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TECHNISCHES GEBIET
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Das
Gebiet dieser Erfindung bezieht sich auf die Diagnose von Turboladern
für Fahrzeugmotoren.
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STAND DER TECHNIK
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Verbrennungskraftmaschinen,
insbesondere Dieselmotoren sind inzwischen üblicherweise mit Turboladern
zur Steigerung der Motorleistung versehen. Wenn sich ein Motor träge anfühlt und
eine Unter-Nennwert-Leistung aufweist, ist der Turbolader oft die
erste unter Verdacht stehende Komponente und wird oft ohne vollständige Diagnose
ausgetauscht.
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Dieser
schnelle Austausch geschieht häufiger,
wenn der Turbolader sich in einem Dieselmotor eines Motorfahrzeugs
befindet, welches sich in einem entfernten Servicezentrum befindet.
Der Turbolader wird oft auf Garantie ausgetauscht und unter Garantieansprüchen an
den Hersteller zurückgesandt.
Wenn der Turbolader nach seiner Rücksendung geprüft wird,
wird oft festgestellt, daß es
kein Problem mit dem Turbolader gab und die Leistungsprobleme des
Dieselmotors durch andere Gründe und/oder
andere Komponenten verursacht worden sind. Somit werden sinnlos
Kosten, Zeit und Mühe verschwendet,
da es keine angemessene Vor-Ort-Einsatzdiagnose für einen
Turbolader gibt.
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Während es
bekannt ist, eine Turbolader-Diagnose durchzuführen, während dieser noch an seinem
Platz im Motor montiert ist, sind bei den diagnostischen Verfahren
gemäß dem Stand
der Technik oft eine komplizierte Elektronik und Computerausstattung
erfor derlich, um mathematische Berechnungen und Kurveninterpretationen
durchzuführen.
Eine solche Ausstattung ist oft nicht in allen entfernten Servicezentren
verfügbar.
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AUFGABENSTELLUNG
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Es
wird eine schnelle Vor-Ort-Einsatzprüfung benötigt, um unter Nutzung von
schnell ablesbaren Werten wie Luftdruck, Umgebungstemperatur und Läufergeschwindigkeit
zu bestimmen, ob ein Turbolader in Übereinstimmung mit akzeptablen
Parametern arbeitet. Gleichermaßen
wird ein Verfahren für die
Diagnose des Turboladers durch Vergleichen von Leistungsergebnissen
mit der Darstellung des Herstellers zur akzeptablen Leistung benötigt, während dessen
Gehäuse
noch an seinem Platz in einem Fahrzeugmotorraum montiert ist.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die
obige Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 bzw. 4 angegebenen
Merkmale gelöst. Vorteilhafte
bzw. zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 und 3.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung umfaßt ein
Verfahren zur Prüfung
eines Turboladers, um zu bestimmen, ob seine Leistung innerhalb
von akzeptablen Parametern liegt, die Schritte: Betreiben eines Motors
derart, daß sein
Ansaugkrümmer
keine Luft aus einem Kompressor des Turboladers aufnimmt; Bereitstellen
von Energie zum Antrieb eines Läufers des
Turboladers aus Abgasen des Motors; Öffnen eines Kompressorauslasses
des Turboladers zur Umgebung und Vorsehen einer Einschränkung innerhalb des
Kompressorauslasses, um den Druck in dem Kompressorauslaß zu erhöhen. Dann
werden der Auslaßdruck
am Kompressorauslaß stromaufwärts der
Einschränkung
gemessen, der Einlaßdruck
am Kompressoreinlaß gemessen,
die Turbolader-Drehzahl gemessen, aus dem gemessenen Auslaßdruck und
dem Einlaßdruck
ein Kompressordruckverhältnis berechnet
und das Verhältnis
mit Abbildungsdaten des Turboladers verglichen, um zu bestimmen,
ob der Turbolader innerhalb der akzeptablen Parameter arbeitet.
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Vorzugsweise
schließt
das Verfahren außerdem
die Messung der Umgebungslufttemperatur und des Luftdrucks und das
Abgleichen der Berechnung des Kompressordruckverhältnisses
mit einer vergleichbaren Abbildung bei Standardtemperatur und -druck
ein, bevor es mit den Abbildungsdaten bei Standardtemperatur und
-druck verglichen wird. Es ist erwünscht, daß der Turbolader eine variable
Geometrie hat, und es werden Messungen bei verschiedenen Geometrien
des Turboladers vorgenommen.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Vor-Ort-Einsatzprüfung eines
Turboladers in einem Motor, um zu bestimmen, ob die Turboladerleistung
innerhalb von akzeptablen Parametern liegt, die Schritte: Abtrennen
eines Kompressorauslasses des Turboladers, so daß der Motor selbstansaugend
ist, Bereitstellen von Energie zum Antrieb eines Läufers des
Turboladers aus den Abgasen des Motors und Anordnen einer Einschränkung stromabwärts in einem
Kompressorauslaß des
Turboladers. Dann werden der Auslaßdruck und die Temperatur am
Kompressorauslaß stromaufwärts der
Einschränkung
gemessen, der Einlaßdruck
und die Temperatur am Einlaß des
Turboladers gemessen, der Umgebungsluftdruck gemessen, die Turbolader-Drehzahl
gemessen, aus dem gemessenen Auslaßdruck, dem Einlaßdruck,
der Temperatur und dem Umgebungsluftdruck ein Kompressordruckverhältnis berechnet
und das Verhältnis
mit Abbildungsdaten des Turboladers verglichen, um zu bestimmen, ob
der Turbolader innerhalb der akzeptablen Parameter arbeitet.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Im
Folgenden wird auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
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1 eine
schematische Ansicht eines Turboladers ist, der bereit ist für eine diagnostische Vor-Ort-Einsatzprüfung mit
seinem Motor gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung; und
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2 eine
grafische Darstellung ist, die Prüfungsergebnisse unter Nutzung
eines Turboladers mit variabler Geometrie veranschaulicht, wobei
Nominalergebnisse für
einen laufenden Turbolader und mit einem möglichen minimalen Akzeptanzniveau und
maximalen Akzeptanzniveau gezeigt sind, und zwar schematisch im
Vergleich.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Gemäß 1 kann
eine Prüfung
für einen Turbolader 10 an
Ort und Stelle ausgeführt
werden, wobei sich der Turbolader 10 noch immer in seiner Position
zum Beispiel innerhalb eines Motorraums eines Fahrzeugs in der Nähe eines
Motors 12 wie zum Beispiel eines Dieselmotors befindet.
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Der
Läufer 14 des
Turboladers 10 ist durch eine Auslaßöffnung 16 des Auspuffkrümmers 17 mit dem
Motor wirkverbunden, um die Abgase von dem Motor zum Antrieb des
Läufers 14 aufzunehmen.
Der Läufer 14 ist über die
Turbinenwelle 20 mit dem Kompressor 18 verbunden.
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Der
Kompressoreinlaß 22 hat
einen Sensor 24 zur Messung des Einlaßdrucks und der Temperatur.
Der Umgebungsluftdruck wird gleichfalls gemessen. Die Kompressor-Auslaßleitung 26 ist
wirksam von dem Motor-Ansaugkrümmer 19 wie
zum Beispiel von der Öffnung 21 getrennt,
so daß der
Motor selbstansaugend wird und im Betrieb Umgebungsluft eingezogen
wird. Die Kompressor-Auslaßleitung 26 hat eine
Einschränkung 28,
die vor deren fernen offenen Ende 30 plaziert ist, um für einen
Druckanstieg in der Kompressor-Auslaßleitung 26 zu sorgen,
der gemessen werden kann. Die Einschränkung 28 kann in einem
separaten Leitungselement 31 eingeschlossen sein, das an
der Kompressor-Auslaßleitung 26 anbringbar
ist. Ein Sensor 32 ist stromaufwärts der Einschränkung 28 positioniert,
um den Auslaßdruck
und die Temperatur zu messen. Es gibt auch einen Sensor 34,
um die Geschwindigkeit der Turbinenwelle 20 zu messen.
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Die
Prüfung
kann bei verschiedenen Geschwindigkeiten des Motors wie zum Beispiel
1.000 Umdrehungen pro Minute (Umdr./min), 1.200 Umdrehungen pro
Minute oder 1.600 Umdrehungen pro Minute durchgeführt werden.
Unter Nutzung des gemessenen Kompressor-Einlaßdrucks, des gemessenen Kompressor-Auslaßdrucks,
der Einlaßtemperatur
und des Luftdrucks wird auf herkömmliche
Weise ein Kompressor-Druckverhältnis
berechnet, welches dann in eine Strömungsgeschwindigkeitsmessung umgewandelt
und dann mit Abbildungs-Kompressordaten des Herstellers des Turboladers
verglichen wird. Die Einlaßtemperatur
und die barometrischen Messungen werden verwendet, um die Strömungsgeschwindigkeit
anzupassen und um einen Ausgleich für die Abbildungs-Kompressordaten
des Herstellers zu schaffen, die herkömmlicherweise bei einer Standardtemperatur
und einem Standard-Luftdruck gemessen und aufgezeichnet werden.
Auf diese Weise wird ein zulässiger
Vergleich zwischen einer Darstellung bei Standardtemperatur und
-druck und Vor-Ort-Einsatzbedingungen ausgeführt, die Drücke und Temperaturen aufzeigen
können,
welche völlig
von den Standardtemperaturen und -drücken abweichen.
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Die
endgültige
Strömungsgeschwindigkeit wird
mit der minimalen und der maximalen Produktions-Strömungsgeschwindigkeit
des Turboladerherstellers verglichen, um zu bestimmen, ob der geprüfte Turbolader
innerhalb der technischen Angaben liegt. Wenn er nicht innerhalb
der akzeptablen Parameter liegt, kann der Turbolader dann mit der
Gewißheit
ausgetauscht werden, daß er
der Grund für
die Unter-Nennwert-Leistung des Dieselmotors ist.
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Wenn
ein Turbolader mit variabler Geometrie bei den drei veranschaulichten
Geschwindigkeiten geprüft
wird, wird es verschiedene Kompressor-Druckverhältnisse mit verschiedenen Turboladergeschwindigkeiten
in Abhängigkeit
von der veränderten
Geometrie des Turboladers geben. Die drei Kurven für die drei
Motordrehzahlen 1.000 Umdr./min, 1.200 Umdr./min und 1.600 Umdr./min
sind gezeigt und können
sich überschneiden,
wie in 2 dargestellt ist.
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Wenn
ein spezieller Turbolader, der geprüft wird, keine veränderte Geometrie
hat, erzeugt seine Prüfung
bei den drei Motordrehzahlen nur drei aufgezeichnete Punkte, d.
h. einen einzelnen eingetragenen Punkt für jede Motordrehzahl. So zeigen
sich zum Beispiel mit dem Motor bei 1.000 Umdr./min, 1.200 Umdr./min
und 1.600 Umdr./min nur drei Punkte auf der grafischen Darstellung
entlang der nominalen Kurve. Ein minimaler akzeptabler Wert und
ein maximaler akzeptabler Wert für
das Kompressorverhältnis
werden für
jede Turbogeschwindigkeit bestimmt.
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Wenn
die geprüften
Kompressorverhältnisse unterhalb
der minimalen akzeptablen Werte für die geprüfte Turboladergeschwindigkeit
oder oberhalb des maximalen akzeptablen Werts liegen, dann wird der
geprüfte
Turbolader als nicht innerhalb akzeptabler Parameter funktionierend
betrachtet und muß ausgetauscht
werden. Wenn sich das Kompressorverhältnis jedoch innerhalb des
zwischen den minimalen akzeptablen Werten und den maximalen akzeptablen
Werten erzeugten Bands befindet, wird der Turbolader als akzeptabel
diagnostiziert und muß nicht
ausgetauscht werden. Außerdem
kann dann festgelegt werden, daß die
Unter-Nennwert-Leistung des Motors durch eine andere Komponente
verursacht oder aus einem anderen Grund gegeben ist.
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2 ist
nur eine Darstellung eines Turboladers mit variabler Geometrie.
Die nominalen, maximal und minimal akzeptablen Werte können in Übereinstimmung
mit der speziellen Ausführung
und dem Modell des Turboladers variieren.
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Es
sollte verstanden werden, daß ein
einzelnes Service-Werkzeug zur Anwendung während der Diagnose konstruiert
werden kann. Das Werkzeug kann ein Kompressoreinlaßrohr haben,
welches mit Instrumenten für
Temperatur und Druck versehen ist, wobei ferner ein Kompressorauslaßrohr, das
mit Instrumenten für
Temperatur und Druck ausgerüstet ist,
ein Luftdrucksensor und ein Turbogeschwindigkeitsadapter vorgesehen
sein können.
Der Turbogeschwindigkeitsadapter ist zum Gebrauch in Turboladern
kompatibel, die eingebaute Turboladergeschwindigkeits-Meßeinrichtungen
haben oder keine derartige Einrichtung haben. Wenn der Turbolader eine
eingebaute Geschwindigkeitsmeßeinrichtung hat,
kann das Signal aus dieser Einrichtung verwendet werden. Wenn es
keine eingebaute Geschwindigkeitsmeßeinrichtung gibt, muß die Turbogeschwindigkeit
mittels des Service-Werkzeugs gemessen werden.
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Auf
diese Weise kann ein Turbolader im Einsatz vor Ort diagnostiziert
und geprüft
werden, um zu bestimmen, ob er innerhalb akzeptabler Parameter arbeitet,
bevor er ggf. ausgetauscht wird.
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Variationen
und Modifikationen sind möglich, ohne
sich von dem Umfang der vorliegenden Erfindung zu entfernen, wie
er in den beigefügten
Ansprüchen
definiert ist.
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Ein
Verfahren zur Diagnose eines Turboladers schließt das Abtrennen der Kompressor-Auslaßleitung,
so daß der
Motor selbstansaugend ist, und die Nutzung des Motors ein, um den
Läufer
des Turboladers anzutreiben. Die Kompressor-Auslaßleitung
hat eine Einschränkung,
um einen Gegendruck zu erzeugen, welcher zusammen mit dem Einlaßdruck,
dem Luftdruck und der Umgebungstemperatur gemessen wird. Die Strömungsgeschwindigkeit
wird bestimmt und mit akzeptablen Parametern aus Abbildungsdaten
verglichen, die von einem Turbolader-Hersteller bereitgestellt werden,
um zu diagnostizieren, ob der Turbolader innerhalb der akzeptablen Parameter
arbeitet.
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- 10
- Turbolader
- 12
- Motor
- 14
- Läufer
- 16
- Auslaßöffnung
- 17
- Auspuffkrümmer
- 18
- Kompressor
- 19
- Motor-Ansaugkrümmer
- 20
- Turbinenwelle
- 21
- Öffnung
- 22
- Kompressoreinlaß
- 24
- Sensor
- 26
- Kompressor-Auslaßleitung
- 28
- Einschränkung
- 30
- fernes
offenes Ende
- 31
- separates
Leitungselement
- 32
- Sensor
- 34
- Sensor