DE112009003582T5 - Verfahren zumn Verhindern des Bersts eines Verdichterrades und/oder Turbinenrades einesAbgasturboladers - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Verhindern des Bersts eines Verdichterrades und/oder Turbinenrades eines Abgasturboladers eines Kraftfahrzeuges mit folgenden Verfahrensschritten: Bestimmen von Belastungsgrenzwerten (n(G)) für das Verdichterrad und/oder das Turbinenrad in Prüfstandsversuchen; Ermitteln von Belastungsgrößen (n) für das Verdichterrad und/oder Turbinenrad während des Betriebs des Abgasturboladers in Kraftfahrzeugen; Verarbeiten der ermittelten Belastungsgrößen (n) zur Bestimmung eines den regalen Abgasturboader-Betrieb darstellenden Belastungskennwerts (n(i)); Vergleichen des Belastungsgrenzwertes (n(G)) mit dem Belastungskennwert (n(i)); und Ausgabe einer Warnung (W), falls der Vergleich des Belastungsgrenzwertes (n(G)) mit dem Belastungskennwert (n(i)) eine Überschreitung eines vorgebbaren Sicherheitsabstandes ergibt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verhindern des Bersts eines Verdichterrades und/oder Turbinenrades eines bei Kraftfahrzeugen eingesetzten Abgasturboladers gemäß Anspruch 1.
• Unter dem Betreff „Berst” versteht man eine explosionsähnliche Zerstörung eines Verdichterrades und/oder Turbinenrades aufgrund überhöhter Belastungen. Bei genügend hohen Belastungen kann ein derartiger Berst selbst bei Turbinen- und Verdichterrädern auftreten, die nach einer korrekten Spezifikation hergestellt sind, also keine Produktionsfehler aufweisen.
• Eine Möglichkeit für einen derartigen Berst ist eine übermäßig hohe Drehzahl des Turboladers, die beispielsweise auftreten kann, wenn am Turbolader und/oder an dem Kraftfahrzeug, in dem der Turbolader installiert ist, Manipulationen vorgenommen worden sind.
• Hierbei handelt es sich in aller Regel um eine Einmalbelastung, die zum Berst des Raes führt.
• In der Praxis wichtiger sind jedoch Belastungen innerhalb der an sich üblich zulässigen Grenzen, die sich jedoch aufgrund einer hohen Anzahl von zyklischen Wiederholungen aufsummieren können, wie beispielsweise ständige Drehzahlwechsel.
• Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Verhindern des Bersts eines Verdichterrades und/oder eines Turbinenrades eines bei Kraftfahrzeugen eingesetzten Abgasturboladers zu schaffen.
• Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1.
• Erfindungsgemäß wird zunächst eine Bestimmung von Belastungsgrenzwerten für das Verdichterrad und/oder das Turbinenrad durchgeführt, die im Rahmen von Prüfstandsversuchen ermittelt werden. Eine Möglichkeit für einen derartigen Prüfstandversuch ist das häufige Wiederholen eines Start-/Stoppvorganges für das jeweilige Rad, was den härtesten Belastungstest darstellt, da ständig zwischen Stillstand und maximaler Drehzahl gependelt wird.
• Alternativ ist es jedoch auch denkbar, dass eine Mehrzahl von unterschiedlichen Belastungszyklen im Prüfstandversuch durchlaufen wird, wobei eine Mehrzahl von realen Fahrbedingungen abgebildet werden soll.
• Im Ergebnis ergibt sich in jedem Falle die Bestimmung eines Belastungsgrenzwertes, der den Zeitpunkt darstellt, zu dem statistisch ein Berst des Verdichter- und/oder Turbinenrades auftreten würde.
• Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner den Verfahrensschritt des Ermittelns von Belastungsgrößen für das Verdichterrad und/oder Turbinenrad während des Betriebs des Abgasturboladers im Kraftfahrzeug. Insbesondere sind hierfür die Motordrehzahl und/oder die Drehzahl des Abgasturboladers und/oder die Zeitspannen des Auftretens bestimmter Drehzahlen und/oder die Abgasturboladerdrehzahlgradienten und/oder die vom Kraftfahrzeug zurückgelegten Höhenmeter und/oder Kilometer heranzuziehen.
• Diese ermittelten Belastungsgrößen, gegebenenfalls auch weitere geeignete Größen, werden zur Bestimmung eines den realen Abgasturbolader-Betrieb darstellenden Belastungskennwertes verwendet.
• Dieser Belastungskennwert wird mit dem Belastungsgrenzwert verglichen, um zu bestimmen, ob ein Berst eines Verdichterrades und/oder Turbinenrades statistisch zu befürchten ist.
• Ergibt dieser Vergleich, dass ein Sicherheitsabstandswert, der anhand des zuvor bestimmten Belastungsgrenzwertes festlegbar ist, überschritten wird, wird eine Warnung ausgegeben, so dass es dem Betreiber eines Kraftfahrzeuges, das einen Turbolader verwendet, möglich ist, vor dem Auftreten eines Bersts die Belastung zu reduzieren und eine geeignete Reparatur einzuleiten.
• Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines schematisch stark vereinfachten Blockschaltbildes näher erläutert.
• Das Blockschaltbild stellt eine Möglichkeit für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens dar, wobei es sich im Beispielsfalle um ein sogenanntes LCF-Verfahren handelt, wobei die Abkürzung „LCF” für den Terminus „Low Cycle Fatigue” steht, was eine Ermüdung aufgrund geringer Belastungen bedeutet.
• Gemäß dem dargestellten Beispiel wird eine Drehzahl n des Abgasturboladers und/oder des Verbrennungsmotors ermittelt und in einem Filter F gefiltert. Die gefilterten Drehzahlwerte n_Filter werden in einem Puffer P, beispielsweise für 60 Sekunden, zwischengespeichert und anschließend in einem Berechnungsblock C verarbeitet, um einen Belastungskennwert n(i) bestimmen zu können.
• Dieser Belastungskennwert n(i) wird mit einem Belastungsgrenzwert n(G) in einem Vergleicher V verglichen, um bei Überschreiten eines Sicherheitsabstandswertes gegebenenfalls eine Warnung W ausgeben zu können.
• Bezugszeichenliste

• F

  Filter

  P

  Puffer

  C

  Berechnungseinheit

  V

  Vergleicher

  W

  Warnung

  n

  Drehzahl

  n_Filter

  Gefilterte Drehzahl

  n(i)

  Belastungskennwert

  n(G)

  Belastungsgrenzwert

Claims (5)

1. Verfahren zum Verhindern des Bersts eines Verdichterrades und/oder Turbinenrades eines Abgasturboladers eines Kraftfahrzeuges mit folgenden Verfahrensschritten: – Bestimmen von Belastungsgrenzwerten (n(G)) für das Verdichterrad und/oder das Turbinenrad in Prüfstandsversuchen; – Ermitteln von Belastungsgrößen (n) für das Verdichterrad und/oder Turbinenrad während des Betriebs des Abgasturboladers im Kraftfahrzeug; – Verarbeiten der ermittelten Belastungsgrößen (n) zur Bestimmung eines den realen Abgasturboader-Betrieb darstellenden Belastungskennwerts (n(i)); – Vergleichen des Belastungsgrenzwertes (n(G)) mit dem Belastungskennwert (n(i)); und – Ausgabe einer Warnung (W), falls der Vergleich des Belastungsgrenzwertes (n(G)) mit dem Belastungskennwert (n(i)) eine Überschreitung eines vorgebbaren Sicherheitsabstandes ergibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Belastungsgrößen die Drehzahl des Abgasturboladers, die Zeitspannen des Auftretens bestimmter Drehzahlen und die Drehzahlgradienten ermittelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als zusätzliche Belastungsgrößen die vom Fahrzeug zurückgelegten Höhenmeter und die gefahrenen Kilometer erfasst werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Belastungsgrößen mittels eines mathematischen Algorithmus verarbeitet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitung online erfolgt.

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