DE102009028114B3 - Method for detection of carbon deposits or contamination of compressor of turbocharger of internal combustion engine, involves detecting compressor efficiency as function of speed of turbocharger - Google Patents

Method for detection of carbon deposits or contamination of compressor of turbocharger of internal combustion engine, involves detecting compressor efficiency as function of speed of turbocharger Download PDF

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Abstract

The method involves detecting the compressor efficiency as a function of the speed of the turbocharger, and the compressor pressure ratio is detected at an actual value or standard value comparison stage. The actual value of the compressor efficiency and the standard value of the compressor efficiency for the current speed of the turbocharger are compared with the current compressor pressure ratio. An independent claim is also included for an arrangement for detection of carbon deposits or contamination of the compressor of a turbocharger of an internal combustion engine.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Erkennung von Verkokungen oder Verunreinigungen eines Kompressors eines Turboladers eines Verbrennungsmotors, gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to a method and an arrangement for detecting coking or contamination of a compressor of a turbocharger of an internal combustion engine, according to the preambles of the independent claims.

Turbolader sind bei Kraftfahrzeugen mit Dieselmotoren heute sehr verbreitet und werden zunehmend auch bei Benzinmotoren üblich, um Emissionsstandards höher als EURO 4 zu erfüllen. Um die erforderliche Reduktion von Stickoxiden (NOx) zu erzielen, wird Abgas in den Einlaßverteiler rückgeführt, was die Temperaturen im Zylinder senkt und dadurch die Bildung von Stickoxiden verhindert. Die zwei Hauptvarianten von Abgasrückführungs-(EGR)-konzepten sind Hochdruck-EGR, wobei die Abgase von einer Stelle stromaufwärts der Turbine des Turboladers abgezweigt werden, und Niederdruck-EGR, wobei die Abgase von einer Stelle stromabwärts eines der Turbine nachgeschalteten Dieselpartikelfilters (DPF) abgezweigt werden. Im ersten Fall besteht die Gefahr einer Kompressorverkokung, wobei der Kompressor des Turboladers eine Schicht Kohlenstoffmaterial aufbaut, wenn die Auslaßtemperatur zu hoch wird, und im zweiten Fall kann der Kompressor durch Rußpartikel oder durch losgerissenes Keramikmaterial verunreinigt oder beschädigt werden. Beide Fälle können zu einer Verminderung des Kompressorwirkungsgrades führen, wodurch der effektive Ladedruck vermindert wird, was letztlich zu einer Nichteinhaltung der gesetzlichen Emissionsstandards führt.Turbochargers are very common in diesel vehicles today and are becoming increasingly common in gasoline engines to meet emissions standards higher than EURO 4. In order to achieve the required reduction of nitrogen oxides (NOx), exhaust gas is recirculated into the intake manifold, which lowers the temperatures in the cylinder and thereby prevents the formation of nitrogen oxides. The two major variations of exhaust gas recirculation (EGR) concepts are high pressure EGR with the exhaust gases branched off from upstream of the turbine of the turbocharger and low pressure EGR with the exhaust gases from downstream of a turbine downstream diesel particulate filter (DPF). be diverted. In the first case, there is a risk of compressor coking, with the compressor of the turbocharger building up a layer of carbon material when the outlet temperature becomes too high, and in the second case, the compressor may be contaminated or damaged by soot or torn ceramic material. Both cases can result in a reduction in compressor efficiency, thereby reducing the effective boost pressure, ultimately leading to non-compliance with legal emission standards.

Die DE 103 21 664 A1 offenbart ein Diagnosesystem für Verbrennungsmotoren mit Turbolader, das anhand verschiedener Meßgrößen und davon abgeleiteter Größen die Erkennung von anomalen Betriebszuständen des Kompressors eines Turboladers oder eines fehlerhaft arbeitenden Turbolader-Drehzahlmessers ermöglicht. Die Diagnose erfolgt unter anderem anhand einer vorher gespeicherten Karte, die den Kompressorwirkungsgrad und die Turbolader-Drehzahl in Abhängigkeit vom Kompressordruckverhältnis (dem Verhältnis des Kompressorauslaßdrucks) und vom Massenluftstrom durch den Kompressor zeigt. Den Massenluftstrom zu messen oder zu schätzen, ist jedoch aufwendig und nicht sehr genau.The DE 103 21 664 A1 discloses a turbocharged internal combustion engine diagnostic system that provides detection of abnormal operating conditions of the turbocharger or turbocharged tachometer compressor based on various measures and quantities derived therefrom. Among other things, the diagnosis is made on the basis of a previously stored map which shows the compressor efficiency and the turbocharger speed as a function of the compressor pressure ratio (the ratio of the compressor outlet pressure) and of the mass air flow through the compressor. However, measuring or estimating the mass air flow is expensive and not very accurate.

Aus der US 6 298 718 B1 ist ein Diagnosesystem für einen Turboladerverdichter bekannt, bei dem über eine Vielzahl von Sensoren die Kompressorleistung ermittelt und anschließend festgestellt wird, ob die ermittelte Kompressorleistung innerhalb oder außerhalb eines in einer vorher gespeicherten Karte enthaltenen Betriebskartenfeldes liegt. Liegt die Kompressorleistung außerhalb des Betriebskartenfeldes, so wird ein Störungssignal generiert. Hierbei ist nachteilig, dass das System relativ ungenau arbeitet und daher für den Einsatz in modernen Motoren nicht sonderlich geeignet ist.From the US Pat. No. 6,298,718 B1 a diagnostic system for a turbocharger compressor is known, in which the compressor power is determined via a plurality of sensors and then it is determined whether the determined compressor power lies inside or outside of an operating map field contained in a previously stored map. If the compressor power is outside the operating map field, a fault signal is generated. A disadvantage here is that the system is relatively inaccurate and therefore not particularly suitable for use in modern engines.

Aus der WO 2008/125 383 A1 ist eine Einrichtung zum Feststellen einer Fehlfunktion eines Turboladers mit einer Speichereinrichtung bekannt, in der Soll-Betriebszustände eines intakten Turboladers abgelegt sind. Mittels einer Vergleichseinrichtung wird ein festgestellter Ist-Betriebszustand des Turboladers mit einem korrespondierenden Soll-Betriebszustand eines intakten Turboladers verglichen. Mitteils einer Messeinrichtung zum Bestimmen eines Ist-Betriebszustands des Turboladers wird dann eine Fehlermeldung aufgegeben, wenn die Vergleichseinrichtung feststellt, dass der Ist-Betriebszustand in einem vorbestimmten Maß von dem Soll-Betriebszustand abweicht.From the WO 2008/125 383 A1 a device for detecting a malfunction of a turbocharger with a memory device is known, are stored in the desired operating states of an intact turbocharger. By means of a comparison device, a detected actual operating state of the turbocharger is compared with a corresponding desired operating state of an intact turbocharger. By means of a measuring device for determining an actual operating state of the turbocharger, an error message is then output when the comparison device determines that the actual operating state deviates from the desired operating state to a predetermined extent.

Aus der DE 101 34 543 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung von Fehlern an einem Abgasturbolader bekannt, bei dem Werte für die Leistung des Verdichters und der Turbine von Modellen für den Verdichter und der Turbine abhängig von Betriebsparametern des Verdichters und der Turbine bestimmt werden. Eine Fehlererkennungseinheit erzeugt ein Fehlersignal, wenn die Differenz der Leistungen von Turbine und Verdichter größer als ein Grenzwert ist. Die Fehlererkennungseinheit bestimmt den Grenzwert abhängig von der Abgastemperatur vor der Turbine und der Ladedrehzahl über ein vorbestimmtes Kennfeld.From the DE 101 34 543 A1 For example, there is known a method of detecting faults in an exhaust gas turbocharger wherein compressor and turbine power values for the compressor and the turbine are determined depending on operating parameters of the compressor and the turbine. An error detection unit generates an error signal when the turbine and compressor power difference is greater than a threshold. The error detection unit determines the limit value depending on the exhaust gas temperature upstream of the turbine and the supercharging speed over a predetermined characteristic map.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, speziell eine Verkokung oder Verunreinigung des Kompressors eines Turboladers eines Verbrennungsmotors auf einfache und zuverlässige Weise erkennen zu können.The invention is based on the object of being able to detect especially a coking or contamination of the compressor of a turbocharger of an internal combustion engine in a simple and reliable manner.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Anordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.This object is achieved by a method and an arrangement having the features of the independent patent claims.

Gemäß der Erfindung wird eine Kompressorverkokung oder -verunreinigung anhand von Größen erkannt, die auf der Kompressorseite leicht zu messen sind.According to the invention, compressor coking or contamination is detected by quantities that are easy to measure on the compressor side.

Diese Erkennung kann auch deshalb besonders genau sein, weil keine Wartezeiten nötig sind, bis sich Temperaturübergänge, wie sie auf der Turbinenseite ständig auftreten, stabilisiert haben.This detection can also be particularly accurate, because no waiting times are necessary until temperature transitions, as they constantly occur on the turbine side, have stabilized.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail by way of example with reference to the drawings. Show it:

1 ein Flußdiagramm eines Ausführungsbeispiels zur Durchführung eines Verfahrens zur Erkennung von Verkokungen oder Verunreinigungen des Kompressors eines Turboladers eines Verbrennungsmotors; 1 a flowchart of an embodiment for carrying out a method for detecting coking or contamination of the compressor of a turbocharger of an internal combustion engine;

2 Wirkungsgrade des Kompressors eines typischen Turboladers als Isolinien (Punkte mit gleichem Wirkungsgrad) auf einer Karte, in der die Drehzahl des Turboladers horizontal und das Kompressordruckverhältnis vertikal aufgetragen sind und der Ort des maximalen Wirkungsgrades mit einem Kreis markiert ist; und 2 Efficiencies of the compressor of a typical turbocharger as isolines (points with equal efficiency) on a map, in which the speed of the turbocharger is horizontal and the compressor pressure ratio is plotted vertically and the location of the maximum efficiency is marked with a circle; and

3 ein Diagramm des Bereichs von in Bezug auf Stickoxidminderung kritischen Emissionen in einem Drehmoment/Drehzahl-Diagramm eines Verbrennungsmotors. 3 a graph of the range of nitric oxide reduction critical emissions in a torque / speed diagram of an internal combustion engine.

Ein zur Durchführung des hier beschriebenen Verfahrens eingerichteter Verbrennungsmotor enthält einen Turbolader mit einem Kompressor und einer Turbine, die über eine gemeinsame Welle miteinander verbunden sind, wobei ein Drehzahlsensor zur Messung der Drehzahl des Turboladers, d. h. der Drehzahl seiner Welle, vorgesehen ist.An internal combustion engine configured to carry out the method described herein includes a turbocharger having a compressor and a turbine connected together by a common shaft, wherein a speed sensor for measuring the speed of the turbocharger, i. H. the speed of its shaft, is provided.

Außerdem gibt es Sensoren zur Messung des Kompressoreinlaßdrucks und des Kompressorauslaßdrucks, wobei sich durch Division dieser beiden Meßgrößen das Kompressordruckverhältnis ergibt, Sensoren zur Messung der Kompressoreinlaßtemperatur und der Kompressorauslaßtemperatur sowie eine elektronische Motorsteuereinheit (ECU), mit der das nachfolgend beschriebene Verfahren durchgeführt wird.In addition, there are sensors for measuring the compressor inlet pressure and the compressor outlet pressure, dividing these two measurands, the compressor pressure ratio results, sensors for measuring the compressor inlet temperature and the compressor outlet temperature and an electronic engine control unit (ECU), with which the method described below is performed.

Dieses Verfahren wird zusammen mit dem Motorstart gestartet, wobei die elektronische Motorsteuereinheit aus einem nichtflüchtigen Speicher einen Zählwert, der die Gesamtlaufzeit des Verbrennungsmotors repräsentiert, einen voreingestellten Toleranzwert und, sofern schon vorhanden, einen Fehlerzählwert, ein Fehlerzustandsbit und eine Tabelle (alternativ eine Karte) von Normwerten des Kompressorwirkungsgrades η als Funktion der Drehzahl des Turboladers und des Kompressordruckverhältnisses einliest. Die möglicherweise noch nicht im Speicher vorhandenen bzw. darin auf null gesetzten Größen werden weiter unten näher erläutert.This method is started together with the engine start, wherein the electronic engine control unit from a non-volatile memory, a count representing the total running time of the engine, a preset tolerance value and, if present, an error count, an error state bit and a table (alternatively a map) of Standard values of the compressor efficiency η as a function of the speed of the turbocharger and the compressor pressure ratio reads. The sizes that may not be present in the memory or set to zero are explained in more detail below.

Nach Inkrementierung des Zählwertes für die Motorlaufzeit im Schritt S1 (1) wird im Schritt S2 geprüft, ob der Verbrennungsmotor in einem stationären Zustand läuft, d. h. ob Motordrehzahl und Motordrehmoment konstant sind.After incrementing the count for the motor run time in step S1 ( 1 ), it is checked in step S2 whether the internal combustion engine is running in a stationary state, ie, whether the engine speed and the engine torque are constant.

Wenn nein, geht es zum Schritt S1 zurück, und wenn ja, wird im Schritt S3 geprüft, ob die Gesamtlaufzeit des Verbrennungsmotors ab dem ersten Motorstart unter einem Schwellenwert von z. B. einigen zehn oder hundert Stunden liegt. Anstelle einer Laufzeit könnte man z. B. auch einen Kilometerstand des Fahrzeugs, in dem der Verbrennungsmotor eingebaut ist, verwenden.If not, it goes back to step S1, and if yes, it is checked in step S3 whether the total running time of the internal combustion engine from the first engine start below a threshold value of z. B. a few tens or a hundred hours. Instead of a term could be z. B. also use a mileage of the vehicle in which the engine is installed.

Je nachdem, ob der Zeitschwellenwert erreicht ist oder nicht, verzweigt sich das Verfahren nun in eine Normwert-Erfassungsphase, insbesondere eine Lernphase, in der Normwerte des Kompressorwirkungsgrades erfaßt werden, und wenn die Lernphase abgeschlossen ist, in eine Istwert/Normwert-Vergleichsphase, in der Istwerte des Kompressorwirkungsgrades mit den vorher erfaßten Normwerten verglichen werden.Depending on whether or not the time threshold has been reached, the method now branches into a standard value acquisition phase, in particular a learning phase in which standard values of the compressor efficiency are detected, and when the learning phase is completed, into an actual value / standard value comparison phase the actual values of the compressor efficiency are compared with the previously detected norm values.

Ist der Zeitschwellenwert noch nicht erreicht, beginnt die Lernphase damit, dass im Schritt S4 der Kompressorwirkungsgrad berechnet wird, der sich aus den Meßwerten der Druck- und Temperatursensoren des Kompressors nach der folgenden thermodynamischen Formel ergibt:

Figure 00050001
If the time threshold has not yet been reached, the learning phase begins by calculating in step S4 the compressor efficiency which results from the measured values of the pressure and temperature sensors of the compressor according to the following thermodynamic formula:
Figure 00050001

Darin sind

To
Auslaßtemperatur des Kompressors [K]
Ti
Einlaßtemperatur des Kompressors [K]
Po
Auslaßdruck des Kompressors [bar]
Pi
Einlaßdruck des Kompressors [bar]
Po/Pi
Kompressordruckverhältnis
γ
Verhältnis der spezifischen Wärmen
ηTS
Wirkungsgrad Total-zu-Statisch des Kompressors [0-1]
Are in it
to
Outlet temperature of the compressor [K]
Ti
Inlet temperature of the compressor [K]
po
Outlet pressure of the compressor [bar]
pi
Inlet pressure of the compressor [bar]
Po / Pi
Compressor pressure ratio
γ
Ratio of specific heats
ηTS
Efficiency Total-to-static of the compressor [0-1]

Der Kompressorwirkungsgrad ηTS ist bekanntermaßen auch eine Funktion der gemessenen (und eventuell normierten und/oder korrigierten) Drehzahl NT des Turboladers und des Kompressordruckverhältnisses Po/Pi: ηTS = f(NT, Po/Pi) The compressor efficiency ηTS is also known to be a function of the measured (and possibly normalized and / or corrected) rotational speed NT of the turbocharger and of the compressor pressure ratio Po / Pi: η TS = f (NT, Po / Pi)

Eine derartige Funktion ist in 2 als eine Karte gezeigt, in der die Drehzahl NT eines Turboladers horizontal und das Kompressordruckverhältnis Po/Pi vertikal aufgetragen sind. Wirkungsgrade des Kompressors eines typischen Turboladers sind als Isolinien (Punkte mit gleichem Wirkungsgrad) eingezeichnet, und der Ort des maximalen Wirkungsgrades ist mit einem Kreis markiert.Such a function is in 2 is shown as a map in which the rotational speed NT of a turbocharger is plotted horizontally and the compressor pressure ratio Po / Pi are plotted vertically. Efficiencies of the compressor of a typical turbocharger are plotted as isolines (points of equal efficiency) and the location of maximum efficiency is marked with a circle.

Mittels einer Vielzahl von nach der oben angegebenen thermodynamischen Formel für eine Vielzahl von Turboladerdrehzahlen und Kompressordruckverhältnissen berechneten Kompressorwirkungsgraden, wie sie durch wiederholtes Durchlaufen der Lernphase erhalten werden, wird eine Karte von der Art, wie sie in 2 gezeigt ist, oder wie im Ausführungsbeispiel eine entsprechende Tabelle erstellt. D. h., der Kompressorwirkungsgrad wird als Funktion der jeweiligen Turboladerdrehzahl und des jeweiligen Kompressordruckverhältnisses parametrisiert. By means of a plurality of compressor efficiencies calculated according to the thermodynamic formula given above for a plurality of turbocharger speeds and compressor pressure ratios, as obtained by repeatedly going through the learning phase, a map of the type shown in FIG 2 is shown, or as created in the embodiment, a corresponding table. That is, the compressor efficiency is parameterized as a function of the respective turbocharger speed and the respective compressor pressure ratio.

Eine solche Tabelle wird z. B. in der Form erstellt, dass man ein Raster auf die in 2 gezeigte Karte legt, welches die Turboladerdrehzahl und das Kompressordruckverhältnis in n bzw. m Intervalle unterteilt. Wird die Turboladerdrehzahl im Intervall k (k = 1 bis n) mit NTk bezeichnet und wird das Kompressordruckverhältnis im Intervall I(I = 1 bis m) mit (Po/Pi)I bezeichnet, so enthält die Tabelle für ein gegebenes Drehzahl-Intervall k und ein gegebenes Druckverhältnis-Intervall I einen Kompressorwirkungsgrad η(k, I).Such a table is z. B. created in the form that one grid on the in 2 map which divides the turbocharger speed and the compressor pressure ratio into n and m intervals, respectively. If the turbocharger speed in the interval k (k = 1 to n) is denoted by NTk and the compressor pressure ratio in the interval I (I = 1 to m) is denoted by (P o / P i ) I, the table contains for a given speed Interval k and a given pressure ratio interval I a compressor efficiency η (k, I).

Die zur Durchführung des Verfahrens benötigten Druck- und Temperatursensoren des Kompressors sind bei Verbrennungsmotoren, die den Standard EURO5+ erfüllen, normalerweise vorhanden. Hinzu kommt nur ein Sensor für die Turboladerdrehzahl, der aber zukünftig voraussichtlich ebenfalls Standard sein wird.The pressure and temperature sensors of the compressor required for carrying out the method are normally present in internal combustion engines which comply with the EURO5 + standard. In addition, there is only one sensor for the turbocharger speed, which will probably also be standard in the future.

Die Druck- und Temperatursensoren des Kompressors sollen schnell und zuverlässig sein. Falls der Sensor für die Kompressorauslaßtemperatur selbst nicht schnell genug ist, kann die Kompressorauslaßtemperatur mittels eines schnellen Algorithmus, welcher die Dynamik des Sensors berücksichtigt, genauer geschätzt werden. Auf einen eigenen Sensor für die Kompressorauslaßtemperatur kann sogar verzichtet werden, wenn die Kompressorauslaßtemperatur anhand anderer Größen geschätzt wird, z. B. anhand der mittels eines anderen Sensors gemessenen Temperatur eines Abgassammlers.The pressure and temperature sensors of the compressor should be fast and reliable. If the sensor for the compressor outlet temperature itself is not fast enough, the compressor outlet temperature can be more accurately estimated by means of a fast algorithm which takes into account the dynamics of the sensor. A separate sensor for the compressor outlet temperature can even be dispensed with if the compressor outlet temperature is estimated by other quantities, e.g. B. on the basis of measured by another sensor temperature of an exhaust manifold.

Nachdem der im Schritt S4 berechnete Normwert des Kompressorwirkungsgrades in die Tabelle eingetragen worden ist, wird im Schritt S5 anhand der Zündschlüsselstellung geprüft, ob der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist oder noch läuft. Wenn der Verbrennungsmotor noch läuft, wird zum Schritt S1 zurückgegangen, und wenn nicht, wird im Schritt S6 die bis dahin erhaltene Tabelle der Normwerte des Kompressorwirkungsgrades als Funktion der Drehzahl des Turboladers und des Kompressordruckverhältnisses zusammen mit dem Zählwert für die Motorlaufzeit im nichtflüchtigen Speicher der elektronischen Motorsteuereinheit gespeichert, und das Verfahren endet, bis es beim nächsten Motorstart neu gestartet wird.After the standard value of the compressor efficiency calculated in step S4 has been entered in the table, it is checked in step S5 based on the ignition key position, whether the internal combustion engine is turned off or is still running. If the engine is still running, step S1 is decremented, and if not, in step S6, the hitherto obtained compressor efficiency standard table as a function of the turbocharger speed and compressor pressure ratio together with the engine run time count in the electronic nonvolatile memory Engine control unit stored, and the process ends until it is restarted at the next engine start.

In einem nicht gezeigten alternativen Ausführungsbeispiel wird die in den Verfahrensschritten S4 bis S6 durchgeführte Lernphase dadurch ersetzt, dass die Tabelle des Kompressorwirkungsgrades als Funktion der Drehzahl des Turboladers und des Kompressordruckverhältnisses vom Hersteller des Turboladers zur Verfügung gestellt oder aus einer vom Hersteller des Turboladers zur Verfügung gestellten Karte gewonnen wird. Diese beiden Fälle, nämlich Lernphase oder Bereitstellen geeigneter Daten, werden hier als Normwert-Erfassungsphase bezeichnet.In an alternative embodiment, not shown, the learning phase performed in steps S4 through S6 is replaced by providing the table of compressor efficiency as a function of the speed of the turbocharger and the compressor pressure ratio from the manufacturer of the turbocharger or from a manufacturer provided by the turbocharger Card is won. These two cases, namely learning phase or provision of suitable data, are referred to herein as the standard value acquisition phase.

Ist im Schritt S3 der Zeitschwellenwert, welcher eine Laufzeit des Verbrennungsmotors darstellt, in dem die gesetzlichen Emissionsstandards normalerweise Sicher erfüllt werden, erreicht oder überschritten worden, so tritt das Verfahren in die in den Schritten S7 bis S11 durchgeführte Istwert/Normwert-Vergleichsphase ein, die nachfolgend beschrieben wird.If, in step S3, the time threshold, which represents a running time of the internal combustion engine in which the statutory emission standards are normally reliably met, has been reached or exceeded, the method enters the actual value / standard comparison phase carried out in steps S7 to S11, which will be described below.

Im Schritt S7 wird wie im Schritt S4 der aktuelle Kompressorwirkungsgrad nach der oben angegebenen thermodynamischen Formel berechnet, jedoch wird er nicht mehr in die in der Lernphase erstellte Tabelle eingetragen, sondern mit dem Kompressorwirkungsgrad η(k, I) verglichen, der sich aus der vorher gespeicherten Tabelle für die aktuell gemessene Turboladerdrehzahl und das aktuell gemessene Kompressordruckverhältnis ergibt.In step S7, as in step S4, the current compressor efficiency is calculated according to the thermodynamic formula given above, but it is no longer entered in the created in the learning phase table, but compared with the compressor efficiency η (k, I), resulting from the before stored table for the currently measured turbocharger speed and the currently measured compressor pressure ratio results.

Insbesondere wird im Schritt S8 geprüft, ob der aktuelle Kompressorwirkungsgrad η(k, I) kleiner ist als die Differenz zwischen dem sich aus der Tabelle ergebenden Normwert η(k, I) des Kompressorwirkungsgrades und dem zu Beginn eingelesenen Toleranzwert.In particular, it is checked in step S8 whether the current compressor efficiency η (k, I) is smaller than the difference between the standard value η (k, I) of the compressor efficiency resulting from the table and the tolerance value read in at the beginning.

Wenn der aktuelle Kompressorwirkungsgrad nicht kleiner als die genannte Differenz ist, arbeitet der Kompressor offensichtlich korrekt, und das Verfahren geht zum Schritt S1 zurück.If the current compressor efficiency is not less than the above difference, the compressor obviously works correctly and the process returns to step S1.

Wenn der aktuelle Kompressorwirkungsgrad kleiner als die genannte Differenz ist, arbeitet der Kompressor möglicherweise nicht korrekt. Um dies zuverlässiger beurteilen zu können, wird der zu Beginn des Verfahrens eingelesene Fehlerzählwert im Schritt S9 inkrementiert, und zwar um eins multipliziert mit einem Gewichtungsfaktor, der von der Motordrehzahl und dem Motordrehmoment abhängt.If the current compressor efficiency is less than the difference, the compressor may not operate correctly. In order to be able to assess this more reliably, the error count read in at the beginning of the method is incremented in step S9, namely by one multiplied by a weighting factor that depends on the engine speed and the engine torque.

Die Bedeutung und die Beschaffenheit dieses Gewichtungsfaktors werden anhand von 3 erläutert. In einem gewissen Bereich niedriger Motordrehzahlen und niedriger Motordrehmomente, der in 3 rechteckig eingezeichnet ist, sind die Anforderungen z. B. des Standards NEDC an die Einhaltung von Emissionsgrenzen, insbesondere hinsichtlich Stickoxiden, strenger als bei höheren Drehzahlen und Drehmomenten. Daher wird der Gewichtungsfaktor für niedrige Motordrehzahlen und gleichzeitig niedriges Motordrehmoment höher gewählt als für höhere Motordrehzahlen oder Motordrehmomente. Das aktuelle Motordrehmoment muß nicht direkt gemessen werden; eine elektronische Motorsteuerung, insbesondere wenn sie ein elektronisches Stabilitätsprogramm aufweist, kann das aktuelle Motordrehmoment aus anderen zur Verfügung stehenden Größen berechnen.The meaning and nature of this weighting factor are determined by 3 explained. In a range of low engine speeds and low engine torques, which in 3 is drawn rectangular, the requirements are z. B. the standard NEDC to the compliance with emission limits, especially with regard to nitrogen oxides, more stringent than at higher speeds and torques. Therefore, the weighting factor is set higher for low engine speeds and at the same time lower engine torque than for higher engine speeds or engine torques. The actual engine torque does not have to be measured directly; An electronic engine controller, particularly if it has an electronic stability program, can calculate the actual engine torque from other available quantities.

Der im Schritt S9 erhaltene neue Fehlerzählwert wird im Speicher der elektronischen Motorsteuereinheit gespeichert und dann im Schritt S10 mit einem voreingestellten Schwellenwert verglichen. Wenn der Fehlerzählwert den Schwellenwert nicht übersteigt, geht es zum Schritt S1 zurück. Wenn der Fehlerzählwert den Schwellenwert übersteigt, d. h., wenn zu häufig ein außerhalb des Toleranzbereichs liegender Kompressorwirkungsgrad ermittelt worden ist, wird im Schritt S11 ein Fehler diagnostiziert, das Fehlerzustandsbit wird auf eins gesetzt, und das Verfahren endet.The new error count obtained in step S9 is stored in the memory of the electronic engine control unit and then compared with a preset threshold in step S10. If the error count does not exceed the threshold, it returns to step S1. If the error count exceeds the threshold, i. that is, if too often an out-of-tolerance compressor efficiency has been determined, an error is diagnosed in step S11, the error status bit is set to one, and the method ends.

Ein auf diese Weise erkannter Fehler weist auf eine wahrscheinliche Verkokung oder Verunreinigung des Kompressors hin, und der Fahrer kann optisch und/oder akustisch darauf hingewiesen werden, nach Möglichkeit demnächst eine Werkstatt aufzusuchen.An error detected in this way indicates a probable coking or contamination of the compressor, and the driver may be visually and / or acoustically advised to visit a workshop as soon as possible.

Wenn in der Werkstatt ein neuer Turbolader eingebaut wird, muß der bei dem Verfahren benutzte Zählwert für die Motorlaufzeit natürlich auf null zurückgesetzt werden.Of course, when a new turbocharger is installed in the workshop, the engine running time count used in the procedure must be reset to zero.

Außerdem kann es erforderlich sein, z. B. anläßlich einer großen Inspektion, bei welcher der Turbolader für in Ordnung befunden worden ist, den Fehlerzählwert auf null oder einen niedrigen Wert zurückzusetzen, damit sich dieser nicht allein aufgrund irrtümlich detektierter Fehlerzustände, die sich über die Betriebsdauer des Verbrennungsmotors summieren, den Schwellenwert irgendwann übersteigt, ohne dass der Turbolader tatsächlich defekt ist. Oder man zählt jeweils nur die Fehler, die in einer dem aktuellen Zeitpunkt vorangegangen vorbestimmten Zeitspanne aufgetreten sind.It may also be necessary, for. On the occasion of a large inspection, in which the turbocharger has been found to be OK, to reset the error count to zero or low so that it does not become the threshold at some point due to erroneously detected fault conditions that accumulate over the operating life of the engine exceeds, without the turbocharger is actually defective. Or one counts only the errors which have occurred in a predetermined time period preceding the current time.

Claims (14)

Verfahren zur Erkennung von Verkokungen oder Verunreinigungen des Kompressors eines Turboladers eines Verbrennungsmotors, gekennzeichnet durch eine Normwert-Erfassungsphase (S4), in der Normwerte des Kompressorwirkungsgrades als Funktion der Drehzahl des Turboladers und des Kompressordruckverhältnisses erfaßt werden, eine Istwert/Normwert-Vergleichsphase (S7, S8), die auf die Normwert-Erfassungsphase folgt und in der ein aus dem aktuellen Kompressordruckverhältnis, der aktuellen Kompressoreinlaßtemperatur und der aktuellen Kompressorauslaßtemperatur berechneter Istwert des Kompressorwirkungsgrades mit dem Normwert des Kompressorwirkungsgrades für die aktuelle Drehzahl des Turboladers und das aktuelle Kompressordruckverhältnis verglichen wird.Method for detecting coking or contamination of the compressor of a turbocharger of an internal combustion engine, marked by a normal value detection phase (S4) in which standard values of the compressor efficiency are detected as a function of the rotational speed of the turbocharger and the compressor pressure ratio, an actual value / normal value comparison phase (S7, S8) following the normal value detection phase and an actual value of the compressor efficiency calculated from the current compressor pressure ratio, the current compressor inlet temperature and the current compressor discharge temperature with the standard value of the compressor speed for the current speed of the turbocharger and the current compressor pressure ratio is compared. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Benutzer des Verbrennungsmotors informiert oder gewarnt wird, wenn eine Verkokung oder Verunreinigung des Kompressors erkannt wird.A method according to claim 1, characterized in that a user of the internal combustion engine is informed or warned when a coking or contamination of the compressor is detected. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Normwert-Erfassungsphase darin besteht, dass die Normwerte des Kompressorwirkungsgrades vom Hersteller des Turboladers erhalten oder aus vom Hersteller des Turboladers erhaltenen Daten gewonnen werden und in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert werden.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the standard value detection phase is that the standard values of the compressor efficiency are obtained from the manufacturer of the turbocharger or obtained from data obtained from the manufacturer of the turbocharger and stored in a non-volatile memory. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Normwert-Erfassungsphase (S4) darin besteht, den Kompressoreinlaßdruck, den Kompressorauslaßdruck, die Kompressoreinlaßtemperatur und die Kompressorauslaßtemperatur zu messen, die Normwerte des Kompressorwirkungsgrades als Funktion des Kompressoreinlaßdrucks, des Kompressorauslaßdrucks, des Kompressoreinlaßtemperatur und der Kompressorauslaßtemperatur zu berechnen und die so berechneten Normwerte des Kompressorwirkungsgrades als Funktion der Drehzahl des Turboladers und des Verhältnisses von Kompressorauslaßdruck zu Kompressoreinlaßdruck zu parametrisieren.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the normal value detection phase (S4) is to measure the compressor inlet pressure, the compressor outlet pressure, the compressor inlet temperature and the compressor outlet temperature, the normal values of the compressor efficiency as a function of the compressor inlet pressure, the compressor outlet pressure, the compressor inlet temperature and To calculate the compressor outlet temperature and to parameterize the thus calculated standard values of the compressor efficiency as a function of the speed of the turbocharger and the ratio of compressor outlet pressure to compressor inlet pressure. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Normwert-Erfassungsphase (S4) und/oder in der Istwert/Normwert-Vergleichsphase (S7, S8) der Kompressorwirkungsgrad wie folgt berechnet wird:
Figure 00110001
worin ηTS Wirkungsgrad Total-zu-Statisch des Kompressors [0-1] To Auslaßtemperatur des Kompressors [K] Ti Einlaßtemperatur des Kompressors [K] Po Auslaßdruck des Kompressors [bar] Pi Einlaßdruck des Kompressors [bar] Po/Pi Kompressordruckverhältnis γ Verhältnis der spezifischen WärmenMethod according to claim 4, characterized in that in the standard value acquisition phase (S4) and / or in the actual value / standard value comparison phase (S7, S8) the compressor efficiency is calculated as follows:
Figure 00110001
where ηTS Efficiency Total-to-static of the compressor [0-1] To Outlet temperature of the compressor [K] Ti Inlet temperature of the compressor [K] Po Outlet pressure of the compressor [bar] Pi Inlet pressure of the compressor [bar] Po / Pi compressor pressure ratio γ ratio of the specific heat Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die berechneten Normwerte des Kompressorwirkungsgrades als eine Tabelle oder Karte parametrisiert werden, in welcher der Kompressorwirkungsgrad wenigstens in Abhängigkeit von der Drehzahl des Turboladers und dem Kompressordruckverhältnis angegeben ist.A method according to claim 4 or 5, characterized in that the calculated standard values of the compressor efficiency are parameterized as a table or map in which the compressor efficiency is specified at least as a function of the speed of the turbocharger and the compressor pressure ratio. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Normwert-Erfassungsphase (S4) als eine Lernphase während einer voreingestellten Anfangs-Laufzeit des Turboladers durchgeführt wird und nach Ablauf dieser Laufzeit die Istwert/Normwert-Vergleichsphase (S7, S8) durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the normal value detection phase (S4) is carried out as a learning phase during a preset initial running time of the turbocharger and after this run time, the actual value / normal value comparison phase (S7, S8) is performed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nur durchgeführt wird, während die Motordrehzahl und/oder das Motordrehmoment des Verbrennungsmotors über eine vorgegebene Zeitdauer konstant sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method is carried out only while the engine speed and / or the engine torque of the internal combustion engine over a predetermined period of time are constant. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Istwert/Normwert-Vergleichsphase (S7, S8) geprüft wird, ob der aktuelle Kompressorwirkungsgrad kleiner ist als die Differenz zwischen dem Normwert des Kompressorwirkungsgrades und einem voreingestellten Toleranzwert.Method according to one of the preceding claims, characterized in that it is checked in the actual value / normal value comparison phase (S7, S8) whether the current compressor efficiency is less than the difference between the standard value of the compressor efficiency and a preset tolerance value. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehlerzählwert gesetzt oder inkrementiert wird (S9), wenn der aktuelle Kompressorwirkungsgrad kleiner ist als die Differenz zwischen dem Normwert des Kompressorwirkungsgrades und dem Toleranzwert.A method according to claim 9, characterized in that an error count is set or incremented (S9) if the current compressor efficiency is less than the difference between the standard value of the compressor efficiency and the tolerance value. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Fehlerzählwert um eins multipliziert mit einem Gewichtungsfaktor inkrementiert wird (S9), welcher Gewichtungsfaktor bei niedriger Motordrehzahl und niedrigem Motordrehmoment größer ist als bei höherer Motordrehzahl oder höherem Motordrehmoment.A method according to claim 10, characterized in that the error count is incremented by one multiplied by a weighting factor (S9), which weighting factor is greater at low engine speed and low engine torque than at higher engine speed or higher engine torque. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der inkrementierte Fehlerzählwert mit einem voreingestellten Schwellenwert verglichen wird (S10) und eine Verkokung oder Verunreinigung des Kompressors erkannt wird, wenn der Fehlerzählwert den Schwellenwert übersteigt.A method according to claim 10 or 11, characterized in that the incremented error count is compared with a preset threshold (S10) and coking or contamination of the compressor is detected when the error count exceeds the threshold. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor mit Niederdruck- oder Hochdruck-Abgasrückführung arbeitet.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the internal combustion engine operates with low-pressure or high-pressure exhaust gas recirculation. Anordnung zur Erkennung von Verkokung oder Verunreinigung des Kompressors eines Turboladers eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.Arrangement for detecting coking or contamination of the compressor of a turbocharger of an internal combustion engine, characterized in that the arrangement for carrying out the method according to one of the preceding claims is formed.
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