DE3735736A1

DE3735736A1 - Device for controlling a turbosupercharger set

Info

Publication number: DE3735736A1
Application number: DE19873735736
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dipl Ing Dr Esch
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1987-10-22
Filing date: 1987-10-22
Publication date: 1989-05-03

Abstract

A turbosupercharger set with two turbosuperchargers is controlled by a rotary valve that is located at the point where the exhaust-gas line coming from an internal-combustion engine branches into two exhaust-gas pipes going to the turbosuperchargers. The rotary valve controls a bypass line that bypasses the turbines of the turbosuperchargers at the same time.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern einer Turbolader anlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for controlling a turbocharger System according to the preamble of claim 1.

Eine derartige Turboladeranlage mit zwei gleich großen Turboladern ist aus DE-OS 34 20 015 bekannt. Die Abgase aus den Zylindern werden in einer Abgasleitung gesammelt, die sich in ein Abgasrohr zur einen Turboladerturbine und ein Abgasrohr zur anderen Turboladerturbine ver zweigt. Während die erste Turbine ständig mit Abgas beaufschlagt ist und der von ihr getriebene Verdichter Ladeluft zur Brennkraftmaschine fördert, kann die zweite Turbine erst anlaufen, wenn ein in ihr Abgas rohr eingesetztes, durch ein Steuergerät schaltbares Zuschaltventil ge öffnet wird. Der von ihr getriebene Verdichter baut einen Druck vor einem in die Ladeluftleitung eingesetzten Rückschlagventil auf. Sobald dieser Druck eine gewisse Höhe erreicht hat, öffnet das Rückschlagventil schlagartig und schaltet den zweiten Turbolader zur Ladeluftförderung zu. Mit dieser Turboladersteuerung wird zwar in gewünschter Weise ein Leistungseinbruch während des Zuschaltens des zweiten Turboladers ver mieden, jedoch ist die hierfür benötigte elektronische Steuerung recht aufwendig.Such a turbocharger system with two turbochargers of the same size is known from DE-OS 34 20 015. The exhaust gases from the cylinders are collected in an exhaust pipe, which is in an exhaust pipe on the one hand Turbocharger turbine and an exhaust pipe to the other turbocharger turbine ver branches. While the first turbine is constantly exposed to exhaust gas and the compressor that drives the charge air to the internal combustion engine promotes, the second turbine can only start when one in its exhaust tube inserted, switchable by a control unit ge opens. The compressor it drives builds up a pressure a check valve inserted in the charge air line. As soon as this pressure has reached a certain level, the check valve opens abruptly and turns on the second turbocharger for charge air delivery. With this turbocharger control is a desired Performance drop during the connection of the second turbocharger ver avoided, but the electronic control required for this is right complex.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Steuervorrichtung für eine solche Turboladerzuschaltung zu schaffen, die kostengünstig herstellbar ist und eine Zuschaltung eines zweiten Turboladers ohne größeren Leistungseinbruch ermöglicht.It is the object of the invention to provide a control device for a to create such turbocharger connection that can be produced inexpensively and a connection of a second turbocharger without a larger one Performance slump enabled.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Wenn an der Verzweigungsstelle der Abgasleitung zu den zu den Turbinen führenden Abgasrohren ein Regelschieber eingesetzt ist, kann mit ihm eine Aufteilung der Abgasströme auf die beiden Turbinen vorgenommen werden, ohne daß es zu einem merklichen Abfall der Leistung des Turboladers kommt. Nach Anspruch 2 wird zusätzlich mit diesem Regelschieber eine an die Verzweigungs stelle angeschlossene Bypaßleitung gesteuert, so daß ein kostenaufwendiges Bypaßventil entfallen kann. The characteristic features of the claim serve to solve this problem 1. If at the branching point of the exhaust pipe to the turbine leading exhaust pipes, a control slide valve is used, can be used with it Distribution of the exhaust gas flows to the two turbines can be made without that there is a noticeable drop in the performance of the turbocharger. To Claim 2 is also one with the control slide to the branching place connected bypass line controlled, so that an expensive Bypass valve can be omitted.

Gemäß Anspruch 3 ist ein in die Ladeluftleitung des einen Verdichters ein gesetztes Verdichterzuschaltventil abhängig von der Stellung des Regel schiebers ansteuerbar.According to claim 3 is a in the charge air line of a compressor set compressor switching valve depending on the position of the rule slider controllable.

Weitere, die Erfindung ausgestaltende Merkmale die die konstruktive Aus gestaltung des Regelschiebers als Drehschieber betreffen, enthalten die Ansprüche 4 bis 10.Further features of the invention that shape the constructive design of the control slide as rotary slide, contain the Claims 4 to 10.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained below. It shows

Fig. 1 Blockschaltbild einer Turboladersteuerung, Fig. 1 block diagram of a turbocharger control,

Fig. 2 Drehschieber in räumlicher Darstellung, Fig. 2 rotary valve in three-dimensional representation,

Fig. 3 Querschnitt des Drehschiebers, Fig. 3 cross-section of the rotary valve,

Fig. 4 Schnitt nach Linie IV-IV der Fig. 3. Fig. 4 is a section according to line IV-IV of FIG. 3.

Die aus den Zylindern einer Brennkraftmaschine 1 ausströmenden Abgase gelangen in ein Abgassammelrohr 2, an das eine Abgasleitung 3 ange schlossen ist. Die Abgasleitung 3 mündet an einer Verzweigungsstelle 4 in einen Drehschieber 5, von dessen Gehäuse 6 ein Abgasrohr 7 zu einer ersten Turbine 8, ein Abgasrohr 9 zu einer zweiten Turbine 10 und eine Bypaßleitung 11 ausgehen.The exhaust gases flowing out of the cylinders of an internal combustion engine 1 enter an exhaust manifold 2 to which an exhaust pipe 3 is connected. The exhaust pipe 3 opens at a branching point 4 into a rotary slide valve 5 , from whose housing 6 an exhaust pipe 7 to a first turbine 8 , an exhaust pipe 9 to a second turbine 10 and a bypass line 11 extend.

Die Turbine 8 treibt einen Verdichter 12, mit dem Luft aus einem Stutzen 13 und mit erhöhtem Druck über ein Ladeluftleitung 14 zu einem Ladeluft kühler 15 gefördert wird. Von der anderen Seite her ist an den Ladeluft kühler 15 eine Ladeluftleitung 16 angeschlossen, in die ein von der Turbine 10 angetriebener Verdichter 17 Ladeluft einspeist. Vom Ladeluft kühler 15 strömt Ladeluft über einen durch eine Drosselklappe 18 ge steuerten Einlaßstutzen eines Luftsammelbehälters 19 in die Zylinder der Brennkraftmaschine 1.The turbine 8 drives a compressor 12 , with which air from a nozzle 13 and with increased pressure via a charge air line 14 to a charge air cooler 15 is conveyed. From the other side, a charge air line 16 is connected to the charge air cooler 15 , into which a compressor 17 driven by the turbine 10 feeds charge air. From the charge air cooler 15 , charge air flows via a ge controlled by a throttle valve 18 inlet port of an air collection container 19 in the cylinders of the internal combustion engine. 1

Nach Durchströmen der Turbinen 8 und 10 gelangt das Abgas in einen Schall dämpfer 20, in den auch die Bypaßleitung 11 einmündet und von dort ins Freie. Der in den Fig. 2 bis 4 näher gezeigte Drehschieber 5 besteht aus einem Gehäuse 6 und einer in ihm drehbar gelagerten und abgedichteten Walze 21. Die Abgasleitung 3 mündet in eine zentrale Längsbohrungs 22 der Walze 21 ein. Die Längsbohrung 22 geht mit strömungsgünstig gestalteter Wandführung in eine radiale Ringsegmentaussparung 23 der Walze 21 über, die durch Steuerkanten 24 und 25 begrenzt wird. Die Ringsegmentaussparung 23 ist so tief, daß die zur Achse der Walze 21 parallelen Steuerkanten 24, 25 annähernd diametral zueinander, am Walzenumfang ca. 180° zueinander versetzt liegen. Mit den Steuerkanten 24, 25 werden drei Anschlüsse ge steuert, die am Umfang des Gehäuses 6 zueinander um die Winkel α ≈67° versetzt zueinander angeordnet und als rechteckige Durchbrüche gestaltet sind. Ein erster Gehäuseanschluß 26 steht mit dem Abgasrohr 7 zur ersten Turbine 8, ein zweiter Gehäuseanschluß 27 mit dem Abgasrohr 9 zur zweiten Turbine 10, ein dritter Gehäuseanschluß 28 mit der Bypaßleitung in Verbindung. Wird die Walze 21 im Uhrzeigersinn mit einem nicht gezeichneten Stellmotor gedreht, so gibt die eine Steuerkante 24 zunächst den ersten Gehäuseanschluß 26 frei. Da die beiden anderen Gehäuseanschlüsse 27, 28 von der Walze 21 abgedeckt sind, strömt alles Abgas der ersten Turbine 8 zu. Diese Turbine 8 kann somit schon bei niederen Drehzahlen der Brennkraft maschine und entsprechend geringem Abgasstrom soviel Leistung an den von ihr getriebenen Verdichter 12 abgeben, daß Ladeluft mit spürbarem Ladedruck den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeführt und dabei eine merkliche Drehmomentsteigerung erzielt wird.After flowing through the turbines 8 and 10 , the exhaust gas passes into a silencer 20 , into which the bypass line 11 also opens and from there into the open. The rotary valve 5 shown in more detail in FIGS. 2 to 4 consists of a housing 6 and a roller 21 which is rotatably mounted and sealed therein. The exhaust pipe 3 opens into a central longitudinal bore 22 of the roller 21 . The longitudinal bore 22 merges with a streamlined wall guide into a radial ring segment recess 23 of the roller 21 , which is delimited by control edges 24 and 25 . The ring segment recess 23 is so deep that the control edges 24, 25, which are parallel to the axis of the roller 21 , are approximately diametrically offset from one another and offset by approximately 180 ° at the roller circumference. With the control edges 24, 25 three connections are ge controls, which are arranged on the circumference of the housing 6 to each other by the angle α ≈67 ° to each other and are designed as rectangular openings. A first housing connection 26 is connected to the exhaust pipe 7 to the first turbine 8 , a second housing connection 27 to the exhaust pipe 9 to the second turbine 10 , and a third housing connection 28 to the bypass line. If the roller 21 is rotated clockwise with a servomotor (not shown), the one control edge 24 first releases the first housing connection 26 . Since the two other housing connections 27, 28 are covered by the roller 21 , all exhaust gas flows to the first turbine 8 . This turbine 8 can thus deliver so much power to the compressor 12 driven by it that even at low engine speeds and correspondingly low exhaust gas flow, charge air is supplied to the cylinders of the internal combustion engine with a noticeable boost pressure and a noticeable increase in torque is achieved.

Beim Weiterdrehen der Walze 21 wird von der Steuerkante 24 zunächst der erste Gehäuseanschluß 26 voll freigegeben. Nach Erreichen des bei Einladebetrieb maximalen Ladedrucks wird anschließend der zweite Ge häuseanschluß 27 ein Stück weit geöffnet und mit der Abgasleitung 3 in Verbindung gebracht, wobei der über den zweiten Gehäuseanschluß 27 der zweiten Turbine 10 zugeführte Abgasstrom der ersten Turbine 8 ver lorengeht. Bei geringer Öffnung des zweiten Gehäuseanschlusses 27 ist dieser Abgasstrom noch so schwach, daß sich mit der zweiten Turbine 10 und dem von ihr getriebenen Verdichter 17 noch keine wirksame Ladeluft förderung erzielen läßt. Würde man keine weiteren Maßnahmen treffen, so könnte es durch den Entzug von Ladeluft an der ersten Turbine 8 zu einem Leistungseinbruch dieser Turbine und der ganzen Brennkraft maschine 1 kommen. Um das mit Sicherheit zu vermeiden, ist in die Lade luftleitung 14 des zweiten Verdichters 17 ein Verdichterzuschaltventil 29 eingesetzt. Durch Verschließen dieses Ventils 29 wird an ihm der Lade druck solange angestaut, bis beim Weiterdrehen der Walze 21 auch die zweite Turbine 10 soviel Abgas erhält, daß der zweite Turbolader 10, 17 im wirtschaftlichen Betriebsbereich arbeitet und so den ersten Turbolader 8, 12 bei der Ladeluftförderung unterstützen kann. Zum sanften und fein fühligen Schalten des zweiten Turboladers 10, 17 können die Steuerkanten 24, 25 spitzwinklig zu den rechteckigen Gehäuseanschlüssen 26, 27, 28 verlaufen oder eine Krümmung aufweisen.When the roller 21 continues to rotate, the control housing 24 first fully releases the first housing connection 26 . After reaching the maximum charge pressure during charging, the second housing connection 27 is then opened to a certain extent and connected to the exhaust gas line 3, the exhaust gas flow supplied to the second turbine 10 via the second housing connection 27 of the first turbine 8 being lost. With a small opening of the second housing connection 27 , this exhaust gas flow is still so weak that with the second turbine 10 and the compressor 17 driven by it no effective charge air delivery can be achieved. Would you take no further measures, it could come from the withdrawal of charge air on the first turbine 8 to a drop in performance of this turbine and the entire engine 1 . In order to avoid this with certainty, a compressor switching valve 29 is inserted into the loading air line 14 of the second compressor 17 . By closing this valve 29 , the charging pressure is accumulated on it until, when the roller 21 continues to rotate, the second turbine 10 receives so much exhaust gas that the second turbocharger 10, 17 operates in the economical operating range and thus the first turbocharger 8, 12 at Charge air delivery can support. For smooth and sensitive switching of the second turbocharger 10, 17 , the control edges 24, 25 can run at an acute angle to the rectangular housing connections 26, 27, 28 or have a curvature.

Ist auch der zweite Gehäuseanschluß 27 voll geöffnet, so wird bei Erreichen des Soll-Ladedrucks durch Weiterdrehen der Walze 21 von der Steuerkante 24 der dritte Gehäuseanschluß 2 zur Bypaßleitung 11 freigegeben. Über die Bypaßleitung 11 wird Abgas direkt in den Abgas-Schalldämpfer 20 geleitet, ohne die Turbinen 8, 10 zu beaufschlagen. Diese Maßnahme ist nötig, um bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine und entsprechend großem Abgas volumenstrom den Ladedruck auf eine bestimmte Höhe zu begrenzen.If the second housing connection 27 is also fully open, the third housing connection 2 to the bypass line 11 is released from the control edge 24 when the desired boost pressure is reached by further turning the roller 21 . Exhaust gas is passed directly into the exhaust gas muffler 20 via the bypass line 11 without admitting the turbines 8, 10 . This measure is necessary in order to limit the boost pressure to a certain level at high engine speeds and a correspondingly large exhaust gas volume flow.

Bei Weiterdrehen der Walze 21 wird der erste Gehäuseanschluß 26 und der zweite Gehäuseanschluß 27 ganz verschlossen. Sämtliches Abgas strömt in die Bypaßleitung 11 und die Brennkraftmaschine arbeitet ohne Turbolader nur als Saugmotor. Diese Betriebsweise ist zweckmäßig, um im Teillast bereich einen verbrauchsoptimalen Betrieb der Brennkraftmaschine zu gewährleisten.When the roller 21 continues to rotate, the first housing connection 26 and the second housing connection 27 are completely closed. All exhaust gas flows into the bypass line 11 and the internal combustion engine works without a turbocharger only as a naturally aspirated engine. This mode of operation is expedient in order to ensure consumption-optimized operation of the internal combustion engine in the part-load range.

Um zu erreichen, daß der Drehschieber den hohen Abgastemperaturen standhält, werden das Gehäuse 6 und die Walze 21 aus hitzebeständigem Stahl gefertigt und mit einer Keramikbeschichtung überzogen.In order to ensure that the rotary valve withstands the high exhaust gas temperatures, the housing 6 and the roller 21 are made of heat-resistant steel and coated with a ceramic coating.

Claims

1. Device for controlling a turbocharger system installed on an internal combustion engine, with two exhaust gas turbochargers each consisting of a compressor and a turbine, the exhaust pipe of the internal combustion engine being connected at a branching point to two exhaust pipes leading to the turbines, characterized in that at the branching point ( 4 ) a control slide ( 5 ) is arranged, by the adjustment of the exhaust gas flow to different impingement of the turbines ( 8 and 10 ) is divided.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that at the branching point ( 4 ) one of the turbines ( 8, 10 ) bypass line ( 11 ) is connected, which is also by the control slide ( 5 ) control bar.

3. Apparatus according to claim 1 and 2, wherein separate from the compressors of the turbocharger charge air lines, which are connected via a charging air cooler and an air collection container to the cylinder head of the internal combustion engine, characterized in that in the one charge air line ( 14 ) a compressor switching valve ( 29 ) is used, which can be controlled by the control slide ( 5 ).

4. Apparatus according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the control slide ( 5 ) is designed as a rotary slide with a rotatably mounted and sealed roller ( 21 ) in a housing ( 6 ).

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the roller ( 21 ) has a central longitudinal bore ( 22 ) which is connected to the exhaust pipe ( 3 ) and which is milled into a radially into the roller ( 21 ) by axially extending control edges ( 24, 25 ) limited ring segment recess ( 23 ) opens, the control edges ( 24, 25 ) with a first housing connection ( 26 ) to the first turbine ( 8 ), with a second housing connection ( 27 ) to the second turbine ( 10 ) and a third Housing connection ( 28 ) to cooperate with the bypass line ( 21 ) and the housing connections ( 26, 27, 28 ) are arranged in this order at the beginning of the housing ( 6 ).

6. The device according to claim 5, characterized in that the housing connections ( 26, 27, 28 ) are formed as rectangular, radially extending openings in the wall of the housing ( 6 ).

7. Apparatus according to claim 1 and 6, characterized in that the housing connections are arranged offset from one another by an angle α ≈67 ° on the housing circumference and that the control edges ( 24, 25 ) have an angular distance from one another of approximately 180 °.

8. The device according to claim 5, characterized in that the roller ( 21 ) is made of steel with a ceramic coating.

9. Apparatus according to claim 4 and 5, characterized in that the roller ( 21 ) is sealed on both sides with radially resilient, on the inside of the housing ( 6 ) abutting expansion rings, the expansion rings lying loosely in annular grooves of the roller.

10. The device according to claim 5, characterized in that the control edges ( 24, 25 ) form acute angles to the boundary surfaces of the housing connections ( 26, 27, 28 ).