DE19543190C2 - Motorbremse für eine aufgeladene Brennkraftmaschine - Google Patents
Motorbremse für eine aufgeladene BrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Motorbremse für eine aufgeladene
Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 43 30 487 C1 ist bereits eine Motorbremse für eine
aufgeladene Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader, dessen
Abgasturbine ein Laufrad und einen dieses umgebenden Strömungska
nal mit einer an das Laufrad mündenden Ringdüse aufweist, be
kannt. In der Ringdüse ist ein variables Leitgitter mit Leit
schaufeln angeordnet, mit dem über eine Leitgitterverstel
leinrichtung der Strömungsquerschnitt der Ringdüse zur Herstel
lung eines gewünschten Staudruckes im Strömungskanal eingestellt
wird.
Des weiteren ist aus der DE 28 20 941 A1 eine Bremseinrichtung
für einen turboaufgeladenen Motor eines Kraftfahrzeuges bekannt,
der eine geometrisch variable Turbine mit im Leitkanal angeordne
ten Leitflügeln sowie einen durch die Turbine angetriebenen Kom
pressor umfaßt. Dessen Ausgang führt zur Ansaugleitung des Mo
tors, wobei dieser auch als Kompressor arbeiten kann. Bei ge
wünschtem Motorbremsbetrieb ist über die Leitflügel bei einer
Verminderung der Motorleistung das Luftvolumen im Motor vergrö
ßerbar.
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, eine gattungsgemäße Mo
torbremse für eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit einer Ab
gasturbine mit variablem Leitgitter vorzuschlagen, bei dem im
Vergleich zum gattungsgemäßen Stand der Technik wesentlich höhere
Motorbremsleistungen erzielbar sind und gleichzeitig die Be
triebssicherheit der Motorbremse und des variablen Leitgitters
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 der erfindungsgemäßen Motorbremse 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 die erfindungsgemäße Motor
bremse ist es möglich, den Staudruck im Strömungskanal und damit
die Motorbremsleistung weiter zu steigern, da durch die Versper
rung des Strömungsquerschnittes in der Ringdüse über die Sperr
körper nunmehr diese vom variablen Leitgitter mechanisch unabhän
gigen, festigkeitsmäßig entsprechend ausgelegten Sperrkörper den
überwiegenden Teil der durch den Staudruck entstehenden Kräfte
aufnehmen. Zudem wird eine Erhöhung der Ausfallsicherheit der Mo
torbremse erreicht, indem bei erkanntem Fehler bei der Sperrkör
perbewegung 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 der erfindungsgemäßen Motor
bremse in einer Prinzipskizze einen Meridianteilschnitt
einer Turbine eines nicht näher dargestellten Ab
gasturboladers 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 der Motorbremsfunktion.
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 VLG 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
sind 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 DK 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 der erfindungsgemäßen Motorbrems
funktion 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 LK
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. Motorbremse 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 variables Leit
gitter mit Leitschaufeln und Leitgitterkanälen angeordnet ist,
mit dem über eine Leitgitterverstelleinrichtung der wirksame
Strömungsquerschnitt der Ringdüse zur Herstellung eines ge
wünschten 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, die bei
einer gewünschten Motorbremsfunktion (mf) den wirksamen Strö
mungsquerschnitt (STQ) der Ringdüse (4) verringert und nur bei
einem Fehler in einer Sperrkörperbewegung, alternativ das varia
ble Leitgitter (VLG) verstellt.
2. Motorbremse 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. Motorbremse 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. Motorbremse 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. Motorbremse nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Leitschaufeln (6) des variablen Leitgitters (VLG) durch
die in die Leitgitterkanäle (7) eingeschobenen Sperrkörper (SK)
abstützbar sind.
6. Motorbremse 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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