DE102007017823A1

DE102007017823A1 - Turbolader mit einer Einrichtung zum Feststellen einer Fehlfunktion des Turboladers und ein Verfahren zum Feststellen einer solchen Fehlfunktion

Info

Publication number: DE102007017823A1
Application number: DE102007017823A
Authority: DE
Inventors: Andre Dr. Kaufmann; Achim Koch
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2007-04-16
Filing date: 2007-04-16
Publication date: 2008-10-23
Anticipated expiration: 2027-04-17
Also published as: KR20090128562A; US20100135773A1; US8393852B2; DE102007017823B4; WO2008125383A1; CN101657621B; CN101657621A; KR101395771B1

Abstract

Der erfindungsgemäße Turbolader mit einer Einrichtung zum Feststellen einer Fehlfunktion des Turboladers, insbesondere einer Fehlfunktion wenigstens eines Lagers des Turboladers, weist Folgendes auf: Die Einrichtung zum Feststellen einer Fehlfunktion des Turboladers weist eine Speichereinrichtung auf, in der Soll-Betriebszustände eines intakten Turboladers abgelegt sind. Die Einrichtung zum Feststellen einer Fehlfunktion des Turboladers weist weiter eine Vergleichseinrichtung auf, in der der festgestellte Ist-Betriebszustand des Turboladers mit einem korrespondierenden Soll-Betriebszustand eines intakten Turboladers verglichen wird. Weiter weist der Turbolader eine Messeinrichtung zum Bestimmen eines Ist-Betriebszustands des Turboladers auf, wobei die Einrichtung zum Feststellen einer Fehlfunktion des Turboladers eine Fehlermeldung ausgibt, wenn die Vergleichseinrichtung feststellt, dass der Ist-Betriebszustand in einem vorbestimmten Maß von dem Soll-Betriebszustand abweicht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Turbolader mit einer Einrichtung zum Feststellen einer Fehlfunktion des Turboladers, insbesondere eine Fehlfunktion wenigstens eines Lagers des Turboladers, sowie ein Verfahren zum Feststellen einer solchen Fehlfunktion.
Turbolader dienen allgemein dazu den Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors zu verbessern und damit dessen Leistung zu steigern. Sie weisen dabei eine Welle auf, die in einem Gehäuse des Turboladers um die Längsachse drehbar gelagert ist und auf der ein Turbinenrad und ein Verdichterrad angeordnet ist. Dabei ist die Welle beispielsweise mittels zweier Radiallager drehbar gelagert. Des Weiteren ist normalerweise wenigstens ein Axiallager vorgesehen, da der auf das Turbinenrad auftreffende Abgasstrom starke Axialkräfte erzeugt, die mit dem Axiallager aufgefangen werden müssen.
Das Turbinenrad wird durch den Abgasstrom des Verbrennungsmotors angetrieben, wobei über die Welle dabei das Verdichterrad ebenfalls angetrieben wird. Über das Verdichterrad wird Luft von außen verdichtet und mit einem entsprechenden Druck den Zylindern des Verbrennungsmotors zugeführt.
Hierbei werden hohe Anforderungen an die Lagerung der Welle des Abgasturboladers gestellt. Das liegt darin begründet, dass die Welle normalerweise sehr hohe Drehzahlen von beispielsweise bis zu 300.000 U/min erreichen kann. Wegen der hohen Drehzahlen müssen sich drehende Teile des Abgasturboladers sehr genau ausgewuchtet werden, damit so wenig wie möglich Vibrationen erzeugt werden. Außerdem sind der Turbolader und dessen Lager hohen Temperaturen ausgesetzt, beispielsweise durch das heiße Abgas.
Ein Teil der Schäden an den Axial- und Radiallagern resultieren auch aus der Verzögerung der Ölzufuhr zu dem Turbolader nach sehr schnellen Motorstarts bei kalten Umgebungsbedingungen.
Als Lager für die Wellen werden beispielsweise Gleit- oder Wälzlager verwendet. Diese unterliegen jedoch einem erheblichen Verschleiß in Bezug auf die zuvor beschriebenen Belastungen. Die Lager und deren Schmierung sind für den überwiegenden Teil der Ausfälle von Turboladern verantwortlich.
Demnach ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Turbolader mit einer Einrichtung zum Bestimmen einer Fehlfunktion eines Lagers zu schaffen, mit der eine Fehlfunktion eines Lagers einfach bestimmt werden kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es ein entsprechendes Verfahren zur Feststellung einer Fehlfunktion eines Lagers eines Turboladers bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch einen Turbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst, sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12.
Demgemäß wird erfindungsgemäß ein Turbolader mit einer Einrichtung zum Feststellen einer Fehlfunktion des Turboladers, insbesondere einer Fehlfunktion wenigstens eines Lagers des Turboladers, bereitgestellt,

– wobei die Einrichtung zum Feststellen einer Fehlfunktion des Turboladers eine Speichereinrichtung aufweist, in der Soll-Betriebszustände eines intakten Turboladers abgelegt sind,
– wobei die Einrichtung zum Feststellen einer Fehlfunktion des Turboladers eine Vergleichseinrichtung aufweist, in der der festgestellte Ist-Betriebszustand des Turboladers mit einem korrespondierenden Soll-Betriebszustand eines intakten Turboladers verglichen wird,
– wobei der Turbolader eine Messeinrichtung zum Bestimmen eines Ist-Betriebszustands des Turboladers aufweist, und
– wobei die Einrichtung zum Feststellen einer Fehlfunktion des Turboladers eine Fehlermeldung ausgibt, wenn die Vergleichseinrichtung feststellt, dass der Ist-Betriebszustand in einem vorbestimmten Maß von dem Soll-Betriebszustand abweicht.

Weiter wird erfindungsgemäß ein Verfahren bereitgestellt zum Feststellen einer Fehlfunktion eines Turboladers, insbesondere einer Fehlfunktion wenigstens eines Lagers des Turboladers, mit den Schritten:

– Bestimmten eines Soll-Betriebszustands eines intakten Turboladers,
– Messen des Ist-Betriebszustands des Turboladers,
– Vergleichen des Ist-Betriebszustands des Turboladers mit einem korrespondierenden Soll-Betriebszustand des intakten Turboladers,
– Feststellen einer Fehlfunktion des Turboladers, wenn dessen Ist-Betriebszustand in einem vorbestimmten Maß von dem Soll-Betriebszustand abweicht.

Die Vorrichtung und das Verfahren haben dabei den Vorteil, dass durch den Vergleich eines Soll-Betriebszustands eines Turboladers mit intakten Lagern mit einem Ist-Betriebszustand eines Turboladers sehr einfach festgestellt werden kann, ob der untersuchte Turbolader intakte Lager aufweist oder diese eventuell beschädigt sind. Dadurch kann einem Fahrer eines Fahrzeugs frühzeitig angezeigt werden, dass ein Lager des Turboladers defekt ist, bevor der Motor des Fahrzeugs beschädigt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Messeinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie einen Ist- Drehzahlverlauf des Turboladers in Abhängigkeit von der Zeit bestimmt und eine Motoröltemperatur. Da der Drehzahlverlauf eines Turbolader auch von der Motoröltemperatur und damit von der Viskosität des Öls abhängt, kann durch ein Vergleichen des Ist-Drehzahlverlaufs und des Soll-Drehzahlverlaufs bei einer gleichen oder im Wesentlichen gleichen Motoröltemperatur zuverlässig eine Fehlfunktion des Turboladers bestimmt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung gibt die Einrichtung zum Feststellen einer Fehlfunktion des Turboladers eine Fehlermeldung an den Fahrer aus, dass wenigstens ein Lager des Turboladers eine Fehlfunktion aufweist, wenn die Ist-Drehzahl eine Grenzdrehzahl innerhalb einer Zeitspanne erreicht und die Zeitspanne dabei außerhalb eines Toleranzbereichs für eine Soll-Zeitspanne liegt. Dies hat den Vorteil, beispielsweise wenn die Nachlaufphase eines Motors nach Abstellen des Motors betrachtet wird, dass keine Gasbewegungen mehr vorliegen, sondern die Abnahme der Drehzahl des Turboladers im Wesentlichen nur noch von der Lagerreibung abhängt. Dabei bewirkt ein defektes Lager, dass die Drehzahl sehr schnell abfällt gegenüber einem Turbolader mit intakten Lagern. Auf diese Weise kann ebenfalls zuverlässig festgestellt werden, wenn ein Lager eine Fehlfunktion aufweist. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist die Messeinrichtung derart ausgebildet, dass sie einen Ist-Drehzahlverlauf des Turboladers in Abhängigkeit von einem Abgasmassenstrom bestimmt und eine Motoröltemperatur und/oder eine Abgastemperatur bestimmt. Die Motoröltemperatur beeinflusst die Lagerreibung aufgrund der Viskosität des Öls und damit die Drehzahl, entsprechendes gilt für die Abgastemperatur. Durch den Vergleich einer Ist-Kurve mit einer Soll-Kurve die beide für die gleiche Motoröltemperatur und/oder Abgastemperatur gelten, kann ebenfalls sehr zuverlässig eine Fehlfunktion eines Lagers des Turboladers festgestellt werden.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung bestimmt die Messeinrichtung zum Bestimmen eines Ist-Betriebszustands, die Drehzahl des Abgasturboladers über wenigstens einen Drehzahlsensor. Der Drehzahlsensor ist dabei vorzugsweise ein Wirbelstromsensor. Der Wirbelstromsensor kann dabei zum Bestimmen der Drehzahl die Wirbelströme an den Schaufeln des Turbinen- und/oder Verdichterrads messen und/oder den Wirbelstrom einer magnetischen Schraube, die an einer Welle des Turboladers angeordnet ist und/oder den Wirbelstrom eines Zahnflansches der Welle messen. Die Messung des Wirbelstroms mittels einer magnetischen Schraube stellt dabei eine besonders einfache und genaue Möglichkeit dar, die Drehzahl des Turboladers zu bestimmen.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung entnimmt die Messeinrichtung zum Bestimmen eines Ist-Betriebszustands, die Motoröltemperatur aus einem Motoröltemperaturmodell einer Motorsteuerung. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise auf bereits vorhandene Messwerte zugegriffen werden kann, ohne dass ein zusätzlicher Temperatursensor notwendig ist.
In einer anderen erfindungsgemäßen Ausgestaltung bestimmt die Messeinrichtung zum Bestimmen eines Ist-Betriebszustands, die Abgastemperatur aus einem Abgastemperaturmodell einer Motorsteuerung. Dieses hat, wie bereits mit Bezug auf die Bestimmung der Motoröltemperatur den Vorteil, dass auf vorhandene Messwerte zurückgegriffen werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Diagramm in dem die Temperatur des Schmieröls T_Öl in Abhängigkeit von der Zeit t während des Betriebs eingezeichnet ist;
2 ein Diagramm in dem Drehzahl des Turboladers n_ATL in Abhängigkeit von der Zeit t eingezeichnet ist;
3 ein Diagramm in dem die Drehzahl des Turboladers n_ATL in Abhängigkeit von dem Massenstrom des Abgases ṁ_Abgas dargestellt ist.
Zur Bestimmung einer Fehlfunktion des Turboladers ist eine Einrichtung zum Feststellen einer Fehlfunktion (nicht dargestellt) vorgesehen, die eine Speichereinrichtung zum Speichern von Sollkurven für verschiedene Betriebszustände aufweist und eine Vergleichseinrichtung, in der eine Istkurve oder Istwerte eines Turboladers mit einer entsprechenden Sollkurve oder Sollwerten eines intakten Turboladers verglichen werden. Wird eine signifikante Abweichung festgestellt, so gibt die Einrichtung des Turboladers zum Feststellen einer Fehlfunktion eine Fehlermeldung an den Fahrer aus, beispielsweise indem ein entsprechendes Kontrolllämpchen im Fahrzeugdisplay aufleuchtet. Die Einrichtung des Turboladers zum Feststellen einer Fehlfunktion und ihre Speicher- und Vergleichseinrichtung können dabei als Teil der Motorsteuerung ausgebildet sein oder mit diese gekoppelt sein. Eine Messeinrichtung zum Bestimmen der verschiedenen Parameter für verschiedene Betriebszustände, wie beispielsweise die Drehzahl des Abgasturboladers, kann ebenfalls mit der Motorsteuerung gekoppelt werden oder als Teil davon ausgebildet sein.
Allgemein kann ein Turbolader, wie bereits mit Bezug auf den Stand der Technik beschrieben wurde, über wenigstens ein Radial- und/oder Axiallager verfügen. Es ist aber auch denkbar, dass ein, zwei oder mehr Kegellager zum Einsatz kommen und somit kein getrenntes Radial- und Axiallager vorliegen muss. Es können daher zusätzlich oder alternativ zu Radial- und/oder Axiallagern auch Kegellager vorgesehen sein, je nach Funktion und Einsatzzweck.
Der Ausfall des Turboladers bedingt durch ein Lager kann zu Schäden am Fahrzeugmotor führen. Eine Diagnose über den Zustand des Lagers kann im Falle eines Lagerdefekts eine Aufforderung zu einem Werkstattbesuch einleiten. Durch diese Früherkennung kann eine Schädigung des Motors vermieden werden.
In einigen Betriebspunkten, beispielsweise nach Umschalten auf eine Schubabschaltung oder nach Abstellen des Motors oder im Leerlauf sind Randbedingungen des Turboladers bekannt. Im Leerlauf kann die Laderdrehzahl dabei auch ohne zeitlichen Gradienten und nur mit einem Sollwert in Abhängigkeit der Öltemperatur verglichen werden. Grundsätzlich ist aber auch ein Vergleich hierbei in Abhängigkeit von einem zeitlichen Gradienten mit Sollwerten möglich. Das Turbinenrad bzw. Verdichterrad wird in den vorgenannten Fällen von seiner bisherigen Drehzahl durch aerodynamische Effekte und Lagerreibung gebremst.
Die Änderung in der Drehzahl kann über eine Messeinrichtung bestimmt werden, die beispielsweise einen entsprechenden Drehzahlsensor aufweist, der im nachfolgenden noch näher beschrieben wird.
Die Ist-Drehzahländerung wird nun mit einer vorab in der Speichereinrichtung abgespeicherten Soll-Drehzahländerung verglichen. Die Soll-Drehzahländerung ist dabei die Drehzahlabnahme bzw. Drehzahländerung eines Turboladers mit intaktem Lager(n).
Stellt die Vergleichseinrichtung fest, dass die festgestellte Ist-Drehzahländerung von der Soll-Drehzahländerung abweicht, so liegt eine Fehlfunktion des Lagers vor. Für diese Art der Diagnose kann, wie zuvor beschrieben, beispielsweise wenigstens ein Drehzahlsensor am Abgasturbolader verwendet werden.
Gemäß der Erfindung wird die vorliegende Information der Drehzahländerung genutzt, unter der Verwendung eines Drehzahlsensors, zur Diagnose des Lagers bzw. von Lagern des Turboladers. Der zusätzliche Aufwand kann dabei lediglich eine zusätzliche Softwarefunktion in der Motorsteuerung beinhalten.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird in dem Diagnoseverfahren die Nachlaufphase nach dem Abstellen des Motors genutzt. Am Turbolader liegen hierbei keine Gasbewegungen vor, so dass die Randbedingungen bezüglich der Aerodynamik immer gleich sind. Die Abnahme der Turboladerdrehzahl mit der Zeit hängt dann im Wesentlichen nur von der Lagerreibung ab. Die Lagerreibung ihrerseits ist abhängig von der Öltemperatur. Sind diese Randparameter bekannt, so lässt sich eine durchschnittliche Drehzahländerung bestimmen. Weicht die gemessene Drehzahländerung in einem vorbestimmten Maße von der vorab bestimmten Drehzahländerung ab, so liegt ein Defekt eines Lagers des Turboladers vor. Um Streuungen bei der Lagerreibung in der Serie zu berücksichtigen ist es weiterhin möglich eine Soll-Drehzahländerung zu lernen.
In einer anderen Ausführungsform des Diagnoseverfahrens kann bei Betriebspunkten mit festen Randbedingungen, zum Beispiel beim Übergang in den Schubbetrieb, ebenfalls festgestellt werden, ob eine Fehlfunktion eines Lagers des Turboladers vorliegt.
In 1 ist ein Diagramm dargestellt, in dem die Temperatur des Motoröls T_Öl zum Schmieren der Lager des erfindungsgemäßen Turboladers in Abhängigkeit von der Zeit t₁ dargestellt ist. Die Motoröltemperatur T_Öl steigt dabei während des Fahrbetriebs mit zunehmender Zeit an.
Die Motoröltemperatur T_Öl kann dabei über die Motorsteuerung (EMS) gemessen werden, beispielsweise über einen entsprechenden Sensor oder Sensoren. Alternativ kann die Motoröltemperatur beispielsweise auch aus einem Modell für die Motoröltemperatur aus der Motorsteuerung entnommen werden. Diese Möglichkeiten die Motoröltemperatur T_Öl über eine entsprechende Messeinrichtung zu bestimmten sind lediglich beispielhaft und die Erfindung ist nicht darauf beschränkt.
Die Schnelligkeit mit der die Drehzahl des Turboladers, beispielsweise nach dem Abstellen eines Fahrzeugs, abnimmt, hängt mit von der Motoröltemperatur T_Öl ab. So nimmt die Drehzahl des Turboladers, nach Abstellen des Fahrzeugs, wenn der Motor ausgeschaltet wird bei einer Motoröltemperatur T_Öl von beispielsweise 20°C sehr viel schneller ab als bei einer Motoröltemperatur von beispielsweise 80°C, da das Motoröl bei 80°C weniger viskos und damit dünnflüssiger als bei 20°C ist.
Darum ist es sinnvoll die Motoröltemperatur T_Öl zu berücksichtigen, wenn eine Ist-Drehzahländerung eines Turboladers mit einer Soll-Drehzahländerung eines Turboladers mit intakten Lagern verglichen werden soll.
In 2 ist ein Diagramm dargestellt, bei dem die Drehzahl des Turboladers n_ATL in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt ist.
Mit einer durchgezogenen Linie ist dabei eine Sollkurve eingezeichnet, mit der der Verlauf der Drehzahl n_ATL in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt ist, bei einem Motor mit einem Turbolader dessen Lager intakt sind. Die Sollkurve wird dabei durch die Vergleichseinrichtung in Abhängigkeit von der Motoröltemperatur T_Öl des zu untersuchenden Turboladers ausgewählt. Wie zuvor bereits beschrieben wurde, ist der Verlauf der Sollkurve je nach Motoröltemperatur T_Öl unterschiedlich, d. h. die Drehzahl fällt beispielsweise in der Sollkurve schneller ab, wenn die Motoröltemperatur T_Öl niedrig ist (z. B. 20°C), da das Motoröl dann eine höhere Viskosität aufweist und somit dickflüssiger ist.
Das heißt, entsprechend der Motoröltemperatur T_Öl, die bei dem zu untersuchenden Turbolader gemessen wird, wird eine entsprechende, passende Sollkurve eines intakten Turboladers aus der Speichereinrichtung gewählt. Die Sollkurve wurde dabei für die gleiche oder eine vergleichbare Motoröltemperatur T_Öl erstellt.
Wie aus dem Diagramm der 2 entnommen werden kann, läuft der Motor im Leerlauf zunächst mit einer bestimmten Drehzahl. Die Drehzahl kann sich dabei in einem vorbestimmten Toleranzbereich bewegen, der mit den gestrichelten Linien eingezeichnet ist, ohne dass eine Fehlfunktion vorliegt.
Zum Zeitpunkt t₀ wird der Motor abgeschaltet und die Nachlaufphase des Motors beginnt. Nach Abstellen des Motors liegen an dem Turbolader keine Gasbewegungen mehr vor, so dass die Randbedingungen bezüglich der Aerodynamik immer gleich sind. Die Abnahme der Drehzahl n_ATL des Turboladers hängt hierbei im Wesentlichen nur noch von der Lagerreibung ab, so dass über die Drehzahl in diesem Fall auf die Lagerreibung und damit auf den Zustand der Lager des Turboladers geschlossen werden kann.
Gemäß der Erfindung werden Sollkurven vorzugsweise für Betriebszustände erstellt, beispielsweise die Motornachlaufphase, in denen Parameter, wie die Drehzahl oder die Lagerreibung, direkt oder indirekt bestimmt werden können, und dabei Rückschlüsse über den Zustand der Lager des Turboladers zulassen. Die Sollwerte der Parameter werden dann mit entsprechenden Istwerten verglichen.
Im vorliegenden Fall nimmt die Drehzahl n_ATL des Turboladers mit zunehmender Zeit t allmählich ab. Dabei erreicht die Drehzahl n_ATL des Turboladers eine vorbestimmte Grenzdrehzahl n_Grenze nach einer Zeit t₁. Die Drehzahländerung wird dabei für die Zeitspanne Δt = t₁ – t₀ bestimmt.
Der Verlauf der Drehzahl n_ATL des Turboladers, wenn dieser fehlerhaft ist, d. h. wenn eines oder mehrere seiner Lager eine Fehlfunktion aufweisen, ist mit einer strichgepunkteten Linie eingezeichnet. Die Drehzahl n_ATL des Turboladers ist dabei im Leerlauf unterhalb des Toleranzbereichs für einen intakten Turbolader. Des Weiteren fällt die Drehzahl n_ATL des Turboladers nach dem Abstellen des Motors zum Zeitpunkt t₀ rapide ab und erreicht zu der Zeit t_1* die vorbestimmte Grenzdrehzahl n_Grenze. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Lagerreibung aufgrund einer Fehlfunktion des Lagers sehr hoch ist.
Da die Zeit t_1* kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert t₁ ist bzw. das Zeitintervall Δt* = t_1* – t₀ in dem die Drehzahl des untersuchten Turboladers abfällt kleiner ist als das Zeitintervall Δt = t₁ – t₀ des intakten Turboladers, liegt eine Fehlfunktion des untersuchten Turboladers bzw. seiner Lager vor.
In diesem Fall kann die Einrichtung zum Feststellen einer Fehlfunktion des Turboladers eine Mitteilung an den Fahrer des Fahrzeugs ausgegeben werden, dass ein Lager des Turboladers nicht mehr richtig funktioniert. Dies hat den Vorteil, dass ein Fahrer frühzeitig eine Werkstatt aufsuchen kann, bevor der Motor beschädigt wird, dadurch kann ein Fahrer erhebliche Reparaturkosten einsparen.
Neben der Nachlaufphase nach Abstellen des Motors kann auch der Motor und der Turbolader im Betrieb nach dem Umschalten auf die Schubabschaltung betrachtet werden. Die Schubabschaltung ist dabei der Fall, bei der das Fahrzeug verzögert. Dabei wird das Gaspedal nicht betätigt und die Drehzahl des Motors liegt über einem vorbestimmten Schwellenwert von beispielsweise 1.000 bis 1.200 U/min.
In 3 ist ein Diagramm dargestellt, bei dem die Drehzahl n_ATL des Turboladers in Abhängigkeit von dem Abgasmassenstrom ṁ_Abgas eingezeichnet ist.
Das Diagramm ist beispielsweise für den Fall des Betriebs bei Schubabschaltung erstellt, wobei das Diagramm rein schematisch und nicht maßstäblich ist.
In dem Diagramm wird die Abgastemperatur T_Abgas und die Temperatur des Motoröls T_Öl mit berücksichtigt und entsprechend eine Kurvenschar f erstellt. Die Temperatur des Motoröls T_Öl und damit die Viskosität des Öls führen zu einer entsprechenden Reibung in den zu schmierenden Lagern des Turboladers. Dementsprechend beeinflussen die Abgastemperatur T_Abgas und die Motoröltemperatur T_Öl den Anstieg der Drehzahl des Abgasturboladers n_ATL abhängig von dem Abgasmassenstrom ṁ_Abgas. Die Abgastemperatur T_Abgas kann dabei beispielsweise über einen entsprechenden Temperatursensor oder Temperatursensoren ermittelt werden oder aus einem Abgastemperaturmodell bestimmt werden.
Eine Fehlfunktion des untersuchten Turboladers wird durch die Einrichtung zum Feststellen einer Fehlfunktion des Turboladers dann festgestellt, wenn beispielsweise die Reibung in den Lagern des untersuchten Turboladers im Vergleich zu der Reibung eines Turboladers mit intakten Lagern deutlich höher ist. Dadurch ist die Drehzahl des Turboladers n_ATL kleiner als die Drehzahl eines Turboladers mit intakten Lagern bzw. steigt mit zunehmendem Abgasmassenstrom ṁ_Abgas geringer an und liegt dadurch unterhalb der entsprechenden Sollkurve des Turboladers mit intakten Lagern.
In diesem Fall kann ebenfalls eine Mitteilung an den Fahrer ausgegeben werden, dass wenigstens eines der Lager des Turboladers seines Fahrzeugs defekt ist.
Um die Drehzahl n_ATL des Abgasturboladers in 3 zu bestimmen wird ein Drehzahlsensor als Messeinrichtung an dem Abgasturbolader vorgesehen. Der Drehzahlsensor kann dabei beispielsweise ein Wirbelstromsensor sein, der die Drehzahl des Turboladers durch Messen von Wirbelströmen an den Schaufeln des Turbinenrads oder des Verdichterrads bestimmt.
Alternativ kann vorzugsweise auch ein Wirbelstromsensor vorgesehen sein, der die Drehzahl des Turboladers bestimmt durch Messen der Wirbelströme einer magnetischen Schraube, die an der Welle vorgesehen ist oder an einem Teil das drehbar mit der Welle verbunden ist. Wahlweise kann auch ein Wirbelstrom sensor vorgesehen sein, der die Drehzahl des Turboladers durch Messen der Wirbelströme des Zahnflansches an der Welle bestimmt. Dieses sind jedoch nur einige Beispiele für Drehzahlsensoren. Die Aufzählung ist nicht abschließend. Statt Wirbelstromsensoren können auch andere Sensoren als Messeinrichtung zur Bestimmung der Drehzahl des Turboladers verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird als Betriebspunkt der Leerlaufbetrieb herangezogen, um festzustellen, ob bei einem Lager eines Turboladers eine Fehlfunktion vorliegt. Moderne Motoren verfügen über eine elektronische Leerlaufdrehzahlregelung. Daher steht im Leerlauf auch immer ein vergleichbarer Betriebspunkt zur Verfügung in welcher die Drehzahl des Abgasturboladers bestimmt werden kann.
Dabei werden beispielsweise vorab Sollwerte für die Drehzahl des Abgasturboladers im Leerlauf über die Zeit erstellt, in Abhängigkeit von verschiedenen Motoröltemperaturen T_Öl. Wie zuvor bereits ausführlich beschrieben wurde, beeinflusst die Motoröltemperatur T_Öl den Drehzahlverlauf mit. Diese Sollwerte werden vorab in der Speichereinrichtung abgelegt bzw. gespeichert. Im Leerlauf wird nun zunächst die Ist-Motoröltemperatur bestimmt und des Weiteren eine Ist-Drehzahl oder ein Ist-Drehzahlverlauf des Abgasturboladers über die Zeit. Dabei wird abhängig von der Ist-Motoröltemperatur eine entsprechende Sollkurve ausgewählt, die mit der Ist-Motoröltemperatur korrespondiert. Wird dabei festgestellt, dass die Ist-Werte bzw. die Ist-Kurve von der Sollkurve in einem vorbestimmten Maße abweicht, so kann daraus geschlossen werden, dass eine Fehlfunktion wenigstens eines Lagers des Abgasturboladers vorliegt. Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Grundsätzlich können die einzelnen Ausführungsformen auch miteinander kombiniert werden, insbesondere einzelne Merkmale davon.

Claims

Turbolader mit einer Einrichtung zum Feststellen einer Fehlfunktion des Turboladers, insbesondere einer Fehlfunktion wenigstens eines Lagers des Turboladers, a) wobei die Einrichtung zum Feststellen einer Fehlfunktion des Turboladers eine Speichereinrichtung aufweist, in der Soll-Betriebszustände eines intakten Turboladers abgelegt sind, b) wobei die Einrichtung zum Feststellen einer Fehlfunktion des Turboladers eine Vergleichseinrichtung aufweist, in der der festgestellte Ist-Betriebszustand des Turboladers mit einem korrespondierenden Soll-Betriebszustand eines intakten Turboladers verglichen wird, c) wobei der Turbolader eine Messeinrichtung zum Bestimmen eines Ist-Betriebszustands des Turboladers aufweist, und d) wobei die Einrichtung zum Feststellen einer Fehlfunktion des Turboladers eine Fehlermeldung ausgibt, wenn die Vergleichseinrichtung feststellt, dass der Ist-Betriebszustand in einem vorbestimmten Maß von dem Soll-Betriebszustand abweicht.
Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie einen Ist-Drehzahlverlauf des Turboladers in Abhängigkeit von der Zeit (t) bestimmt und eine Motoröltemperatur (T_Öl).
Turbolader nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Speichereinrichtung Soll-Drehzahlverläufe für einen intakten Turbolader in Abhängigkeit von der Zeit (t) für verschiedene Motoröltemperaturen (T_Öl) abgelegt sind und die Vergleichseinrichtung einen Soll-Drehzahlverlauf des intakten Turboladers auswählt, abhängig von der bestimmten Motoröltemperatur (T_Öl) oder einer Motoröltemperatur die vergleichbar der bestimmten Motoröltemperatur (T_Öl) ist.
Turbolader nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Feststellen einer Fehlfunktion des Turboladers eine Fehlermeldung an den Fahrer ausgibt, dass wenigstens ein Lager des Turboladers eine Fehlfunktion aufweist, wenn die Vergleichseinrichtung feststellt, dass die Ist-Drehzahl eine Grenzdrehzahl (n_Grenze) innerhalb einer Zeitspanne (Δt*) erreicht und die Zeitspanne dabei außerhalb eines Toleranzbereichs für eine Soll-Zeitspanne (Δt) liegt, innerhalb der ein intakter Turbolader die Grenzdrehzahl (n_Grenze) erreicht.
Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie einen Ist-Drehzahlverlauf des Turboladers in Abhängigkeit von einem Abgasmassenstrom (ṁ_Abgas) bestimmt und eine Motoröltemperatur (T_Öl) und/oder eine Abgastemperatur (T_Abgas) bestimmt.
Turbolader nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Speichereinrichtung Soll-Drehzahlverläufe für einen intakten Turbolader in Abhängigkeit von einem Abgasmassenstrom (ṁ_Abgas) und eine dazugehörige Motoröltemperatur (T_Öl) und/oder eine Abgastemperatur (T_Abgas) abgelegt sind, und die Vergleichseinrichtung einen Soll-Drehzahlverlauf des intakten Turboladers auswählt abhängig von der bestimmten Motoröltemperatur (T_Öl) und/oder der Abgastemperatur (T_Abgas) oder von einer Motoröltemperatur bzw. Abgastemperatur die vergleichbar der bestimmten Motoröltemperatur (T_Öl) bzw. Abgastemperatur (T_Abgas) ist.
Turbolader nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Feststellen einer Fehlfunktion des Turboladers eine Fehlermeldung an den Fahrer ausgibt, dass wenigs tens ein Lager des Turboladers eine Fehlfunktion aufweist, wenn die Vergleichseinrichtung feststellt, dass die Ist-Drehzahl in Abhängigkeit von dem Abgasmassenstrom (ṁ_Abgas) außerhalb eines Toleranzbereichs der Soll-Drehzahl für einen intakten Turbolader liegt.
Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung zum Bestimmen eines Ist-Betriebszustands, die Drehzahl des Abgasturboladers (n_ATL) über wenigstens einen Drehzahlsensor bestimmt.
Turbolader nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlsensor beispielsweise ein Wirbelstromsensor ist, wobei der Wirbelstromsensor die Drehzahl des Turboladers (n_ATL) durch Messen von Wirbelströmen an den Schaufeln des Turbinen- bzw. Verdichterrads bestimmt und/oder durch das Messen des Wirbelstroms einer magnetischen Schraube, die an einer Welle des Turboladers angeordnet ist und/oder durch Messen des Wirbelstroms eines Zahnflansches der Welle.
Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Motoröltemperatur (T_Öl) aus einem Motoröltemperaturmodell einer Motorsteuerung und/oder über wenigstens einen entsprechend angeordneten Temperatursensor bestimmt.
Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung zum Bestimmen eines Ist-Betriebszustands, die Abgastemperatur (T_Abgas) aus einem Abgastemperaturmodell einer Motorsteuerung und/oder über wenigstens einen entsprechend im Turbolader angeordneten Temperatursensor bestimmt.
Verfahren zum Feststellen einer Fehlfunktion eines Turboladers, insbesondere einer Fehlfunktion wenigstens eines Lagers des Turboladers, mit den Schritten: a) Bestimmten eines Soll-Betriebszustands eines intakten Turboladers, b) Messen des Ist-Betriebszustands des Turboladers, c) Vergleichen des Ist-Betriebszustands des Turboladers mit einem korrespondierenden Soll-Betriebszustand des intakten Turboladers, d) Feststellen einer Fehlfunktion des Turboladers, wenn dessen Ist-Betriebszustand in einem vorbestimmten Maß von dem Soll-Betriebszustand abweicht.
Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch, a1) Bestimmen von Soll-Drehzahlverläufen für einen intakten Turbolader in Abhängigkeit von der Zeit (t) für verschiedene Motoröltemperaturen, b1) Bestimmen des Ist-Drehzahlverlaufs des Turboladers in Abhängigkeit von der Zeit (t) und Bestimmen der Motoröltemperatur (T_Öl), c1) Auswählen des Soll-Drehzahlverlaufs in Abhängigkeit von der bestimmten Motoröltemperatur (T_Öl), c2) Vergleichen des festgestellten Ist-Drehzahlverlaufs mit dem entsprechenden Soll-Drehzahlverlauf des intakten Turboladers und d1) Feststellen einer Fehlfunktion des Turboladers, wenn der gemessene Ist-Drehzahlverlauf von dem Soll-Drehzahlverlauf in einem vorbestimmten Maß abweicht.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll- bzw. Ist-Drehzahl für eine Leerlaufphase des Motors bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll- bzw. Ist-Drehzahlverlauf für eine Nachlaufphase des Motors bestimmt wird, wenn der Motor abgeschaltet ist.
Verfahren nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fehlfunktion des Turboladers vorliegt, wenn die Ist-Drehzahl eine Grenzdrehzahl (n_Grenze) innerhalb einer Zeitspanne (Δt*) erreicht und die Zeitspanne dabei außerhalb eines Toleranzbereichs für eine Soll-Zeitspanne (Δt) liegt, innerhalb der ein intakter Turbolader die Grenzdrehzahl (n_Grenze) erreicht.
Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch, a1) Bestimmen von Soll-Drehzahlverläufen in Abhängigkeit von einem Abgasmassenstrom (ṁ_Abgas) für einen intakten Turbolader für verschiedene Motoröltemperaturen und/oder Abgastemperaturen, b1) Bestimmen des Ist-Drehzahlverlaufs des Turboladers in Abhängigkeit von einem Abgasmassenstrom (ṁ_Abgas) und Bestimmen der Motoröltemperatur (T_Öl) und/oder der Abgastemperatur (T_Abgas), c1) Auswählen des Soll-Drehzahlverlaufs in Abhängigkeit von der zuvor bestimmten Motoröltemperatur (T_Öl) und/oder Abgastemperatur (T_Abgas), c2) Vergleichen des festgestellten Ist-Drehzahlverlaufs mit dem entsprechenden Soll-Drehzahlverlauf des intakten Turboladers und d1) Feststellen einer Fehlfunktion des Turboladers, wenn der gemessene Ist-Drehzahlverlauf von dem Soll-Drehzahlverlauf in einem vorbestimmten Maß abweicht.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll- bzw. Ist-Drehzahlverlauf in Abhängigkeit von dem Abgasmassenstrom (ṁ_Abgas) für eine Phase nach dem Umschalten des Motors auf eine Schubabschaltung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fehlfunktion des Turboladers vorliegt, wenn die Ist-Drehzahl in Abhängigkeit von dem Abgasmassenstrom (ṁ_Abgas) außerhalb eines Toleranzbereichs der Soll-Drehzahl für einen intakten Turbolader liegt.