DE102004013209A1

DE102004013209A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung eines Volumenstroms eines Verdichters bei Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE102004013209A1
Application number: DE200410013209
Authority: DE
Inventors: Ekkehard Dr. Pott; Jörg Dr. Theobald; Fred Thiele
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2004-03-17
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2024-03-18
Also published as: DE102004013209B4

Abstract

Der Volumenstrom eines Abgasturboladers soll auf einfache Art ermittelt werden. Dazu ist vorgesehen, die Drehzahl des Verdichters mit einem Drehzahlsensor zu erfassen und ein Verdichterkennfeld (k) in einer Speichereinrichtung abzulegen. Mit Kenntnis des Verdichterdruckverhältnisses (vd), das typischerweise für Motorsteuerungen bereits zur Verfügung gestellt wird, kann mithilfe der Drehzahl aus dem Verdichterkennfeld (k) der Volumenstrom (vs) ermittelt werden. Somit kann auf eine aufwändige Luftmassenmessung verzichtet werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Volumenstroms eines Verdichters eines Kraftfahrzeugs mit einer Druckmesseinrichtung zum Messen eines Verdichterdruckverhältnisses. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren zur Ermittlung des Volumenstroms.

Um den Luftmassenstrom, der von einem Verdichter, beispielsweise einem Abgasturbolader, gefördert wird, zu ermitteln, benötigt man einen separaten Luftmassenmesser, der in Strömungsrichtung vor dem Eintritt in den Verdichter angeordnet ist. Mit Hilfe des Luftmassenmessers lässt sich so die Funktionsfähigkeit des Verdichters bzw. des Abgasturboladers überprüfen. Der Volumenstrom durch den Abgasturbolader ist aber nicht nur ein Indiz für dessen Funktionsfähigkeit, sondern auch eine wertvolle Information für das Motorsteuergerät.

Für den Fall, dass mindestens zwei Abgasturbolader den Motor mit Luft beliefern und nur ein Luftmassenmesser vorhanden ist, lässt sich der Ausfall eines Abgasturboladers nicht detektieren, solange der zweite Abgasturbolader in der Lage ist, die benötigte Verbrennungsluft zu fördern. Daher lässt sich eine vollständige Überwachung derzeit nur mit einem Luftmassenmesser pro Abgasturbolader realisieren. Luftmassenmesser sind jedoch typischerweise verhältnismäßig teuer und die Messwerterfassung ist aufwändig.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die Erfassung des Volumenstroms in einen Verdichter einfacher und kostengünstiger zu gestalten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Volumenstroms eines Verdichters mit einer Druckmesseinrichtung zum Messen eines Verdichterdruckverhältnisses, einem Drehzahlsensor zur Erfassung einer Drehzahl des Verdichters, einer Speichereinrichtung zum Speichern eines Verdichterkennfelds und einer Datenverarbeitungseinrichtung zum Ermitteln des Volumenstroms aus der Drehzahl des Verdichters mit Hilfe des Verdichterkennfelds.

Darüber hinaus ist erfindungsgemäß vorgesehen ein Verfahren zur Ermittlung eines Volumenstroms eines Verdichters durch Messen eines Verdichterdruckverhältnisses, Erfassen einer Drehzahl des Verdichters, Speichern eines Verdichterkennfelds, und Ermitteln des Volumenstroms aus der Drehzahl des Verdichters mit Hilfe des Verdichterkennfelds.

Für die Ermittlung des Volumenstroms in den Verdichter ist erfindungsgemäß das Verdichterdruckverhältnis und die Verdichterdrehzahl zu messen. Das Verdichterdruckverhältnis liegt typischerweise in einem Kraftfahrzeug bereits vor, so dass hierfür keine zusätzliche Sensorik vorzusehen ist. Es ist lediglich die Drehzahl des Verdichters bzw. Abgasturboladers zu ermitteln. Diese kann jedoch mit verhältnismäßig einfachen Messmethoden gewonnen werden. In vorteilhafter Weise muss damit nicht in den Luftstrom eingegriffen werden, wie dies mit dem Luftmassenmesser gemäß dem Stand der Technik notwendig ist.

Wie bereits angedeutet, handelt es sich bei dem Verdichter vorzugsweise um einen Abgasturbolader. Grundsätzlich kann die vorliegende Erfindung jedoch für jede Art eines Verdichters verwendet werden, um den geförderten Luftstrom bzw. Volumenstrom zu ermitteln.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Drehzahl des Verdichters optisch erfasst. Dieses optische und damit berührungslose Erfassen hat Vorteile gegenüber nicht berührungslosen Systemen, wie beispielsweise elektrische Schleifkontakte. Der Vorteil liegt nicht nur darin, dass das abgetastete System nicht beeinflusst wird, sondern auch darin, dass die optische Sensorik in der Regel eine höhere Lebensdauer hat. Des Weiteren sind für den Drehzahlsensor aber auch andere, induktive, Messsysteme einsetzbar.

Günstigerweise besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung des Volumenstroms eine Schnittstelle zum Ausgeben des Werts des Volumenstroms an ein Motorsteuergerät. Bei dieser Schnittstelle kann es sich beispielsweise um einen Bus-Anschluss handeln. Damit kann der Volumenstrom in einfacher Weise dem Motorsteuergerät systemgerecht zur Verfügung gestellt werden.

Mit der Datenverarbeitungseinrichtung der erfindungsgemäßen Volumenstrom-Ermittlungsvorrichtung kann ein In-Ordnung-Signal über die Funktionsfähigkeit des Verdichters aus der Drehzahl ermittelt und bereitgestellt werden. Dieses In-Ordnung-Signal kann rein auf der Drehzahl oder aber auch auf dem ermittelten Volumenstrom basieren. Es kann vorteilhaft auch für Diagnosezwecke verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, die ein typisches Verdichterkennfeld eines Motors darstellt.

Das nachfolgend näher geschilderte Ausführungsbeispiel stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
In dem in der Figur dargestellten Verdichterkennfeld ist auf der Abszisse ein normierter Volumenstrom V ./n_Nenn·V_H einheitslos dargestellt. Auf der Ordinate ist das Verdichterdruckverhältnis p_2t/p_1t ebenfalls einheitslos dargestellt.
Die Drücke p_2t und p_1t entsprechen den Totaldrücken, d.h. den Summen aus statischen und dynamischen Drücken, vor und nach dem Verdichter. V . entspricht dem Volumenstrom, d.h. dem geförderten Volumen pro Zeiteinheit. Darüber hinaus entspricht n_Nenn der Nenndrehzahl des Verdichters und V_H dem Hubvolumen des Verdichters. Ferner repräsentiert n_V die Verdichterdrehzahl und η den Wirkungsgrad.
In dem Diagramm sind Kennlinien für normierte Verdichterdrehzahlen n_V/n_Vmax zwischen 0,5 und 1 eingetragen. Rein informationshalber sind darüber hinaus in das Diagramm auch Linien konstanten Wirkungsgrads η/η_max für den Motor eingetragen. Mit dem optischen Sensor wird nun eine Ist-Drehzahl des Verdichters erfasst. Dadurch wird eine Kennlinie festgelegt, im vorliegenden Fall die Kennlinie k. Des Weiteren steht das durch einen Drucksensor im Saugrohr ermittelte Verdichterdruckverhältnis vd zur Verfügung. Der Schnittpunkt der Kennlinie k mit dem Verdichterdruckverhältnis vd führt zu dem gewünschten normierten Volumenstrom vs.
Diese Information vs über den Durchsatz des Verdichters wird in einer eigenen Rechnereinheit, in der das Verdichterkennfeld gespeichert ist, ermittelt und an das Motorsteuergerät weitergeleitet oder direkt im Motorsteuergerät ermittelt. Darüber hinaus kann auch ein Signal bezüglich der Funktionsfähigkeit des Abgasturboladers von der Rechnereinheit an die Motorsteuerung abgegeben werden, wenn das Signal nicht unmittelbar dort gewonnen wird. Dieses Signal kann zum einen die reine Drehzahl zur Auswertung im Motorsteuergerät beinhalten oder aber beispielsweise ein rein binäres Signal über die Zustände „In-Ordnung" und „Nicht-in-Ordnung" sein.

vd: Verdichterdruckverhältnis
vs: normierter Volumenstrom

V .: Volumenstrom
n_Nenn: Nenndrehzahl des Verdichters
V_H: Hubvolumen des Verdichters
n_V: Verdichterdrehzahl
η: Wirkungsgrad.
k: Kennlinie

Claims

Vorrichtung zur Ermittlung eines Volumenstroms eines Verdichters mit einer Druckmesseinrichtung zum Messen eines Verdichterdruckverhältnisses (vd) gekennzeichnet durch – einen Drehzahlsensor zur Erfassung einer Drehzahl des Verdichters, – eine Speichereinrichtung zum Speichern eines Verdichterkennfelds (k) und – eine Datenverarbeitungseinrichtung zum Ermitteln des Volumenstroms (vs) aus der Drehzahl des Verdichters mit Hilfe des Verdichterkennfelds (k).
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Verdichter ein Abgasturbolader ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei mit dem Drehzahlsensor die Drehzahl optisch erfassbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Schnittstelle zum Ausgeben des Werts des Volumenstroms (vs) an ein Motorsteuergerät aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mit der Datenverarbeitungseinrichtung ein In-Ordnung-Signal über die Funktionsfähigkeit des Verdichters aus der Drehzahl ermittelbar und bereitstellbar ist.
Verfahren zur Ermittlung eines Volumenstroms eines Verdichters durch Messen eins Verdichterdruckverhältnisses (vd), gekennzeichnet durch – Erfassen einer Drehzahl des Verdichters, – Speichern eines Verdichterkennfelds (k), und – Ermitteln des Volumenstroms (vs) aus der Drehzahl des Verdichters mit Hilfe des Verdichterkennfelds (k).
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Volumenstrom (vs) eines Abgasturboladers ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Drehzahl optisch erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der Wert des Volumenstroms (vs) an ein Motorsteuergerät ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei ein In-Ordnung-Signal über die Funktionsfähigkeit des Verdichters aus der Drehzahl ermittelt und bereitgestellt wird.