DE19543190A1 - Motorbremsverfahren für eine aufgeladene Brennkraftmaschine - Google Patents
Motorbremsverfahren für eine aufgeladene BrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Motorbremsverfahren für eine aufgela
dene Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentan
spruchs 1.
Aus der DE 43 30 487 C1 ist bereits ein Motorbremsverfahren für
eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader,
dessen Abgasturbine ein Laufrad und einen dieses umgebenden
Strömungskanal mit einer an das Laufrad mündenden Ringdüse auf
weist, bekannt. In der Ringdüse ist ein variables Leitgitter mit
Leitschaufeln angeordnet, mit dem über eine Leitgitterverstel
leinrichtung der Strömungsquerschnitt der Ringdüse zur Herstel
lung eines gewünschten Staudruckes im Strömungskanal eingestellt
wird.
Zum allgemeinen technischen Hintergrund wird noch auf die DE 33
22 436 A1, EP 0 571 205 A1 und US 4 877 369 verwiesen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes
Motorbremsverfahren für eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit
einer Abgasturbine mit variablem Leitgitter vorzuschlagen, bei
dem im Vergleich zum gattungsgemäßen Stand der Technik wesent
lich höhere Motorbremsleistungen erzielbar sind und gleichzeitig
die Betriebssicherheit der Motorbremse und des variablen Leit
gitters erhöht wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des
Patentanspruches 1 gegebenen Merkmale gelöst. Die Merkmale der
Unteransprüche geben vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der
Erfindung an.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß
bei Abgasturbinen mit variablen Leitgittern eine wesentlich hö
here Motorbremsleistung als im gattungsgemäßen Stand der Technik
erzielbar ist. Da die Höhe des Staudrucks im Strömungskanal der
Abgasturbine mit der Motorbremsleistung korreliert, werden bei
höheren Motorbremsleistungen und bei annähernd geschlossenem va
riablen Leitgitter die Leitschaufeln sehr hoch mechanisch bela
stet, weshalb die mechanische Haltbarkeit der Leitschaufeln die
Motorbremsleistung limitiert. Durch das erfindungsgemäße Motor
bremsverfahren ist es möglich, den Staudruck im Strömungskanal
und damit die Motorbremsleistung weiter zu steigern, da durch
die Versperrung des Strömungsquerschnittes in der Ringdüse über
die Sperrkörper nunmehr diese vom variablen Leitgitter mecha
nisch unabhängigen, festigkeitsmäßig entsprechend ausgelegten
Sperrkörper den überwiegenden Teil der durch den Staudruck ent
stehenden Kräfte aufnehmen. Zudem wird eine Erhöhung der Aus
fallsicherheit der Motorbremse erreicht, indem bei erkanntem
Fehler bei der Sperrkörperbewegung noch ein Motorbremse über das
variable Leitgitter möglich ist.
Desweiteren wird bei teilweise in die Ringdüse eingeschobenen
Sperrkörpern eine mechanische Abstützung der Leitschaufeln des
variablen Leitgitters ermöglicht, wodurch dessen Betriebssicher
heit erhöht wird. Ein weiterer Vorteil liegt in der kompakten
Bauweise der Motorbremseinrichtung integral an die Turbine des
Abgasturboladers. Eine separate Motorbremsklappe kann somit ent
fallen. Desweiteren kann der Turbinenwirkungsgrad im Motorbrems
betrieb durch eine geeignete Sperrkörperform optimiert werden.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den übrigen Unteran
sprüchen und der Beschreibung hervor.
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbei
spiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 zum leichteren Verständnis des erfindungsgemäßen Ver
fahrens in einer Prinzipskizze einen Meridianteil
schnitt einer Turbine eines nicht näher dargestellten
Abgasturboladers nebst einem im Mündungsbereich eines
Strömungskanales angeordneten variablem Leitgitter, in
dessen Leitgitterkanäle Sperrkörper in Richtung der
Laufradlängsachse ein- und ausschiebbar sind,
Fig. 2 einen Schnitt II-II von Fig. 1 und
Fig. 3 ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Motorbremsver
fahrens.
Fig. 1 zeigt in einer Prinzipskizze einen Meridianteilschnitt
einer Abgasturbine 1 eines nicht näher dargestellten Abgasturbo
laders einer aufgeladenen Brennkraftmaschine. Die Abgasturbine 1
umfaßt ein Laufrad 2 und einen dieses umgebenden, teilweise dar
gestellten spiralförmigen Strömungskanal 3 mit einem an das
Laufrad 2 mündenden ringdüsenförmigen Mündungsbereich (Ringdüse
4), in dem ein variables Leitgitter VLG mit Leitschaufeln 6 und
Leitgitterkanälen 7 angeordnet ist.
In der Ringdüse 4 sind Sperrkörper SK parallel zu einer Laufrad
längsachse 9 im Bereich der Leitgitterkanäle 7 ein- und aus
schiebbar, wobei die Ringdüse 4 einen wirksamen Strömungsquer
schnitt STQ besitzt. Die Sperrkörper SK und die Leitschaufeln 6
des variablen Leitgitters VLC besitzen jeweils eine über eine
Motorsteuerung regelbare, nicht dargestellte mechanische Ver
stelleinrichtung. Über die Sperrkörperverstelleinrichtung nebst
Sperrkörper SK ist der wirksame Strömungsquerschnitt STQ der
Ringdüse 4 zur Herstellung eines gewünschten Staudrucks im Strö
mungskanal 3 mechanisch unabhängig von der Leitgitterverstel
leinrichtung nebst variablem Leitgitter VLG regelbar und bis auf
Spaltströme vollständig versperrbar.
Die Leitschaufeln 6 und die Sperrkörper SK sind in die durch
Pfeile angedeuteten Richtungen verstellbar. Jede der Leitschau
feln 6 ist mit einer Achse 10 fest verbunden und um diese dreh
bar, wobei die Drehung der Leitschaufeln 6 um die Achsen 10 mit
tels der zugehörigen Verstelleinrichtung erfolgt. Als Verstel
leinrichtung dient beispielsweise ein prinzipiell bekannter,
konzentrisch zur Laufradlängsachse 9 angeordneter drehbarer
Ring, mit dem die einzelnen Achsen 10 gelenkig derart verbunden
sind, daß bei einer Drehung des Ringes die einzelnen Achsen 10
und damit die Leitschaufeln 6 mitgedreht werden. Die Sperrkörper
SK sind parallel zur Laufradlängsachse 9 verschieblich. Die Ver
stelleinrichtung für die Sperrkörper 8 wird beispielsweise durch
eine mit den Sperrkörpern 8 fest verbundene Koppelstange gebil
det, die mit einem von der Motorsteuerung regelbaren Geber ver
bunden ist. Die Sperrkörper 8 bilden zusammen mit der zugehöri
gen Verstelleinrichtung eine vom variablen Leitgitter VLG mecha
nisch unabhängige Versperreinrichtung.
Die Funktion der Sperrkörperverstellung und der Leitgitterver
stellung wird über nicht dargestellte Sensoren überprüft, die
beispielsweise gewisse Endanschlagspositionen der Sperrkörper
und der Leitschaufeln erkennen, wobei über Signalleitungen ein
den Funktionszustand des Leitgitters VLG und des Sperrkörpers SK
repräsentierendes Signal an die Motorsteuerung übertragen wird.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt II-II von Fig. 1 durch das variable
Leitgitter VLG und die Sperrkörper 8. Gleiche Bauteile aus Fig.
1 sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. In Fig. 2 ist
erkennbar, daß sich die Sperrkörper SK in den Leitgitterkanälen
7 befinden und daß bei durch die Leitschaufeln 6 geöffnetem
Leitgitter VLG dessen Durchflußquerschnitt dennoch bis auf
Spaltströme vollständig abriegelbar ist, indem die Sperrkörper
SK parallel zur Laufradlängsachse 9 vollständig in die Leitgit
terkanäle 7 geschoben werden. In radialer Richtung sind die
Sperrkörper SK in etwa zwischen den Drehpunkten 12 und den Na
senbereichen 11 der Leitschaufeln 6 angeordnet.
In Fig. 3 ist ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Motorbrems
verfahrens gezeigt. Bei nicht gewünschter Motorbremsfunktion mf
wird der Strömungsquerschnitt STQ der Ringdüse 4 von den Sperr
körpern SK freigegeben, d. h. die Sperrkörper SK werden durch die
Sperrkörperverstelleinrichtung vollständig aus der Ringdüse 4
herausgezogen und das variable Leitgitter VLG wird über die Mo
torsteuerung nebst Leitgitterverstelleinrichtung gemäß den in
der Motorsteuerung abgelegten Motor- und Turboladerkennfeldern
KF in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine
geregelt.
Bei gewünschter Motorbremsfunktion mf wird zunächst geprüft, ob
bei einer vorhergehenden Sperrkörperbewegung durch den entspre
chenden Sensor ein Fehler erkannt wurde. Falls kein Fehler er
kannt wurde, wird das variable Leitgitter VLG in eine vorgege
bene Position mit relativ großen Leitgitterkanalquerschnitten
verstellt, so daß die Sperrkörper SK problemlos in die Leitgit
terkanäle verschoben werden können. Anschließend werden die
Sperrkörper SK zur Erzeugung des für die Motorbremswirkung not
wendigen auslaßseitigen Staudruckes je nach gewünschter Motor
bremswirkung in die Ringdüse 4 geschoben. Im Motorbremsbetrieb
wird in diesem Fall somit der überwiegende Teil der durch den
Staudruck im Strömungskanal 3 entstehenden mechanischen Bela
stung von den Sperrkörpern SK aufgenommen, während die Leit
schaufeln 6 wegen in ihrer Position geringen wirksamen Quer
schnittsfläche verhältnismäßig wenig mechanisch belastet werden.
Falls ein Fehler in der Sperrkörperbewegung erkannt wurde, wird
eine Regelung des wirksamen Strömungsquerschnittes STQ der Ring
düse 4 über das variable Leitgitter VLG vorgenommen, wobei zu
nächst die Funktion des variablen Leitgitters VLG überprüft
wird. Wenn kein Fehler des variablen Leitgitters VLG erkannt
wird, wird dieses, entsprechend seiner maximal möglichen mecha
nischen Beanspruchung, bis zu einer vorgebbaren Position ver
sperrt. Wegen der begrenzten mechanischen Belastbarkeit der
Leitschaufeln 6 liegt diese vorgebbare Position im Normalfall
zwischen einer vollständig geöffneten und einer vollständig ver
sperrten Position des variablen Leitgitters VLG. Desweiteren
wird ein Warnsignal ws ausgegeben, das dem Fahrer den defekten
Zustand der Sperrkörper SK anzeigt und es wird ein entsprechen
des Fehlersignal auch an die Motorsteuerung übertragen.
Für Notbetriebsfälle (Notbetriebs-Regelung) ist es bei festge
stelltem Versagen der Sperrkörper 8 auch möglich, das variable
Leitgitter VLG einen gewissen Zeitraum vollständig zu schließen,
wobei die Notbetriebs-Regelung gegebenenfalls über eine separate
Betätigungseinrichtung vom Fahrer aktivierbar ist.
Falls sowohl die Sperrkörperbewegung als auch die Bewegung des
variablen Leitgitters VLG als fehlerhaft erkannt wurde, wird le
diglich ein Warnsignal ws für den Fahrer ausgegeben und ein ent
sprechendes Signal an die Motorsteuerung.
In einer Ausführung der Erfindung sind die Leitschaufeln 6 des
variablen Leitgitters VLG durch die in die Leitgitterkanäle 7
eingeschobenen Sperrkörper SK abstützbar. Desweiteren ist der
Strömungsquerschnitt STQ der Ringdüse 4 bei gewünschter Motor
bremsfunktion durch den Sperrkörper SK bis auf Spaltströme voll
ständig verschließbar. In einer weiteren Ausführung der Erfin
dung kann die von dem variablen Leitgitter VLG mechanisch unab
hängige Versperreinrichtung auch einen radial außerhalb des
Leitgitters angeordneten und parallel zur Laufradlängsachse ver
schiebbaren Ring umfassen.
Claims (6)
1. Motorbremsverfahren für eine aufgeladene Brennkraftmaschine
mit einem Abgasturbolader, dessen Abgasturbine ein Laufrad und
mindestens einen dieses umgebenden Strömungskanal mit einer an
das Laufrad mündenden Ringdüse umfaßt, in der mindestens ein va
riables Leitgitter mit Leitschaufeln und Leitgitterkanälen ange
ordnet ist, mit dem über eine Leitgitterverstelleinrichtung der
wirksame Strömungsquerschnitt der Ringdüse zur Herstellung eines
gewünschten Staudruckes im Strömungskanal eingestellt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Ringdüse (4) eine vom variablen Leitgitter (VLG) me
chanisch unabhängige Versperreinrichtung, die mindestens einen
verstellbaren Sperrkörper (SK) umfaßt, angeordnet ist, wobei bei
einer gewünschten Motorbremsfunktion (mf) der wirksame Strö
mungsquerschnitt (STQ) der Ringdüse (4) vorzugsweise über die
Sperrkörper (SK) und alternativ vom variablen Leitgitter (VLG)
verstellt wird.
2. Motorbremsverfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Funktion der Sperrkörper (SK) und des variablen Leitgit
ters (VLG) über Sensoren überwacht werden, wobei ein den Funkti
onszustand des Leitgitters (VLG) und des Sperrkörpers (SK) re
präsentierendes Signal über Signalleitungen an eine Motorsteue
rung übertragen wird.
3. Motorbremsverfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei erkanntem Fehler in der Sperrkörperbewegung und/oder der
Leitschaufelbewegung ein Warnsignal (ws) erzeugt und dem Fahrer
angezeigt wird.
4. Motorbremsverfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sperrkörper (SK) in Richtung einer Laufradlängsachse (9)
in die Leitgitterkanäle (7) des variablen Leitgitters (VLG) ein-
und ausschiebbar sind.
5. Motorbremsverfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei die Leitschaufeln (6) des variablen Leitgitters (VLG)
durch die in die Leitgitterkanäle (7) eingeschobenen Sperrkörper
(SK) abstützbar sind.
6. Motorbremsverfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Strömungsquerschnitt (STQ) der Ringdüse (4) bei ge
wünschter Motorbremsfunktion (mf) durch den Sperrkörper (SK)
und/oder das variable Leitgitter (VLG) bis auf Spaltströme voll
ständig verschließbar ist.
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