DE69406398T2 - Turboladerkontrollvorrichtung - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf Mittel zur Steuerung von Turbolader, insbesondere - wenn auch nicht ausschließlich - auf Mittel zur Steuerung von Turboladern für Verbrennungsmotoren, wie z.B. Hubkolben-Dieselmotoren.
• Es ist bekannt, daß die Steuerung der Temperatur der Ladeluft, die von einem Abgasturbolader kommend in einen Hubkolben-Dieselmotor einströmt, erfolgen kann, indem die Ladeluft zuerst durch einen Zwischenkühler oder Kühler geleitet wird, wobei eine um den Zwischenkühler oder kühler herumführende Umgehungsleitung vorhanden ist, um eine Unterkühlung der Ladeluft unter bestimmten Betriebsbedingungen, z.B. beim Start und bei niedrigen Außentemperaturen, zu vermeiden. Bekannt (z.B. aus GB-A-1 255 956) ist die Steuerung der Umgehungsleitung mittels eines Ventils, z.B. eines Klappenventils, welches unter dem Einfluß eines Stellglieds steht, das seinerseits durch einen im Motoreingang befindlichen Temperaturfühler gesteuert wird. Eine solche Anordnung ist teuer und nicht problemlos den Gegebenheiten kleinerer Motoren, z.B. denen von Nutzfahrzeugen, anzupassen.
• Eine Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Ventilmittels zur Steuerung der Zwischenkühler/Kühler-Umgehungsleitung von einem Abgasturbolader zu einem Motoreingang, welches einfach und daher im Vergleich zu den bekannten Steuerungsmitteln kostengünstig ist.
• Erfindungsgemäß wird ein Ventilmittel zur Steuerung einer Zwischenkühler/Kühler- Umgehungsleitung geschaffen, welches ein Ventil zur Steuerung des Stroms von Ladeluft durch die Umgehungsleitung umfaßt sowie Thermostatmittel, die in der Lage sind, am oder nahe dem Motoreingang die Temperatur der Ladeluft zu messen sowie die Öffnung des Ventils zu bewirken, wenn die Temperatur der Ladeluft niedrig ist. Besagtes Ventilmittel ist in Anspruch 1 beschrieben.
• Im allgemeinen kann das Ventilmittel in der Art gestaltet sein, wie sie für die Regelung der Temperatur der Kühlflüssigkeit eines Verbrennungsmotors Verwendung findet, d.h. es handelt sich um ein Thermostatventil. Im vorliegenden Fall wird jedoch ein Funktionieren des Thermostatventils umgekehrt zu den üblicherweise in einem Motorkühlsystem befindlichen Ventilen vorgezogen, so daß sich ein Versagen des Ventils nicht auf die Betriebssicherheit auswirkt, d.h. daß das Ventil in diesem Fall geöffnet ist.
• In einer Ausführungsform umfassen Temperaturmeßmittel und Ventilbetätigungsmittel einen wachsgefüllten Dehnkörper.
• Das Ventilglied kann röhren- oder scheibenförmig sein und kann axial beweglich auf dem Ventilkörper angeordnet sein.
• Das Ventilmittel umfaßt vorzugsweise ein Ventilgehäuse, welches ein Ende der Umgehungsleitung formt, und in welchem das Ventil montiert ist, wobei das Gehäuse Mittel aufweist z.B. einen Absatz oder eine Stirnfläche, an die das Ventilglied anstoßen kann, um so die Umgehungsleitung zu schließen. Vorzugsweise formt das Gehäuse stromabwärtige Ende der Umgehungsleitung, wodurch das Temperaturmeßmittel des Ventils unmittelbar am Motoreingang angeordnet wird.
• Andererseits handelt es sich bei der Erfindung um die Kombination eines Verbrennungsmotors, eines Abgasturboladers, eines Zwischenkühlers, durch den Ladegas vom Turbolader zum Motor geleitet wird, einer Umgehungsleitung um den Zwischenkühler herum und eines Ventilmittels zur Steuerung der Umgehungsleitung, wie in Anspruch 7 beschrieben.
• Die Erfindung ist exemplarisch in den beigefügten Zeichnungen schematisch dargestellt, von denen
• Fig. 1 ein herkömmliches (dem Stand der Technik entsprechendes) System zur Steuerung einer Kühler/Zwischenkühler-Umgehungsleitung von einem Abgasturbolader zu einem Motoreingang zeigt;
• Fig. 2 eine Fig. 1 im wesentliche ähnliche Darstellung ist, die eine Steuerungsanordnung entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
• Fig. 3 ein ausschnittsweiser Querschnitt durch einen Teil des Ventilmittels für die in Fig. 2 dargestellte Steuerungsanordnung ist; und
• Fig. 4 ein ausschnittsweiser Querschnitt ähnlich dem in Fig. 3 ist der ein speziell für die Nachrüstung vorhandener Motoren abgewandeltes Ventilmittel zeigt.
• Die Zeichnungen zeigen Mittel zur Steuerung der Temperatur der Ladeluft, die von einem Abgasturbolader kommend in einen Verbrennungsmotor, z. B. einen Hubkolben-Dieselmotor, einströmt Fig. 1 stellt eine bekannte Vorrichtung dar, bei der eine Umgehungsleitung für heißes Gas um einen Kühler oder Zwischenkühler herumführt, der zwecks Kühlung der Ladeluft im Durchflußweg vom Turbolader zur Lufteinlaßöffnung des Motors angeordnet ist. Die Umgehungsleitung ermöglicht den direkten Strom von heißer Ladeluft zum Motoreingang, um so eine Unterkühlung der Ladeluft wie sie beispielsweise bei einem Start des Motors bei kalter Witterung auftreten könnte, zu vermeiden. Die Umgehungsleitung für die heiße Ladeluft wird von einem Ventil, z.B. einem Klappenventil, gesteuert, das in der Umgehungsleitung angeordnet ist und durch ein externes Stellglied betätigt wird, welches seinerseits der Steuerung durch einen externen Temperaturwächter unterliegt, auf den wiederum ein in der Lufteinlaßöffnung des Motors befindlicher Temperaturfühler einwirkt. Ein solcher Mechanismus ermöglicht eine exakte Regelung der Temperatur der Ladeluft, ist jedoch kostenintensi, in seiner Herstellung. Zusätzlich handelt es sich um einen weitgehend externen Mechanismus, was bei einigen Automobilkonstruktionen, bei denen nur begrenzt Raum zur Verfügung steht, Schwierigkeiten verursachen kann.
• Fig. 2 zeigt ein Mittel 1 zur Steuerung der Temperatur der Ladeluft, die von einem Abgasturbolader (nicht abgebildet) kommend in einen Verbrennungsmotor (nicht abgebildet), z.B. einen Hubkolben-Dieselmotor, einströmt, in einer Anomnung, die eine Umgehungsleitung 2 um einen Kühler oder Zwischenkühler 3 herum aufweist, welcher zwecks Kühlung der Ladeluft im durch Pfeile 4 gekennzeichneten Durchflußweg vom Turbolader zur Lufteinlaßöffnung 5 des Motors angeordnet ist. Die Umgehungsleitung 2, die durch das Ventil 6 gesteuert wird, ermöglicht den direkten Strom heißer Ladeluft zur Lufteinlaßöffnung 5, um so eine Unterkühlung der Ladeluft, wie sie z.B. beim Start des Motors bei kalter Witterung auftreten könnte, zu vermeiden.
• Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung ähnelt also im allgemeinen der in Fig. 1 dargestellten, jedoch wird der Ventilmechanismus, einschließlich des Stellgliedes und des Temperaturwächters zur Steuerung der Umgehungsleitung 2 für die heiße Ladeluft durch ein Thermostatventil 6 ersetzt, das sich in seiner Gesamtheit innerhalb der Umgehungsleitung 2 und/oder des Motoreingangs 5 befindet und so angeordnet ist, daß es die Temperatur der Ladeluft unmittelbar am Motoreingang mißt.
• Wie in Fig. 3 der Zeichnungen gezeigt, ähnelt das Thermostatventil 6 für die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform im allgemeinen denjenigen Thermostatventilen, die seit langem bekannt sind und in Motor-Kühlsystemen Verwendung finden, um beim Start die Zeit bis zum Erreichen der Betriebstemperatur zu verkürzen. Das Thermostatventil umfaßt ein scheibenförmiges Befestigungsteil 7, welches den Ventilkörper 17 in seinem Gehäuse 8, das ein Ende der Umgehungsleitung 2 formt, in Position hält und ein bewegliches Ventilglied 9 trägt, welches durch Federmittel, z.B. eine Schraubenfeder, 10 in einer Öffnungsposition - wie in Fig. 3 gezeigt - gehalten wird und durch Antriebsmittel 11, die z.B. einen Dehnkörper aus Wachs, wie allgemein bekannt, umfassen können, in eine Schließposition (nicht abgebildet) gezogen wird. Der wächserne Dehnkörper bildet das Temperaturfühlteil 12 des Thermostatventils und ist so gestaltet, daß er zwecks Messung der Temperatur der Ladeluft in oder nahe der Lufteinlaßöffnung 5 des Motors angeordnet werden kann. Das Thermostatventil der vorliegenden Erfindung zeichnet sich gegenüber der bekannten, in Motor-Kühisystemen verwendeten Anordnung dadurch aus, daß sich im vorliegenden Fall ein Versagen des Ventils nicht auf die Betriebssicherheit auswirkt, d.h. daß das Ventilglied und damit die Umgehungsleitung für die heiße Luft im Fall des Versagens geöffnet ist - wie in Fig. 3 gezeigt -, um eine Unterkühlung des Motors zu vermeiden.
• Das Ventilglied 9 ist ein an seinen Enden offener, hohler zylindrischer oder röhrenförmiger Körper, welcher axial verschiebbar im Gehäuse 8 angebracht ist, wobei eine im Gehäuse befindliche Dichtung 20 den Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und der Wandung des Ventilglieds 9 abdichtet, so daß die durch das Ventil 6 strömende Ladeluft ausschließlich durch das röhrenförmige Ventilglied 9 strömen kann. Bei Betrieb schließt das Ventilglied 9, was eine Schließung der Umgehungsleitung 2 bewirkt, um so zu vermeiden, daß Luft die nicht den Zwischenkühler passiert hat, in den Motor gelangt, wenn der Temperaturfühler 12 am Motoreingang 5 eine ausreichend hohe Temperatur mißt. Das Ventilglied 9 schließt, indem es sich - Fig. 3 folgend - nach links bewegt, so daß das zylindrische oder röhrenförmige Ende 13 des Ventilglieds 9 an ein scheibenförmiges Ende 14 des Gehäuses 8 anstößt, und so der Strom von Luft durch das Ventilglied 9 und damit durch die Umgehungsleitung 2 unterbunden wird.
• Die in Fig. 4 gezeigte Anordnung ähnelt im allgemeinen der oben unter Bezugnahme auf Fig. 2 und Fig. 3 beschriebenen, ist jedoch für die Nachrüstung vorhandener Systeme aus Motor, Turbolader und Zwischenkühler/Kühler vorgesehen. Die Form des in Fig. 4 gezeigten Ventils, bei dem das Ventilglied 15 scheibenförmig ist, kann in einigen Fällen der in Fig. 3 gezeigten Anordnung, bei der das Ventilglied 9 röhrenförmig ist, vorzuziehen sein, da es die Verwendung eines relativ einfachen Ventilgehäuses 16 gestattet, verglichen mit dem relativ komplexen Ventilgehäuse, das in Fig. 3 gezeigt ist. Fig. 4 zeigt das Ventilglied in seiner Öffnungsposition (gestrichelte Linien) sowie in seiner Schließposition (durchgehende Linien); in letzterer stößt die Scheibe 15 an einen Absatz 18 des Gehäuses an und schließt so die Umgehungsleitung 2.
• Die Erfindung schafft so einen einfachen aber wirkungsvollen Mechanismus zur Steuerung einer Umgehungsleitung für heiße Luft in der Art, wie sie beschrieben ist, welcher in seiner Gesamtheit im Inneren der Umgehungsleitung angeordnet ist und wesentlich weniger kompliziert ist als die bekannte, in Fig. 1 gezeigte Anordnung.

Claims (7)

1. Ventilmittel (1) zur Steuerung des Stroms von Ladeluft durch die Umgehungsleitung (2) eines Turbolader-Zwischenkühlers, wobei das Ventilmittel (1) aufweist: ein Ventil (6) in der Umgehungsleitung, Betätigungsmittel (11) für das Ventil und Mittel (12) zur Messung der Temperatur der Ladeluft, wobei die Meßmittel operativ mit den Ventilbetätigungsmitteln (11) gekoppelt sind,

gekennzeichnet durch

ein Ventilgehäuse (8, 16), das einen Ventilabschnitt mit einem Eingang und einem Ausgang bechreibt und das so gestaltet ist, daß es zumindest einen Teil besagter Umgehungsleitung (2) formt,

einen Ventilkörper (17), der vom Ventilgehäuse getragen wird,

ein Ventilglied (9, 15), das beweglich in den Ventilkörper montiert ist und ausschließlich dazu dient, den Luftstrom durch die Umgehungsleitung zu steuern,

Federmittel (10) auf dem Ventilkörper die das Ventilglied (9, 15) in einer Position halten, in der die Umgehungsleitung geöffnet ist

Betätigungsmittel (11) auf dem Ventilkörper zur Bewegung des Ventilglieds zwischen Öffnungsund Schließposition sowie

thermostatische Mittel (12) auf dem Ventilkörper, die sich über besagten Ventilabschnitt hinaus erstrecken, zur Messung der Temperatur der Ladeluft, wobei besagte thermostatische Mittel operati, mit den Ventilbetätigungsmitteln gekoppelt sind, um so die Schließung der Umgehungsleitung durch das Ventilglied zu bewirken, wenn die gemessene Temperatur einen bestimmten Wert erreicht.

2. Ventilmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßmittel (12) und Ventilbetätigungsmittel (11) einen wachsgefüllten Dehnkörper umfassen.

3. Ventilmittel nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (9) röhrenförmig ist und axial beweglich auf dem Ventilkörper (17) angeordnet ist.

4. Ventilmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Widerlagermittel (14, 18) im Ventilgehäuse (8), an die das Ventilglied (9, 15) anstoßen kann, um die Umgehungsleitung zu schließen.

5. Ventilmittel nach Anspruch 3 und Anspruch 4, kehnzeichnet, daß das röhrenförmige Ventilglied im Ventilgehäuse (8) beweglich ist, sowie dadurch, daß die periphere Oberfläche des Ventilglieds gegenüber dem Ventilgehäuse duch eine Dichtung (20) abgedichtet ist.

6. Ventilmittel nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (8) das stromabwärtige Ende der Umgehungsleitung (2) formt, wodurch die Temperaturmeßmittel (12) des Ventils (6) unmittelbar neben dem Motoreingang (5) angeordnet werden können.

7 Kombination eines Verbrennungsmotors, eines Abgasturboladers, eines Zwischenkühlers (3), einer Ladeluftleitung, durch die Ladegas vom Turbolader über den Zwischenkühler zu einem Eingang (5) des Motors geleitet wird, einer Zwischenkühler-Umgehungsleitung (2) und ein Ventilmittel (1) für die Steuerung der Umgehungsleitung, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilmittel (1) umfaßt:

ein Ventilgehäuse (5,16), das einen Ventilabschnitt mit einem Eingang und einem Ausgang beschreibt, und das so gestaltet ist, daß es zumindest einen Teil besagter Umgehungsleitung (2) formt,

einen Ventilkörper, der vom Gehäuse getragen wird,

ein Ventilglied (9,15), das beweglich auf den Ventilkörper montiert ist, und das ausschließlich zur Steuerung des Luftstroms durch den Ventilabschnitt dient,

Federmittel (10) auf dem Ventilkörper, die das Ventilglied in einer Position halten, in welcher der Ventilabschnitt geöffnet ist,

Betätigungsmittel (11) auf dem Ventilkörper zur Bewegung des Ventilglieds zwischen Öffnungsund Schließposition sowie

thermostatische Mittel (12), die auf den Ventilkörper montiert sind und sich in die Ladeluftleitung erstrecken, zur Messung der Temperatur der Ladeluft am Motoreingang, wobei besagte thermostatische Mittel operativ mit den Ventilbetätigungsmitteln gekoppelt sind, um so die Schließung der Umgehungsleitung durch das Ventilglied zu bewirken, wenn die gemessene Temperatur einen bestimmten Wert erreicht.