DE102012220726B4 - Method and device for protecting an exhaust-driven charging device and corresponding computer program - Google Patents

Method and device for protecting an exhaust-driven charging device and corresponding computer program Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Schützen einer abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung mit mindestens einem Turbolader eines Verbrennungsmotors (2) umfassend:- Erfassen einer Drehzahl (50) des Turboladers; und- Ansteuern des Turboladers (24, 26) basierend auf einem Soll-Ladedruck (40) hinter diesem Turbolader, der von der erfassten Drehzahl (50) abhängig ist.Method for protecting an exhaust-gas-driven charging device with at least one turbocharger of an internal combustion engine (2), comprising:- detecting a rotational speed (50) of the turbocharger; and- controlling the turbocharger (24, 26) based on a target boost pressure (40) behind this turbocharger, which is dependent on the detected rotational speed (50).

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein entsprechendes Computerprogramm zum Schützen von abgasgetriebenen Aufladeeinrichtungen mit mindestens einem Turbolader in Verbrennungsmotoren.The invention relates to a method, a device and a corresponding computer program for protecting exhaust-driven charging devices with at least one turbocharger in internal combustion engines.

Stand der TechnikState of the art

Aus der DE 103 10 221 A1 ist ein Verfahren zum Schützen eines Turboladers für einen Verbrennungsmotor bekannt, bei dem ein Ladedruck auf einen modellbasiert bestimmten Grenzwert begrenzt wird, wenn der Ladedruck den Grenzwert überschreitet. Aus der DE 698 18 068 T2 ist bereits ein Verfahren zur Steuerung eines Turboladers aufgrund der Drehzahl des Turboladers bekannt.From the EN 103 10 221 A1 A method for protecting a turbocharger for an internal combustion engine is known in which a boost pressure is limited to a model-based limit value when the boost pressure exceeds the limit value. DE 698 18 068 T2 A method for controlling a turbocharger based on the speed of the turbocharger is already known.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es stellt sich die Aufgabe einen verbesserten Schutz von Turboladern sicher zu stellen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Schützen einer abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung gemäß Anspruch 1, sowie einer Vorrichtung, insbesondere eine Recheneinheit, und ein Computerprogrammprodukt gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.The object is to ensure improved protection of turbochargers. According to the invention, this object is achieved by a method for protecting an exhaust-driven charging device according to claim 1, as well as a device, in particular a computing unit, and a computer program product according to the independent claims.

Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Preferred embodiments of the present invention are set out in the dependent claims.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Schützen einer abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung eines Verbrennungsmotors mit mindestens einem Turbolader, die Schritte des Erfassens einer Drehzahl des Turboladers und des Ansteuerns der abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung basierend auf einem Soll-Ladedruck, der von der erfassten Drehzahl des Turboladers abhängig ist.According to one aspect of the invention, a method for protecting an exhaust-driven charging device of an internal combustion engine having at least one turbocharger comprises the steps of detecting a rotational speed of the turbocharger and controlling the exhaust-driven charging device based on a target boost pressure which is dependent on the detected rotational speed of the turbocharger.

Dem obigen Verfahren liegt die Überlegung zugrunde, dass die abgasgetriebene Aufladeeinrichtung vor Überdrehzahlen und hohen Drehzahlgradienten geschützt werden muss, da diese die Aufladeeinrichtung belasten und so seine Lebensdauer verkürzen. Im Rahmen des angegebenen Verfahrens wird jedoch erkannt, dass ein modellbasierter Schutz, wie im eingangs angegebenen Verfahren beschrieben, nicht immer möglich ist. Ist die Aufladeeinrichtung beispielsweise aus zwei sequentiell zusammengeschalteten Turboladerstufen aufgebaut, so kann kein modellbasierter Ansatz dargestellt werden, da insbesondere bei einem geöffneten Turboladerbypassventil die Drehzahl nicht mehr durch das Druckverhältnis am Verdichter und damit den Ladedruck bestimmt ist.The above method is based on the consideration that the exhaust-driven charging device must be protected from overspeeds and high speed gradients, as these place a strain on the charging device and thus shorten its service life. However, within the framework of the specified method, it is recognized that model-based protection, as described in the method specified at the beginning, is not always possible. If the charging device is made up of two sequentially connected turbocharger stages, for example, a model-based approach cannot be presented, since, particularly when the turbocharger bypass valve is open, the speed is no longer determined by the pressure ratio at the compressor and thus the boost pressure.

Im Rahmen des obigen Verfahrens wird jedoch erkannt, dass die Drehzahl des Turboladers in erster Linie durch das toleranzabhängige Druckverhältnis am (intakten) Kompressor der Aufladeeinrichtung bestimmt ist. Das heißt jedoch wiederum, dass sich die die Belastung der Aufladeeinrichtung bestimmende Drehzahl des Turboladers über den Soll-Ladedruck beeinflussen lässt.However, within the framework of the above method, it is recognized that the speed of the turbocharger is primarily determined by the tolerance-dependent pressure ratio on the (intact) compressor of the charging device. However, this in turn means that the speed of the turbocharger, which determines the load on the charging device, can be influenced by the target boost pressure.

Überraschenderweise kann der Schutz unabhängig von Fehlern innerhalb der Aufladung durch die abgasgetriebene Aufladeeinrichtung, wie beispielsweise Leckagen, geöffnetem Kompressorbypassventil oder klemmendem Turboladerbypassventil, ausgeführt werden, wenn die zuvor genannte, für den Schutz des Turboladers entscheidende Größe - die Drehzahl der abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung - direkt gemessen und nicht indirekt, beispielsweise basierend auf einer Modellierung, bestimmt wird. In diesem Fall könnte ein optimaler Schutz bei gleichzeitig maximal möglichen Ladedrucksollwerten erfolgen. Das heißt, dass die Aufladeeinrichtung wie ein Hochleistungsturbolader ausgelegt werden könnte, wobei gleichzeitig Grenzlagen-Turbolader mit einem geringen Wirkungsgrad immer noch zuverlässig geschützt würden.Surprisingly, protection can be provided independently of faults within the charging system by the exhaust-driven charging device, such as leaks, an open compressor bypass valve or a jammed turbocharger bypass valve, if the aforementioned parameter that is crucial for protecting the turbocharger - the speed of the exhaust-driven charging device - is measured directly and not determined indirectly, for example based on a model. In this case, optimal protection could be achieved with the maximum possible boost pressure setpoints. This means that the charging device could be designed like a high-performance turbocharger, while at the same time limiting turbochargers with a low efficiency would still be reliably protected.

Wird die Drehzahl messtechnisch erfasst, so kann dies mit jedem beliebigen herkömmlichen Verfahren durchgeführt werden.If the speed is measured, this can be done using any conventional method.

Der Solldruck kann dabei in seinem Wertebereich und/oder zeitlich von der Drehzahl der Aufladeeinrichtung abhängig sein. Unter einer zeitlichen Abhängigkeit können dabei zeitliche Ereignisse verstanden werden, bei deren Auftreten der Soll-Ladedruck verändert werden kann. Beispielsweise kann der Soll-Ladedruck basierend auf der Drehzahl auf einen vorbestimmten Wert begrenzt werden.The target pressure can be dependent on the speed of the charging device in terms of its value range and/or time. A temporal dependency can be understood as temporal events when they occur, the target boost pressure can be changed. For example, the target boost pressure can be limited to a predetermined value based on the speed.

Dabei kann die Drehzahl selbst oder deren Gradient berücksichtigt werden. Vorzugsweise wird der Soll-Ladedruck auf den vorbestimmten Wert begrenzt, wenn ein Gradient der Drehzahl einen Schwellenwert überschreitet und oder die absolute Drehzahl eine zweite Schwelle überschreiten. Auf diese Weise werden beide Faktoren einer potentiellen Zerstörung vermieden.The speed itself or its gradient can be taken into account. Preferably, the target boost pressure is limited to the predetermined value if a gradient of the speed exceeds a threshold value and/or the absolute speed exceeds a second threshold. In this way, both factors of potential destruction are avoided.

Dieser Gradientenschutz sollte sehr schnell eingreifen, da das angegebene Verfahren sonst wirkungslos sein könnte, weil ein hoher Drehzahlgradient in der Regel nur für sehr kurze Zeit anliegt. Die Reaktionszeit des Gradientenschutzes sollte höchstens 500 ms, vorzugsweise höchstens 50 ms betragen.This gradient protection should intervene very quickly, as the specified procedure could otherwise be ineffective because a high speed gradient is usually only present for a very short time. The reaction time of the gradient protection should be no more than 500 ms, preferably no more than 50 ms.

In einer Ausführungsform des angegebenen Verfahrens kann der Soll-Ladedruck zum Begrenzen auf den vorbestimmten Wert abgesenkt werden, wobei ein Betrag des Gradienten des Soll-Ladedrucks vorzugsweise derart gewählt sein kann, dass er nach dem Absenken kleiner ist als vor dem Absenken. Das heißt, dass der Soll-Ladedruck bei Vorliegen des oben genannten zeitlichen Ereignisses instantan abgesenkt und anschließend beispielsweise durch eine geeignete zeitlich verzögernde Filterung langsam wieder angehoben werden könnte, wenn beispielsweise die zuvor genannte Schwellen wieder zuverlässig unterschritten sind.In one embodiment of the specified method, the target boost pressure can be reduced to limit it to the predetermined value, wherein an amount of the gradient of the target boost pressure can preferably be selected such that it is smaller after the reduction than before the reduction. This means that the target boost pressure can be reduced instantly when the above-mentioned temporal event occurs and then slowly increased again, for example by means of a suitable time-delayed filtering, when, for example, the previously mentioned thresholds are reliably undercut again.

In einer zusätzlichen Ausführungsform des angegebenen Verfahrens kann der vorbestimmte Wert von der Drehzahl und/oder dem Gradienten der Drehzahl abhängig sein. Das heißt, dass der Soll-Ladedruck derart gewählt werden könnte, dass er der Drehzahl selbst oder deren Gradienten zumindest qualitativ folgt.In an additional embodiment of the specified method, the predetermined value can be dependent on the speed and/or the gradient of the speed. This means that the target boost pressure could be selected such that it follows the speed itself or its gradient, at least qualitatively.

In einer weiteren Ausführungsform des angegebenen Verfahrens wird ein Ist-Ladedruck der abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung basierend auf dem Soll-Ladedruck mit einem Regelkreis zum Ansteuern der abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung basierend auf dem Soll-Ladedruck geregelt. Auf diese Weise hätte eine Begrenzung des Soll-Ladedrucks eine unmittelbare Wirkung auf die Drehzahl der Aufladeeinrichtung, da die Drehzahl zumindest indirekt an der Einstellung des Ist-Ladedrucks in der Aufladeeinrichtung beteiligt ist.In a further embodiment of the specified method, an actual boost pressure of the exhaust-driven charging device is regulated based on the target boost pressure using a control circuit for controlling the exhaust-driven charging device based on the target boost pressure. In this way, limiting the target boost pressure would have a direct effect on the speed of the charging device, since the speed is at least indirectly involved in setting the actual boost pressure in the charging device.

In einer besonderen Ausführungsform umfasst das angegebene Verfahren den Schritt des Filterns eines Frequenzanteils im Soll-Ladedruck, der einer Resonanzfrequenz des Regelkreises entspricht. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass die Begrenzung des Soll-Ladedrucks zu ungewollten Schwingungen im zuvor genannten Regelkreis führt.In a particular embodiment, the specified method comprises the step of filtering a frequency component in the target boost pressure that corresponds to a resonance frequency of the control loop. In this way, the limitation of the target boost pressure can be prevented from leading to unwanted oscillations in the aforementioned control loop.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das angegebene Verfahren den Schritt des Reduzierens einer dem Verbrennungsmotor zugeführten Energie, wenn der Regelkreis instabil zu werden beginnt. Diese Ausführungsform ist besonders effektiv, falls das Filtern nicht ausreichen sollte, um die ungewollten Schwingungen zu reduzieren. In diesem Fall könnte die dem Verbrennungsmotor zugeführte Energie beispielsweise über die Einspritzmenge an Kraftstoff in eine Brennkammer des Verbrennungsmotors reduziert werden, wodurch unmittelbar auch der abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung und damit der Regelstrecke des zuvor genannten Regelkreises die Energie zu einem zu starken Schwingen entzogen werden könnte.In a preferred embodiment, the specified method comprises the step of reducing the energy supplied to the internal combustion engine when the control loop begins to become unstable. This embodiment is particularly effective if the filtering is not sufficient to reduce the unwanted vibrations. In this case, the energy supplied to the internal combustion engine could be reduced, for example, via the amount of fuel injected into a combustion chamber of the internal combustion engine, whereby the energy for excessive vibrations could also be withdrawn directly from the exhaust-driven charging device and thus from the control system of the aforementioned control loop.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung, insbesondere Recheneinheit, zum Schützen einer abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung eines Verbrennungsmotors vorgesehen, die ausgebildet ist, um eine Drehzahl der Aufladeeinrichtung zu erfassen und die Aufladeeinrichtung basierend auf einem Soll-Ladedruck anzusteuern, der von der erfassten Drehzahl der Aufladeeinrichtung abhängig ist.According to a further aspect of the invention, a device, in particular a computing unit, is provided for protecting an exhaust-gas-driven charging device of an internal combustion engine, which is designed to detect a rotational speed of the charging device and to control the charging device based on a target boost pressure that is dependent on the detected rotational speed of the charging device.

Die angegebene Vorrichtung könnte dabei auch vorgesehen sein, um ein Verfahren gemäß einem der Unteransprüche durchzuführen.The specified device could also be provided to carry out a method according to one of the subclaims.

In einer Ausführungsform der angegebenen Vorrichtung weist die angegebene Vorrichtung einen Speicher und einen Prozessor auf. Dabei ist eines der angegebenen Verfahren in Form eines Computerprogramms in dem Speicher hinterlegt und der Prozessor zur Ausführung des Verfahrens vorgesehen, wenn das Computerprogramm aus dem Speicher in den Prozessor geladen ist.In one embodiment of the specified device, the specified device has a memory and a processor. One of the specified methods is stored in the memory in the form of a computer program and the processor is provided to execute the method when the computer program is loaded from the memory into the processor.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Computerprogramm Programmcodemittel, um alle Schritte eines der angegebenen Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer der angegebenen Vorrichtungen ausgeführt wird.According to a further aspect of the invention, a computer program comprises program code means for carrying out all the steps of one of the specified methods when the computer program is executed on a computer or one of the specified devices.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Computerprogrammprodukt einen Programmcode, der auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist und der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird, eines der angegebenen Verfahren durchführt.According to a further aspect of the invention, a computer program product contains a program code which is stored on a computer-readable data carrier and which, when executed on a data processing device, carries out one of the specified methods.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verbrennungsmotor eine abgasgetriebene Aufladeeinrichtung und die obige Vorrichtung.According to a further aspect of the invention, an internal combustion engine comprises an exhaust-driven supercharging device and the above apparatus.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors; und
  • 2 ein Diagramm, in dem ein Soll-Ladedruck über die Zeit aufgetragen ist.
Preferred embodiments of the present invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. They show:
  • 1 a schematic representation of an internal combustion engine; and
  • 2 a diagram in which a target boost pressure is plotted over time.

Beschreibung der AusführungsformenDescription of the embodiments

In den Figuren werden Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.In the figures, elements with the same or comparable function are provided with the same reference symbols and are described only once.

Es wird auf 1 Bezug genommen, die einen Verbrennungsmotor 2 in einer schematischen Darstellung zeigt.It will be 1 which shows an internal combustion engine 2 in a schematic representation.

Der Verbrennungsmotor 2 umfasst eine Brennkammer 4, die in einer dem Fachmann bekannten Weise einen nicht weiter dargestellten Kraftstoff und eine angesaugte Frischluft 6 verbrennt, um ein Drehmoment 8 zum Drehen eines Rades 10 eines nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs zu erzeugen.The internal combustion engine 2 comprises a combustion chamber 4 which, in a manner known to those skilled in the art, burns a fuel (not shown) and a sucked-in fresh air 6 in order to generate a torque 8 for rotating a wheel 10 of a motor vehicle (not shown).

Die angesaugte Frischluft 6 wird dabei mit einer Drosselklappe 12 dosiert, wobei die dosierte Frischluft 14 mit einer noch zu beschreibenden zweistufigen abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung, insbesondere mit einem zweistufigen Turbolader 16 verdichtet wird. Die verdichtete Frischluft 18 wird dann in der oben erwähnten Weise in der Brennkammer 4 des Verbrennungsmotors 2 verbrannt und als verdichtetes Abgas 20 ausgestoßen. Das verdichtete Abgas 20 wird dann über den zweistufigen Turbolader 16 wieder entspannt, und als entspanntes Abgas 22 an die Umgebung ausgestoßen.The fresh air 6 that is sucked in is metered with a throttle valve 12, whereby the metered fresh air 14 is compressed with a two-stage exhaust gas-driven charging device to be described later, in particular with a two-stage turbocharger 16. The compressed fresh air 18 is then burned in the combustion chamber 4 of the internal combustion engine 2 in the manner mentioned above and expelled as compressed exhaust gas 20. The compressed exhaust gas 20 is then expanded again via the two-stage turbocharger 16 and expelled into the environment as expanded exhaust gas 22.

Der zweistufige Turbolader 16 umfasst eine erste Turboladerstufe 24 und eine zweite Turboladerstufe 26. Dabei verdichtet die erste Turboladerstufe 24 die dosierte Frischluft 14 auf eine zwischenverdichtete Frischluft 28, während die zweite Turboladerstufe 26 die zwischenverdichtete Frischluft 28 weiter zur verdichteten Frischluft 18 verdichtet.The two-stage turbocharger 16 comprises a first turbocharger stage 24 and a second turbocharger stage 26. The first turbocharger stage 24 compresses the metered fresh air 14 to an intermediately compressed fresh air 28, while the second turbocharger stage 26 further compresses the intermediately compressed fresh air 28 to the compressed fresh air 18.

Jede Turboladerstufe 24, 26 weist eine Turbine 30 und einen Verdichter 32 auf, die mechanisch fest miteinander verbunden sind. Das verdichtete Abgas 20 treibt dabei die Turbine 30 der zweiten Turboladerstufe 26 an, die dann wiederum mit ihrem Verdichter 32 die zwischenverdichtete Frischluft 28 zur verdichteten Frischluft 18 verdichtet. Durch den Antrieb gibt das verdichtete Abgas 20 Enthalpie an die entsprechende Turbine 30 ab und wird teilweise zu einem zwischenentspannten Abgas 34 entspannt. Entsprechend treibt das zwischenentspannte Abgas 34 die Turbine 30 der ersten Turboladerstufe 24 an, die dann wiederum mit ihrem Verdichter 32 die dosierte Frischluft 14 zur zwischenverdichteten Frischluft 28 verdichtet. Im Prinzip funktionieren beide Turboladerstufen 24, 26 gleich.Each turbocharger stage 24, 26 has a turbine 30 and a compressor 32, which are mechanically firmly connected to one another. The compressed exhaust gas 20 drives the turbine 30 of the second turbocharger stage 26, which then in turn uses its compressor 32 to compress the intermediately compressed fresh air 28 to form compressed fresh air 18. The drive causes the compressed exhaust gas 20 to release enthalpy to the corresponding turbine 30 and is partially expanded to form an intermediately expanded exhaust gas 34. Accordingly, the intermediately expanded exhaust gas 34 drives the turbine 30 of the first turbocharger stage 24, which then in turn uses its compressor 32 to compress the metered fresh air 14 to form the intermediately compressed fresh air 28. In principle, both turbocharger stages 24, 26 function in the same way.

Durch die Verdichtung der dosierten Frischluft 14 und der zwischenverdichteten Frischluft 28 baut sich an den Verdichtern 32 je ein Ist-Ladedruck 36 auf, von denen in 1 der Übersichtlichkeit halber nur der Ist-Ladedruck 36 der zweiten Turboladerstufe 26 gezeigt ist. In der vorliegenden Ausführung wird dieser Ist-Ladedruck 36 der zweiten Turboladerstufe 26 geregelt. Alternativ oder zusätzlich kann jedoch auch der Ladedruck der ersten Turboladerstufe 24 geregelt werden, worauf jedoch der Kürze halber nicht weiter eingegangen werden soll, da die Regelung analog zur Regelung des Ist-Ladedruck 36 der zweiten Turboladerstufe funktioniert.By compressing the metered fresh air 14 and the intermediately compressed fresh air 28, an actual boost pressure 36 is built up at the compressors 32, of which 1 For the sake of clarity, only the actual boost pressure 36 of the second turbocharger stage 26 is shown. In the present embodiment, this actual boost pressure 36 of the second turbocharger stage 26 is regulated. Alternatively or additionally, however, the boost pressure of the first turbocharger stage 24 can also be regulated, but for the sake of brevity this will not be discussed further, since the regulation functions analogously to the regulation of the actual boost pressure 36 of the second turbocharger stage.

Die Regelung des Ist-Ladedruck 36 ist in der vorliegenden Ausführung in einer Steuervorrichtung 38 implementiert, die die Regelung analog, digital oder hybrid durchführen kann. Dazu wird in der Steuervorrichtung 38 in einer noch zu beschreibenden Weise ein Soll-Ladedruck 40 generiert, der an einem Vergleichsglied 41 dem Ist-Ladedruck 36, beispielsweise durch Subtraktion, gegenübergestellt wird. Eine entsprechende Regelabweichung 42 zwischen dem Soll-Ladedruck 40 und dem Ist-Ladedruck 36 wird dann einem Regler 44 zugeführt, der über ein entsprechendes Reglerausgangssignal 45 ein Bypassventil 46 eines Bypasspfades 48 in der zweiten Turboladerstufe 26 ansteuert, um das verdichtete Abgas 20 an der Turbine 30 der zweiten Turboladerstufe 26 vorbeizuleiten. Je nachdem, wie stark das Bypassventil 46 geöffnet ist, nimmt die Turbine 30 mehr oder weniger Enthalpie auf und treibt den Verdichter 32 mehr oder weniger stark an, so dass der Ist-Ladedruck 36 dem Soll-Ladedruck 40 folgen kann.In the present embodiment, the control of the actual boost pressure 36 is implemented in a control device 38, which can carry out the control in an analog, digital or hybrid manner. For this purpose, a target boost pressure 40 is generated in the control device 38 in a manner to be described below, which is compared with the actual boost pressure 36 on a comparison element 41, for example by subtraction. A corresponding control deviation 42 between the target boost pressure 40 and the actual boost pressure 36 is then fed to a controller 44, which controls a bypass valve 46 of a bypass path 48 in the second turbocharger stage 26 via a corresponding controller output signal 45 in order to direct the compressed exhaust gas 20 past the turbine 30 of the second turbocharger stage 26. Depending on how much the bypass valve 46 is opened, the turbine 30 absorbs more or less enthalpy and drives the compressor 32 more or less strongly, so that the actual boost pressure 36 can follow the desired boost pressure 40.

In 1 ist der Vollständigkeit halber auch der Bypasspfad 46 mit seinem Bypassventil 48 der ersten Turboladerstufe 24 dargestellt, die jedoch bei einem geschlossenen Bypassventil 48 wirkungslos ist, solange sie nicht von einer entsprechenden Steuervorrichtung 38 angesteuert wird.In 1 For the sake of completeness, the bypass path 46 with its bypass valve 48 of the first turbocharger stage 24 is also shown, which, however, is ineffective when the bypass valve 48 is closed as long as it is not controlled by a corresponding control device 38.

Der Soll-Ladedruck 40 wird in der vorliegenden Ausführung basierend auf einer Drehzahl 50 der zweiten Turboladerstufe 26 vorgegeben. Beispielsweise kann der Soll-Ladedruck 40 in einer dem Fachmann bekannten Weise erzeugt und dann basierend auf der Drehzahl 50 begrenzt werden. Dazu kann beispielsweise ein Gradient der Drehzahl 50 beobachtet werden, wobei der Soll-Ladedruck 40 begrenzt werden kann, wenn der Gradient der Drehzahl 50 einen vorbestimmten Wert überschreitet. Alternativ oder zusätzlich kann der Soll-Ladedruck 40 der Drehzahl 50 aber auch einer bestimmten Rechenvorschrift folgen. Die Erzeugung des Soll-Ladedrucks 40 erfolgt in der vorliegenden Ausführung in einem entsprechenden Rechenabschnitt 52 der Steuervorrichtung 38.In the present embodiment, the target boost pressure 40 is specified based on a speed 50 of the second turbocharger stage 26. For example, the target boost pressure 40 can be generated in a manner known to those skilled in the art and then limited based on the speed 50. For this purpose, for example, a gradient of the speed 50 can be observed, wherein the target boost pressure 40 can be limited if the gradient of the speed 50 exceeds a predetermined value. Alternatively or additionally, the target boost pressure 40 of the speed 50 can also follow a specific calculation rule. In the present embodiment, the target boost pressure 40 is generated in a corresponding calculation section 52 of the control device 38.

In der vorliegenden Ausführung gibt der Rechenabschnitt 52 jedoch nicht den bei der Regelung zu berücksichtigenden Soll-Ladedruck 40, sondern lediglich einen vorläufigen Soll-Ladedruck 54 aus, der in einem Filter 56 gefiltert wird. Hintergrund dieses Filters 56 ist, dass der vorläufige Soll-Ladedruck 54 aufgrund der Begrenzungen Oberschwingungen und damit Signalanteile aufweisen könnte, mit denen der Ladedruck-Regelkreis auf seinen Resonanzfrequenzen angeregt wird, was dazu führen kann, dass der Ladedruck-Regelkreis inakzeptabel zu schwingen beginnt. Daher filtert das Filter 56 diese Oberschwingungen aus dem vorläufigen Soll-Ladedruck 54 heraus.In the present embodiment, however, the calculation section 52 does not output the target boost pressure 40 to be taken into account in the control, but only a provisional target boost pressure 54, which is filtered in a filter 56. The background to this filter 56 is that the provisional target boost pressure 54 could have harmonics and thus signal components due to the limitations, with which the boost pressure control circuit is excited at its resonance frequencies, which can lead to can cause the boost pressure control loop to begin to oscillate unacceptably. Therefore, the filter 56 filters out these harmonics from the provisional target boost pressure 54.

Für den Fall, dass das Filtern der zuvor genannten Oberschwingungen nicht ausreichen sollte, kann der Rechenabschnitt 52 den Regelkreis beispielsweise über die Drehzahl 50 beobachten. Sollte der Regelkreis trotz des Filters 56 unzulässig zu schwingen beginnen, so kann der Rechenabschnitt 52 dem Verbrennungsmotor 2 Energie und damit dem verdichteten Abgas 20 Enthalpie entziehen. Da in diesem Fall weniger Enthalpie zum Betrieb der zweiten Turboladerstufe 26 zur Verfügung steht, werden die Schwingungen des Regelkreises gesenkt. Alternativ oder zusätzlich dazu könnte auch eine Kraftstoffzufuhr zur Brennkammer 4 gesenkt werden.In the event that filtering the aforementioned harmonics is not sufficient, the computing section 52 can monitor the control loop, for example via the speed 50. If the control loop begins to oscillate in an unacceptable manner despite the filter 56, the computing section 52 can extract energy from the combustion engine 2 and thus enthalpy from the compressed exhaust gas 20. Since in this case less enthalpy is available to operate the second turbocharger stage 26, the oscillations of the control loop are reduced. Alternatively or in addition to this, the fuel supply to the combustion chamber 4 could also be reduced.

Durch die Begrenzung des Soll-Ladedrucks 40 wird folglich auch der Ist-Ladedruck 36 und damit auch die Drehzahl 50 der zweiten Turboladerstufe 26 begrenzt. Da die Drehzahl 50 der zweiten Turboladerstufe 26 für diese eine mechanische Belastung darstellt, kann durch die Begrenzung des Soll-Ladedrucks 40 basierend auf der Drehzahl 50 die mechanische Belastung der zweiten Turboladerstufe 26 gesenkt und damit deren Lebensdauer deutlich erhöht werden.By limiting the target boost pressure 40, the actual boost pressure 36 and thus also the speed 50 of the second turbocharger stage 26 are also limited. Since the speed 50 of the second turbocharger stage 26 represents a mechanical load for it, by limiting the target boost pressure 40 based on the speed 50, the mechanical load on the second turbocharger stage 26 can be reduced and its service life can thus be significantly increased.

Der Soll-Ladedruck 40 könnte auch modellbasiert, beispielsweise anhand von bereits vorhandenen Modellen des Verbrennungsmotors 2, in einer entsprechenden Motorsteuerung begrenzt werden, Der zusätzliche Aufwand, die Drehzahl 50 messtechnisch zu erfassen, hat in einem mehrstufigen Turbolader, wie dem in 1 gezeigten zweistufigen Turbolader, spürbare Vorteile. Insbesondere bei einem defekten, beispielsweise ungewollt geöffneten Bypassventil 46 ist die Drehzahl 50 nicht mehr durch den Ist-Ladedruck 36 bestimmt, da in diesem Fall auch die vorverdichtete Frischluft 28 den Verdichter 32 antreiben kann.The target boost pressure 40 could also be limited based on a model, for example based on existing models of the combustion engine 2, in a corresponding engine control system. The additional effort of measuring the speed 50 has no effect in a multi-stage turbocharger, such as the one in 1 shown two-stage turbocharger, noticeable advantages. In particular, in the case of a defective, for example inadvertently opened bypass valve 46, the speed 50 is no longer determined by the actual boost pressure 36, since in this case the pre-compressed fresh air 28 can also drive the compressor 32.

Es wird auf 2 Bezug genommen, die Ladedrücke 59 über die Zeit 60 in einem Diagramm zeigt.It will be 2 Reference is made to the figure which shows the boost pressures 59 over time 60 in a diagram.

Der Soll-Ladedruck 40 kann anfangs mit einem ersten konstanten Wert 62 vorgegeben sein.The target boost pressure 40 can initially be specified with a first constant value 62.

Sollte ein Gradient der Drehzahl 50 zu einem ersten Zeitpunkt 64 in nicht gezeigter Weise, beispielsweise aufgrund eines Betriebsartenwechsels des Verbrennungsmotors 2, den oben genannten vorbestimmten Wert überschreiten, so kann der Rechenabschnitt 52 eingreifen und den Soll-Ladedruck 40 zunächst über den vorläufigen Soll-Ladedruck 54 auf einen Begrenzungswert 66 herabsetzen. Das Filter 56 filtert den vorläufigen Soll-Ladedruck 54 und sorgt dafür, dass die Herabsetzung des Soll-Ladedrucks 40 nicht schlagartig erfolgt.If a gradient of the rotational speed 50 exceeds the above-mentioned predetermined value at a first point in time 64 in a manner not shown, for example due to a change in operating mode of the internal combustion engine 2, the computing section 52 can intervene and initially reduce the target boost pressure 40 via the provisional target boost pressure 54 to a limit value 66. The filter 56 filters the provisional target boost pressure 54 and ensures that the reduction in the target boost pressure 40 does not occur suddenly.

Nach einer bestimmten Zeit oder nachdem der Gradient der Drehzahl 50 den vorbestimmten Wert unterschritten hat, kann der Rechenabschnitt 52 die Begrenzung des Soll-Ladedrucks 40 zu einem zweiten Zeitpunkt 68 wieder aufheben, so dass sich die Drehzahl 50 der zweiten Turboladerstufe 26 an einen zweiten konstanten Wert 70 nach dem Betriebsartenwechsel annähern kann. Dabei kann das Filter 56 den vorläufigen Soll-Ladedruck 54 filtern und den Soll-Ladedruck 40 in seinem Anstieg begrenzen.After a certain time or after the gradient of the rotational speed 50 has fallen below the predetermined value, the calculation section 52 can remove the limitation of the target boost pressure 40 at a second point in time 68, so that the rotational speed 50 of the second turbocharger stage 26 can approach a second constant value 70 after the operating mode change. The filter 56 can filter the provisional target boost pressure 54 and limit the increase in the target boost pressure 40.

Claims (11)

Verfahren zum Schützen einer abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung mit mindestens einem Turbolader eines Verbrennungsmotors (2) umfassend: - Erfassen einer Drehzahl (50) des Turboladers; und - Ansteuern des Turboladers (24, 26) basierend auf einem Soll-Ladedruck (40) hinter diesem Turbolader, der von der erfassten Drehzahl (50) abhängig ist.Method for protecting an exhaust-gas-driven charging device with at least one turbocharger of an internal combustion engine (2), comprising: - detecting a rotational speed (50) of the turbocharger; and - controlling the turbocharger (24, 26) based on a target boost pressure (40) behind this turbocharger, which is dependent on the detected rotational speed (50). Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Soll-Ladedruck (40) basierend auf der Drehzahl (50) auf einen vorbestimmten Wert (66) begrenzt wird.Procedure according to Claim 1 , wherein the target boost pressure (40) is limited to a predetermined value (66) based on the rotational speed (50). Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Soll-Ladedruck (40) auf den vorbestimmten Wert (66) begrenzt wird, wenn ein Gradient der Drehzahl (50) einen Schwellenwert überschreitet.Procedure according to Claim 2 , wherein the target boost pressure (40) is limited to the predetermined value (66) when a gradient of the rotational speed (50) exceeds a threshold value. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Soll-Ladedruck (40) zum Begrenzen auf den vorbestimmten Wert abgesenkt wird.Procedure according to Claim 2 or 3 , wherein the target boost pressure (40) is reduced to the predetermined value for limiting. Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein Betrag des Gradienten des Soll-Ladedrucks (40) derart gewählt ist, dass er nach dem Absenken kleiner ist als vor dem Absenken.Procedure according to Claim 4 , wherein an amount of the gradient of the desired boost pressure (40) is selected such that it is smaller after the reduction than before the reduction. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der vorbestimmte Wert (66) von der Drehzahl (50) und/oder dem Gradienten der Drehzahl (50) abhängig ist.Method according to one of the Claims 2 until 5 , wherein the predetermined value (66) depends on the rotational speed (50) and/or the gradient of the rotational speed (50). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend das Regeln eines Ist-Ladedrucks (36) der Aufladeeinrichtung (24, 26) basierend auf dem Soll-Ladedruck (40) mit einem Regelkreis zum Ansteuern der Aufladeeinrichtung (24, 26) basierend auf dem Soll-Ladedruck (40).Method according to one of the preceding claims, comprising regulating an actual boost pressure (36) of the charging device (24, 26) based on the desired boost pressure (40) with a control loop for controlling the charging device (24, 26) based on the desired boost pressure (40). Verfahren nach Anspruch 7, umfassend das Filtern (56) eines Frequenzanteils im Soll-Ladedruck (40), der einer Resonanzfrequenz des Regelkreises entspricht.Procedure according to Claim 7 , comprising filtering (56) a frequency component in the target boost pressure (40), which corresponds to a resonance frequency of the control loop. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, umfassend das Reduzieren einer dem Verbrennungsmotor (2) zugeführten Energie, wenn der Regelkreis instabil zu werden beginnt.Procedure according to Claim 7 or 8th , comprising reducing an energy supplied to the internal combustion engine (2) when the control loop begins to become unstable. Vorrichtung (38), insbesondere Recheneinheit, zum Schützen einer abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung mit mindestens einem Turbolader eines Verbrennungsmotors (2), die ausgebildet ist, um - eine Drehzahl (50) des Turboladers zu erfassen; und - den Turbolader (24, 26) basierend auf einem Soll-Ladedruck (40) hinter diesem Turbolader anzusteuern, der von der erfassten Drehzahl (50) abhängig ist.Device (38), in particular a computing unit, for protecting an exhaust-gas-driven charging device with at least one turbocharger of an internal combustion engine (2), which is designed to - detect a rotational speed (50) of the turbocharger; and - control the turbocharger (24, 26) based on a target boost pressure (40) behind this turbocharger, which is dependent on the detected rotational speed (50). Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer Vorrichtung gemäß Anspruch 10, ausgeführt wird.Computer program with program code means for carrying out all the steps of the method according to any of the Claims 1 until 9 if the computer program is installed on a computer or device in accordance with Claim 10 , is performed.
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