DE10007013A1

DE10007013A1 - Vorrichtung zur Begrenzung der Drehzahl eines Abgasturboladers

Info

Publication number: DE10007013A1
Application number: DE10007013A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Koelle; Armin Lussmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-02-16
Filing date: 2000-02-16
Publication date: 2001-08-23
Anticipated expiration: 2020-02-17
Also published as: GB0102416D0; GB2359380B; FR2804999A1; JP4739539B2; US20010022084A1; US6378306B2; DE10007013B4; FR2804999B1; GB2359380A; JP2001248454A

Abstract

Eine Vorrichtung zur Begrenzung der Laderdrehzahl, welche ohne einen Drehzahlsensor und einen Atmosphärendrucksensor auskommt, weist ein Bandpassfilter (BPF) auf, das aus dem Ausgangssignal (ld) eines im Saugrohr (2) der Maschine (1) angeordneten Ladedrucksenors (9) einen Spektralanteil (snv) herausfiltert, welcher im Signalspektrum des Ladedrucksensors (9) erscheint, wenn die Luftsäule im Saugrohr (2) in eine Schwingung versetzt wird, welche bei einer Rotation des Verdichters (5) des Turboladers mit der maximal zulässigen Drehzahl entsteht.

Description

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Begrenzung der Drehzahl eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine, wobei ein Drucksensor den Ladedruck auf der Druckseite eines im Saugrohr der Maschine angeordneten Verdichters des Turboladers mißt, und Mittel vorhanden sind, welche einen vorgegebenen Soll-Ladedruck verringern, wenn die Drehzahl einen maximal zulässigen Wert erreicht.

Bei der Auslegung eines Abgasturboladers und dessen Regelung ist darauf zu achten, daß die Laderdrehzahl einen maximal zulässigen Wert nicht überschreitet. Wie aus der MTZ Motortechnische Zeitschrift 53 (1992), 10, Seite 454-462 hervorgeht, erfolgt die Ladedruckregelung in bekannter Weise durch Vergleich eines aus dem Fahrerwunsch hervorgehenden Soll-Ladedrucks mit einem von einem Ladedrucksensor im Saugrohr gemessenen Ist-Ladedruck. Zur Kontrolle der Laderdrehzahl wird üblicherweise ein Drehzahlsensor verwendet, welcher die Drehzahl des Verdichters im Saugrohr erfaßt. Es kann dann durch Vergleich der gemessenen Laderdrehzahl mit einem Schwellwert, welcher einem maximal zulässigen Drehzahlwert entspricht, feststellen, ob der Turbolader in einen kritischen Drehzahlbereich gelangt und kann dementsprechend auf die Ladedruckregelung einwirken. Aus der erwähnten MTZ geht hervor, daß der Ladedruck im Saugrohr stets auf programmierte Werte eingeregelt wird, welche bei Normatmosphäre ermittelt worden sind. Mit zunehmender Höhe und damit abfallendem Umgebungsdruck, also bei sinkender Luftdichte, wird der geforderte Soll-Ladedruck nur mit einer Erhöhung der Laderdrehzahl erreicht. Hierzu wird das Bypass-Ventil des Turboladers mehr geschlossen und somit die Turbine mit einer größeren Abgasmenge beaufschlagt. Mit Einsatz eines Atmosphärendrucksensors läßt sich der von der Ladedruckregelung vorgegebene Soll- Ladedruck bei fallendem Umgebungsdruck absenken, womit auch die Laderdrehzahl unterhalb seines maximal zulässigen Wertes begrenzt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Begrenzung der Drehzahl eines Abgasturboladers der eingangs genannten Art anzugeben, welche weder einen Drehzahlsensor für die Laderdrehzahl noch einen Atmosphärendrucksensor benötigt.

Vorteile der Erfindung

Die genannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß ein Bandpassfilter vorhanden ist, das aus dem Ausgangssignal eines im Saugrohr vorhandenen Ladedrucksensors einen Spektralanteil herausfiltert, welcher im Signalspektrum des Ladedrucksensors erscheint, wenn die Luftsäule im Saugrohr in eine Schwingung versetzt wird, welche bei einer Rotation des Verdichters des Turboladers mit der maximal zulässigen Drehzahl entsteht. Es wird hier aus dem Aussgangssignal eines sowieso vorhandenen Ladedrucksensors ein Kriterium zur Begrenzung der Laderdrehzahl unterhalb seines maximal zulässigen Wertes abgeleitet. Dabei kann auf einen Drehzahlsensor und auf einen Atmosphärendrucksensor verzichtet werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor. Demnach ist ein Korrekturglied vorhanden, welches den vom Bandpassfilter gelieferten Spektralanteil mit einem Schwellwert vergleicht, und das Korrekturglied bei einer Schwellwertüberschreitung ein den vorgegebenen Soll- Ladedruck verringerndes Korrektursignal erzeugt.

Der Ladedrucksensor ist zweckmäßigerweise ein Piezosensor, weil ein Piezoelement sehr empfindlich auf Schwingungen der Luftsäule im Saugrohr reagiert.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader und einer die Laderdrehzahl begrenzenden Steuereinheit.

In der Zeichnung ist eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Saugrohr 2 und einem Abgaskanal 3 dargestellt. Im Abgaskanal 3 befindet sich eine Turbine 4 eines Turboladers, die mit einem im Saugrohr 2 angeordneten Verdichter 5 mechanisch gekoppelt ist. Um den Ladedruck im Saugrohr regeln zu können, ist die Turbine 4 im Abgaskanal 3 von einem Bypass 6 überbrückt, in dem sich ein steuerbares Ventil 7 befindet. Das Ventil 7 wird von einem Stellglied 8 angetrieben.

Im Saugrohr 2 befindet sich auf der Druckseite des Verdichters 5 ein Ladedrucksensor 9, dessen Ausgangssignal ld einer Steuereinheit SE zugeführt wird. Das Ladedrucksignal ld liegt am Eingang eines Tiefpasses TBF, an dessen Ausgang ein von allen Störgrößen befreiter mittlerer Ist-Ladedruck ldi erscheint. Ein Ladedruckregler LDR (z. B. PD- oder PI- oder PID-Regler) leitet aus der Ablage dld zwischen dem Ist-Ladedruck ldi und einem vom Fahrerwunsch und eventuell anderen Betriebsgrößen des Motors abhängigen Soll-Ladedruck lds eine Steuergröße wg für das Stellglied 8 des Bypass-Ventils 7 ab.

Wie bereits einleitend erläutert, ist, um eine Zerstörung des Turboladers zu vermeiden, darauf zu achten, daß dieser eine maximal zulässige Drehzahl nicht überschreitet. Beim Betrieb des Fahrzeugs in größeren Höhenlagen kann es leicht zu einem Überschreiten der maximal zulässigen Laderdrehzahl kommen. Denn mit zunehmender Höhe und damit abfallendem Umgebungsdruck wird der geforderte Soll-Ladedruck nur mit einer Erhöhung der Laderdrehzahl erreicht. Bei einem gegenüber der Normatmosphäre stark absinkenden Atmosphärendruck ist daher besonders darauf zu achten, daß die Laderdrehzahl den maximal zulässigen Wert nicht überschreitet, um eine Zerstörung des Turboladers zu vermeiden. Zu diesem Zweck ist in der Steuereinheit SE ein Bandpassfilter BPF vorgesehen, dem das Ausgangssignal ld des Ladedrucksensors 9 parallel zum Tiefpassfilter TPF zugeführt wird.

Der Ladedrucksensor 9 erfaßt auch Schwingungen der Luftsäule im Saugrohr, welche durch die Rotation des Verdichters 5 entstehen. Die Frequenz dieser Schwingungen hängt ab von der Drehzahl des Verdichters 5, insbesondere wenn der Ladedrucksensor 9 ein Piezosensor ist, reagiert er sehr empfindlich auf die vom Verdichter erzeugten Schwingungen der Luftsäule im Saugrohr. Diese Schwingungen äußern sich in Form von hochfrequenten Signalanteilen, die dem Sensorsignal ld überlagert sind. Das Bandpassfilter BPF ist bezüglich seines Frequenzdurchlaßbereichs so auzulegen, daß an seinem Ausgangssignal nur diejenigen Spektralanteile snv erscheinen, welche auf Schwingungen der Luftsäule im Saugrohr 2 zurückzuführen sind, die bei einer Rotation des Verdichters 5 mit der maximal zulässigen Drehzahl entstehen.

Das Ausgangssignal snv des Bandpassfilters BPF wird einem Korrekturglied KG zugeführt. Dieses Korrekturglied KG vergleicht das Signal snv mit einem Schwellwert, der so bemessen ist, daß bei seinem Überschreiten durch den aus dem Ladedrucksignal ld ausgefilterten Spektralanteil snv sicher davon ausgegangen werden kann, daß der herausgefilterte Spektralanteil snv durch eine den maximal zulässigen Wert erreichende Drehzahl des Verdichters 5 hervorgerufen worden ist. Wenn also das Korrekturglied KG auf diese Weise die maximal zulässige Laderdrehzahl erkennt, gibt es ein Korrektursignal ldk ab. Im Verknüpfungspunkt V1 wird dieses Korrektursignal ldk vom Soll-Ladedruck lds subtrahiert.

Im Verknüpfungspunkt V2 wird die Ablage dld zwischen dem korrigierten verminderten Soll-Ladedruck ldsk und dem Ist- Ladedruck ldi gebildet, welche schließlich dem Ladedruckregler LDR zugeführt wird. Dieser steuert dann das Bypass-Ventil 7 so, daß eine geringere Abgasmenge über die Turbine 4 des Abgasturboladers geführt wird und sich damit seine Drehzahl unterhalb des maximal zulässigen Wertes verringert.

Mit der beschriebenen Vorrichtung wird ohne Einsatz eines Laderdrehzahlsensors und eines Atmosphärendrucksensors erreicht, daß auch bei Fahrten in geographischen Höhenlagen der Abgasturbolader wohl bis an seine maximal zulässige Drehzahl herangefahren werden kann, diese aber nicht überschreitet.

Claims

1. Vorrichtung zur Begrenzung der Drehzahl eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine, wobei ein Drucksensor (9) den Ladedruck auf der Druckseite eines im Saugrohr (2) der Maschine (1) angeordneten Verdichters (5) des Turboladers (4, 5) mißt, und Mittel (SE) vorhanden sind, welche einen vorgegebenen Soll-Ladedruck (lsd) verringern, wenn die Drehzahl einen maximal zulässigen Wert erreicht, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bandpassfilter (BPF) vorhanden ist, das aus dem Ausgangssignal (ld) des Ladedrucksensors (9) einen Spektraleinheit (snv) herausfiltert, welcher im Signalspektrum des Ladedrucksensors (9) erscheint, wenn die Luftsäule im Saugrohr (2) in eine Schwingung versetzt wird, welche bei einer Rotation des Verdichters (5) mit der maximal zulässigen Drehzahl entsteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Korrekturglied (KG) vorhanden ist, welches den vom Bandpassfilter (BPF) gelieferten Spektralanteil (snv) mit einem Schwellwert vergleicht, und daß das Korrekturglied (KG) bei einer Schwellwert-Überschreitung ein den vorgegebenen Soll-Ladedruck (lds) verringerndes Korrektursignal (ldk) erzeugt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladedrucksensor (9) ein Piezosensor ist.