Verfahren und Einrichtung zum Betrieb von Brennkraftmaschinen mit Aufladung mittels Abgasturbolader, insbesondere von Fahrzeug-Brennkraftmaschinen. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb von Brennkraftmaschinen mit Aufladung mittels Abgasturbolader, insbe sondere von Fahrzeug-Brennkraftmaschinen.
Strassen- und Schienenfahrzeuge mit me chanischer Kraftübertragung benötigen bei kleinen Drehzahlen ein möglichst grosses Drehmoment, das mit zunehmender Drehzahl des Motors abfallen kann. Drehzahl und Ladedruck von Abgasturboladern ohne Re gulierung sind hauptsächlich vom Gewicht und der Temperatur der Treibgase abhängig. Wird ein solcher Lader derart ausgebildet, dass er seine Höchstdrehzahl erst mit der Höchstdrehzahl des Motors oder später er reicht, so sind die Ladedrücke bei kleinen Motordrehzahlen gering und das erzielbare Drehmoment ist verhältnismässig klein.
Das Verfahren gemäss der Erfindung be hebt diesen Nachteil dadurch, dass am Lader, der bereits bei Teildrehzahlen des Motors sei nen vollen Ladedruck erreicht, mit steigender Motordrehzahl eine zunehmende Abgasmenge vorbeigeführt wird.
Gegenstand der Erfin dung ist im weiteren eine Einrichtung mit mindestens einer zum Vorbeiführen von Ab gasen am Lader dienenden Umgehungslei tung mit Regulierklappe zur Ausübung des Verfahrens, bei welcher erfindungsgemäss die Widerstände und Querschnitte der Um gehungsleitung so bemessen sind, dass sich auch bei grösster Klappenöffnung die Auf ladegruppe dreht und dass dadurch die Saug widerstände vor dem Motor ganz oder teil weise aufgehoben werden.
Es sind zwar bereits Anlagen bekannt, bei denen für gewisse Betriebsfälle sämtliche Abgase an der Turbine des Laders vorbei geführt werden. Diese bekannten Einrich tungen ermöglichen aber lediglich den Wei terbetrieb des Motors ohne Aufladung, z. B. wenn am Lader ein Maschinenschaden ein getreten ist. Es ist ferner bekannt, die Abgase teil %veise am Lader vorbeizuführen, derart, dass bei kleiner 3laschi4enlast viel, bei grösserer Maschinenlast weniger Abgase direkt ins Freie gehen. Eine solche Massnahme kann bei stationären Anlagen zweckmässig sein.
Dem gegenüber werden beim Erfindungsgegen stand bei kleinerer Motordrehzahl, das heisst kleinerer Leistung, weniger, bei grösserer Motordrehzahl, das heisst grösserer Leistung, mehr Abgase am Lader vorbeigeführt.
In der Zeichnung sind in schematischer Weise Ausführungsbeispiele der Einrichtung gemäss der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 eine Anordnung, wie sie beispiels weise bei Aufladung von Fahrzeug-Gasmoto- ren gebraucht wird. Der Generator ist der Einfachheit halber weggelassen.
Fig. 2 zeigt eine detaillierte Ausführungs form, die bestimmt ist, wahlweise entweder ganz mit Holzgasbetrieb oder ganz mit Ben zinbetrieb zu fahren.
Fig. 3 stellt eine für aufzuladende Fahr zeug-Dieselmotoren geeignete Ausführungs form dar.
Fig. 4 zeigt eine verbesserte Ausfüh rungsform solcher Anlagen nach Fig. 3. Die Fig. 5 und 6 stellen Diagramme zur Veranschaulichung der Arbeitsweise eines Beispiels.
In den Fig. 1 bis 4 ist; mit 1 die Brenn- kraftmaschine, nachstehend auch kurz 3lo- tor genannt, mit 2 der abgasgetriebene Lader und mit 3 die Luftleitung zwischen Gebläse und Motor bezeichnet. Die Umgehungsleitung 5 zweigt zwischen Motor und Turbine von der Abgasleitung 4 ab und mündet direkt in die Abgasleitung 6, welche von der Turbine ins Freie führt. Die Regulierklappe 7 steht unter dem Druck der einstellbaren Feder 8 und kann vom Hebel 9 nach Wahl gestellt werden. Sie ist so ausgebildet, dass sie bei einem ge%vissen Abgasdruck selbsttätig öff net.
Das weitere Öffnen mit steigender Dreh zahl erfolgt dann ebenfalls selbsttätig, so dass mit steigender Motordrehzahl eine zuneh mende Abgasmenge am Lader vorbeigeführt wird. Diese Wirkung wird durch die Feder 8 erzielt, die dem auf die Klappe 7 wirkenden Abgasdruck entgegenwirkt. Querschnitte und Widerstände der Umgehungsleitung 5 sind nun so bemessen, dass sich auch bei grösster Klappenöffnung die Aufladegruppe dreht und dadurch die Saugwiderstände vor dem Motor ganz oder teilweise aufgehoben wer den.
Dadurch ist es möglich, den Lader, der so ausgebildet ist, dass er bereits bei Teildreh zahlen des Motors seinen vollen Ladedruck erreicht, schon bei kleinen Motordrehzahlen mit. verhältnismässig hoher Drehzahl und dementsprechend hohem Aufladedruck arbei ten zu lassen, ohne dass er bei zunehmender Motordrehzahl seine Höchstdrehzahl über schreitet. Auf diese Weise kann schon bei kleinen Motordrehzahlen mit hohem Dreh moment gefahren werden.
In Fig. 1 wird die vom Gebläse des Ag gregates 2 gelieferte Luft einesteils dem nicht dargestellten Gasgenerator, anderteils s der Mischdüse 13 von der Brennkraft niaschine zugeführt.
Die grössere, durch Aufladung erreichbare Leistung wird auf Fahrzeugen oft nur vor übergehend, beispielsweise zur Überwindung von Steigungen oder bei Verkehrsfahrzeugen zur Einholung von Verspätungen benötigt. Beim Bergabfahren oder in der Ebene ge nügt, insbesondere bei reichlich bemessenen Motoren, die unaufgeladene Leistung in der Regel. In solchen Betriebsphasen kann es zweckmässig sein, den Lader nur mit herab gesetzter Drehzahl laufen zu lassen. Die na türliche Alterung der Lager kann so hinaus geschoben und der Schmiermittelverbrauch gesenkt werden.
Es kann deshalb im Teillastgebiet die Regulierklappe der Umgehungsleitung von aussen her geöffnet werden. Dies geschieht durch mechanische Betätigung dieser Klappe mit dem Hebel 9 vom Führerstand aus. Da bei ist es möglich, mehr oder weniger Abgase direkt zur Abgasleitung 6 abzuzweigen, das heisst den Aufladegrad und damit die Lader drelizahl je nach Betriebszustand des Fahr zeuges mehr oder weniger gross zu wählen. Fig. 2 zeigt dieselbe federbelastete Klappe 7 samt Gestänge und Betätigungshebel 9 der Fig. 1 im Detail, sonst aber sind beide Aus führungsformen verschieden.
Die Feder 8 kann mittels eines Innengewindes im linken Ende der Büchse und Aussengewindes am linken Kolben mehr oder weniger von Hand vorgespannt werden. In der einen in der Zeichnung ausgezogenen Hebelendlage wird der Lader überhaupt nicht ausgeschaltet, das heisst die Klappe öffnet erst dann, wenn der der Maximaldrehzahl annähernd entspre chende Abgasdruck erreicht wird. Bewegt man den Hebel 9 nach links, wie strichpunk tiert, so wird vorerst die Vorspannung der Feder durch die nach rechts gleitende Büchse herabgesetzt und zuletzt ganz aufgehoben bezw. die Klappe 7 zwangsweise geöffnet.
Hebel 9 kann nach dieser Ausführung auf Fahrzeugen, die wahlweise ganz mit Gas oder ganz mit flüssigen Brennstoffen betrie ben werden, ausserdem zur Einschaltung des flüssigen Brennstoffes und zur Abschaltung des Generators benützt werden. Zu diesem Zwecke ist Hebel 9 ausser mit By-Pass- Klappe 7 noch mit der Benzingemischklappe 19 im Benzingemischzuführungsstutzen 14 sowie mit der nach dem Gas-Luftmischer 13 eingebauten Gemischdrossel 18 verbunden. Dem Gas-Luftmischer 13 wird das Gas bezw. die Verbrennungsluft durch die Leitungen 15 und 16 zugeführt.
In seiner punktiert ge zeichneten Endlage sperrt Hebel 9 somit die Gaszufuhr und gibt dem Benzin-Luftgemisch den Weg zum Motorsaugstutzen 17 frei.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, wie sie bei aufgeladenen Fahrzeug-Dieselmotoren üblich sein kann. Es sind hier zwei Abgas leitungen 4 und 10 zwischen Motor und Tur bine vorgesehen. Von der Leitung 4 ist die Umgehungsleitung 5 mit Klappe 7 abge zweigt. Die zweite Leitung 10 besitzt in die sem Beispiel keine Umgehungsvorrichtung. Der Lader kann also nie vollständig ausge schaltet werden.
Im Gegensatz zu Fig. 3 besitzt in Fig. 4 auch die zweite Abgasleitung 10 eine Um- gehungsleitung 11, die ebenfalls von einer Klappe 7 abgedeckt wird:
In Fig. 5 und 6 ist die Arbeitsweise der Beispiele schematisch dargestellt. Fig. 5 zeigt mit A das erreichbare Drehmoment, mit B das vom Gebläse gelieferte Druckverhältnis p2/p, in Funktion der 'Motordrehzahl, 'wenn überhaupt kein Vorbeiführen der Abgase am Lader stattfindet. In Fig. 6 sind die Verhält nisse für den Fall dargestellt, dass eine Um gehungsleitung mit federbelasteter Regulier klappe eingebaut ist. Der günstige Verlauf des Drehmomentes geht aus Kurve A, her vor, während Kurve B, den ungefähren Ver lauf des Druckverhältnisses angibt. In die sem Fall nimmt der Ladedruck wesentlich schneller zu.
Beim Punkt C der Kurve B, beginnt sich die Regulierklappe unter dem Druck der Abgase zu öffnen; dadurch wird ein Überschreiten der Höchstdrehzahl des Laders verhindert.
Method and device for operating internal combustion engines with supercharging by means of exhaust gas turbochargers, in particular vehicle internal combustion engines. The invention relates to a method for operating internal combustion engines with supercharging by means of exhaust gas turbochargers, in particular special vehicle internal combustion engines.
Road and rail vehicles with mechanical power transmission require the greatest possible torque at low speeds, which can decrease as the engine speed increases. The speed and boost pressure of exhaust gas turbochargers without regulation are mainly dependent on the weight and temperature of the propellant gases. If such a supercharger is designed in such a way that it only reaches its maximum speed at the maximum speed of the engine or later, the boost pressures are low at low engine speeds and the torque that can be achieved is relatively small.
The method according to the invention overcomes this disadvantage in that the supercharger, which already reaches full boost pressure at partial engine speeds, with increasing engine speed, an increasing amount of exhaust gas is bypassed.
The subject of the inven tion is also a device with at least one bypass line serving to guide exhaust gases at the loader with a regulating flap for carrying out the method, in which, according to the invention, the resistances and cross-sections of the bypass line are dimensioned so that even with the largest flap opening the The charging group turns and the suction resistance in front of the engine is completely or partially eliminated.
Systems are already known in which, for certain operating cases, all exhaust gases are routed past the turbine of the charger. These known Einrich lines allow only the Wei terbetrieb the engine without charging, z. B. if a machine damage has occurred on the loader. It is also known to lead some of the exhaust gases past the loader in such a way that with a small 3-lashing load a lot and with a higher engine load less exhaust gases go directly into the open. Such a measure can be useful for stationary systems.
In contrast, with the subject of the invention, at a lower engine speed, that is to say less power, less, and at a higher engine speed, that is to say greater power, more exhaust gases are led past the charger.
In the drawing, exemplary embodiments of the device according to the invention are shown schematically, namely: FIG. 1 shows an arrangement such as is used, for example, when charging vehicle gas engines. The generator is omitted for the sake of simplicity.
Fig. 2 shows a detailed execution form, which is intended to drive either entirely with wood gas operation or entirely with Ben zinbetrieb.
Fig. 3 shows a suitable embodiment for charging vehicle diesel engines.
Fig. 4 shows an improved Ausfüh approximate form of such systems according to Fig. 3. Figs. 5 and 6 are diagrams to illustrate the operation of an example.
In Figures 1 to 4; 1 denotes the internal combustion engine, hereinafter also referred to as 3lo- tor for short, 2 denotes the exhaust gas-driven supercharger, and 3 denotes the air line between the fan and the motor. The bypass line 5 branches off from the exhaust line 4 between the engine and the turbine and opens directly into the exhaust line 6, which leads from the turbine to the outside. The regulating flap 7 is under the pressure of the adjustable spring 8 and can be set by the lever 9 as desired. It is designed so that it opens automatically when the exhaust gas pressure is certain.
The further opening with increasing speed then also takes place automatically, so that with increasing engine speed an increasing amount of exhaust gas is led past the charger. This effect is achieved by the spring 8, which counteracts the exhaust gas pressure acting on the flap 7. Cross-sections and resistances of the bypass line 5 are now dimensioned such that the charging group rotates even when the flap is opened to the greatest possible extent, thereby completely or partially canceling the suction resistance in front of the engine.
This makes it possible to use the supercharger, which is designed so that it already reaches its full boost pressure at partial engine speeds, even at low engine speeds. relatively high speed and correspondingly high boost pressure to work without it exceeding its maximum speed as the engine speed increases. In this way, you can drive with high torque even at low engine speeds.
In Fig. 1, the air supplied by the fan of the unit 2 is fed partly to the gas generator, not shown, and partly to the mixing nozzle 13 from the internal combustion engine.
The greater power that can be achieved by charging is often only needed temporarily in vehicles, for example to negotiate inclines or in traffic vehicles to catch up on delays. When driving downhill or on the flat ge is sufficient, especially with generously sized engines, the uncharged power usually. In such operating phases it can be useful to run the charger only at a reduced speed. The natural aging of the bearings can thus be postponed and lubricant consumption reduced.
The regulating flap of the bypass line can therefore be opened from the outside in the partial load area. This is done by mechanical actuation of this flap with the lever 9 from the driver's cab. Since it is possible to branch off more or less exhaust gases directly to the exhaust pipe 6, that is to say the degree of charging and thus the number of turbochargers to select more or less depending on the operating state of the vehicle. Fig. 2 shows the same spring-loaded flap 7 together with the linkage and operating lever 9 of FIG. 1 in detail, but otherwise the two forms of implementation are different.
The spring 8 can be preloaded more or less by hand by means of an internal thread in the left end of the sleeve and an external thread on the left piston. In one of the lever end positions drawn in the drawing, the charger is not switched off at all, that is, the flap only opens when the exhaust gas pressure that corresponds approximately to the maximum speed is reached. If you move the lever 9 to the left, as dashed points benefits, the bias of the spring is initially reduced by the sleeve sliding to the right and finally completely canceled or. the flap 7 forcibly opened.
According to this embodiment, lever 9 can be used on vehicles that are operated either entirely with gas or entirely with liquid fuels, also to switch on the liquid fuel and to switch off the generator. For this purpose, in addition to the bypass valve 7, the lever 9 is also connected to the gasoline mixture valve 19 in the gasoline mixture feed nozzle 14 and to the mixture throttle 18 installed after the gas-air mixer 13. The gas-air mixer 13, the gas is BEZW. the combustion air is supplied through lines 15 and 16.
In its dotted end position, lever 9 blocks the gas supply and gives the gasoline-air mixture its way to the engine intake port 17.
Fig. 3 shows an embodiment as it can be common in supercharged vehicle diesel engines. There are two exhaust lines 4 and 10 between the engine and the turbine provided. From the line 4, the bypass line 5 with flap 7 is branches off. The second line 10 has no bypass device in this example. The charger can therefore never be switched off completely.
In contrast to FIG. 3, the second exhaust line 10 in FIG. 4 also has a bypass line 11, which is also covered by a flap 7:
The operation of the examples is shown schematically in FIGS. 5 and 6. Fig. 5 shows with A the achievable torque, with B the pressure ratio p2 / p delivered by the fan, as a function of the 'engine speed,' if the exhaust gases are not led past the charger at all. In Fig. 6 the ratios are shown for the case that a bypass line with spring-loaded regulating flap is installed. The favorable course of the torque goes from curve A, before, while curve B, indicates the approximate course of the pressure ratio. In this case, the boost pressure increases much faster.
At point C on curve B, the regulating flap begins to open under the pressure of the exhaust gases; this prevents the supercharger from exceeding its maximum speed.