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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbrennungsmotorsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Abgasturbolader werden für Hubkolbenverbrennungsmotoren eingesetzt, um die Leistung des Hubkolbenverbrennungsmotors zu steigern. Hierzu weist der Abgasturbolader einen Verdichter und eine Turbine auf. Die Turbine wird von dem Abgas des Hubkolbenverbrennungsmotors angetrieben, so dass mittels einer gemeinsamen Antriebswelle der Verdichter von der Turbine angetrieben ist und dadurch verdichtete Luft als Ladeluft den Brennräumen des Hubkolbenverbrennungsmotors zugeführt wird.
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Die Turbine weist ein Turbinengehäuse auf, welches einen Ringkanal begrenzt, und durch einen Ringspalt an dem Ringkanal wird das Abgas zu den Turbinenschaufeln der Turbine geleitet. Dabei sind im Bereich des Ringspaltes eine Vielzahl von verschwenkbaren Leitschaufeln angeordnet. Die Leitschaufeln sind um eine im Wesentlichen parallel zu der Rotationsachse der gemeinsamen Antriebswelle verschwenkbare Schwenkachse verschwenkbar gelagert. Eine Verstellmechanik dient zum Verschwenken der Leitschaufeln, um dadurch die Anströmrichtung der Turbinenschaufeln und den Zuströmquerschnitt mit dem Abgas zu verändern. Dies ist erforderlich, um den Turbinenbetrieb an unterschiedliche Volumenströme an Abgas anpassen zu können.
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An dem Abgasturbolader können aus verschiedenen Gründen höhere, nicht erwünschte Drehzahlen auftreten. Beispielsweise können sich aufgrund eines mechanischen Schadens Verdichterschaufeln von dem Verdichterrad lösen, so dass dadurch von dem Verdichter nur eine sehr geringe Bremskraft auf die Antriebswelle aufgebracht werden kann, was eine sehr hohe Drehzahl der Antriebswelle und damit des Verdichter- und des Turbinenrades bedingt. Derartige hohe Drehzahlen führen jedoch zu weiteren Schäden an dem Abgasturbolader, beispielsweise können sich unter der hohen Drehzahl Turbinen- und/oder Verdichterschaufeln von ihren entsprechenden Rädern lösen und das Gehäuse des Verdichters oder der Turbine durchstoßen, so dass dies auch mit außenseitigen Schäden für die Umwelt oder Gefahren verbunden ist.
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Die
DE 10 2009 009 130 A1 zeigt einen Turbolader mit einem Turbinenrad sowie einen umfangsseitig umfassenden Ringspalt für zum Turbinenrad strömendes Ab- bzw. Treibgas. Dort sind bewegliche Leitschaufeln angeordnet, so dass eine variable Turbinengeometrie darstellbar ist. Die Leitschaufeln lassen sich zwischen einer Lage, in der die Schaufelebene im Wesentlichen tangential zu einer zur Turbinenradachse zentrischen Zylinderfläche ausgerichtet sind und einer Stellung mit zur Turbinenradachse im Wesentlichen radialen Schaufelebene verstellen. Damit ist eine Anpassung des Turbinenbetriebs an unterschiedliche Abgas- bzw. Volumenströme an Abgas möglich.
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Die
DE 10 2006 048 514 B3 zeigt eine Leiteinrichtung für einen VTG-Abgasturbolader mit Leitschaufeln zur Bestimmung des Impulses mit dem Abgas die die Turbine des VTG-Abgasturboladers beaufschlagt, mit Schaufelhebeln, welche drehfest mit der jeweils zugeordneten Leitschaufel verbunden sind, und mit einem Stellring zum Verdrehen der Schaufelhebel, wobei jeder Schaufelhebel über ein Federelement und über ein Feststellelement im Stellring gelagert ist.
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Aus der
DE 35 16 738 C2 ist eine Strömungsmaschine mit einem in einem Strömungsgehäuse angeordneten radialen Laufrad bekannt. Leitschaufeln sind an einem sich radial erstreckenden Ringkanal des Strömungsgehäuses angeordnet und mit Lagerzapfen in Lagerbohrungen der den Ringkanal bildenden Gehäuseteile drehbar gelagert.
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Die
DE 37 07 723 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Drallerzeugung in der Anströmung von Turbo-Verdichtern, Turbopumpen und Turbinen. Dabei ist vor dem Rotor der Turbo-Maschine ein schwenkbarer, plattenförmiger Flügel angeordnet und die Schwenkachse des Flügels verläuft annähernd senkrecht zur Rotorachse.
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Aus der
DE 102 13 897 A1 ist ein variabler Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasturbine und einem Verdichter mit einer Drall- und/oder Drosseleinrichtung bekannt. Der Abgasturbolader weist ein Gehäuse und ein über eine Welle mit einem Abgasturbinenrad verbundenes Verdichterrad mit Verdichterschaufeln auf. Dabei mündet der Einströmkanal des Verdichters in Strömungsrichtung vor den Verdichterradschaufeln vor einem axialen Bereich in einen als radialen Ringkanal ausgebildeten radialen Bereich. Eine Drall- und/oder Drosseleinrichtung ist in Strömungsrichtung vor und/oder nach den Verdichterradschaufeln angeordnet.
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Die
DE 22 60 552 B2 zeigt einen Leitschaufelkranz für eine zentripetal beaufschlagte Gasturbine mit verschwenkbaren Leitschaufeln am Schaufelradeinritt und die Leitschaufeln aus einer Schließlage in Arbeitsstellungen verstellbar sind.
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Aus der
GB 2 425 332 A ist ein Turbolader für einen Verbrennungsmotor bekannt. Eine Turbine ist von dem Verbrennungsgas des Verbrennungsmotors angetrieben und ein Verdichter dient zur Versorgung des Verbrennungsmotors mit verdichteter Luft. Der Verdichter umfasst ein Verdichterrad, welches von der Turbine angetrieben ist. Stromaufwärts des Verdichterrades ist eine Anordnung mit Leitschaufeln positioniert zur Ausrichtung der das Verdichterrad anströmenden Luft.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Verbrennungsmotorsystem zur Verfügung zu stellen, bei dem die Drehzahl des Abgasturboladers, insbesondere bei einem Schaden an dem Verdichter, zuverlässig mit einem geringen technischen Aufwand reduziert oder begrenzt werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verbrennungsmotorsystem gemäß Patentanspruch 1. Die Schwenkachsen der Leitschaufeln sind im Wesentlichen parallel zu der Rotationsachse des Turbinenrades oder einer gemeinsamen Antriebswelle ausgerichtet, d. h. mit einer Abweichung von weniger als 30°, 20°, 10° oder 5° parallel zu der Rotationsachse des Turbinenrades oder der gemeinsamen Antriebswelle ausgerichtet. Mit der Verstellmechanik können die Leitschaufeln in Schwenkpositionen verschwenkt werden, so dass die Winkel als spitze Winkel in einem positiven Drehsinn ausgerichtet sind. Beispielsweise können somit die Leitschaufeln in Schwenkpositionen mit einem spitzen Winkel zwischen 10° und 30°, d. h. nur zwischen 10° und 30°, verschwenkt werden, um dadurch die Turbine an unterschiedliche Volumenströme des Abgases in dem Betrieb anpassen zu können. Beispielsweise können somit die Leitschaufeln mit einem spitzen Winkel als negativen Drehsinn nur zwischen 5° und 30° verschwenkt werden. Dadurch kann das Abgas auf die Turbinenschaufeln dahingehend ausgerichtet werden, dass das Abgas auf die Turbinenschaufeln eine sehr kleine Kraft in der vorgesehenen Drehrichtung des Turbinenrades oder eine Kraft aufbringt, welche entgegengesetzt zu der vorgesehenen Drehrichtung oder dem Drehsinn des Turbinenrades ist. Dadurch kann in dieser Stellung bzw. Schwenkposition der Leitschaufeln die Drehzahl des Abgasturboladers begrenzt bzw. reduziert werden. Beispielsweise bei einem unbeabsichtigten Drehzahlanstieg, insbesondere aufgrund eines Schadens an dem Verdichter, kann dadurch in der Schwenkposition der Leitschaufel mit dem spitzen Winkel als negativen Drehsinn die Drehzahl des Abgasturboladers begrenzt oder reduziert werden, um dadurch weitergehende Schäden an dem Abgasturbolader zu vermeiden.
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Zweckmäßig sind die fiktiven Schaufel-Halbgeraden und die fiktiven Basis-Halbgeraden im Wesentlichen senkrecht zu der Rotationsachse des Turbinenrades und/oder der Schwenkachse der Leitschaufeln ausgerichtet.
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Insbesondere sind die Leitschaufeln in sämtliche Schwenkpositionen mit dem spitzen Winkel mit negativen Drehsinn zwischen 5° und 50° verschwenkbar. Sind die Leitschaufeln beispielsweise in sämtliche Schwenkpositionen bei einem spitzen Winkel mit dem negativen Drehsinn zwischen 10° und 40° verschwenkbar, können die Leitschaufeln in sämtliche Schwenkpositionen in dem gesamten Winkelbereich zwischen 10° und 40° verschwenkt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung weisen die Leitschaufeln wenigstens teilweise in den unterschiedlichen Schwenkpositionen in einem Schnitt senkrecht zu der Rotationsachse des Turbinenrades, welcher sowohl die Leitschaufeln als auch den Ringspalt schneidet, einen geringeren Abstand zu der Rotationsachse auf als der Ringspalt und/oder die Schwenkachsen weisen in einem Schnitt senkrecht zu der Rotationsachse des Turbinenrades, welcher sowohl die Leitschaufeln als auch den Ringspalt schneidet, den gleichen Abstand zu der Rotationsachse auf als der Ringspalt und/oder die Leitschaufeln, insbesondere nur bei einem Teil der Schwenkpositionen der Leitschaufeln, sind innerhalb des Ringspaltes angeordnet. Weisen die Leitschaufeln oder die Schwenkachse der Leitschaufeln einen geringeren Abstand zu der Rotationsachse auf als der Ringspalt, ist beispielsweise die Schwenkachse radial mit einem Abstand mit 1 cm zu dem Ringspalt angeordnet. Der geringere Abstand beträgt beispielsweise wenigstens 0,5 cm, 1 cm, 3 cm oder 5 cm. Die Leitschaufeln weisen eine Ober- und Unterseite mit einer konvex gekrümmten Oberfläche auf und die Schaufelebene ist dabei zwischen der Ober- und Unterseite angeordnet. Vorzugsweise ist dabei die Schaufelebene parallel zu der Schwenkachse der Leitschaufeln ausgerichtet und/oder die Schwenkachsen der Leitschaufeln liegen in den Schaufelebenen. Die Ausdehnung der Leitschaufeln ist in Richtung der Schaufelebene wesentlich größer, d. h. beispielsweise um das wenigstens 2-, 3-, 5- oder 10-Fache größer als senkrecht zu der Schaufelebene, wobei in dem Schnitt senkrecht zu der Schwenkachse oder der Rotationsachse die Ausdehnung der Schaufeln in Richtung der Schaufelebene maximal. Weist die Leitschaufel bei verschiedenen Schnitten senkrecht zu der Rotationsachse oder Schwenkachse in unterschiedlichen axial gelegenen Schnitten bezüglich der Rotationsachse oder Schwenkachse unterschiedliche Schaufelebenen auf, so ist vorzugsweise die Schaufelebene die durchschnittliche Schaufelebene bei den axial unterschiedlich gelegenen Schnitten.
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In einer ergänzenden Ausführungsform sind die Schwenkachsen der Leitschaufeln und/oder die Schaufelebenen im Wesentlichen parallel zu der Rotationsachse des Turbinenrades ausgerichtet. Die Schwenkachsen der Leitschaufeln und/oder die Schaufelebene sind dabei im Wesentlichen, d. h. mit einer Abweichung von weniger als 30°, 20° oder 5°, parallel zu der Rotationsachse des Turbinenrades, insbesondere der gemeinsamen Antriebswelle, ausgerichtet.
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Zweckmäßig sind die Leitschaufeln an je einer Schaufelwelle befestigt und die Schaufelwellen sind an einer Schaufelwellenlagerung der Verstellmechanik gelagert.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Verstellmechanik einen Verstellring auf und der Verstellring steht in mechanischer Wirkverbindung mit den Schaufelwellen, so dass mittels einer Rotationsbewegung des Verstellringes, insbesondere einer Rotationsbewegung des Verstellringes deren Rotationsachse im Wesentlichen der Rotationsachse des Turbinenrades entspricht, die Leitschaufeln um die Schwenkachse verschwenkbar sind. Beispielsweise weist der Verstellring an der radialen Innenseite einen Innenzahnring auf, welcher vollständig umlaufend ausgebildet ist und die Schaufelwellen weisen radial außenseitig einen Außenzahnring auf und der Außenzahnring an den Schaufelwellen greift in den Innenzahnring des Verstellringes. Dadurch können bei einer Rotationsbewegung des Verstellringes die Schaufelwellen um die Schwenkachse der Leitschaufeln bewegt werden. In einer ergänzenden Ausgestaltung ist die Verstellmechanik gemäß der
DE 10 2006 048 514 B3 ausgebildet und der Inhalt dieser Patentschrift wird in dieses Patent aufgenommen. In einer zusätzlichen Ausführungsform ist an den Schaufelwellen je ein Hebel angeordnet, welcher in je einer Aussparung an dem Verstellring angeordnet ist, so dass aufgrund einer Rotationsbewegung des Verstellringes der Hebel und damit auch Schaufelwelle mit der Leitschaufel verschwenkbar ist.
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Insbesondere weist die Verstellmechanik einen Aktuator, z. B. einen Elektromotor oder einen hydraulischen Antrieb, auf zum Verschwenken der Leitschaufeln.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Ringspalt von einer Vielzahl an Öffnungen, insbesondere schlitzförmigen Öffnungen, gebildet, welche in den Ringkanal münden. Die einzelnen Öffnungen sind durch Stege im Wesentlichen in Richtung der Rotationsachse des Turbinenrades des Turbinengehäuses voneinander getrennt.
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In einer ergänzenden Ausführungsform weisen die Leitschaufeln eine konvexe und/oder konkave Oberseite und/oder Unterseite auf. Vorzugsweise sind die Leitschaufeln achsensymmetrisch in einem Schnitt senkrecht zu der Schwenkachse der Leitschaufeln ausgebildet. Zweckmäßig weisen die Leitschaufeln eine S-förmige Oberseite und/oder Unterseite auf.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Verbrennungsmotorsystem einen Drehzahlsensor zur Erfassung der Drehzahl des Verdichterrades und/oder des Turbinenrades und eine Steuer- und/oder Regeleinheit zum Steuern und/oder Regeln des Verbrennungsmotorsystems, insbesondere der Verstellmechanik der Leitschaufeln, und bei einem Überschreiten einer vorgegebenen Drehzahl des Verdichterrades und/oder des Turbinenrades sind die Leitschaufeln in Schwenkpositionen mit einem spitzen Winkel mit negativen Drehsinn zwischen 5° und 50° verschwenkbar, um die Drehzahl des Verdichterrades und/oder des Turbinenrades zu reduzieren, insbesondere unterhalb der vorgegebenen Drehzahl. Der Drehzahlsensor umfasst die Drehzahl des Verdichterrades und/oder des Turbinenrades, insbesondere einer gemeinsamen Antriebswelle des Abgasturboladers, und die von dem Drehzahlsensor erfassten Daten zur Drehzahl werden an die Steuer- und/oder Regeleinheit übermittelt. Bei einem Überschreiten einer vorgegebenen Drehzahl werden die Leitschaufeln mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit im Zusammenwirken mit der Verstellmechanik in eine Schwenkposition verschwenkt mit einem negativen Drehsinn als spitzen Winkel, beispielsweise in eine Schwenkposition mit einem spitzen Winkel als negativen Drehsinn von 40°. Dadurch wird das Abgas auf die Turbinenschaufeln dahingehend geleitet, dass das Abgas eine Abbremsung des Turbinenrades bewirkt und die Drehzahl des Turbinenrades begrenzt oder reduziert werden kann. Somit kann bei einem nicht beabsichtigten Drehzahlanstieg, insbesondere bei einem Schaden des Abgasturboladers, besonders einfach die Drehzahl des Abgasturboladers begrenzt oder reduziert werden.
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In einer ergänzenden Variante sind in der Steuer- und/oder Regeleinheit Steuerkurven hinterlegt, so dass in Abhängigkeit von der Drehzahl bei einem Überschreiten der vorgegebenen Drehzahl des Verdichterrades und/oder des Turbinenrades die Schwenkpositionen der Leitschaufeln mit den spitzen Winkel mit negativen Drehsinn der Leitschaufeln verschwenkbar sind, insbesondere je größer die Drehzahl ist, desto größer sind die spitzen Winkel der Leitschaufeln und umgekehrt.
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Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
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1 eine perspektivische Darstellung eines Abgasturboladers,
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2 eine aufgeschnittene Teildarstellung einer Turbine des Abgasturboladers gemäß 1,
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3 einen schematisierten, stark vereinfachten Schnitt eines Turbinenrades und einer Leitschaufel der Turbine gemäß 2 in einer Schwenkposition mit positivem Drehsinn als spitzer Winkel,
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4 einen schematisierten, stark vereinfachten Schnitt des Turbinenrades und der Leitschaufel der Turbine gemäß 2 in einer Schwenkposition mit negativem Drehsinn als spitzer Winkel,
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5 eine schematisierte Darstellung eines Verbrennungsmotorsystems mit dem Abgasturbolader gemäß 1.
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Ein in 5 dargestelltes Verbrennungsmotorsystem 2 weist einen Hubkolbenverbrennungsmotor 3 mit vier Kolben 35 und einen Abgasturbolader 1 auf. Der Abgasturbolader 1 besteht aus einer Turbine 4 und einem Verdichter 5. Das Abgas des Hubkolbenverbrennungsmotors 3 wird durch eine Abgasleitung 32 der Turbine 4 zugeführt und dadurch die Turbine 4 angetrieben. Mit der Turbine 4 wird der Verdichter 5 angetrieben und dadurch kann Umgebungsluft angesaugt und verdichtet werden und anschließend wird die verdichtete Luft durch eine Ladeluftleitung 33 den Brennräumen des Hubkolbenverbrennungsmotors 3 zugeführt. Ein Ladeluftkühler 34 dient zur Kühlung der verdichteten Luft vor dem Einleiten in die Brennräume des Hubkolbenverbrennungsmotors 3.
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Die Turbine 4 weist ein Turbinengehäuse 8 auf und innerhalb des Turbinengehäuses 8 ist ein Turbinenrad 6 mit daran angeordneten Turbinenschaufeln 7 (2) angeordnet. Das Turbinenrad 6 ist an einer gemeinsamen Antriebswelle 38 angeordnet bzw. befestigt oder bildet diese mit aus und die Antriebswelle 38 und das Turbinenrad 6 ist um eine Rotationsachse 23 rotationsbeweglich gelagert. Durch eine Turbinen-Einlassöffnung 9 kann Abgas in die Turbine 4 eingeleitet und durch eine Turbinen-Auslassöffnung 10 kann das Abgas aus der Turbine 4 ausgeleitet werden (1 und 2). Das Turbinengehäuse 8 begrenzt dabei einen das Turbinenrad nahezu vollständig tangential umlaufenden Ringkanal 11. Das Abgas wird durch die Turbinen-Einlassöffnung 9 in den Ringkanal 11 eingeleitet und strömt anschließend in radialer Richtung durch einen Ringspalt 12 in Richtung zu den Turbinenschaufeln 7. Dabei sind im Bereich des Ringspaltes 12 eine Vielzahl von Leitschaufeln 17 angeordnet. Von den insgesamt fünfzehn Leitschaufeln 17 sind aufgrund der Darstellung in 2 nur fünf Leitschaufeln 17 sichtbar. Die Leitschaufeln 17 sind im gesamten Bereich des nahezu vollständig umlaufend ausgebildeten Ringspaltes 12 vorhanden und jeweils mit einer Schaufelwelle 26 verbunden und die Schaufelwellen 26 sind an einem nicht weiter dargestellten Gleitlager einer Verstellmechanik 24 um eine Schwenkachse 18 der Leitschaufeln 17 drehbeweglich gelagert.
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Die Verstellmechanik 24 weist einen als Elektromotor 29, insbesondere Servoelektromotor 29, ausgebildeten Aktuator 28 auf. Ein nicht dargestelltes Getriebe des Elektromotors 29 steht in mechanischer Wirkverbindung mit einem Verstellkolben 30, welcher an einem Verstellhebel 31 mittels eines Drehgelenkes gelagert ist. Dadurch kann der Verstellhebel 31 mittels des Verstellkolbens 30 bewegt werden, so dass dadurch ein Verstellring 27 eine Schwenk- oder Drehbewegung um die Rotationsachse 23 des Turbinenrades 6 ausführen kann. Der Verstellring 27 steht dabei in mechanischer Wirkverbindung mit sämtlichen Schaufelwellen 26, so dass bei einer Schwenk- oder Rotationsbewegung des Verstellringes 27 aufgrund eines aktivierten Elektromotors 29 sämtliche Leitschaufeln 17 um die Schwenkachse 18 verschwenkt werden können.
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Der Verdichter 5 weist ein Verdichtergehäuse 13 (1), eine Verdichtereinlassöffnung 14 und eine Verdichterauslassöffnung 15 auf. Durch die Verdichtereinlassöffnung 14 wird Luft aus der Umgebung angesaugt und durch die Verdichterauslassöffnung 15 wird die verdichtete Luft der Ladeluftleitung 33 des Verbrennungsmotorsystems 2 zugeführt. Der Verdichter 5 weist ferner ein nicht dargestelltes Verdichterrad mit an dem Verdichterrad angeordneten Verdichterschaufeln auf. Zweckmäßig ist dabei der Verdichter 5 als ein Radialverdichter 5 ausgebildet. Das Verdichtergehäuse 13 und das Turbinengehäuse 8 sind mittels eines Verbindungsgehäuses 16 mechanisch miteinander verbunden und an dem Verbindungsgehäuse 16 ist auch der Aktuator 28 befestigt (1).
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In 3 und 4 ist ein stark vereinfachter Schnitt senkrecht zu der Rotationsachse 23 des Turbinenrades 6 bzw. der gemeinsamen Antriebswelle 38 dargestellt. Die Leitschaufeln 17 weisen eine konvex gekrümmte Oberseite 40 und eine konvex gekrümmte Unterseite 41 auf. Zwischen den beiden Ober- und Unterseiten 40, 41 ist eine fiktive Schaufelebene 19 in 3 und 4 dargestellt. Dabei schneidet die Schaufelebene 19 die Schwenkachse 18 der Leitschaufel 17 und die Schwenkachse 18 liegt in der Schaufelebene 19. Eine Schaufel-Halbgerade 20 weist als Endpunkt bzw. Scheitelpunkt 22 die Schwenkachse 18 auf und ist in der Schaufelebene 19 angeordnet. Eine Basis-Halbgerade 21 weist als Endpunkt bzw. Scheitelpunkt 22 die Schwenkachse 18 auf und schneidet außerdem die Rotationsachse 23 des Turbinenrades 6 bzw. der Antriebswelle 38. Ein Drehsinn 39 des Turbinenrades 6 ist dabei gemäß der Darstellung in 3 und 4 entgegengesetzt zu dem Uhrzeigersinn ausgerichtet. Zwischen der Schaufel-Halbgeraden 20 und der Basis-Halbgeraden 21 ist ein spitzer Winkel mit einem positiven Drehsinn vorhanden aufgrund der Schwenkposition der Leitschaufel 17 in 3. Ein positiver Drehsinn des Winkels α ist dabei entgegengesetzt zu dem Drehsinn 39 des Turbinenrades 6 ausgerichtet. In Abweichung von dem in 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel kann somit der Drehsinn 39 auch in einem positiven Uhrzeigersinn ausgerichtet sein, so dass dadurch ein positiver Drehsinn des Winkels α entgegengesetzt zu dem Uhrzeigersinn ausgerichtet ist. Der Winkel α beginnt dabei an der Basis-Halbgeraden 21 und dreht mit einem Scheitelpunkt 22, welcher der Schwenkachse 18 der Leitschaufeln 17 entspricht, zu der Schaufel-Halbgeraden 20, d. h. der Winkel α ist von der Basis-Halbgeraden 21 zu der Schaufel-Halbgeraden 20 gerichtet. Bei einem positiven Drehsinn als spitzen Winkel der Leitschaufeln 17 kann das Abgas in unterschiedlichen Richtungen zu den Turbinenschaufeln 7 geleitet werden, um dadurch den Betrieb des Abgasturboladers 1 an unterschiedliche Volumenströme anpassen zu können. Beispielsweise können die Leitschaufeln 17 mit einem spitzen Winkel mit einem positiven Drehsinn im Bereich zwischen 0° und 60° verschwenkt werden.
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Zusätzlich ist die Verstellmechanik 24 mit einem Verstellmechanikgehäuse 25 dahingehend ausgebildet, dass die Leitschaufeln 17 auch in Schwenkpositionen verschwenkbar sind mit einem Winkel α als negativen Drehsinn und mit einem Betrag des Winkels α als spitzer Winkel. Dadurch können zusätzlich die Leitschaufeln 17 beispielsweise in die in 4 dargestellte Schwenkposition mit einem spitzen Winkel α von –30° verschwenkt werden. Der Schwenkbereich der Leitschaufeln liegt hierzu beispielsweise in einem Bereich von einem spitzen Winkel zwischen 0° und 60°. Bei einer Schwenkposition der Leitschaufeln 17 mit einem spitzen Winkel als negativen Drehsinn gemäß der Definition als Drehsinn entgegengesetzt zu dem Drehsinn 39 des Turbinenrades 6 wird das durch den Ringspalt 12 strömende Abgas dahingehend umgelenkt, dass auf die Turbinenschaufeln nur ein sehr kleines Antriebsmoment in Richtung des Drehsinnes 39 aufgebracht wird oder ein Antriebsmoment, welches entgegengesetzt zu dem Drehsinn 39 des Turbinenrades 6 ausgerichtet ist. Dadurch kann die Drehzahl des Abgasturboladers 1 technisch einfach begrenzt oder reduziert werden.
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Das Verbrennungsmotorsystem 2 weist eine Steuer- und/oder Regeleinheit 37 zur Steuerung und/oder Regelung des Verbrennungsmotorsystems 2 auf. Der Abgasturbolader 1 ist mit einem Drehzahlsensor 36 (5) versehen zur Erfassung der Drehzahl des Verdichterrades und/oder des Turbinenrades 6 und/oder der Antriebswelle 38. Dabei kann an dem Abgasturbolader 1 ein unbeabsichtigter Drehzahlanstieg auftreten, z. B. weil an dem Verdichter 6 ein Schaden aufgetreten ist, beispielsweise ein teilweises Ablösen von Verdichterschaufeln, so dass sich dadurch die Drehzahl des Abgasturboladers 1 stark erhöht. Eine stark erhöhte, über den normalen Betrieb des Abgasturboladers 1 hinausweisende Drehzahl des Abgasturboladers 1 kann weitere Schäden, insbesondere auch in der Umgebung des Abgasturboladers 1 verursachen. Aus diesem Grund wird ab einem Überschreiten einer vorgegebenen Drehzahl des Abgasturboladers 1 mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit 37 die Verstellmechanik 24 derart gesteuert und/oder geregelt, dass sämtliche Leitschaufeln 17 des Abgasturboladers 1 mit variabler Turbinengeometrie in eine Schwenkposition bewegt werden mit einem spitzen Winkel als negativen Drehsinn, beispielsweise gemäß der Darstellung in 4. Dadurch wird das Abgas auf die Turbinenschaufeln 7 dahingehend in einer Richtung geleitet, dass das Abgas auf die Turbinenschaufeln 7 nur ein sehr geringes Antriebsmoment in Richtung des Drehsinnes 39 aufbringt oder ein Antriebsmoment auf die Turbinenschaufeln aufbringen, welches entgegengesetzt zu dem Drehsinn 39 ausgerichtet ist. Dadurch kann bei einem derartigen Schaden an dem Abgasturbolader 1 die Drehzahl des Abgasturboladers 1 in einfacher Weise sehr schnell begrenzt oder reduziert werden. Nach einem Unterschreiten der vorgegebenen Drehzahl können mittels der Verstellmechanik 24 die Leitschaufeln 17 wieder in eine Schwenkposition mit einem spitzen Winkel als positiven Drehsinn bewegt werden. Abweichend hiervon können jedoch die Leitschaufeln 17 nach einem derartigen Unterschreiten der vorgegebenen Drehzahl des Abgasturboladers 1 in eine Schwenkbewegung mit einem Winkel bewegt werden, welcher als negativer Drehsinn mit einem Winkel mit einem kleinen Betrag ausgerichtet ist oder auch als Winkel mit einem kleinen Betrag mit einem positiven Drehsinn, d. h., dass sich die Schwenkposition der Leitschaufeln 17 in einer Schwenkposition bewegt, so dass zwischen der Schaufel-Halbgeraden 20 und der Basis-Halbgerade 21 nur ein Winkel von einem kleinen Betrag vorhanden ist. Dadurch kann die Drehzahl des Abgasturboladers 1 unterhalb der vorgegebenen Drehzahl auf Dauer gehalten werden und dadurch ein sicherer Betrieb des Abgasturboladers 1 ermöglicht werden bis zur Reparatur oder zum Austausch des Abgasturboladers 1.
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Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Abgasturbolader 1 und dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotorsystem 2 wesentliche Vorteile verbunden. Bei einem Überschreiten einer vorgegebenen Drehzahl des Abgasturboladers 1 können aus Sicherheitsgründen die Leitschaufeln 17 in eine Schenkposition verschwenkt werden mit einem negativen Drehsinn mit einem Winkelbereich in einem spitzen Winkel. Dadurch kann die Drehzahl des Abgasturboladers 1 einfach und effektiv mit einem geringen technischen Aufwand schnell reduziert werden, weil dadurch von dem Abgas auf das Turbinenrad 6 bzw. die Turbinenschaufeln 7 nur ein sehr geringes oder ein entgegengesetzt zu dem Drehsinn 39 des Turbinenrades 6 gerichtetes Drehmoment aufgebracht wird.
