DE102005007558A1

DE102005007558A1 - Verfahren und Anordnung zum Schützen eines Turboladers in einem Fahrzeug gegen Überdrehen

Info

Publication number: DE102005007558A1
Application number: DE200510007558
Authority: DE
Inventors: Magnus Pettersson; Thomas Akerblom
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2005-02-18
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2025-02-19
Also published as: DE102005007558B4; SE526067C2; SE0400466D0; SE0400466L

Abstract

Bei einer Anordnung zum Schützen eines mit einem Motor verbundenen Turboladers gegen ein Überdrehen in einem Fahrzeug mit einem Abgasbremsventil (11), das von einer Steuereinheit (12) in Antwort auf Eingangssignale gesteuert wird, ist ein Sensor (13) zum Erfassen der Drehzahl des Turboladers (2) mit der Steuereinheit (12) verbunden, die dazu ausgelegt ist, die Zuwachsrate der Drehzahl des Turboladers (2) aus der erfassten Drehzahl zu berechnen. Ein erster Grenzwert, der einer nicht steuerbaren Zuwachsrate der Drehzahl des Turboladers entspricht, und ein zweiter Grenzwert, der einer kritischen Drehzahl des Turboladers entspricht, werden in der Steuereinheit (12) festgelegt. Die Steuereinheit (12) ist dazu ausgelegt, das Abgasbremsventil (11) zu schließen, um die Drehzahl des Turboladers in Antwort darauf zu reduzieren, dass die Zuwachsrate der Drehzahl des Turboladers ≧ dem ersten Grenzwert ist oder dass die Drehzahl des Turboladers ≧ dem zweiten Grenzwert ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft allgemein Fahrzeuge und insbesondere ein Verfahren und eine Anordnung zum Schützen eines Turboladers in einem Fahrzeug gegen ein Überdrehen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

In einer an sich bekannten Art kann das Überdrehen eines Turboladers durch eine Vielzahl verschiedener Faktoren verursacht werden.

In der US 6,253,551 B1 wird eine Fehlererkennungseinrichtung vorgestellt, um derartige Fehlfunktionen peripherer Einheiten eines Verbrennungsmotors zu erfassen, die zu einem kritischen Drehzahlanstieg von zwei Turboladern führen können. Die Fehlererkennungseinrichtung sollte dazu in der Lage sein, Fehler zu erkennen, die beispielsweise von einem Luftdrucksensor in dem Einlasspfad auf der Druckseite der Turbolader oder von einem Luftmassensensor herrühren, der in dem Einlasspfad auf der Saugseite der Turbolader angeordnet ist. Bei einem Fehler aktiviert die Fehlererkennungseinrichtung Bypassventile der Turbolader oder steuert die Geometrie der Turbinen der Turbolader.

Gemäß der US 5,845,495 A werden Drehzahlabweichungen zwischen Abgasturboladern eines Verbrennungsmotors erfasst. In Antwort auf erfasste Abweichungen leitet eine Steuereinheit beispielsweise eine zylinderselektive Unterdrückung der Einspritzung ein, die das Abgas mit Frischgas vermischt. Hierdurch wird der Lastwert des Motors reduziert und der Ladedruck nach unten eingestellt. Folglich besteht nicht länger mehr die Gefahr, dass einer der Turbolader einen zu hohen Drehzahlbereich erreicht.

Aus der EP 1 081 353 A1 ist es bekannt, zu verhindern, dass ein Vorverdichter mit variabler Geometrie aufgrund eines Anstiegs der Druckdifferenz zwischen einem tatsächlichen Vorladedruck, der in einem Einlassluftkanal erzeugt wird, und einem Sollvorladedruck überdreht.

Die US 5,729,980 A bezieht sich auf eine Druckladevorrichtung, beispielsweise einen Turbolader oder einen Vorverdichter, für einen Verbrennungsmotor, in dem der Motoraufladewert mittels eines Ladedruckreglers (wastegate) gesteuert wird, der mittels eines Wastgate-Aktuators zum Schließen und Öffnen des Wastegates betätigt wird.

Die vorstehenden vier Dokumente betreffen allesamt das Beeinflussen eines erfassten Überdrehzustands.

Die US 4,953,110 A betrifft auch die Beeinflussung eines erfassten Überdrehzustands. Eine Möglichkeit zur Anzeige eines Überdrehzustands oder einer Annäherung an einen Überdrehzustand eines Turboladers kann anhand eines Temperaturanstiegs in den Abgasen des Dieselmotors vorgenommen werden, der durch einen Temperatursensor überwacht wird. Ein Überdrehen wird auch erkennbar anhand eines Anstiegs des dem Dieselmotor zugeführten Drucks, bei einer Überwachung mittels eines Drucksensors. Im Falle eines Überdrehzustands wird die Anzahl an Umdrehungen pro Minute (RPM) des Turboladers überwacht. Zu diesem Zweck wird der Lufteinlass des Turboladers mit einstellbaren Leitflügeln versehen, die dazu in der Lage sind, wahlweise die Menge an Luft zu beschränken, die durch das Flügelrad des Turboladers hindurchgeführt wird. Allerdings können in einem Fall, in dem die überwachte Drehzahl weiter ansteigt, was zeigt, dass die Steuerung des Systems wirkungslos bleibt, die Leitflügel derart verstellt werden, dass sie vollständig den Lufteinlass des Turboladers verschließen, was dessen Fähigkeit beendet, Luft dem Dieselmotor zuzuführen. Nach Unterbrechung der Zufuhr von Verbrennungsluft wird der Betrieb des Dieselmotors beendet, so dass eine ernsthafte Beschädigung an diesem vermieden werden kann.

Allerdings kann dann, wenn bei der US 4,953,110 A die Drehzahl sehr schnell ansteigt, eine ernsthafte Beschädigung des Turboladers nicht verhindert werden. Dies liegt daran, dass es eine gewisse Zeit benötigt, um die in dem Lufteinlasskrümmer des Dieselmotors vorhandene Verbrennungsluft zu verbrauchen, nachdem der Lufteinlass des Turboladers geschlossen wurde. Wenn die Drehzahl sehr schnell ansteigt, kann während dieser Zeit – auch wenn sie kurz ist – der Turbolader eine derart hohe Drehzahl erreichen, dass er zerstört wird.

Somit ist die Lösung gemäß US 4,953,110 für das Problem eines Überdrehens nicht hinreichend zuverlässig.

ABRISS DER ERFINDUNG

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine zuverlässigere Lösung für das Problem des Überdrehens eines Turboladers bereitzustellen.

Dies wird durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zum Schützen eines mit einem Motor verbundenen Turboladers gegen ein Überdrehen in einem Fahrzeug erreicht, das ein Abgasbremsventil umfasst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Überwachen wenigstens einer der Variablen Zuwachsrate der Drehzahl des Turboladers und Drehzahl des Turboladers, und Schließen des Abgasbremsventils, um die Drehzahl des Turboladers in Antwort darauf zu reduzieren, dass die Zuwachsrate der Drehzahl des Turboladers ≥ einem ersten Grenzwert ist und dass die Drehzahl des Turboladers ≥ einem zweiten Grenzwert ist.

Der erste Grenzwert wird nach Maßgabe einer nicht steuerbaren Zuwachsrate der Drehzahl des Turboladers festgelegt und der zweite Grenzwert wird nach Maßgabe einer kritischen Drehzahl des Turboladers festgelegt.

Die Aufgabe wird auch durch die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung zum Schützen eines mit einem Motor verbundenen Turboladers gegen ein Überdrehen in einem Fahrzeug gelöst, das ein von einer Steuereinheit gesteuertes Abgasbremsventil aufweist, wobei der Sensor zum Erfassen der Drehzahl des Turboladers mit der Steuereinheit verbunden ist, wobei die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, um die Zuwachsrate der Drehzahl des Turboladers aus der erfassten Drehzahl zu berechnen, um wenigstens eine der Variablen Zuwachsrate der Drehzahl des Turboladers relativ zu einem ersten Grenzwert und Drehzahl des Turboladers relativ zu einem zweiten Grenzwert zu überwachen und um das Abgasbremsventil zu schließen, um die Drehzahl des Turboladers jeweils in Antwort darauf zu reduzieren, dass die Zuwachsrate der Drehzahl des Turboladers ≥ dem ersten Grenzwert ist und dass die Drehzahl des Turboladers ≥ dem zweiten Grenzwert ist.

Durch Überwachen wenigstens einer der Variablen Zuwachsrate der Drehzahl des Turboladers relativ zu einem Grenzwert, der zu einer nicht steuerbaren Zuwachsrate der Drehzahl des Turboladers korrespondiert, und Drehzahl des Turboladers relativ zu einem Grenzwert, der zu einer kritischen Drehzahl des Turboladers korrespondiert, und durch Schließen des Abgasbremsventils, wenn der jeweilige Grenzwert erreicht wird, wird es möglich, die Drehzahl des Turboladers derart schnell zu reduzieren, dass ernsthafte Beschädigungen des Turboladers vermieden werden können.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Erfindung wird im Folgenden im Detail mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine schematische Darstellung eines Motors mit einem Turbolader und eines Ausführungsbeispiels einer Anordnung gemäß der Erfindung zum Schützen des Turboladers gegen ein Überdrehen ist, und
2 ein schematisches Flussdiagramm ist, das ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens gemäß der Erfindung zum Schützen des Turboladers gegen ein Überdrehen darstellt.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In 1 werden lediglich diejenigen Komponenten dargestellt, die zum Verständnis der Erfindung erforderlich sind.
1 ist eine schematische Darstellung eines Motors 1 mit einem Turbolader 2, der eine Turbine 3 aufweist, die einen Verdichter 4 über eine Welle 5 antriebt.
Der Motor 1 kann ein Dieselmotor oder irgendein andersartiger Verbrennungsmotor sein.
Der Motor 1 ist mit dem Turbolader 2 derart verbunden, dass Abgase, die von dem Motor 1 erzeugt werden, über einen Abgaskrümmer 6 zu einem Abgaseinlass 7 des Turboladers 2 zum Antreiben der Turbine 3 geleitet werden.
In Folge einer Drehung der Turbine 3 saugt der Kompressor 4 Luft durch einen Lufteinlass 8 an, komprimiert die Luft und pumpt die komprimierte Luft zu einem Lufteinlasskrümmer 9 des Motors 1, um den Motor 1 mit unter Druck gesetzter Verbrennungsluft zu versorgen.
Die Abgase, die die Turbine 3 antreiben, werden einem Abgasauslass 10 des Turboladers 2 zugeführt, in dem eine durch die Steuereinheit 12 gesteuerte Abgasbremse 11 vorgesehen ist, um eine Abgasbremsung des Fahrzeugs zu ermöglichen. In einer an sich bekannten Weise überwacht die Steuereinheit 12 die Motordrehzahl und aktiviert bzw. deaktiviert die Abgasbremse, das heißt sie steuert das Abgasbremsventil 11 in Antwort auf entsprechende Eingangssignale.
Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit 12 dazu ausgelegt, ein Überdrehen des Turboladers 2 zu verhindern.
Um dies zu erreichen, ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ein Sensor 13 vorgesehen, um die Drehzahl des Turboladers 2 zu erfassen, das heißt die Umdrehungen pro Minute (RPM) der Welle 5, welche die Turbine 3 und den Kompressor 4 des Turboladers 2 miteinander verbindet. Der Sensor 13 ist mit der Steuereinheit 12 zum Überwachen der erfassten Drehzahl verbunden. Aus der erfassten Drehzahl berechnet die Steuereinheit 12 erfindungsgemäß die Zuwachsrate der Drehzahl des Turboladers 2, das heißt ΔRPM/Δt, beispielsweise ΔRPM/s, und überwacht diese.
Erfindungsgemäß können zwei Grenzwerte festgelegt und in der Steuereinheit 12 überwacht werden.
In dem schematischen Flussdiagramm in 2, das ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schützen eines Turboladers gegen ein Überdrehen darstellt, werden diese beiden Grenzwerte mit "Limit ΔRPM/Δt" und "Limit RPM" bezeichnet und in den Schritten 21a und 21b jeweils festgelegt.
"Limit ΔRPM/Δt" entspricht einer nicht steuerbaren Zuwachsrate der Drehzahl des Turboladers 2, das heißt einem Zustand, in dem die Drehzahl des Turboladers 2 so schnell zunimmt, dass sie nicht durch an sich bekannte Steuermaßnahmen beeinflusst werden kann.
In einem Dieselmotor eines Lastkraftfahrzeugs kann "Limit ΔRPM/Δt" beispielsweise auf 100 000 RPM/s festgelegt werden.
"Limit RPM" entspricht einer kritischen Drehzahl des Turboladers 2, das heißt einer Drehzahl, die bei Überschreitung einen Defekt des Turboladers 2 nach sich ziehen würde.
In einem Dieselmotor in einem Lastkraftfahrzeug könnte "Limit RPM" beispielsweise auf 120 000 RPM festgelegt werden.
Es ist festzuhalten, dass es nicht absolut erforderlich ist, beide Grenzwerte festzulegen und zu überwachen, sondern dass es in einigen Ausführungsbeispielen ausrei chen kann, lediglich einen der Grenzwerte festzulegen und zu überwachen, beispielsweise "Limit ΔRPM/Δt".
In den Schritten 22a und 22b in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 werden ΔRPM/Δt und RPM jeweils in der Steuereinheit 12 überwacht.
In den Schritten 23a und 23b in 2 wird abgefragt, ob ΔRPM/Δt ≥ "Limit ΔRPM/Δt" ist und ob RPM ≥ "Limit RPM" ist.
Wenn die Antworten in den Schritten 23a und 23b NEIN lauten, setzt sich die Überwachung von ΔRPM/Δt und RPM in den Schritten 22a und 22b fort.
Gemäß der Erfindung ist für den Fall, dass die Antwort JA in einem der Schritte 23a und 23b lautet, das heißt wenn die Steuereinheit 12 erfasst, dass ΔRPM/Δt ≥ "Limit ΔRPM/Δt" ist oder RPM ≥ "Limit RPM" ist, die Steuereinheit 12 dazu ausgelegt, unmittelbar die Abgasbremse 11 anzusteuern, so dass diese geschlossen wird, wie durch Schritt 24 in 2 wiedergegeben.
Hierdurch wird die Drehzahl des Turboladers 2 reduziert.
Durch Schließen der Abgasbremse 11 wird die Strömung von Abgasen aus der Turbine 3 blockiert. Dies führt dazu, dass die Druckdifferenz zwischen dem Abgaseinlass 7 und dem Abgasauslass 10 der Turbine 3 ausgeglichen wird. Gleichzeitig nimmt der Druck an beiden Seiten der Turbine 3 zu. Ein hoher Druck in dem Abgaskrümmer 6 führt dazu, dass Abgas in den Zylindern des Motors 1 verbleibt. Dadurch bekommt der Motor 1 keine frische Verbrennungsluft und folglich stoppt die Verbrennung.
Indem wenigstens eine Variable der Variablen Drehzahlzuwachsrate des Turboladers relativ zu einem zu einer nicht steuerbaren Zuwachsrate des Turboladers korrespondierenden Grenzwert und Drehzahl des Turboladers relativ zu einem zu einer kritischen Drehzahl des Turboladers korrespondierenden Grenzwert überwacht wird und indem das Abgasbremsventil geschlossen wird, wenn der jeweilige Grenzwert erreicht wird, wird es möglich, wie vorstehend bereits angegeben, die Drehzahl des Turboladers so schnell zu reduzieren, dass ernsthafte Beschädigungen an dem Turbolader verhindert werden können.
Bei einer Anordnung zum Schützen eines mit einem Motor verbundenen Turboladers gegen ein Überdrehen in einem Fahrzeug mit einem Abgasbremsventil 11, das von einer Steuereinheit 12 in Antwort auf Eingangssignale gesteuert wird, ist ein Sensor 13 zum Erfassen der Drehzahl des Turboladers 2 mit der Steuereinheit 12 verbunden, die dazu ausgelegt ist, die Zuwachsrate der Drehzahl des Turboladers 2 aus der erfassten Drehzahl zu berechnen. Ein erster Grenzwert, der einer nicht steuerbaren Zuwachsrate der Drehzahl des Turboladers entspricht, und ein zweiter Grenzwert, der einer kritischen Drehzahl des Turboladers entspricht, werden in der Steuereinheit 12 festgelegt. Die Steuereinheit 12 ist dazu ausgelegt, das Abgasbremsventil 11 zu schließen, um die Drehzahl des Turboladers in Antwort darauf zu reduzieren, dass die Zuwachsrate der Drehzahl des Turboladers ≥ dem ersten Grenzwert ist oder dass die Drehzahl des Turboladers ≥ dem zweiten Grenzwert ist.

Claims

Verfahren zum Schützen eines mit einem Motor verbundenen Turboladers gegen ein Überdrehen in einem Fahrzeug mit einem Abgasbremsventil, gekennzeichnet durch die Schritte: – Überwachen wenigstens einer der Variablen Zuwachsrate der Turboladerdrehzahl und Turboladerdrehzahl, und – Schließen der Abgasbremse zum Reduzieren der Drehzahl des Turboladers jeweils in Antwort darauf, dass die Zuwachsrate der Turboladerdrehzahl ≥ einem ersten Grenzwert ist und dass die Turboladerdrehzahl ≥ einem zweiten Grenzwert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Schritte: – Festlegen des ersten Grenzwerts korrespondierend zu einer nicht steuerbaren Zuwachsrate der Drehzahl des Turboladers und – Festlegen des zweiten Grenzwerts korrespondierend zu einer kritischen Drehzahl des Turboladers.
Anordnung zum Schützen eines mit einem Motor verbundenen Turboladers gegen ein Überdrehen in einem Fahrzeug mit einem Abgasbremsventil (11), das von einer Steuereinheit (12) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (13) zum Erfassen der Drehzahl des Turboladers (2) mit der Steuereinheit (12) verbunden ist, und dass die Steuereinheit (12) dazu ausgelegt ist, die Zuwachsrate der Drehzahl des Turboladers (2) aus der erfassten Drehzahl zu berechnen, wenigstens eine der Variablen Zuwachsrate der Drehzahl des Turboladers (2) relativ zu einem ersten Grenzwert und Drehzahl des Turboladers relativ zu einem zweiten Grenzwert zu überwachen und das Abgasbremsventil (11) zu schließen, um die Drehzahl des Turboladers jeweils in Antwort darauf zu reduzieren, dass die Zuwachsrate der Drehzahl des Turboladers ≥ dem ersten Grenzwert ist und dass die Drehzahl des Turboladers ≥ dem zweiten Grenzwert ist.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Grenzwert in der Steuereinheit (12) korrespondierend zu einer nicht steuerbaren Zuwachsrate der Drehzahl des Turboladers festgelegt wird, und dass der zweite Grenzwert in der Steuereinheit (12) korrespondierend zu einer kritischen Drehzahl des Turboladers festgelegt wird.
Computerprogramm zum Schützen eines mit einem Motor verbundenen Turboladers gegen ein Überdrehen in einem Fahrzeug mit einer Abgasbremse, gekennzeichnet durch von einem Computer nutzbare Codemittel, die einen Computer dazu veranlassen: – wenigstens eine der Variablen Zuwachsrate der Drehzahl des Turboladers relativ zu dem ersten Grenzwert, der zu einer nicht steuerbaren Zuwachsrate der Drehzahl des Turboladers korrespondiert, und Drehzahl des Turboladers relativ zu einem zweiten Grenzwert zu überwachen, der zu einer kritischen Drehzahl des Turboladers korrespondiert, und – das Abgasbremsventil zu steuern, das zum Reduzieren der Drehzahl des Turboladers in Antwort darauf zu schließen ist, dass die Zuwachsrate der Drehzahl des Turboladers ≥ dem ersten Grenzwert und dass die Drehzahl des Turboladers≥ dem zweiten Grenzwert ist.
Computerprogrammprodukt, umfassend ein von einem Computer lesbares Medium und ein Computerprogramm nach Anspruch 5, wobei das Computerprogramm auf dem von dem Computer lesbaren Medium vorgesehen ist.
Computer zum Schützen eines mit einem Motor verbundenen Turboladers gegen ein Überdrehen in einem Fahrzeug mit einem Abgasbremsventil, umfassend eine Verarbeitungseinheit, eine Speichereinheit, ein Computerprogramm nach Anspruch 5, das in der Speichereinheit vorgesehen ist und Mittel, die für eine Kommunikation mit einem Sensor zum Erfassen der Drehzahl des Turboladers und mit einem Abgasbremsventil ausgelegt sind.