

Eine weitere Abwandlung gegenüber der Ausführungsform von Fig. 7 ist in Fig. 9 dargestellt, wobei das Führungsstück 214 und das stangenförmige Bauteil 216 von Fig. 7 durch einen zweiten Faltenbalg 230 mit einem ersten, an der einen Flansch aufweisenden Membranplatte 202 befestigten und mit einem zweiten, an der Innenfläche des Gehäuses 218 des Stell­ antriebs angeschlossenen Ende ersetzt sind. Bei dieser Aus­ führungsform ist die erste Regelkammer 220 innenseitig des zweiten Faltenbalgs 230 ausgebildet. Diese Ausführungsform ist insofern von Vorteil, als der O-Ring 222 (s. Fig. 7) entfallen kann und die Anforderungen in bezug auf die Prä­ zision für die Ausführungsform von Fig. 7 erleichtert wer­ den, weil das rohrförmige Führungsstück 214 und das stangen­ förmige Bauteil 216 fortfallen. Ferner ermöglicht das Vor­ sehen des zweiten Faltenbalgs 230 anstelle des Führungs­ stücks und des stangenförmigen Bauteils eine Verminderung in der auf die Flansch-Membranplatte 202 quer zu deren Be­ wegungsrichtung aufgebrachten Hemmkraft, was zum Ergebnis hat, daß eine glatte, ruhige Bewegung ohne Rücksicht auf eine unvermeidliche Verschiebung oder Fehlausrichtung des die Stange 212 mit der Regelklappe (42 in Fig. 1) verbin­ denden Gelenk- oder Gestängesystems zu erlangen ist.

Die Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform, wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, um den Druckunterschied zwi­ schen der ersten Regelkammer 250 und der zweiten Regelkam­ mer 252 zur Regelung der Öffnungsgeschwindigkeit der Um­ gehungsregelklappe zu verändern. Bei dieser Ausführungs­ form muß die Maschine mit einer Unterdruckquelle 102′ aus­ gestattet werden. Gemäß Fig. 10 hat ein erster Faltenbalg 254 ein erstes mit einer Bördelrandplatte 256 und ein zwei­ tes mit einem Basisteil 258 verbundenes Ende. Die Bördel­ randplatte 256 ist über einen Hebel und eine Stange 260 mit der Welle der Regelklappe 42 verbunden, wobei eine Fe­ der 262 die Bördelrandplatte 256 zum Schließen der Klappe 42 abwärts belastet. Ein zweiter Faltenbalg 264 ist mit seinem ersten Ende fest am Basisteil 258 angebracht, wäh­ rend sein zweites Ende fest mit einer Stirnplatte 266 ver­ bunden ist. Die Stange 260 geht frei durch die Stirnplatte 266, so daß ein Ringspalt 268 zwischen der Stange 260 und der Stirnplatte 266 besteht. Die erste Regelkammer 250 ist außenseitig des ersten Faltenbalgs 254 ausgebildet und zum Ansaugdruck P6 stromab des kleinvolumigen Laders (18 in Fig. 1) offen. Die zweite Regelkammer 252 ist zwischen dem ersten sowie zweiten Faltenbalg 254 bzw. 264 ausgebil­ det, wobei ein Dreiwegeventil 100 in ausgewählter Weise die zweite Regelkammer 252 mit der Unterdruckquelle 102′, z.B. einer Unterdruckpumpe, wenn die Maschine ein Dieselmo­ tor ist, oder mit einer Atmosphärendruckquelle verbindet. Die Stange 260 ist mit einem Anlageglied 270 von hülsenför­ miger Gestalt versehen, das an der Stange 260 durch eine Stellschraube 272 gehalten wird. Das Anlageglied 270 hat eine konische Stirnfläche 270-1 mit einer zur konischen Fläche 266-1 der Stirnplatte 266 des zweiten Faltenbalgs 264 komplementären Gestalt. Der zweite Faltenbalg 264 weist eine Elastizität auf, die es ermöglicht, daß die Flächen 266-1 und 270-1 üblicherweise voneinander getrennt sind.

Im Betrieb der Ausführungsform von Fig. 10 wird im Nieder­ drehzahlzustand der Maschine die erste Regelkammer 250 ge­ genüber dem Druck P6 stromab vom zweitstufigen, kleinvolu­ migen Lader geöffnet, während die zweite Regelkammer 252 über das entregte Dreiwegeventil 100 zur Atmosphärendruck­ quelle offen ist. Demzufolge wird die Stirnplatte 266 vom Anlageglied 270 durch die Elastizität des Faltenbalgs 264 weg bewegt, wobei die zweite Regelkammer 252 zur Atmosphä­ re offen ist. Das bedeutet, daß lediglich der Druck P6 in der Kammer 250 nötig ist, um die Kraft der Feder 262 zu überwinden und die Stange 260 in der Pfeilrichtung A zum Öffnen der Regelklappe 42 zu bewegen. Deshalb wird diese Klappe 42 allmählich im Anfangszustand geöffnet, wie durch die Linie l₁ in Fig. 3(b) angegeben ist.

Wenn die Maschine einen Zustand erreicht hat, in dem der großvolumige Lader (16 in Fig. 1) in vollem Betrieb ist, dann wird das Dreiwegeventil 100 umgeschaltet, so daß die zweite Regelkammer 252 zur Unterdruckquelle 102′ geöffnet und der Faltenbalg 264 abwärts entgegen seiner Elastizität bewegt wird, wodurch die Stirnplatte 266 an ihrer Fläche 266-1 mit der Stirnfläche 270-1 des Anlageglieds 270 zur Anlage kommt. Dadurch wird ein Druckunterschied zwischen den Regelkammern 250 und 252 wegen des Unterdrucks in der Kammer 252 erhöht, so daß der Druck P6 in der ersten Kammer 250 eine schnelle Bewegung der Bördelrandplatte 256 über ihren vollen Hubweg hervorruft, wie die Linie l₂ in Fig. 3(b) zeigt.

Bei der Ausführungsform von Fig. 11 ist ein Stellantrieb 300 zur Betätigung der Abgas-Umgehungsregelklappe 42 vorge­ sehen. Dieser Stellantrieb 300 hat lediglich eine Membran 302, eine die Membran zum Schließen der Regelklappe 42 belastende Feder 304 und eine Regelkammer 306 auf der einen Seite der Membran 302, die von der Feder 304 entfernt ist. Ein EM-Dreiwegeventil 308 wird zwischen einer AUS-Stellung, in welcher die Kammer 306 zum Atmosphärendruck offen ist, und einer AN-Stellung, in welcher die Kammer 306 gegenüber dem Druck P6 stromab vom Kompressor 28 des kleinvolumigen Laders 18 offen ist, umgeschaltet.

Das EM-Ventil 308 wird durch Impulssignale vom Steuergerät 59 betätigt, welches eine Impulsperiode oder Schaltdauer der Impulssignale regelt, so daß die gewünschte Charakteri­ stik des Ansaugdrucks, wie sie durch die Kurve in Fig. 4 dargestellt ist, erhalten wird. Wenn die Motordrehzahl nie­ drig ist, d.h. der großvolumige Lader ist nicht völlig in Betrieb, so wird die Impulsperiode so geregelt, daß der Druck in der Kammer 306 niedriger ist als der Druck P6, womit die Umgehungsregelklappe allmählich geöffnet wird. Ist die Motordrehzahl hoch und der Druck P5 gleich dem Druck P6, dann wird die Impulsperiode so geregelt, daß der Druck in der Kammer 306 gleich dem Druck P6 ist und somit die Regelklappe 42 schnell geöffnet wird. Als Ergebnis wird eine zweistufige Charakteristik in der Öffnung der Umge­ hungsregelklappe 42 erhalten.

Die Fig. 12 zeigt einen Flußplan zum Ansaugdruck-Regelvor­ gang einschließlich der Impulsperioden- oder Schaltdauer­ regelung des Signals zum Betrieb des Dreiwegeventils 308. Im Schritt 310 wird entschieden, ob der Druck P5 stromab vom großvolumigen Lader 16 gleich dem Druck P6 stromab vom kleinvolumigen Lader ist. Ist P5 < P6, d.h., die Motor­ drehzahl ist niedrig, so geht die Routine zum Schritt 312 über, in dem das Dreiwegeventil 54 in die AUS-Stellung ge­ bracht und Atmosphärendruck in die Kammer 50d des Stellan­ triebs 50 eingeführt wird, um das Ventil 48 zu schließen. Im Schritt 314 wird eine Impulsperiode des an das Dreiwege­ ventil 308 zu legenden Impulssignals berechnet. Diese Im­ pulsperiode ist ein Verhältnis einer Dauer eines Impulses δ zur Dauer von einem Zyklus des Signals Δ in Fig. 13. Im Schritt 314 wird ein Wert der Impulsperiode so berechnet, daß der Druck in der Kammer 306, die zum Druck P6 offen ist, modifiziert wird, um eine Charakteristik für einen Anstieg der Öffnungsgeschwindigkeit der Regelklappe 42, die der Linie l₁ (in Fig. 3(b)) gleichartig ist, zu er­ halten. Als Ergebnis wird eine relativ geregelte Öffnungs­ geschwindigkeit der Klappe 42 zwischen den Punkten P und Q in Fig. 4 erlangt.

Wenn im Schritt 310 entschieden wird, daß der Druck P5 gleich dem Druck P6 ist, so geht die Routine zum Schritt 316 über, in welchem das Dreiwegeventil 54 in die AN-Stellung gebracht wird, so daß der Druck P5 der Kammer 50d des Stellantriebs 50 zum Öffnen des Ansaug-Umgehungsregelventils 48 zugeführt wird. Im Schritt 318 wird der Wert 0 in das Taktsignal ein­ geführt, so daß die Kammer 306 des Stellantriebs 300 stän­ dig zum Ansaugkanal 14 stromab des kleinvolumigen Laders 18 offen ist, wodurch der Druck in der Kammer 306 auf P6 gebracht wird und gleich dem Druck P5 ist. Demzufolge wird die Öffnungsgeschwindigkeit der Regelklappe 42 erhöht und die Kennlinie l₂ in Fig. 3(b) erhalten. Im Schritt 320 wird die im Schritt 314 berechnete Impulsperiode (das Taktsignal) zum Dreiwegeventil 308 ausgegeben.

Die Fig. 14 zeigt eine Abwandlung der ersten Ausführungs­ form (Fig. 1), durch die die Leistung der Maschine während eines Niederdrehzahlzustandes, in welchem die Lader 16 und 18 nicht völlig die Aufladebetriebsweisen ausführen können, gesteigert wird. Bei dieser Ausführungsform ist ein Ansaug- Bypasskanal 400 zusätzlich vorgesehen, der das Ansaugsy­ stem stromauf vom Kompressor 22 des erststufigen, großvo­ lumigen Laders 16 mit dem Ansaugsystem stromab vom Zwischen­ kühler 32 verbindet. Ein Ansaug-Bypassregelventil 402 ist im Kanal 400 angeordnet und mit einem Stellantrieb 404 ver­ bunden. Dieser hat eine mit dem Regelventil 402 verbundene Membran 406, eine die Membran 406 zum Öffnen des Ventils 402 belastende Feder 408 und eine zum Druck P6 stromab vom Kompressor 28 des kleinvolumigen Laders 18 offene Kammer 410.

Befindet sich die Maschine im Niederdrehzahlzustand, in welchem nicht nur der großvolumige Lader 16, sondern auch der kleinvolumige Lader 18 einen Aufladevorgang nicht aus­ führen, so ist der Druck P6 niedrig, weshalb der Stellan­ trieb 404 ein Öffnen des Regelventils 402 zuläßt, wodurch eine ausreichende Luftmenge in den Motorblock 10 über den Ansaug-Bypasskanal 400 eingeführt werden kann, wie der Pfeil V zeigt, so daß die Leistung der Maschine in einem Niederdrehzahlzustand verbessert wird.

Wird auf Grund des Aufladebetriebs der Turbolader 16 und 18 der Ansaugdruck P6 erhöht, so ermöglicht der Stellan­ trieb 404 ein Schließen des Bypass-Regelventils 402, wodurch der Ansaug-Bypasskanal 400 verschlossen wird. Ansonsten ist die Arbeitsweise dieselbe wie diejenige der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform.

Claims (20)

1. Turboladersystem mit zwei Turboladern (16, 18), deren Turbinen (20, 26) und Kompressoren (22, 28) jeweils in Reihe geschaltet sind, wobei die Turbinen (20, 26) und der ansaugseitig zweite Kompressor (28) jeweils einen mit einem Ventil (36, 42, 48) verschließbaren Umgehungskanal (34, 40, 46) haben, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Ventils (42), das im abgasseitig ersten Umgehungskanal (40) angeordnet ist, sowohl der Frischgasdruck hinter dem ersten (22) als auch der hinter dem zweiten Kompressor (28) herangezogen wird.

2. Turboladersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (42), das im abgasseitig ersten Umgehungskanal angeordnet ist, öffnet sobald der Frischgasdruck hinter dem ersten (22) oder hinter dem zweiten Kompressor (28) einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.

3. Turboladersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Turbolader eine unterschiedliche Größe aufweisen und eine Steuereinrichtung (100, 103, 108) zur Steuerung eines Stellantriebs (44, 118, 300) für das Ventil (42) vorgesehen ist, um das Ventil (42) allmählich zu öffnen bis ein vorbestimmter Druck (P5) an einer Meßstelle auf der Einlaßseite stromabwärts des Kompressors (22) des größeren Turboladers (16) erreicht ist, und um das Ventil (42) schnell zu öffnen, nachdem der vorbestimmte Druck (P5) an der Meßstelle erreicht ist.

4. Turboladersystem nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb (44) ein mit dem Ventil (42) verbundenes Verbindungselement (66, 149,188, 212, 260), ein mit dem Verbindungselement in Verbindung stehendes flexibles Bauteil (60, 146, 172, 200, 254, 302), eine das flexible Bauteil zum Schließen des Ventils (42) belastende Feder (76, 152, 178, 210, 304), eine Regelkammer (74, 158, 180, 220, 250, 306) auf der einen Seite des flexiblen Bauteils, welche mit dem Ansaugsystem (14) stromab des kleinvolumigen Turboladers (18) verbunden ist, so daß das Ventil (42) geöffnet wird, wenn der Ansaugdruck (P6) einen vorbestimmten Druckwert erreicht, und Einrichtungen, die auf einen Unterschied im Ansaugdruck (P6) der Ansaugluft stromab des Kompressors (28) des kleinvolumigen Turboladers (18) und eines vorbestimmten Drucks (P5) der Ansaugluft strom­ ab vom Kompressor (22) des erststufigen, großvolumigen Tur­ boladers (16) ansprechen, um die Öffnungsgeschwindigkeit des Ventils (42) zu erhöhen, wenn der Druck stromab des Kompressors (28) des kleinvolumigen Turboladers (18) und der Druck des Kompressors (22) des Turboladers (16) im wesentlichen einander gleich sind, umfaßt.

5. Turboladersysten nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeitsregeleinrichtung Elemente zur Ab­ grenzung einer zweiten Regelkammer (88, 142, 196, 224, 252), welcher ein Regeldruck zur Änderung einer Öffnungsgeschwin­ digkeit des Ventils (42) zugeführt wird, umfaßt, und daß Einrichtungen, die eine wahlweise Einführung des Regeldrucks in Übereinstimmung mit einem Unterschied zwi­ schen dem Ansaugdruck (P6) der Ansaugluft stromab vom Kompres­ sor (28) des kleinvolumigen Turboladers (18) und des vorbestimmten Drucks (P5) der Ansaugluft stromab des Kom­ pressors (22) des erststufigen, großvolumigen Turboladers (16) ermöglichen, vorgesehen sind.

6. Turboladersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die abgrenzenden Elemente ein zweites flexibles Bauteil (264), das auf seiner einen Seite die zweite Kammer (252) bestimmt, eine zweite, mit dem zweiten flexiblen Bauteil (264) verbundene Feder und Einrichtungen zur Übertragung der Be­ wegung des zweiten flexiblen Bauteils (264) auf das Verbin­ dungselement (260), um die Öffnungsgeschwindigkeit des Ventils (42) zu erhöhen, wenn der Regel­ druck in die zweite Regelkammer (252) eingeführt wird, umfassen.

7. Turboladersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragenden Einrichtungen eine am zweiten flexib­ len Bauteil (264) befestigte Anlageplatte (266) und ein am Verbindungselement (260) angebrachtes Anlageteil (270) umfassen, wobei die Anlageplatte (266) durch die zweite Feder so belastet ist, daß sie vom Anlageteil (270) gelöst ist, und der Regeldruck an der zweiten Kammer (252) eine Anlage der Anlageplatte (266) an dem Anlageteil (270) ermöglicht, um die Öffnungs­ geschwindigkeit des Ventils (42) zu er­ höhen.

8. Turboladersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragenden Einrichtungen ein zweites, vom ersten Verbindungselement (149) getrenntes Verbindungselement (132), das das erste Verbindungselement (149) mit dem Ventil (42) verbindet, eine mit dem zweiten Ver­ bindungselement (149) zusammenwirkende und mit dem zweiten flexiblen Bauteil (126) verbundene Anlageplatte (130) sowie eine die Anlageplatte (130) mit dem ersten Verbindungselement (149) zur Anlage belastende Feder (136) umfassen, wobei der Re­ geldruck an der zweiten Kammer ein Lösen der Anlageplatte (130) vom ersten Verbindungselement (149) ermöglicht, um die Öffnungs­ geschwindigkeit des Ventils (42) zu erhöhen.

9. Turboladersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die abgrenzenden Elemente ein zweites flexibles Bauteil (264), das eine zweite Regelkammer (252) an seiner einen Seite bestimmt, eine Entlüftungsventileinrichtung (100), die normalerweise ein Öffnen der zweiten Regelkammer zur Atmosphäre ermöglicht, und Einrichtungen (102′) zur Verbin­ dung des Regeldrucks als einen Unterdruck zur zweiten Regel­ kammer (252), um das Entlüftungsventil zu schließen, so daß der Druckunterschied zwischen der ersten (250) und zweiten Regelkammer (252) erhöht wird, um die Öffnungsgeschwindigkeit des Ventils (42) zu erhöhen, umfassen.

10. Turboladersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die abgrenzenden Elemente ein rohrförmiges Bauteil (214) mit einem gegenüber einem Außendurchmesser des ersten flexiblen Bauteils (200) kleineren Durchmesser und Einrich­ tungen (208) zur Verbindung des einen Endes des rohrförmi­ gen Bauteils mit dem ersten flexiblen Element, so daß die zweite Regelkammer (224) zwischen dem ersten flexiblen Ele­ ment und dem rohrförmigen Bauteil gebildet wird, umfassen, wobei eine dem Durchmesser des rohrförmigen Bauteils ent­ sprechende Kraft erzeugt wird, die auf das erste flexible Bauteil (200) aufzubringen ist, wenn der Ansaugdruck in die erste Regelkammer (220) eingeführt wird.

11. Turboladersystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtungen ein hohles, stangenförmi­ ges Bauteil (216) umfassen, dessen eines Ende zur ersten Regelkammer (220) offen und dessen anderes Ende mit der Ansaugdruckquelle verbunden ist, wobei das rohrförmige Bauteil (214) an dem hohlen, stangenförmigen Bauteil (216) verschiebbar ist.

12. Turboladersystem nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine mit dem ersten flexiblen Element (200) verbundene Stirnplatte (206), die mit einer zum ersten flexiblen Ele­ ment hin gerichteten Vertiefung (206a) versehen ist, wobei das rohrförmige Bauteil (214) an einem ersten Ende von die­ sem mit der Bodenfläche der Vertiefung verbunden ist.

13. Turboladersystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtungen einen Faltenbalg (230) umfassen, dessen erstes Ende mit dem ersten flexiblen Ele­ ment (200) und dessen zweites Ende mit einem Gehäuse (218) des Stellantriebs verbunden ist.

14. Turboladersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeitsregeleinrichtungen ein Dreiwege­ ventil (308) mit einer ersten Stellung, in welcher die erste Regelkammer (306) mit dem Ansaugsystem (14) stromab des Kompressors (28) des zweitstufigen, kleinvolumigen Turbola­ ders (18) verbunden ist, und mit einer zweiten Stellung, in der die erste Regelkammer zur Atmosphäre offen ist, sowie Einrichtungen (59) zur Lieferung eines Impulssignals zu dem Dreiwegeventil, so daß die Impulsperiode des Impuls­ signals in Übereinstimmung mit der Motordrehzahl verändert wird, umfassen, wobei die Öffnungsgeschwindigkeit des Ventils (42) mit steigender Motordrehzahl höher wird.

15. Turboladersystem nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Ansaug-Umgehungskanal (400) mit einem ersten, mit dem Ansaugkanal (14) stromauf des Kompressors (22) des großvolumigen Turboladers (16) und mit einem zweiten, mit dem Ansaugsystem stromab des Kompressors (28) des kleinvolumigen Turboladers (18) verbunde­ nen Ende, durch ein den Ansaug-Umgehungskanal normalerweise verschließendes Ventilelement (402) und durch eine Betäti­ gungseinrichtung (404), die das Ventilelement schließt, wenn der Ansaugdruck (P6) höher als ein vorbestimmter Wert ist, so daß die Maschinenleistung während eines Niederdrehzahl­ zustandes gesteigert wird, obwohl der großvo­ lumige Turbolader (16) und der kleinvolumige Tur­ bolader (18) nicht voll betrieben werden.

16. Turboladersystem nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Ansaug-Umgehungskanal (46), der zur Umgehung des Kompressors (28) des kleinvolumigen Turbola­ ders (18) mit dem Ansaugsystem (14) verbunden ist, durch ein Ansaug-Umgehungsregelventil (48), das üblicherweise den Ansaug-Umgehungskanal (46) schließt, und durch eine Betäti­ gungseinrichtung (50), die das Ansaug-Umgehungsregelventil (48) öffnet, wenn der Unterschied zwischen dem vorbestimmten Druck (P5) strom­ ab des Kompressors (22) des großvolumigen Turboladers (16) und dem Ansaugdruck (P6) stromab des Kompressors (28) des klein­ volumigen Turboladers (18) vermindert wird.

17. Turboladersystem nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Betätigungseinrichtung einen Membran- Stellantrieb (50) mit einer mit dem Ungehungsventil (48) verbundenen Membran (50a), mit einer das Umgehungsventil in die Schließstellung belastenden Feder (50b) und mit einer Regelkammer (50c) auf der einen Seite der Membran sowie ein elektrisches Umschalt-Regelventil (52) zur wahl­ weisen Zufuhr eines Ansaugdrucks in die Regelkammer umfaßt.

18. Turboladersystem nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine zweite Kammer (50d) auf der anderen Seite der Membran (50a) und Einrichtungen (54), die ermöglichen, die zweite Kammer einem Unterdruck auszusetzen, um in eindeutiger Weise das Ansaug-Umgehungsventil (47) zu schließen, wenn ein großer Unterschied zwischen dem Druck stromab des Kom­ pressors (22) des großvolumigen Turboladers (16) und dem Druck des Kompressors (28) des kleinvolumigen Turboladers (18) besteht.

19. Turboladersystem nach einem der Ansprüche 1-18, gekennzeichnet durch ein Umgehungsventil (36) in einem Umgehungskanal (34), der den großvolumigen Turbolader (16) umgeht, wobei das Umgehungsventil (36) mit einem Unterdruckstellantrieb (38) verbunden ist, der eine Regelkammer (38c) umfaßt, welche mit dem Ansaugsystem (14) stromab von dem großvolumigen Turbolader (16) ver­ bunden ist, so daß das Umgehungsventil (36) geöff­ net wird, wenn die Druckhöhe in der Regelkammer über einem vorbestimmten Wert liegt.

20. Turboladersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragenden Einrichtungen einen Anlagekragen (270) am Verbindungsteil (260) umfassen, wobei die Anlage­ platte (266) durch die zweite Feder derart belastet ist, daß die Anlageplatte (266) vom Anlagekragen (270) gelöst ist, wobei der Regeldruck an der zweiten Kammer eine Anlage der Anlage­ platte (266) am Anlagekragen (270) zur Erhöhung der Öffnungsgeschwin­ digkeit des Ventils (42) ermöglicht.