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DE1301608B - Charging device for internal combustion engines - Google Patents

Charging device for internal combustion engines

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Publication number
DE1301608B
DE1301608B DEP33226A DEP0033226A DE1301608B DE 1301608 B DE1301608 B DE 1301608B DE P33226 A DEP33226 A DE P33226A DE P0033226 A DEP0033226 A DE P0033226A DE 1301608 B DE1301608 B DE 1301608B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
exhaust gas
internal combustion
speed
combustion engine
engine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEP33226A
Other languages
German (de)
Inventor
Vulliamy Nicholas Martin Felix
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Perkins Ltd
Original Assignee
Perkins Engines Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Perkins Engines Ltd filed Critical Perkins Engines Ltd
Publication of DE1301608B publication Critical patent/DE1301608B/en
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/18Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/004Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust drives arranged in series
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/013Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust-driven pumps arranged in series
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

Die Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer ersten Abgasturbine und wenigstens einer mit dieser in Reihe geschalteten zweiten Abgasturbine, welche Turbinen jeweils Luftverdichter antreiben, die bezüglich der Luftströmung in Reihe liegen, sowie mit einer Abgassteuereinrichtung, die in Strömungsrichtung hinter der ersten Abgasturbine angeordnet ist und in Abhängigkeit von einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine die der zweiten Abgasturbine zugeführte Abgasmenge bestimmt.The invention relates to a charging device for internal combustion engines with a first exhaust gas turbine and at least one connected in series with this second exhaust gas turbine, which turbines each drive air compressors that relate to of the air flow are in series, as well as with an exhaust gas control device, which in Direction of flow is arranged behind the first exhaust gas turbine and as a function from an operating variable of the internal combustion engine that supplied to the second exhaust gas turbine Exhaust gas quantity determined.

Es ist eine Fahrzeugbrennkraftmaschine für Betrieb in wechselnder Höhenlage bekannt, bei der die Luft durch zwei hintereinandergeschaltete, je von einer Abgasturbine angetriebene Ladegebläse auf einen von der Höhenlage unabhängigen annähernd konstanten Druck verdichtet wird. Hierbei sind auch die beiden Abgasturbinen hintereinandergeschaltet, wobei jedoch das unmittelbar zur Brennkraftmaschine fördernde Gebläse von derjenigen Abgasturbine angetrieben wird, welche die Abgase unmittelbar von der Brennkraftmaschine zugeführt erhält. Bei dieser Anordnung wird nur die in Strömungsrichtung zweite Turbine dadurch geregelt, daß aus der Frischluftdruckleitung nach Wunsch Frischluft den Abgasen, die zu der zweiten Turbine geführt werden, beigemischt wird. Die erste Turbine bleibt dabei ungeregelt. Die Regelung der Frischluftbeimengung erfolgt so, daß der Ladedruck unabhängig von der Höhenlage des Fahrzeugs konstant bleibt.It is a vehicle internal combustion engine designed for alternating operation Altitude known, at which the air through two series-connected, each of an exhaust gas turbine driven supercharger on an independent of the altitude approximately constant pressure is compressed. Here are the two exhaust gas turbines connected in series, however, the direct promoting to the internal combustion engine Fan is driven by that exhaust gas turbine, which the exhaust gases directly Receives supplied by the internal combustion engine. With this arrangement, only the in Direction of flow second turbine regulated by the fact that from the fresh air pressure line if desired, fresh air is added to the exhaust gases that are fed to the second turbine will. The first turbine remains unregulated. The regulation of the addition of fresh air takes place in such a way that the boost pressure is constant regardless of the altitude of the vehicle remain.

Es ist weiterhin eine Ladeeinrichtung für Brennkraftmaschinen bekannt, bei der ebenfalls zwei in Reihe geschaltete Abgasturbinen vorgesehen sind, die je einen Luftverdichter antreiben, die ihrerseits wiederum in Reihe geschaltet sind. Hinter der ersten Turbine liegt im Strömungsweg der Abgase eine Abgassteuereinrichtung, welche die Abgaszufuhr zu der zweiten Turbine steuert. Bei dieser bekannten Anordnung arbeitet der Regler in Abhängigkeit von dem Druck in der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine, und zwar in einer solchen Weise, daß dieser Druck unabhängig von Änderungen des Druckes in der Umgebungsluft konstant bleibt. Es liegt hier also im wesentlichen die gleiche Aufgabe vor, wie bei der zuerst behandelten vorbekannten Ladeeinrichtung. Durch diese Regelung verschiebt sich die normale Drehmoment-Drehzahlkurve parallel zu sich selbst, ohne daß sich der Verlauf der Kurven ändert.It is also known a charging device for internal combustion engines, in which two exhaust gas turbines connected in series are also provided, each of which drive an air compressor, which in turn are connected in series. Behind the first turbine there is an exhaust gas control device in the flow path of the exhaust gases, which controls the supply of exhaust gas to the second turbine. In this known arrangement the controller works depending on the pressure in the intake line of the internal combustion engine, in such a way that this pressure is independent of changes in the Pressure in the ambient air remains constant. So it lies essentially here the same task as with the previously discussed charging device. This regulation shifts the normal torque-speed curve in parallel to itself without changing the course of the curves.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ladeeinrichtung der eingangs näher bezeichneten Art so weiterzubilden, daß sich im Bereich mittlerer und höherer Motordrehzahlen bei Brennkraftmaschinen ein günstigerer Verlauf der Drehmomentcharakteristik ergibt und eine bessere Elastizität des Verhaltens der Brennkraftmaschine erhalten wird.The present invention is based on the object of a charging device of the type described in more detail at the beginning in such a way that in the area middle and higher engine speeds in internal combustion engines a more favorable course of the Torque characteristic results and better elasticity of the behavior of the Internal combustion engine is obtained.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Betriebsgröße, welche die Abgassteuereinrichtung beeinflußt, die Drehzahl der Brennkraftmaschine ist und daß bei Überschreiten einer vorbestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine eine Verminderung der der zweiten Abgasturbine zugeführten Abgasmenge einsetzt und diese Abgasmenge mit weiter ansteigender Maschinendrehzahl weiterhin abnimmt. Vorteilhafterweise liegt dabei die vorbestimmte Drehzahl bei etwa 40% der vollen Drehzahl der Brennkraftmaschine.This object is achieved according to the invention in that the operating size, which influences the exhaust gas control device, the speed of the internal combustion engine is and that when a predetermined speed of the internal combustion engine is exceeded a reduction in the amount of exhaust gas supplied to the second exhaust gas turbine begins and this amount of exhaust gas continues to decrease as the engine speed continues to rise. Advantageously the predetermined speed is around 40% of the full speed of the internal combustion engine.

Auf Grund der neuen Maßnahmen ergeben sich besonders günstige Verhältnisse, indem die Abgassteuereinrichtung den Strömungsweg zur zweiten Abgasturbine voll offen hält, bis eine vorbestimmte Drehzahl erreicht ist, worauf dieser Strömungsweg mit weiterhin steigender Drehzahl mehr und mehr abgesperrt wird. Dabei erhält die zweite Turbine bei der maximalen Drehzahl nur noch gerade so viel Abgas, daß der durch sie angetriebene Lader keine Störung der Luftzuführung verursacht. Auf Grund dieser Ausbildung läßt sich bis zum Erreichen des vorbestimmten Drehzahlwertes ein hohes Drehmoment erzielen. Dies ist sehr wünschenswert, da man dadurch über einen sehr weiten Drehzahlbereich ein optimales Drehmomentverhältnis erhält.The new measures result in particularly favorable conditions, by the exhaust gas control device filling the flow path to the second exhaust gas turbine holds open until a predetermined speed is reached, whereupon this flow path is blocked more and more as the speed continues to rise. The second turbine at the maximum speed only just enough exhaust gas that the turbochargers driven by them do not cause any disruption of the air supply. Because of this training can be used until the predetermined speed value is reached achieve high torque. This is very desirable as it gives you a very wide speed range receives an optimal torque ratio.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is illustrated below with reference to schematic drawings several exemplary embodiments explained in more detail.

F i g. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Ladeeinrichtung gemäß der Erfindung für eine Brennkraftmaschine; Fi g. 2 und 3 zeigen Diagramme.F i g. 1 shows a plan view of a charging device according to FIG Invention for an internal combustion engine; Fi g. 2 and 3 show diagrams.

F i g. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1, die mit einer Ansaugleitung 2 und einer Auspuffleitung 3 ausgerüstet ist. Ein erster Aufladeverdichter 4 saugt Luft durch einen Ansaugfilter 5 und führt die verdichtete Luft durch eine Rohrleitung 6, die zugleich den Einlaß für einen zweiten Auflader oder Verdichter 7 darstellt. Der letztere der beiden Verdichter führt die Luft zur Ansaugleitung 2 und über diese zur Brennkraftmaschine 1. Die Auspuffgase strömen aus der Brennkraftmaschine 1 durch die Auspuffleitung 3 zu einer ersten Turbine B. Die Turbine 8 treibt den Aufladeverdichter 7 über eine Welle 9 an. Die Auspuffgase, die die erste Turbine 8 verlassen, strömen durch eine Rohrleitung 10 zu einem Steuerventil 11, welches den Strom der Auspuffgase auf zwei Rohrleitungen 12 und 13 A verteilt. Die Rohrleitung 12 führt zu einer Turbine 14, die sich über eine weitere Rohrleitung 13, an welche sich das Rohr 13 A anschließt, zur Außenluft öffnet. Eine Welle 15 überträgt die Antriebskraft der Turbine 14 auf den ersten Aufladeverdichter 4.F i g. 1 shows an internal combustion engine 1 which is equipped with an intake line 2 and an exhaust line 3. A first supercharger 4 sucks air through an intake filter 5 and guides the compressed air through a pipe 6, which at the same time represents the inlet for a second supercharger or compressor 7. The latter of the two compressors leads the air to the intake line 2 and via this to the internal combustion engine 1. The exhaust gases flow from the internal combustion engine 1 through the exhaust line 3 to a first turbine B. The turbine 8 drives the supercharging compressor 7 via a shaft 9. The exhaust gases leaving the first turbine 8, flow through a conduit 10 which distributes the flow of the exhaust gases on to two pipes 12 and 13 A to a control valve 11. The pipeline 12 leads to a turbine 14, which opens to the outside air via a further pipeline 13 to which the pipe 13 A is connected. A shaft 15 transmits the driving force of the turbine 14 to the first supercharging compressor 4.

Die Anordnung kann auch so getroffen werden, daß die beiden Verdichter 4 und 7 in umgekehrter Reihenfolge an die Ansaugleitung des Motors angeschlossen sind und/oder zusätzliche, durch Ventile zur Wirkung kommende Umgehungsleitungen vorgesehen sind, welche es gestatten, einen Teil der Ansaugluft direkt dem an zweiter Stelle angeordneten Verdichter zuzuführen bzw. nach Bedarf z. B. einen Teil der von dem in der Reihe an erster Stelle liegenden Verdichter gelieferten Luft direkt der Ansau# leitung des Motors zuzuführen.The arrangement can also be made so that the two compressors 4 and 7 connected in reverse order to the intake pipe of the engine and / or additional bypass lines that come into effect through valves are provided, which allow a part of the intake air directly to the second Place arranged compressor or, if necessary, z. B. part of the directly supplied by the first compressor in the row the intake line of the motor.

Es sei darauf hingewiesen, daß das im auspuffseitigen Teil des Motors befindliche Steuerventil 11 so ausgebildet ist, daß niemals ein vollständiges Absperren der Strömung der Auspuffgase zur nachgeschalteten Turbine 14 stattfindet. Auf diese Weise wird erreicht, daß die-von dem Ventil 11 beeinflußte Turbine auch bei geschlossenem Ventil 11 mit einer 9 erincen Drehzahl weiterläuft, so daß der von der t' Turbine angetriebene Verdichter nicht die Ursache für eine Abschnürung des Luftstromes werden kann. Es ist einzusehen, daß die Vorteile, die durch die Anwendung des erfindungsgemäß ausgebildeten Systems erzielt werden, im wesentlichen darin liegen, daß eine bessere und günstigere Drehmomentcharakteristik im Bereich mittlerer und höherer Motordrehzahlen bei Dieselmotoren erzielt wird. Die Kurve NA in F i g. 2 zeigt die Drehmoment-Drehzahlkennlinie für einen typischen, normal ansaugenden Dieselmotor. Es ist zu erkennen, daß das Maximalmoment bei etwa 40 % der maximalen Motordrehzahl erreicht wird und daß zwischen diesem Maximalmoment und der maximalen Drehzahl ein ständiger Abfall des Drehmomentes eintritt. Diese Kennlinie, und zwar jener Teil, der sich im Bereich von 40 bis 100 % der Maximaldrehzahl befindet, versetzt ein Fahrzeug, das mit einem derartigen Dieselmotor ausgerüstet ist, in die Lage, mit einer Höchstgeschwindigkeit zu fahren, d. h. eine Geschwindigkeit zu erreichen, bei der ein Gleichgewicht durch eine niedrigere Geschwindigkeit und einer zusätzlichen Last eintritt, wobei die Last beispielsweise von einem Ansteigen der Fahrbahn herrühren kann. Diese Bedingungen sind jedoch nur dann gültig, wenn die Belastung nicht so groß ist, daß sie das verfügbare maximale Drehmoment überschreitet, das der Motor in Verbindung mit dem gewählten Getriebe entwickeln kann. It should be pointed out that the control valve 11 located in the exhaust-side part of the engine is designed in such a way that the flow of the exhaust gases to the downstream turbine 14 is never completely shut off. In this way it is achieved that the-of the valve continues to run 11 influenced turbine even with the valve 11 with a 9 erincen speed, so that the driven from the t 'turbine compressor can not be the cause of a constriction of the air stream. It can be seen that the advantages that are achieved by using the system designed according to the invention are essentially that a better and more favorable torque characteristic is achieved in the range of medium and higher engine speeds in diesel engines. The curve NA in FIG. 2 shows the torque-speed characteristic for a typical, normally aspirating diesel engine. It can be seen that the maximum torque is reached at approximately 40% of the maximum engine speed and that a constant drop in torque occurs between this maximum torque and the maximum speed. This characteristic curve, namely that part which is in the range from 40 to 100% of the maximum speed, enables a vehicle equipped with such a diesel engine to travel at a maximum speed, ie to reach a speed at which is balanced by a lower speed and an additional load, which load can for example result from an ascent of the roadway. However, these conditions are only valid if the load is not so great that it exceeds the maximum available torque that the engine can develop in conjunction with the selected transmission.

F i g. 2 zeigt eine weitere graphische Darstellung oder Kennlinien, in der der Druck, die Druckänderung und das Verhältnis der Drücke über den Verdichtern und das Drehmoment, welches dem Bremsdruck entspricht, in bezug auf Prozente der maximal erzielbaren Motordrehzahl als Abszisse aufgetragen sind. Die Kurve AB stellt die Druckverhältnisse für einen einzelnen Turboauflader dar, der mit dem Motor derart verbunden ist, daß er die Energie der Auspuffgase ausnutzt. Wie sich erkennen läßt, ergibt sich aus dieser Ausnutzung der Energie der Auspuffgase ein Anstieg der Kurve ST in dem Drehmomentteil der graphischen Darstellung. Es ist sichtbar, daß das Maximalmoment, das für einen Motor, der mit einem einzigen Turboauflader ausgerüstet ist, bei etwa 65 % der maximalen Drehzahl erreicht wird, so daß die Getriebe des Fahrzeuges auf eine höhere Geschwindigkeit geschaltet werden müssen als bei einem normal ansaugenden Motor (Kurve INA), bei dem das Maximalmoment bei ungefähr 40% der maximalen Drehzahl entwickelt wird. Wenn beispielsweise bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 das Ventil 11 voll offen gehalten wird, und zwar in Richtung auf die Turbine 14, bis etwa 40 % der maximalen Drehzahl erreicht werden, dann werden beide Turbinen 4 und 7 angetrieben, und es wird ein hohes Drehmoment entwickelt (s. Kurve TT in F i g. 2). Das Ventil 11 kann dann zunehmend geschlossen werden, so daß die Turbine 14 mehr und mehr von dem Abgas- oder Auspuffgasstrom abgesperrt wird und dieser durch die Rohrleitung 13 A entweicht, wenn die Motordrehzahl ansteigt und schließlich den Maximalwert erreicht. Bei Erreichen der maximalen Drehzahl ist das Ventil 11 fast geschlossen und gibt nur so viel Auspuffgasen den Weg zur Turbine 14 frei, daß diese gerade noch in Drehung gehalten wird, so daß der Verdichter oder Auflader 4 daran gehindert wird, die Luftströmung zum Motor zu unterbrechen. Unter diesen Umständen stellen sich über den Verdichtern Druckverhältnisse ein, die durch die Kurven CIDE und A1B dargestellt sind, während der Gesamtdruck bzw. das Gesamtdruckverhältnis von der Kurve CFB wiedergegeben wird. Letztere wird durch Multiplikation der Ordinaten der Kurven CIDE und AIB ermittelt. Da die Druckverhältnisse über den Verdichtern ein Maß für die Menge der Luftströmung darstellen, die durch den Motor fließt, und da Veränderungen der Strömungsmenge ein ungefähres Maß für die Veränderung der vom Motor entwickelten Leistung darstellen, folgt, daß die Kurve CFB einer im wesentlichen konstanten Leistung des Motors zwischen dem Bereich der Drehzahl, an welcher das Maximalmoment auftritt, und der maximalen Drehzahl entsprechen muß. Das ist vorteilhaft insofern, als eine hohe Antriebskraft entwickelt werden kann, und zwar bei niedrigen Geschwindigkeiten, wobei sich Möglichkeiten eröffnen, die Anzahl der Gänge eines Getriebes zu verringern oder vollständig auf diese zu verzichten. Es ist erkennbar, wie sich aus einem Vergleich der Kurven NA und TT ergibt, daß das Maximalmoment auf etwa dem gesamten Bereich der Motordrehzahl erzielt werden kann und daß auf diese Weise die Elastizität des Motors bei zugleich verbesserter Drehmoment-Charakteristik erhalten ist.F i g. 2 shows a further graphical representation or characteristic curves in which the pressure, the pressure change and the ratio of the pressures across the compressors and the torque, which corresponds to the brake pressure, are plotted as an abscissa in relation to percentages of the maximum achievable engine speed. The curve AB represents the pressure ratios for a single turbocharger which is connected to the engine in such a way that it utilizes the energy of the exhaust gases. As can be seen, this utilization of the energy of the exhaust gases results in a rise in the curve ST in the torque part of the graph. It can be seen that the maximum torque that is reached for an engine equipped with a single turbocharger is about 65% of the maximum speed, so that the gearbox of the vehicle must be switched to a higher speed than with a normally aspirating engine (Curve INA), in which the maximum torque is developed at approximately 40% of the maximum speed. If, for example, in the embodiment according to FIG. 1 the valve 11 is kept fully open, specifically in the direction of the turbine 14 until about 40% of the maximum speed is reached, then both turbines 4 and 7 are driven and a high torque is developed (see curve TT in Fig. 2). The valve 11 can then be increasingly closed so that the turbine 14 is more and more shut off from the exhaust gas or exhaust gas flow and this escapes through the pipe 13 A when the engine speed increases and finally reaches the maximum value. When the maximum speed is reached, the valve 11 is almost closed and only releases so much exhaust gases the way to the turbine 14 that it is just kept rotating, so that the compressor or supercharger 4 is prevented from interrupting the air flow to the engine . Under these circumstances, pressure ratios appear across the compressors, which are shown by the curves CIDE and A1B, while the total pressure or the total pressure ratio is shown by the curve CFB. The latter is determined by multiplying the ordinates of the curves CIDE and AIB. Since the pressure ratios across the compressors are a measure of the amount of air flow flowing through the engine, and since changes in the amount of flow are an approximate measure of the change in the power developed by the engine, curve CFB follows a substantially constant power of the motor must correspond between the range of the speed at which the maximum torque occurs and the maximum speed. This is advantageous in that a high driving force can be developed, namely at low speeds, opening up possibilities of reducing the number of gears of a transmission or of doing without them entirely. It can be seen, as can be seen from a comparison of the curves NA and TT, that the maximum torque can be achieved over approximately the entire range of the engine speed and that in this way the elasticity of the engine is maintained with improved torque characteristics at the same time.

F i g. 3 zeigt ein Diagramm, das dem Diagramm in F i g. 2 ähnlich ist, jedoch ist dieses Diagramm so ausgelegt, daß ein wesentlich geringeres Maximalmoment als vorher entwickelt wird, wenn das Ventil 11 bis zum Erreichen der vorbestimmten Drehzahl zunehmend geöffnet wird, während die Verminderung der der zweiten Abgasturbine 14 zugeführten Abgasmenge nach Überschreiten der Drehzahl weniger stark wie bei dem Diagramm nach F i g. 2 ist. Dadurch wird erreicht, daß das Drehmoment bei zunehmenden Drehzahlen größer ist, als es mit einem einzigen Turboverdichter (s. Kennlinie ST') erzielbar ist, und daß sich die Turbine 14 ständig in Betrieb befindet.F i g. 3 shows a diagram similar to the diagram in FIG. 2, but this diagram is designed in such a way that a significantly lower maximum torque than before is developed when the valve 11 is increasingly opened until the predetermined speed is reached, while the reduction in the amount of exhaust gas supplied to the second exhaust gas turbine 14 after the speed is exceeded is less strong as in the diagram according to FIG. 2 is. This ensures that the torque at increasing speeds is greater than can be achieved with a single turbo compressor (see characteristic curve ST '), and that the turbine 14 is constantly in operation.

Die Leistung oder die Antriebskraft und der Brennstoffverbrauch beispielsweise sind ebenso wie das Antriebsdrehmoment zu berücksichtigen, und es ist nicht notwendig und auch nicht immer erwünscht, daß das maximale Drehmoment entwickelt wird.The power or the driving force and the fuel consumption, for example must be taken into account as well as the drive torque, and it is not necessary nor is it always desirable that the maximum torque be developed.

Die Auslegung nach F i g. 2 ist z. B. dann vorteilhaft, wenn ein Fahrzeug unter erheblicher Last vorwiegend in gebirgiger Gegend gefahren werden soll. Durch die Drehmomentspitze bei der gewählten relativ niedrigen Drehzahl wird erreicht, daß trotz des schwierigen Geländes nur wenig geschaltet zu werden braucht. Die Auslegung nach F i g. 3 ist dagegen vorteilhafter bei Betrieb auf schnellen Autostraßen in relativ ebenem Gelände. In beiden Fällen läßt sich die Drehmomentspitze in den günstigen niedrigen Drehzahlbereich legen. Außerdem läßt sich bedarfsweise die Regeleinrichtung ohne nennenswerten Aufwand von der Auslegung nach F i g. 2 in die Auslegung nach F i g. 3 und zurück umschalten.The design according to FIG. 2 is e.g. B. advantageous when a vehicle is to be driven mainly in mountainous areas under considerable load. By the torque peak at the selected relatively low speed is reached, that in spite of the difficult terrain only a few switches need to be switched. The interpretation according to FIG. 3, on the other hand, is more advantageous when operating on high-speed motorways in relatively flat terrain. In both cases, the peak torque can be in the favorable set low speed range. In addition, if necessary, the control device without significant effort from the design according to FIG. 2 in the interpretation F i g. 3 toggle and back.

Die Erfindung erstreckt sich deshalb auf jenen Geschwindigkeits- oder Drehzahlbereich, von dem ab eine Turboaufladung und Turboverdichtung möglich und mit einem guten Wirkungsgrad durchführbar ist, und sie gestattet die Erzielung beträchtlicher Vorteile im Hinblick auf die Anpassungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit von Motoren. Die Anwendung von drei oder mehreren Turboaufladern kann größere Gewinne einbringen als sie mit zwei Turboaufladern bzw. der Zweistufenaufladung, die im vorstehenden geschildert worden ist, erzielt werden können, es muß jedoch unter Umständen damit gerechnet werden, daß die Kosten für weitere Auflader und Verdichter so hoch werden, daß sie mit Hinblick auf die erzielten Vorteile nicht mehr gerechtfertigt sind.The invention therefore extends to those speed or Speed range from which turbo-charging and turbo-compression are possible and can be carried out with good efficiency, and it allows more substantial ones to be achieved Advantages with regard to the adaptability and economy of engines. The use of three or more turbochargers can produce greater profits than they are with two turbochargers or two-stage turbocharging, as described in the foregoing has been described, can be achieved, but it may have to be so it can be expected that the costs for further superchargers and compressors will be so high, that they are no longer justified with regard to the advantages achieved.

In den Figuren deuten die Pfeile die Strömungsrichtung der Luft bzw. der Auspuffgase an. Die Steuerventile können in Verbindung mit dem Drosselorgan des Motors oder in Abhängigkeit von der Drehzahl oder in Abhängigkeit von Drucksignalen oder Kombinationen derartiger Signale betätigt werden.In the figures, the arrows indicate the direction of flow of the air or the exhaust gases. The control valves can be used in conjunction with the Throttle body of the engine or as a function of the speed or as a function operated by pressure signals or combinations of such signals.

Claims (2)

Patentansprüche: 1. Ladeeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer ersten Abgasturbine und wenigstens einer mit dieser in Reihe geschalteten zweiten Abgasturbine, welche Turbinen jeweils Luftverdichter antreiben, die bezüglich der Luftströmung in Reihe liegen, sowie mit einer Abgassteuereinrichtung, die in Strömungsrichtung hinter der ersten Abgasturbine angeordnet ist und in Abhängigkeit von einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine die der zweiten Abgasturbine zugeführte Abgasmenge bestimmt, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß die Betriebsgröße die Drehzahl der Brennkraftmaschine ist und daß bei überschreiten einer vorbestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) eine Verminderung der der zweiten Abgasturbine (14) zugeführten Abgasmenge einsetzt und diese Abgasmenge mit weiter ansteigender Maschinendrehzahl weiter abnimmt. Claims: 1. Charging device for internal combustion engines with a first exhaust gas turbine and at least one second connected in series therewith Exhaust gas turbine, which turbines each drive air compressors that are related to the Air flow lie in series, as well as with an exhaust control device, which is in the direction of flow is arranged behind the first exhaust gas turbine and depending on an operating variable the internal combustion engine determines the amount of exhaust gas supplied to the second exhaust gas turbine, d a d u r c h g e - indicates that the operating variable is the speed of the internal combustion engine is and that when a predetermined speed of the internal combustion engine is exceeded (1) a reduction in the amount of exhaust gas fed to the second exhaust gas turbine (14) begins and this amount of exhaust gas continues to decrease as the engine speed continues to rise. 2. Ladeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Drehzahl bei 40 °/o der vollen Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) liegt.2. Charging device according to claim 1, characterized in that the predetermined speed is at 40% of the full speed of the internal combustion engine (1).
DEP33226A 1962-12-21 1963-12-19 Charging device for internal combustion engines Pending DE1301608B (en)

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