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Die
Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit Merkmalen
entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die
Erfindung geht aus von Serienbrennkraftmaschinen der Anmelderin.
Dabei sind das AGR-Steuerorgan, das Wastegate für Abgasabblasung und eine Drosselklappe
als Absperrorgan der Motorbremseinrichtung jeweils als eigenständige Bauteile
in den Abgastrakt der Brennkraftmaschine eingebaut und jeweils auch
mit einem eigenen Stellmotor ausgestattet worden. Abgesehen vom
großen Platzbedarf
dieser Organe stellen diese auch einen erheblichen Kostenfaktor
dar. Für
verschiedene Anwendungsfälle
der Brennkraftmaschine stellte sich zusätzlich zur Regelung über die
wastegate-seitige Abblasung die Forderung nach einer eigenständigen Regelbarkeit
des Abgasturboladers, was z. B. durch einen solchen mit variabler
Turbinengeometrie (VTG) erreicht wurde. Abgasturbolader mit VTG
aber sind einschließlich
Regel- und Steuereinrichtung wesentlich teuerer als ungeregelte
Abgasturbolader, so dass schon aus diesem Grund meist auf deren
Serieneinsatz verzichtet wird. Eine Anordnung dieser Art ist z. B.
aus der
DE 199 18
232 C2 bekannt. Dort ist ein Turbolader beschrieben, bei
dem zwei oder mehr Abgasrohre, auf einem Kreisumfang gleichmäßig verteilt,
in das Turbinengehäuse
des Turboladers münden.
In dem Turbinengehäuse
ist, konzentrisch zum Turbinenrad gelagert, ein Drehschieber angeordnet, mittels
dem zwischen Turbinenrad und der Mündung der Abgasrohre liegende
Wandabschnitte des Gehäuses
so verschiebbar sind, dass die Abgasrohre entweder in fluidischer
Verbindung zueinander stehen oder gegeneinander abgeschottet sind.
Darüber hinaus
ist in dem Turbinengehäuse
in Verbindung mit dem Drehschieber eine variable Abgasrückführung realisiert.
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Es
ist demgegenüber
Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine zu schaffen, bei
der eine Abgasrückführung (AGR),
Motorbremsungen, Abgasabblasungen und Leistungsregelungen der ATL-Turbine
mit Mitteln darstellbar sind, die erheblich weniger Platz als bisher
dafür vorgesehene
Organe benötigen
und auch weniger Kostenaufwand verursachen.
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Diese
Aufgabe ist bei einer Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art
erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass das AGR-Steuerorgan, das Absperrorgan der Motorbremsvorrichtung, das
Wastegateorgan für
Abgasabblasung und ein Steuerorgan für eine mengenmäßig unterschiedliche
Abgasbeaufschlagung der ATL-Turbine in einem Drehschieber realisiert
sind.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Details des erfindungsgemäßen Drehschiebers sind in den
Unteransprüchen
angegeben.
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Der
Drehschieber besitzt ein Gehäuse
mit vier in einen runden Innenraum ausmündenden Anschlusskanälen und
ein im Innenraum drehbar aufgenommenes Küken. Dabei ist am Eingangskanal
des Drehschiebers der Abgastrakt der Brennkraftmaschine, am ersten
Auslasskanal des Drehschiebers direkt oder über einen Verbindungskanal
die ATL-Turbine, am zweiten Auslasskanal des Drehschiebers eine zur
Abblasung dienende Bypassleitung und am dritten Auslasskanal des
Drehschiebers die AGR-Leitung angeschlossen. Das Küken des
Drehschiebers hat einen internen Durchlasskanal mit beispielsweise drei
unterschiedlich großen,
ortsfest an seinem Umfang verteilten Ein- bzw. Auslassquerschnitten,
zwischen jeweils zwei derselben sich umfangsseitig am Küken ein
Steuerflächenbereich
erstreckt. Alternativ hierzu ist es möglich, am Küken-Umfang verteilt zwei ortsfeste
und einen beweglichen, separat steuerbaren Steuerflächenbereich
vorzusehen, der beispielsweise zur Regelung der AGR dient. Die vier
Anschlusskanäle
des Drehschiebers münden
derart umfangsseitig verteilt in dessen Innenraum aus, außerdem sind
die drei Steuerflächenbereiche
sowie die drei Ein- bzw. Auslassquerschnitte des Durchlasskanals
derart am Umfang des Kükens
gegeben, dass je nach Verdreh- bzw. Einstellung des Kükens, welche
durch eine Steuereinrichtung bewirkt wird,
- a)
eine Drehzahl- und Leistungsregelung der ATL-Turbine aufgrund steuerbarer
Abgasmengenzuteilung und/oder
- b) einer Abgasabblasung mit steuerbarer Abblasemenge, und/oder
- c) eine AGR mit Regelung der ableitbaren AGR-Menge zwischen
Null und einem gewünschtem
Maximum, und/oder
- d) eine geregelte Motorbremsung aufgrund einer Zusteuerung des
Einlasskanals mit der Möglichkeit
einer variablen Einstellung auf unterschiedlich große Minimalabgasdurchlassquerschnitte
gegeben
ist.
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Vorzugsweise
münden
alle vier Anschlusskanäle
des Drehschiebers mit rechteckigem Querschnitt in dessen Innenraum
aus und die parallelen Längskanten
jedes Rechteckquerschnitts erstrecken sich parallel zur Drehachse
des Kükens.
Dabei können
alle vier Anschlusskanäle
des Drehschiebers mündungsseitig
jeweils einen gleich breiten und gleich langen Rechteck-Querschnitt, gegebenenfalls auch
unterschiedlich lange und breite Rechteck-Querschnitte haben. Die
Lagen und Größen der Mündungsquerschnitte
der Ein- und Auslasskanäle der
beiden Ausführungsbeispiele
und die zugehörigen
Anordnungen der Ein- bzw. Auslassquerschnitte des Durchlasskanals
am Küken
sind in den Ansprüchen
8 bis 10 und 12 angegeben. Verschiedene Lagerungsarten für das Küken sowie
Antriebe für
dieses sind in den Ansprüchen
11, 13 und 14 angegeben.
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Nachstehend
ist die erfindungsgemäße Lösung anhand
zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele noch näher beschrieben.
In der Zeichnung zeigen:
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1 schematisch
eine zweistufig aufgeladene Brennkraftmaschine mit dem erfindungsgemäßen Drehschieber,
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2A ein
erstes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Drehschiebers
schematisiert,
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2B den
Drehschieber gemäß 2A mit
Winkelangaben,
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3 einen
Schnitt durch den Drehschieber von 2 entlang
der Schnittlinie III-III,
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4 bis 18 jeweils
eine von 15 verschiedenen beispielhaft dargestellten Steuerstellungen
des Kükens
im Drehschieber von 2,
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19A ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Drehschiebers
schematisiert,
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19B den Drehschieber gemäß 19 mit
Winkelangaben,
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20 einen
Schnitt durch den Drehschieber von 19A entlang
der Schnittlinie A-A, und
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21 einen
Schnitt durch den Drehschieber von 19A entlang
der Schnittlinie B-B.
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In 1 ist
eine aufgeladene Brennkraftmaschine 1 gezeigt, bei der
es sich beispielsweise um einen Dieselmotor eines Fahrzeugs handelt
und deren Abgasturbolader mit ATL bezeichnet ist. Dessen Turbine 2 ist
aus dem Abgastrakt der Brennkraftmaschine 1 mit Abgas versorgbar
und dessen Verdichter 4 liefert verdichtete Ladeluft über eine
Zuleitung 5 in die Ladeluftsammelleitung 6 der
Brennkraftmaschine 1. Diese Brennkraftmaschine 1 weist
eine Motorbremsvorrichtung mit einer motorinternen Bremsvorrichtung,
beispielsweise einer solchen wie mit dem EP-Patent 0736672 geschützten, sowie
einem Absperrorgan im Abgastrakt 3 auf, mit dem dieser
während
einer Motorbremsbetriebsphase für
eine Aufstauung des Abgases zumindest nahezu vollständig absperrbar
ist.
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Der
erfindungsgemäße Drehschieber
ist mit 10 bezeichnet. Dieser hat ein Gehäuse 11 mit
vier in einen runden Innenraum 12 ausmündenden Anschlusskanälen 13, 14, 15, 16.
Dabei ist am Eingangskanal 13 des Drehschiebers 10 der
Abgastrakt 3 der Brennkraftmaschine 1 angeschlossen.
Am ersten Auslasskanal 14 des Drehschiebers 10 ist
entweder direkt oder über
einen Verbindungskanal 17 die ATL-Turbine 2 angeschlossen.
Am zweiten Auslasskanal 15 ist eine die ATL-Turbine 2 umgehende
und in eine sich ausgangs der ATL-Turbine 2 anschließende Abgasleitung 18 einmündende Bypassleitung 19 angeschlossen.
Am dritten Auslasskanal 16 ist eine AGR-Leitung 20 angeschlossen,
die über
einen AGR-Kühler 21 führt und
in die Ladeluftsammelleitung 6 einmündet. Unter dem Kürzel AGR
ist Abgasrückführung zu
verstehen.
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Der
erfindungsgemäße Drehschieber 10 vereinigt
in sich die Funktionen eines AGR-Steuerorgans,
des Absperrorgans der Motorbremsvorrichtung, eines Wastegateorgans
für Abgasabblasung und
eines Steuerorgans für
eine mengenmäßig unterschiedliche
Abgasbeaufschlagung der ATL-Turbine 2. Ein im Innenraum 12 des
Drehschiebers 10 drehbar aufgenommenes Küken 22 bildet
dabei ein Verteiler-, Regel- und Steuer- sowie Absperrorgan für das über den
Einlasskanal 13 in dessen Durchlasskanal 23 eingespeiste
Abgas und leitet dieses gezielt in einen, zwei oder alle drei der
drei Auslasskanäle 14, 15, 16 und über diese
zu den angeschlossenen Organen 2, 19, 20.
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In
den dargestellten Beispielen münden
alle vier Anschlusskanäle 13, 14, 15, 16 mit
jeweils gleich breitem und gleich langem Rechteck-Querschnitt in den
Innenraum 12 des Drehschie bers 10 aus. Diese Rechteck-Querschnitte
könnten
jedoch auch unterschiedlich lang und breit sein. Die beiden Längskanten
jedes Rechteck-Querschnitts erstrecken sich parallel zur Drehachse 27 des
Kükens 22.
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Die
vier Anschlusskanäle 13, 14, 15, 16 des Drehschiebers 10 münden umfangsseitig
derart verteilt in dessen Innenraum 12 aus und das darin
drehbare Küken 22 ist
mit seinen Steuerflächenbereichen sowie
seinem Durchlasskanal mit seinen drei Ein- bzw. Auslassquerschnitten
in eine Vielzahl von Positionen einstellbar, derart, dass
- a) eine Leistungs-/Drehzahlregelung der ATL-Turbine
aufgrund steuerbarer Abgasmengenzuteilung und/oder
- b) einer Abgasabblasung mit steuerbarer Abgasabblasemenge, und/oder
- c) eine AGR mit Regelung der ableitbaren AGR-Menge zwischen
Null und einem gewünschtem
Maximum, und/oder
- d) eine geregelte Motorbremsung aufgrund einer Zusteuerung des
Einlasskanals mit der Möglichkeit
einer variablen Einstellung auf unterschiedlich große Minimalabgasdurchlassquerschnitte
gegeben
ist.
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Nachfolgend
ist auf die unterschiedlichen Einzelheiten der beiden Ausführungsvarianten
näher eingegangen.
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Im
Fall des Drehschiebers 10 gemäß 2 bis 18 weist
dessen Küken 22 einen
internen Durchlasskanal 23 mit drei unterschiedlich großen, am
Umfang verteilten Ein- bzw. Auslassquerschnitten 23/1, 23/2, 23/3 und
umfangsseitig drei ortsfeste Steuerflächenbereiche 24, 25, 26 auf,
wobei sich der erste Steuerflächenbereich 24 zwischen
erstem und zweitem Ein- bzw.
Auslassquerschnitt 23/1 und 23/2, der zweite Steuertlächenbereich 25 zwischen
zweitem und drittem Ein- bzw. Auslassquerschnitt 23/2 und 23/3 und
der dritte Steuerflächenbereich 26 zwischen
erstem und drittem Ein- bzw. Auslassquerschnitt 23/1 und 23/3 erstreckt.
Die drei Steuerflächenbereiche 24, 25, 26 sind
dabei ebenso wie die drei Ein- bzw. Auslassquerschnitte 23/1, 23/2, 23/3 am
Küken 22 in
einer speziellen Lage und Größe gegeben,
auf die anschließend
ebenso wie auf die Lage der Kanäle 13, 14, 15, 16 unter
Zuhilfenahme von 2B näher eingegangen ist. Die Lage
der Kanäle 13, 14, 15, 16 ist
dabei wie folgt: Der erste Auslasskanal 14 mündet mit
seinem Mündungsquerschnitt um
einen Winkel α von
ca.
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+137°, der zweite
Auslasskanal 15 mündet mit
seinem Mündungsquerschnitt
um einen Winkel β von
ca. +98° und
der dritte Auslasskanal 16 mündet mit seinem Mündungsquerschnitt
um einen Winkel γ von
ca. –108° – jeweils
bezogen auf die jeweilige Kanalmitte – gegenüber dem Mündungsquerschnitt des Einlasskanals 13 versetzt
in den Innenraum 12 des Drehschiebers 10 aus.
Ferner sind am Drehschieber-Küken 22 im
Detail folgende Verhältnisse
gegeben: Der erste, kleinste Ein- bzw. Auslassquerschnitt 23/1 des
Durchlasskanals 23 erstreckt sich über einen Umfangsabschnitt
von 32°.
Der zweite, mittelgroße
Ein- bzw. Auslassquerschnitt 23/2 erstreckt sich über einen
Umfangsabschnitt von ca. 48°.
Der dritte, größte Ein-
bzw. Auslassquerschnitt 23/3 des Durchlasskanals 23 erstreckt
sich über
einen Umfangsabschnitt von ca. 110°. Ferner überdeckt der sich am Umfang
des Kükens 22
- – zwischen
erstem und zweitem Ein- bzw. Auslassquerschnitt 23/1, 23/2 erstreckende
erste Steuerflächenbereich 24 ein
Umfangssegment von ca. 35°,
- – zwischen
zweitem und drittem Ein- bzw. Auslassquerschnitt 23/2, 23/3 erstreckende
zweite Steuertlächenbereich 25 ein
Umfangssegment von ca. 60° und
- – zwischen
drittem und erstem Ein- bzw. Auslassquerschnitt 23/3, 23/1 erstreckende
dritte Steuerflächenbereich 26 ein
Umfangssegment von ca. 75°.
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Außerdem überdeckt
jeder der vier Anschlusskanäle 13, 14, 15, 16 mit
der im Mündungsbereich
gegebenen Breite seines Rechteck-Querschnitts ein Bogensegment von
ca. 30° an
einem kreiszylindrischen Umfangsflächenabschnitt des Innenraumes 12.
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Das
Küken 22 besteht
im Beispiel gemäß 2A aus
zwei koaxialen, parallel zueinander beabstandeten Kreisscheiben 28, 29,
zwischen denen sich drei Distanzposten 30, 31, 32 erstrecken,
an denen umfangsseitig außen
jeweils einer der drei Steuerflächenbereiche 24, 25, 26 gegeben
ist. Der Innenraum 12 des Drehschiebers 10 ist
von einer Seite des Gehäuses 11 her
derart zugänglich,
dass das Küken 22 einbaubar
ist. Nach Einbau des Kükens 22 ist
der Innenraum 12 durch einen ein Teil des Gehäuses 11 bildenden,
in ihm zentrierten Deckel 33 verschließbar. Das Küken 22 ist dabei mit
seinen Kreisscheiben 28, 29 mit geringem Radialspiel
im Innenraum 12 drehbar aufgenommen und im Gehäuse 11, 33 über eine
Achse 34/1, 34/2 drehbar gelagert. Die Achse ist mit
einem Teil, z. B. dem Teil 34/2 durch den Deckel 33 hindurch
aus dem Gehäuse 11 heraus
verlängert und
dort an einem (nicht dargestellten) geeigneten elektrischen oder
hydraulischen Stellmotor angeschlossen. Dieser erhält seine
Stellbefehle für
eine entsprechende Ein- bzw. Verstellung des Kükens 22 von einer
(ebenfalls nicht dargestellten) elektronischen Steuereinheit, die
mikroprozessorgestützt
auf der Basis eingespeicherter Motor- und/oder anderer Betriebsdaten
sowie zugeführter
Daten-Istwerte arbeitet. Insbesondere, wenn die Brennkraftmaschine das
Antriebsaggregat eines Fahrzeugs bildet, werden auch Fahrbetriebsspezifische
Daten zur Einstellung des Küken 22 herangezogen.
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In
den 4 bis 18 sind vom Drehschieber 10 des
Beispiels gemäß 2A fünfzehn verschiedene
Stellungen des Kükens 22 gezeigt. 4 zeigt
dabei die angenommene O-Stellung des Kükens 22, aus der dieses
in der einen (+) oder anderen (–)
Richtung durch den Stellmotor verstellbar ist. In dieser O-Stellung
des Kükens 22 erfolgt
keine AGR, das über
den Einlasskanal 13 in den Durchlasskanal 23 eingespeiste
Abgas wird bei abgesperrtem zweitem und drittem Auslasskanal 15, 16 und
vollständig offenem
ersten Auslasskanal 14 über
diesen der ATL-Turbine 2 zugeführt.
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5 zeigt
das Küken 22 in
Verdrehstellung +1. Dabei wird das über den Einlasskanal 13 in
den Durchlasskanal 23 eingespeiste Abgas bei abgesperrtem
zweitem Auslasskanal 15 teils dem ersten Auslasskanal 14,
teils dem dritten Auslasskanal 16 zugeführt. Das heißt, eine
Abgasteilmenge dient einer AGR mit mittlerer Rückführrate und die restliche Abgasteilmenge
geht zur ATL-Turbine 2.
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6 zeigt
das Küken 22 in
Verdrehstellung +2. Dabei wird das über den Einlasskanal 13 in
den Durchlasskanal 23 eingespeiste Abgas in drei unterschiedlichen
Teilmengen den drei Auslasskanälen 14, 15, 16 zugeführt. Die
größte Abgasteilmenge dient
einer AGR mit hoher Rückführrate,
die zweite Abgasteilmenge wird abgeblasen und die dritte Abgasteilmenge
wird der ATL-Turbine 2 zugeführt, so dass letztere mit kleiner
Drehzahl und kleiner Leistung betrieben ist.
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7 zeigt
das Küken 22 in
Verdrehstellung +3. Dabei wird das über den Einlasskanal 13 in
den Durchlasskanal 23 eingespeiste Abgas bei abgesperrtem
erstem Auslasskanal 14 in zwei unterschiedlichen Teilmengen
dem zweiten Auslasskanal 15 und dritten Auslasskanal 16 zugeführt. Die
erste, größte Teilmenge
dient einer AGR mit sehr großer Rückführrate.
Die zweite, kleinere Abgasteilmenge wird abgeblasen.
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8 zeigt
das Küken 22 in
Verdrehstellung +4. Es handelt sich dabei um eine Motorbremsstellung
des Kükens 22,
bei der der Eintrittsquerschnitt des Einlasskanals 13 durch
den Steuerflächenbereich 26 weitgehend,
zu etwa 90–95%,
abgesperrt ist und die minimal durchgehende, in den Durchlasskanal 23 eingespeiste
Abgasmenge in geringem Anteil dem dritten Auslasskanal 16 als
AGR sowie in größerem Anteil über den
zweiten Auslasskanal 15 abgeblasen wird.
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9 zeigt
das Küken 22 in
Stellung +5. Es handelt sich dabei um eine weitere Motorbremsstellung,
bei der der Mündungsquerschnitt
des Einlasskanals 13 ebenfalls durch den Steuerflächenabschnitt 26 nahezu
vollständig,
zu etwa 90%, abgesperrt ist. Die geringe durchgelassene und in den Durchlasskanal 23 eingespeiste
Abgasmenge wird auf alle drei vollständig freigegebenen Auslasskanäle 14, 15, 16 verteilt.
Von Bedeutung ist dies für
die ATL-Turbine 2,
denn diese wird mit niedriger Drehzahl am Laufen gehalten und muss
daher nach Beendigung des Motorbremsvorgangs nicht aus Null hochbeschleunigt
werden.
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10 zeigt
das Küken 22 in
Stellung +6. In dieser Stellung ist der Einlasskanal 13 voll
durchlässig
und das in den Durchlasskanal 23 eingespeiste Abgas wird
in unterschiedlichen Teilmengen über
alle drei Auslasskanäle 14, 15, 16 abgeführt. Eine
geringe Abgasteilmenge dient einer AGR mit geringer Rückführrate.
Eine mittlere Abgasteilmenge wird über den teilweise aufgesteuerten
zweiten Auslasskanal 15 abgeblasen. Die größte Abgasteilmenge geht über den
voll aufgesteuerten ersten Auslasskanal 14 zur ATL-Turbine 2.
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11 zeigt
das Küken 22 in
Stellung +7. Dabei handelt es sich um eine weitere mögliche Motorbremsstellung,
in der der Mündungsquerschnitt des
Einlasskanals 13 durch den Steuerflächenabschnitt 24 weitestgehend,
z. B. zu 80 bis 90%, abgesperrt ist. Die durchströmende geringe,
in den Durchlasskanal 23 eingespeiste Abgasmenge wird bei
abgesperrtem zweitem Auslasskanal 15 und drittem Auslasskanal 16 über den
vollständig
offenen ersten Auslasskanal 14 der ATL-Turbine 2 zugeführt, wodurch
diese mit Minimaldrehzahl am Laufen gehalten wird und nach Beendigung
des Motorbremsvorgangs schneller hochgefahren werden kann.
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12 zeigt
das Küken 22 in
Stellung –1. Dabei
wird das über
den vollständig
offenen Einlasskanal 13 in den Durchlasskanal 23 eingespeiste
Abgas bei abgesperrtem dritten Auslasskanal 16 etwa zu
gleichen Teilen über
den ersten Auslasskanal 14 und zweiten Auslasskanal 15 abgeführt, das
heißt, ein
Teil des Abgases wird abgeblasen und der andere Teil des Abgases
wird der ATL-Turbine 2 zugeführt, so dass diese auf eine
entsprechende Drehzahl und Leistung eingestellt ist.
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13 zeigt
das Küken 22 in
Stellung –2. Auch
hierbei ist der dritte Auslasskanal 16 abgesperrt. Das über den
vollständig
offenen Einlasskanal 13 in den Durchlasskanal 23 eingespeiste
Abgas wird in unterschiedlichen Teilmengen über den ersten Auslasskanal 14 und
zweiten Auslasskanal 15 abgeführt. Es handelt sich bei Stellung –2 im Vergleich
zu Stellung –1
um eine Stellung, bei der die Drehzahl und Leistung der ATL-Turbine 2 auf
einen geringeren Wert eingestellt ist, wobei ein Großteil des
Abgases über
den voll offenen zweiten Auslasskanal 15 abgeblasen und
ein nur kleiner Teil des Abgases über den weitgehend, zu etwa
80%, abgesperrten ersten Auslasskanal 14 zur ATL-Turbine 2 gelangt.
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14 zeigt
das Küken 22 in
Stellung –3. Dabei
handelt es sich um eine weitere mögliche Motorbremsstellung,
in der der Mündungsquerschnitt des
Einlasskanals 13 durch den Steuerflächenbereich 25 weitestgehend,
zu etwa 90%, abgesperrt ist und das minimal durchgelassene, in den
Durchlasskanal 23 eingespeiste Abgas über alle drei Auslasskanäle 14, 15, 16 abgeführt wird.
Das heißt,
auch in diesem Fall bleibt die ATL-Turbine 2 mit einer
Grunddrehzahl betrieben, was nach Beendigung des Motorbremsvorgangs
deren erneute Beschleunigung begünstigt.
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15 zeigt
das Küken 22 in
Stellung –4. Auch
hier handelt es sich um eine weitere mögliche Motorbremsstellung,
in der der Mündungsquerschnitt des
Einlasskanals 13 durch den Steuerflächenbereich 25 weitestgehend,
zu etwa 90%, abgesperrt ist. Das minimal durchgelassene, in den
Durchlasskanal 23 eingespeiste Abgas wird auch hier über alle
drei Auslasskanäle 14, 15, 16 abgeführt, wobei
jedoch die Abgasteilmenge, die hier der ATL-Turbine 2 zugeführt wird
und diese auf kleiner Drehzahl hält,
kleiner ist als in Küken-Stellung –3.
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16 zeigt
das Küken 22 in
Stellung –5. Dabei
wird das über
den voll offenen Einlasskanal 13 in den Durchlasskanal 23 eingespeiste
Abgas bei voll abgesperrtem erstem Auslasskanal 14 teils über den zweiten
Auslasskanal 15 abgeblasen und teils über den dritten Auslasskanal 16 als
AGR abgeführt.
Dabei ergibt sich bei voll aufgesteuertem drittem Auslasskanal 16 eine
AGR mit sehr hoher Rückführrate.
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17 zeigt
das Küken 22 in
Stellung –6. Dabei
handelt es sich wiederum um eine mögliche Motorbremsstellung,
bei der der Mündungsquerschnitt
des Einlasskanals 13 weitgehend, zu etwa 80%, durch den
Steuerflächenabschnitt 24 abgesperrt
ist und das minimal durchgelassene, in den Durchlasskanal 23 eingespeiste
Abgas bei voll abgesperrtem zweitem Auslass kanal 15 teils über den
ersten Auslasskanal 14, teils über den dritten Auslasskanal 16 abgeführt wird.
Das heißt,
auch hier wird die ATL-Turbine 2 auf einer Grunddrehzahl
gehalten, die ihre Beschleunigung nach Beendigung eines Motorbremsvorgangs
begünstigt.
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18 zeigt
das Küken 22 in
Stellung –7. Dabei
sind ähnliche
Verhältnisse
wie in Stellung –6 gegeben,
jedoch ist der Mündungsquerschnitt
des Einlasskanals 13 durch den Steuerflächenabschnitt 24 noch
stärker,
zu 90–95%
abgesperrt. Das heißt, die
ATL-Turbine 2 erhält
hier den größten Anteil
des minimal in den Durchlasskanal 23 durchgelassenen und
aus diesem abgeführten
Abgases und ist daher mit einer höheren Grunddrehzahl als in
Stellung –6 betrieben.
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Die
in den 4 bis 18 gezeigten und vorstehend
erklärten
Schaltstellungen des Kükens 22 sind
repräsentativ
aus dem Verdrehspektrum herausgegriffen. Weitere sinnvolle Einstellungen
des Kükens 22 beiderseits
jeder der gezeigten Stellungen sind möglich, so dass sich fallweise
eine mengenmäßig andere
Abgasverteilung und/oder Motorbremswirkung ergibt.
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Nachstehend
ist auf Einzelheiten des Ausführungsbeispiels
gemäß 19A näher
eingegangen.
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Auch
bei diesem Drehschieber 10 münden die vier Anschlusskanäle 13, 14, 15, 16 mit
Rechteck-Querschnitten in den Innenraum 12 aus. Die Rechteck-Querschnitte
sind hier alle gleich lang und gleich breit und deren Längskanten
verlaufen parallel zur Drehachse des Kükens 22. Dabei ist
die Lage der Mündungsquerschnitte,
wie aus 19B gut ersichtlich, wie folgt
gegeben: Der erste Auslasskanal 14 mündet mit seinem Mündungsquerschnitt
um einen Winkel α von
ca. –100°, der zweite
Auslasskanal 15 mündet
mit seinem Mündungsquerschnitt
um einen Winkel β von
ca. –50° und der
dritte Auslasskanal 16 mündet mit seinem Mündungsquerschnitt
um einen Winkel γ von
ca. +125° – jeweils
bezogen auf die jeweilige Kanalmitte – gegenüber dem Mündungsquerschnitt des Einlasskanals 13 versetzt
in den Innenraum 12 des Drehschiebers 10 aus.
Außerdem überdeckt
jeder der vier Anschlusskanäle 13, 14, 15, 16 mit
der im Mündungsbereich
gegebenen Breite seines Rechteck-Querschnitts
ein Bogensegment von ca. 20° an
einem kreiszylindrischen Umfangsflächenabschnitt des Innenraums 12.
Das Drehschieber-Küken 22 besitzt
auch hier einen internen Durchlasskanal 23 mit drei am
Umfang verteilten Ein- bzw. Auslassquerschnitten 23/1', 23/2', 23/3' hier gleicher Größe von ca.
75° und
umfangsseitig zwei ortsfeste Steuerflächenbereiche 24', 26' sowie einen
beweglichen, separat verstellbaren Steuerflächenbereich 25'. Dabei erstreckt
sich der erste, ortsfest am Küken 22 angeordnete
Steuerflächenbereich 24' zwischen erstem
und zweitem Ein- bzw. Auslassquerschnitt 23/1' und 23/2' über einen
Winkel von ca. 30°.
Andernendes wird der Ein- bzw. Auslassquerschnitt 23/2' durch einen
Anschlagpfosten 35 begrenzt, an dessen gegenüberliegender
Seite ein um die Achse des Kükens 22 in
diesem verdrehbares und radial außen den zweiten Steuerflächenbereich 25' aufweisendes Bogensegment 36 in
seiner Grundstellung abgestützt ist.
Das Bogensegment 36 überdeckt
einen Winkel von ca. 30° und
in Anlage am Anschlagpfosten 35 zusammen mit diesem einen
Winkel von ca. 60°.
Der dritte, ortsfest am Küken 22 angeordnete
Steuerflächenbereich 26' erstreckt sich
zwischen dem dritten Ein- bzw. Auslassquerschnitt 23/3' und dem ersten Ein-
bzw. Auslassquerschnitt 23/1' und überdeckt
einen Winkel von ca. 50°.
Das Küken 22 besteht
auch in diesem Beispiel aus zwei koaxialen, parallel zu einander
beabstandeten Kreisscheiben 37, 38, zwischen denen
sich zwei Distanzpfosten 39, 40 und der Anschlagpfosten 35 jeweils
fest angeschlossen sowie das Bogensegment 36 drehbeweglich
erstrecken. Am Distanzpfosten 39 ist umfangsseitig außen der
Steuerflächenbereich 24' gegeben. Am
Distanzpfosten 40 ist umfangsseitig außen der Steuerflächenbereich 26' gegeben. Am
beweglichen Bogensegment 36 ist umfangsseitig außen der
Steuerflächenbereich 25' gegeben. Das
Bogensegment 36 ist über eine
Strebe 41 fest auf einer Antriebsachse 42 gelagert,
die wiederum selbst einerseits im Gehäuse 11, dort einem
Lagerauge 43 der Gehäuseseitenwand, andererseits
in der Kreisscheibe 37 drehbar gelagert und durch die Kreisscheibe 38 hindurch,
diese lagernd, aus dem Gehäuse 11 heraus
verlängert
ist. Am äußeren freien
Abschnitt der Antriebsachse 42 ist ein elektrischer oder
hydraulischer Stellmotor (nicht dargestellt) angeschlossen, über den
das Bogensegment 36 innerhalb des Kükens 22 zwischen den Pfosten 35 und 40 hin-
und herschwenkbar ist. Auf der der Kreisscheibe 38 gegenüberliegenden
Seite ist das Gehäuse 11 auch
hier durch einen im runden Innenraum 12 zentrierten Deckel 33 verschlossen. Nach
Entfernung desselben ist das vormontierte Küken 22 in den nun
von einer Seite her offenen Innenraum 12 einbaubar. Nach
Wiederanbringen des Deckels 33 am übrigen Gehäuse 11 ist die Kreisscheibe 37 mit
einem Antriebszapfen 44 im Deckel 33 gelagert.
Am äußeren freien
Ende des Antriebszapfens 44 ist ein weiterer elektrischer
oder hydraulischer Stellmotor (ebenfalls nicht dargestellt) angeschlossen,
der für
die Verdrehung und Einstellung des Kükens 22 sorgt. Beide
Stellmotoren dieses Drehschiebers 10 sind auch hier durch
Befehle einer elektronischen, rechnergestützt arbeitenden Steuereinheit betreibbar.
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Die
Steuerbarkeit dieses Drehschiebers 10 ist hier etwas höher als
bei jenem von 2A, weil mit dem Steuerf1ächenbereich 25' am Bogensegment 36 eine
selbständige
Steuerung der AGR zwischen Null und Maximum unabhängig von
den übrigen
Steuerstellungen des Kükens 22 durchführbar ist.
Auf die Funktion dieses Drehschiebers 10 ist nachfolgend
anhand verschiedener Stellungsbetrachtungen des Kükens 22 näher eingegangen.
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19A zeigt das Küken 22 in angenommener
O-Stellung, in der auch das Bogensegment 36 am Anschlagpfosten 35 anliegt
und der Steuerflächenbereich 24' am Pfosten 39 sich
exakt zwischen Einlasskanal 13 und zweitem Auslasskanal 15 befindet.
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Aus
dieser O-Stellung heraus ist das Küken 22 im Uhrzeigersinn
in eine Motorbremsstellung verdrehbar, solange, bis mit dem Steuerflächenbereich 24' am Pfosten 39 der
Mündungsquerschnitt
des Einlasskanals 13 ganz oder weitestgehend, z. B. zu
90 bis 95%, zugesteuert ist. Gleichzeitig wird mit dem Steuerflächenbereich 26' am Pfosten 40 der
Mündungsquerschnitt
des dritten Auslasskanals 16 zugesteuert, so dass wenig
oder keine AGR mehr möglich ist.
Die geringfügig
am Einlasskanal 13 durchgelassene und in den Durchlasskanal 23 eingespeiste
Abgasmenge wird über
die beiden offenen Auslasskanäle 14, 15 teils
abgeblasen, teils der ATL-Turbine 2 zugeführt, wodurch
diese auf Grunddrehzahl gehalten bleibt und so nach Beendigung des
Motorbremsvorgangs leichter zu beschleunigen ist.
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Durch
Drehen des Kükens 22 aus
dieser Motorbremsstellung entgegen dem Uhrzeigersinn zurück in die
O-Stellung ist die Motorbremsung beendbar und auch der Mündungsquerschnitt
des dritten Auslasskanals 16 wird durch den Steuerflächenbereich 26' wieder freigegeben.
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Durch
Drehen des Kükens 22 aus
der O-Stellung entgegen dem Uhrzeigersinn wird mit dem Steuerflächenbereich 24' zunächst der
Mündungsquerschnitt
des zweiten Auslasskanals 15 in zunehmendem Maße zugesteuert.
Das über
den vollständig
offenen Einlasskanal 13 in den Durchlasskanal 23 eintretende
Abgas wird somit im Sinne einer entsprechenden Drehzahl- und Leistungsregelung der
Turbine 2 teils dieser zugeführt, teils abgeblasen. Außerdem kann
mit dem Steuerflächenbereich 25' des separat
verstellbaren Bogensegments 36 eine AGR verhindert oder
je nach Zusteuerungsgrad des Mündungsquerschnitts
des dritten Auslasskanals 16 mit unterschiedlicher Rückführrate zugelassen
werden.
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Sobald
der Mündungsquerschnitt
des zweiten Auslasskanals 15 durch den Steuerflächenbereich 24' am Pfosten 39 vollständig zugesteuert
ist, wird das durch den nach wie vor offenen Einlasskanal 13 in
den Durchlasskanal 23 eingespeiste Abgas nur der ATL-Turbine 2,
gegebenenfalls auch einer AGR über
den dritten Auslasskanal 16 aufgrund entsprechender Einstellung
des Steuerflächenbereiches 25' zugeführt. Es
handelt sich bei dieser Kükenstellung
um jene für
die Maximalleistung der ATL-Turbine 2.
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Bei
weiterem Verdrehen des Kükens 22 entgegen
Uhrzeigersinn aus vorgenannter Position wird durch den Steuerflächenbereich 24' am Pfosten 39 in zunehmendem
Maße der
zweite Auslasskanal 15 aufgesteuert und gleichzeitig der
erste Auslasskanal 14 allmählich zugesteuert. Das heisst,
das über
den Einlasskanal 13 in den Durchlasskanal 23 eingespeiste
Abgas wird teils abgeblasen, teils der ATL-Turbine 2 zugeführt, wodurch
diese im mittleren Drehzahlbereich mit gegenüber maximaler kleinerer Leistung
betrieben ist Auch in dieser Stellung des Kükens 22 ist eine AGR
durch entsprechende Einstellung des Steuerflächenbereichs 25' am Bogensegment 36 entweder
zu unterbinden oder mit wie gewünscht
eingestellter Rückführrate zugelassen.
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Sobald
der Mündungsquerschnitt
des ersten Auslasskanals 14 durch den Steuerflächenbereich 24' am Pfosten 39 vollständig zugesteuert
ist, ist der zweite Auslasskanal 15 vollständig freigegeben
und das durch den nach wie vor offenen Einlasskanal 13 in
den Durchlasskanal 23 eingespeiste Abgas wird entweder
vollständig
abgeblasen oder teils auch einer AGR über den dritten Auslasskanal 16 aufgrund entsprechender
Einstellung des Steuerflächenbereichs 25' am Bogensegment 36 zugeführt. Bei
der hier beschriebenen Stellung handelt es sich um die Entgegen-Uhrzeigersinn-Regelendstellung,
aus der heraus das Küken 22 dann
im Uhrzeigersinn wieder in die anderen, wie vorstehend beschriebenen
Einstellungen rückverdrehbar
ist.