DE102014102321A1 - Verfahren für eine Notfallprozedur im Fehlerfall an einer zweistufigen Abgasturboaufladung einer Verbrennungskraftmaschine und Zweistufige Abgasturboladeranordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren für eine Notfallprozedur im Fehlerfall an einer zweistufigen Abgasturboaufladung einer Verbrennungskraftmaschine und Zweistufige Abgasturboladeranordnung zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es eine Notfallprozedur und eine geeignete Anordnung für den Fehlerfall an einer zweistufigen Abgasturboaufladung zu entwickeln, welche rechtzeitig, schnell und zuverlässig, ein Überdrehen des Turboladers erkennt und dessen Zerstörung verhindert. Erfindungsgemäße wird mit dem Verfahren die Drehzahl eines Hochdruckturboladers (17), eines Niedrigdruckturboladers (18) und der Verbrennungskraftmaschine (3) und zudem die zeitliche Änderung der Drehzahlen mittels Sensoren (13) gemessen und in einer Steuerungseinheit (4) verglichen und anhand von Plausibilitätstests der Messungen und der Vergleiche ein Fehlerfall diagnostiziert, wobei im Fehlerfall ein Abblaseventil (6, 7) im Abgaskanal (14) stromauf oder stromab der Hochdruckturbine (1) mittels der Steuerungseinheit (4) geöffnet wird. Bei der erfindungsgemäßen zweistufigen Abgasturboladeranordnung zur Durchführung des Verfahrens ist an dem Hochdruckturbolader (17), Niedrigdruckturbolader (18) und an der Verbrennungskraftmaschine (3) jeweils mindestens ein Drehzahlensensor (13) und stromauf oder stromab der Hochdruckturbine (1) ein Abblaseventil (6, 7) vorhanden. Die Drehzahlensensoren (13) und das Abblaseventil (6, 7) sind mit einer Steuerungseinheit (3) verbunden.

Description

  • Verfahren für eine Notfallprozedur im Fehlerfall an einer zweistufigen Abgasturboaufladung einer Verbrennungskraftmaschine insbesondere an Dieselaggregaten und zweistufige Abgasturboladeranordnung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Aus Kostengründen verfügen Verbrennungskraftmaschinen zumeist nur über passive bzw. federdruckbelastete Überdruckventile nach Verdichter und vor Hochdruckturbine und keine aktiv steuerbaren Abblasevorrichtung. Verbrennungskraftmaschinen verfügen vor allem auf der Abgasseite nur bedingt über Druck- und Temperaturüberwachung. Weiterhin verfügen eine Vielzahl an V-Motoren zur Gewährleistung einer Leistungs- und Durchsatzgleichverteilung der Verdichter eine Verbindung der beiden Bänke im Zwischen- und/oder im Ladeluftkühler. Weiterhin verfügt eine Vielzahl an V-Motoren zur Bauteileinsparung eine kombinierte Bypass- bzw. Wastegate-Verbindung der Hoch- und/oder Niedrigdruckturbine zwischen beiden Bänken.
  • Die Drehzahlerfassung der Abgasturboladerrotoren erfolgt mit induktiven Impulsaufnehmern. Diese liefern nur ein Signal, wenn drehender Nocken des Rotors mit richtigem Abstand am Sensorkopf vorbeidreht. Bei Sensorausfall liefert der Sensor das gleiche Signal wie ein stehender Lader. Die Sensoren verfügen nur teilweise über Kabelbrucherkennung. Die Abtastung der Drehzahl ist typischerweise im Sekundentakt oder langsamer.
  • Es sind bereits verschiedene Überwachungslösungen für Abgasturbolader bekannt, welche für eine schnelle und zuverlässige Überwachung nicht oder nur begrenzt einsetzbar erscheinen.
  • So beschreibt die DE 10 2006 027 422 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen eines Abgasturboladers einer Verbrennungskraftmaschine. Um ein preiswertes sowie zuverlässig arbeitendes Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Überwachung eines Abgasturboladers zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass ein zur Aufnahme eines drehzahlabhängigen Turbolader-Betriebsgeräusches ausgebildeter Schallwandler vorgesehen ist, der mit einer Elektronik zur Frequenzanalyse zur Ausgabe eines Turbolader-Drehzahlsignals verbunden ist.
  • Weiter beschreibt die DE 10 2005 007 558 A1 eine Anordnung zum Schützen eines mit einem Motor verbundenen Turboladers gegen ein Überdrehen in einem Fahrzeug mit einem Abgasbremsventil, welches das von einer Steuereinheit gesteuert wird. Hierzu ist ein Sensor zum Erfassen der Drehzahl des Turboladers mit der Steuereinheit verbunden, die dazu ausgelegt ist, die Zuwachsrate der Drehzahl des Turboladers 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 festgelegt. Die Steuereinheit ist dazu ausgelegt, das Abgasbremsventil zu schließen, um die Drehzahl des Turboladers in Antwort darauf zu reduzieren.
  • Die DE 199 28 745 A1 beschreibt ein Turboladerschutzsystem für einen Verbrennungsmotor mit einer Vielzahl von Turboladern, die parallel arbeiten und jeweils ein getrenntes Verbrennungsluftabschaltventil für jeden Turbolader haben. Hierbei sind die Abschluss- bzw. Abschaltventile manuell offen verriegelt und werden durch einen Elektromagneten geschlossen, der einen Stift aus einer Nut aus einem Verriegelungsarm herauszieht, um es das Ventil mittels einer Feder zu schließen, wobei ein Schalter in jedem Ventil befestigt ist, um ein Signal zu erzeugen, welches einem Bediener und/oder einem elektronischen Steuermodul anzeigt, dass das Ventil in seiner offenen oder geschlossenen Position ist. Zudem wird je nach Ventilstellung ein Starten des Verbrennungsmotors verhindert oder er wird abgeschaltet.
  • Die DE 10 2011 016 489 A1 Beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Drehzahl eines Turboverdichters, insbesondere eines Turboladers eines Kraftfahrzeuges. Mit Hilfe einer Drucksensorik wird die Frequenz der von den Schaufeln oder der Welle des Turboverdichters im Medium erzeugten Druckimpulse gemessen, und aus der gemessenen Druckimpulsfrequenz wird die Turboverdichterdrehzahl ermittelt. Ferner wird ein Kraftfahrzeug beschrieben, das eine derartige Vorrichtung zum Messen der Drehzahl des Turboverdichters eines Turboladers aufweist.
  • Die DE 10 2010 055 137 A1 betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftwagens mit zwei Turboladern, welchen jeweils eine Gruppe von Zylindern zugeordnet ist, bei welchem für jeden Turbolader eine Temperatur eines Ladeluftstromes in Strömungsrichtung der Ladeluft hinter einem Verdichterrad des jeweiligen Turboladers gemessen wird und eine Differenz der jeweiligen Temperaturen gebildet wird. Ein Unterschied der Temperaturen für die beiden Turbolader zeigt an, dass einer der Turbolader eine gegenüber dem anderen Turbolader erhöhte Drehzahl aufweist. Auf Grundlage dieser Temperaturmessung können daher Maßnahmen ergriffen werden, um Beschädigungen der Turbolader durch eine Drehzahlüberschreitung zuverlässig zu verhindern.
  • Die Offenbarung DE 10 2007 036 936 A1 betrifft ein Verfahren für eine Fehlerdiagnose eines Abgasturboladers für eine Brennkraftmaschine, welcher ein Gehäuse mit einem Luftführungsabschnitt, einem Abgasführungsabschnitt und einem Lagerabschnitt sowie ein im Gehäuse drehbar gelagertes Laufzeug aufweist, und im Luftführungsabschnitt ein Verdichterrad des Laufzeugs mit einer Mehrzahl von Verdichterradschaufeln drehbar angeordnet ist, und mit einem im Luftführungsabschnitt angeordneten Sensor, welcher translatorische und/oder rotatorische Bewegungen induktiv erfasst und einer nachgeschalteten Wandlungsvorrichtung als Signale übermittelt, welche mit Hilfe der Wandlungsvorrichtung digitalisiert werden. Erfindungsgemäß werden Bewegungen der Verdichterradschaufeln und/oder des Verdichterrades über eine bestimmte Anzahl von Umdrehungen des Laufzeugs erfasst, und die erfassten Bewegungen werden mit Hilfe mathematischer Methoden der digitalen Signalverarbeitung in mindestens einen zeitabhängigen Verlauf abgebildet, wobei mit Hilfe des zeitabhängigen Verlaufs eine Abgasturboladerdrehzahl bestimmt wird und ein Drehzahlsignal erzeugt wird, und mit Hilfe des zeitabhängigen Verlaufs mindestens ein Diagnosesignal erzeugt wird.
  • Schließlich beschreibt die DE 11 2007 002 017 T5 ein System zum Erkennen einer Betriebsstörung eines als Teil eines Verbrennungsmotors eingebauten Turboladers, wobei Turbo-Drehzahlsensor die Drehzahl eines Turboladers bestimmt, ein Luftdurchsatzmessungs-Subsystem den Luftdurchsatz durch einen mit dem Turbolader ausgestatteten Motor bestimmt und eine Steuerung, die funktionell mit dem Turbo-Drehzahlsensor und dem Luftdurchsatzmessungs-Subsystem verbunden ist, wobei die Steuerung die gemessene Drehzahl des Turboladers mit einem Turbodrehzahl-Schwellenwert vergleicht, und ferner den gemessenen Luftdurchsatz mit einem Luftdurchsatz-Schwellenwert vergleicht. Im Falle das sowohl die gemessene Drehzahl des Turboladers niedriger als der Turbodrehzahl-Schwellenwert als auch der gemessene Luftdurchsatz niedriger als der Luftdurchsatz-Schwellenwert ist, wird eine Turbolader-Betriebsstörung signalisiert.
  • Die im Kraftfahrzeugbau eingesetzten Turbolader an Dieselmotoren sowie die zu deren Überwachungen und zum Ausgleich eines Fehlerfalls eingesetzten Mittel lassen sich aufgrund der notwendigen erheblich größeren baulichen Dimensionierung der jeweiligen Mittel an Dieselaggregaten, beispielsweise im Schiffsbau, nicht oder nur vereinfacht umsetzen. Hierdurch sind eine zuverlässige Überwachung und insbesondere das aktive Eingreifen im Fehlerfall nur stark begrenzt möglich.
  • Bei einem Schadensfall, welcher binnen einer Sekunde auftritt, führt die Trägheit von Verbrennungskraftmaschine und Turboladern zum Ausfall weiterer Turbolader, da diese entweder die Maximaldrehzahl bzw. die Pumpgrenze innerhalb weniger Sekunden überschreiten. Ein Druckabbau an die Umgebung ist durch ein Containment großer Diesel-Verbrennungskraftmaschinen nicht gewährleistet. Die Leistung der Verbrennungskraftmaschine bricht jedoch nicht so schnell ein, dass sie allein für Detektion genutzt werden kann. Auch die Temperatursensorik ist für so eine Überwachung zu langsam.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Notfallprozedur und eine geeignete Anordnung für den Fehlerfall an einer zweistufigen Abgasturboaufladung, insbesondere für Dieselaggregate, beispielsweise im Schiffsbau, zu entwickeln, welche rechtzeitig, schnell und zuverlässig, ein Überdrehen eines der Turbolader erkennt und somit dessen Zerstörung verhindert.
  • Mit der Erfindung wird im angegebenen Anwendungsfall erreicht, dass ein Verfahren für eine Notfallprozedur im Fehlerfall an einer zweistufigen Abgasturboaufladung einer Verbrennungskraftmaschine und eine zweistufige Abgasturboladeranordnung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden, wobei durch Sensoren die Drehzahl sowohl des Hochdruckturboladers und des Niedrigdruckturboladers als auch und die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine gemeinsam mit der zeitlichen Änderung der Drehzahlen gemessen werden. Hierfür sind die Sensoren mit einer Steuerungseinheit verbunden. Die Messwerte und die zeitlichen Änderungen werden in der Steuerungseinheit erfasst und verglichen. Anhand von Plausibilitätstests der Messungen und der Vergleiche in Form von Gradientenauswertungen wird ein Fehlerfall diagnostiziert, bei welchem ein im Abgaskanal stromauf oder stromab der Hochdruckturbine vorhandenes Abblaseventil mittels der Steuerungseinheit geöffnet wird, so dass die Energie des Abgasstrom von der Hochdruckturbine oder Niedrigdruckturbine abgeleitet wird und eine Zerstörung des Turboladers der Hochdruckstufe bzw. Niedrigdruckstufe vermieden wird. Eine Erkennung eines Sensorfehlers erfolgt zudem durch Gradientenauswertung zumindest eines zweiten Drehzahlsensor am jeweiligen Turbolader bzw. der anderen Drehzahlsensoren am anderen Turbolader.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 7 sowie 9 und 10 dargestellt.
  • Mit der Weiterbildung nach Anspruch 2 werden für die Plausibilitätstests die zeitliche Änderung der Last der Verbrennungskraftmaschine sowie der effektive Mitteldruck der Verbrennungskraftmaschine gemessen und mit der zeitlichen Änderung der Drehzahl des Niedrigdruckturboladers verglichen. Zudem wird ein Fehlerfall zuverlässiger diagnostiziert.
  • Indem nach Anspruch 3 die Leistung der Verbrennungskraftmaschine, der Ladedruck und/oder Abgasdruck gemessen und von der Steuerungseinheit erfasst werden, lassen sich mögliche Fehler, hervorgerufen durch defekte Drehzahlsensoren anhand einer Gradientenauswertung von Soll/Ist-Leistung der Verbrennungskraftmaschine sowie von Lade- und Abgasdrucksensorik zuverlässiger ausschließen.
  • Nach Anspruch 4 erfolgt die Abtastung der Drehzahlen des Hochdruckturboladers, des Niedrigdruckturboladers und der Verbrennungskraftmaschinen mit einer Abtastfrequenz von mindestens 5 Hertz. Hierdurch werden Ausfalltendenzen sowie einsetzende Ausfälle an den Turboladern sowie Sensorausfälle unmittelbar erkannt, so dass unmittelbar Sicherungsmaßnahmen sowie gegebenenfalls erforderliche Wartungsarbeiten eingeleitet werden können.
  • Nach Anspruch 5 wird im Fehlerfall mindestens eine Drosselklappe zumindest stromab des Hochdruckverdichters geschlossen, sowie die Kraftstoffeinspritzung gestoppt. Hierdurch wird ein schnelles Stoppen der Verbrennungskraftmaschine erreicht und gemeinsam mit dem Abblasen stromauf der Hochdruckturbine zuverlässiger eine Zerstörung der Turbolader vermieden. Zudem unterstützt das Schließen eines Abgasrückführungsventils das schnelle Stoppen der Verbrennungskraftmaschine.
  • Nach Anspruch 6 wird ein Abblaseventil stromauf und stromab der Hochdruckturbine geöffnet. Es wird erreicht, dass im Fehlerfall das vorhandene Abgasvolumen oder Puffervolumen vor und zwischen den Turbinen schnell entspannt und somit der weitere gegebenenfalls zerstörende Betrieb der Turbinen sehr schnell unterbrochen wird.
  • Durch das Öffnen von Bypässen um die jeweiligen Turbinen und/oder um deren zugehörigen Verdichter nach Anspruch 7 werden im Fehlerfall die Ladeluft um die Verdichter sowie die Abgase um die Turbinen geleitet. Diese wirksame Methode ein Überdrehen des Turboladers zu vermeiden, reduziert die Gefahr eines Turboladerschadens. Zudem wird erreicht, dass die Verbrennungskraftmaschine, wenn überhaupt nur noch mit geringerer Leistung betrieben wird. Weiterhin werden mittels der Bypässe die aufgebauten Drücke in den Puffervolumen, wie beispielsweise der Ladeluftkühler und der Zwischenkühler gezielt abgebaut.
  • Mit der Weiterbildung nach Anspruch 9 besitzen die Turbinen jeweils einzeln oder gesamt sowie die Verdichter jeweils einzeln oder gesamt einen Bypass. Dieser passive oder steuerbare Bypass ermöglicht im Fehlerfall das gezielte Überbrücken und Abschalten der einzelnen Turbinen und somit der Turboladerstufen. Durch Bypässe ist es möglich, die aufgebauten Drücke in den Puffervolumen der Ladeluftkühler und Zwischenkühler sowie in Rohrleitungen gezielt abzubauen.
  • Indem nach Anspruch 10 stromauf und stromab der Hochdruckturbine im Abgaskanal ein Abblaseventil vorhanden ist, ist ein gezielter Druckabbau stromauf und stromab der Niedrigdruckturbine möglich.
  • Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 ein Struktogramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 2 eine schematische Darstellung einer zweistufigen Abgasturboladeranordnung mit einem Abblaseventil stromauf der Hochdruckturbine,
  • 3 eine schematische Darstellung einer zweistufigen Abgasturboladeranordnung mit einem Abblaseventil stromab der Hochdruckturbine,
  • 4 eine schematische Darstellung einer zweistufigen Abgasturboladeranordnung mit Bypassanordnungen um die Turbinen und
  • 5 eine schematische Darstellung einer zweistufigen Abgasturboladeranordnung an einem V-Motor im Fehlerfall.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren für eine Notfallprozedur im Fehlerfall an einer zweistufigen Abgasturboaufladung mit einem Hochdruckturbolader 17 und einem Niedrigdruckturbolader 18 an einer Verbrennungskraftmaschine 3 sieht vor, dass die Drehzahlen des Hochdruckturboladers 17, des Niedrigdruckturboladers 18 und der Verbrennungskraftmaschine 3 und zudem die zeitliche Änderung der Drehzahlen mittels Drehzahlsensoren 13 gemessen und in einer Steuerungseinheit 4 verglichen werden. Anhand von Plausibilitätstests der Messungen und der Vergleiche wird ein Fehlerfall diagnostiziert. Im Fehlerfall wird im Abgaskanal 5 stromauf oder stromab der Hochdruckturbine 1 ein Abblaseventil 6 mittels der Steuerungseinheit 4 geöffnet.
  • Ein Szenario zur Durchführung des Verfahrens ist in 1 dargestellt. Die Plausibilitätstests in der Steuerungseinheit 4 sehen zunächst die Feststellung eines Fehlers eines Drehzahlsensors 13 vor. Hierfür wird geprüft, ob die Drehzahlsensoren an den Turboladern 17, 18 ordnungsgemäß funktionieren. Dafür wird die Drehzahl des Hochdruckturboladers 17 gemessen und die zeitliche Änderung der Drehzahl des Hochdruckturboladers 17 ermittelt. Weiterhin werden die Drehzahl des Niedrigdruckturboladers 18 und des Motors 3 gemessen. Ist die Drehzahl des Hochdruckturboladers 17 gleich Null oder ist die zeitliche Änderung der Drehzahl des Hochdruckturboladers 17 sehr viel kleiner als für zulässig angesehen und ist zudem die Drehzahl des Motors 3 größer als Null oder die Drehzahl Niedrigdruckturboladers 18 sehr viel größer als Null, so liegt ein Defekt des Drehzahlsensors 13 am Hochdruckturbolader 17 vor. Sind diese Bedingungen nicht erfüllt und ist zudem die zeitliche Änderung der Drehzahl des Niedrigdruckturboladers 18 sehr viel größer als für zulässig angesehen und arbeitet der Motor 3 gleichbleibend, wobei die Motorlast nur eine geringe Änderung aufweist oder die zeitliche Änderung des mittleren Motordrucks in einem zulässigen Bereich liegt, so liegt ein Defekt an einem der Turbolader 17, 18 vor. In diesem Fall ist es notwendig, dass die Abgasdruckvolumen und Puffervolumen zunächst im Abgaskanal entspannt werden müssen um eine schnelles Stoppen der Turbolader zu erreichen. Hierfür wird vorzugsweise ein Abblaseventil 6 stromauf der Hochdruckturbine 1 geöffnet und der Abgasstrom hierüber abgeblasen. Sofern dieser Druckabbau nicht den gewünschten Erfolg bringt, wird zudem ein Turbinenbypass 12 oder ein Abblaseventil 7 zur Überbrückung und Entspannung der Niedrigdruckturbine 2 geöffnet. Um den Motorlauf gegebenenfalls zu stoppen, wird weiterhin die Einspritzung gestoppt. Auch ein Schließen der Drosselklappe 8 stromab des Hochdruckverdichters 9 ist denkbar, um den Motorlauf zu stoppen, um somit das Antreiben der Turbinen 1, 2 zu verhindern. Führen diese genannten Maßnahmen nicht ausreichend zum Erfolg des Motorstops, wird zudem ein gegebenenfalls vorhandenes Abgasrückführungsventil geschlossen.
  • Um die großen zeitlichen Änderungen der Drehzahlen der Turbolader 17, 18 im Fehlerfall schnell feststellen zu können, ist ein häufiges Monitoring der Drehzahlsensoren 13 notwendig. Das Monitoring ist mit einer Abtastfrequenz von mindestens 5 Hertz sinnvoll. Vorzugsweise erfolgt die Abtastung mit einer Abtastfrequenz von 10 Hertz. Zur Sicherstellung der zuverlässigen Funktion und Durchführung des Verfahrens sind die Drehzahlsensoren 13 der Turbinen 17, 18 und des Motors 3, die Bypasse 11, 12, 16 sowie die Abblaseventile 6, 7 mit der Steuereinheit 4 verbunden. Die Bypässe 11, 12, 16 und die Abblassventile 6, 7 werden von der Steuereinheit 4 aktiv gesteuert. Zudem sind die Drosselkappe 8 und die Bypässe 11, 12, 16 mit der Motorsteuerung 15 verbunden.
  • Um bei einem Turboladerausfall Schäden an den Verdichtern 9, 10 zu vermeiden, wird ein die beiden Verdichter überbrückender Bypass geöffnet, wodurch sich der Druck im Ansaugbereich, insbesondere im Ladeluftkühler und Zwischenkühler entspannt.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht vor, dass an dem Hochdruckturbolader 17, dem Niedrigdruckturbolader 18 und dem Motor 3 zumindest jeweils ein, vorzugsweise jeweils zwei Drehzahlsensoren 13 vorhanden und, wie in 2 bis 4 dargestellt, mit der Steuereinheit 4 verbunden sind. Weiterhin ist, wie in 2 und 3 dargestellt, im Abgaskanal 5 stromauf oder stromab des Hochdruckturboladers 17 ein Abblaseventil 6, 7 mit einer Abblaseleitung 14 vorhanden, wobei die Abblaseventile 6, 7 mit der Steuereinheit 4 verbunden sind.
  • In einer besonderen Ausführung, wie in 4 dargestellt, ist das Abblaseventil 7 und die Abblaseleitung 14 stromab der Hochdruckturbine 1 ein Bypass 16 zur Niedrigdruckturbine 2. Dieser Bypass 16 und dessen Ventil ist hierbei entsprechend der Anforderungen so dimensioniert, dass eine schnelle Ansteuerung möglich ist und die geforderte Abgasmenge hindurch geleitet werden kann.
  • Um bei einem Turboladerausfall Schäden an den Verdichtern 9, 10 zu vermeiden, ist, wie in den 2 bis 4 dargestellt, ein gemeinsamer, die beiden Verdichter überbrückender Bypass 11 angeordnet.
  • Die Darstellung einer zweistufigen Abgasturboladeranordnung an einem V-Motor der 5 zeigt einen Ausfall einer der beiden Niederdruckturbolader 18. Der Hochdruckturbolader 17 arbeitet zunächst weiter. Durch den Stillstand des Niederdruckverdichters 10 jedoch kann nur noch eine geringe Menge Abgas durch diesen hindurch geleitet bzw. abgeführt werden. Im Ansaugtrakt wird wiederum nur eine geringe Menge Luft durch den stehenden Niederdruckverdichter 10 geführt, wodurch der arbeitende Hochdruckverdichter 9 eingangsseitig einen Unterdruck erzeugt. Es kommt zu einer Drehzahlerhöhung in den kritischen Bereich. Die Abgase werden nun über, die beiden Abgaskanäle 5 verbindende Wastegate geführt, wobei stromauf und stromab jeweils ein Wastegate und zwischen den Wategates ein die beiden Hochdruckturbinen 1 überbrückender Bypass 12 vorhanden ist. Hierdurch werden die Turbinen 1, 2 der anderen Motorreihe mit mehr Abgas beaufschlagt, wodurch der Motorlauf unsymmetrisch wird. Mit Hilfe eines Bypasses 16 oder eines Abblasen über ein Abblaseventil 7 und einer Abblaseleitung 14 lassen sich die Effekte der Asymmetrie vermeiden. Es ist vielmehr notwendig und mittels des Verfahrens und der Anordnung möglich, den Motor 3 kontrolliert und schnell abzuschalten.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Hochdruckturbine
    2
    Niedrigdruckturbine
    3
    Verbrennungskraftmaschine, Motor
    4
    Steuerungseinheit
    5
    Abgaskanal
    6
    Abblaseventil
    7
    Abblaseventil
    8
    Drosselklappe
    9
    Hochdruckverdichter
    10
    Niedrigdruckverdichter
    11
    Verdichterbypass
    12
    Bypass
    13
    Drehzahlsensor
    14
    Ablaseleitung
    15
    Verbrennungskraftmaschinensteuerung
    16
    Turbinenbypass
    17
    Hochdruckturbolader
    18
    Niedrigdruckturbolader
    19
    Ladeluftkühler
    20
    Zwischenkühler
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102006027422 A1 [0005]
    • DE 102005007558 A1 [0006]
    • DE 19928745 A1 [0007]
    • DE 102011016489 A1 [0008]
    • DE 102010055137 A1 [0009]
    • DE 102007036936 A1 [0010]
    • DE 112007002017 T5 [0011]

Claims (10)

  1. Verfahren für eine Notfallprozedur im Fehlerfall an einer zweistufigen Abgasturboaufladung mit einem Hochdruckturbolader (17) mit Hochdruckturbine (1) und Niedrigdruckturbine (2) und einem Niedrigdruckturbolader (18) mit Hochdruckverdichter (9) und Niedrigdruckverdichter (10) an einer Verbrennungskraftmaschine (3), gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – dass die Drehzahl des Hochdruckturboladers (17), des Niedrigdruckturboladers (18) und der Verbrennungskraftmaschine (3) und zudem die zeitliche Änderung der Drehzahlen mittels Sensoren (13) gemessen und in einer Steuerungseinheit (4) verglichen werden, – dass anhand von Plausibilitätstests der Messungen und der Vergleiche ein Fehlerfall diagnostiziert wird, wobei im Fehlerfall im Abgaskanal (5) stromauf oder stromab der Hochdruckturbine (1) ein Abblaseventil (6, 7) mittels der Steuerungseinheit (4) geöffnet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Plausibilitätstest die zeitliche Änderung der Last und der effektive Mitteldruck der Verbrennungskraftmaschine (3) gemessen und mit der zeitlichen Änderung der Drehzahl des Niedrigdruckturboladers (18) verglichen werden.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung der Verbrennungskraftmaschine (3), der Ladedruck und/oder der Abgasdruck gemessen werden und von der Steuerungseinheit (4) erfasst werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlen des Hochdruckturboladers (17), des Niedrigdruckturboladers (18) und der Verbrennungskraftmaschine (3) mit einer Abtastfrequenz von mindestens 5 Hertz abgetastet werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Fehlerfall zusätzlich mindestens eine Drosselklappe (8) zumindest stromab des Hochdruckverdichters (9) geschlossen und/oder die Kraftstoffeinspritzung gestoppt und/oder zumindest ein Abgasrückführungsventil geschlossen wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Fehlerfall ein Abblaseventil (6, 7) stromauf und stromab der Hochdruckturbine (1) geöffnet wird, wobei das Öffnen der Abblaseventile (6, 7) durch die Steuerungseinheit (4) erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Fehlerfall um die Verdichter (9, 10) jeweils ein einzelner oder ein gemeinsamer Verdichterbypass (11) und/oder um die Niedrigdruckturbine (2) ein Turbinenbypass (16) geöffnet wird, wobei das Öffnen der Bypässe (11, 16) durch die Steuerungseinheit (4) erfolgt.
  8. Zweistufige Abgasturboladeranordnung mit einem mit Hochdruckturbine (1) und Niedrigdruckturbine (2) und einem mit Hochdruckverdichter (9) und Niedrigdruckverdichter (10) an einer Verbrennungskraftmaschine (3) zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – dass an der Hochdruckturbine (1) und der Niedrigdruckturbine (2) und an der Verbrennungskraftmaschine (3) jeweils mindestens ein Drehzahlsensor (13) vorhanden ist, – dass stromauf oder stromab der Hochdruckturbine (1) ein Abblaseventil (6, 7) mit einer Abblaseleitung (14) vorhanden ist und – dass die Drehzahlensensoren (13) und das Abblaseventil (6, 7) mit einer Steuerungseinheit (4) verbunden sind.
  9. Abgasturboladeranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abblaseventil (7) und die Abblaseleitung (14) stromab der Hochdruckturbine (1) als Bypass (16) zur Niedrigdruckturbine (2) ausgeführt und dimensioniert ist.
  10. Abgasturboladeranordnung nach der vorhergehenden Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichter (9, 10) jeweils einzeln oder gemeinsam einen steuerbaren Bypass (11) besitzen.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114738132A (zh) * 2022-04-07 2022-07-12 上海船舶运输科学研究所有限公司 基于实船数据的增压器转速传感器故障诊断方法及系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19928745A1 (de) 1998-06-25 2000-02-03 Caterpillar Inc Turboladerschutz
DE102005007558A1 (de) 2004-02-26 2005-09-15 Scania Cv Ab Verfahren und Anordnung zum Schützen eines Turboladers in einem Fahrzeug gegen Überdrehen
DE102006027422A1 (de) 2006-06-13 2007-12-27 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen eines Abgasturboladers
DE102007036936A1 (de) 2007-08-04 2009-02-05 Daimler Ag Verfahren zur Fehlerdiagnose eines Abgasturboladers für eine Brennkraftmaschine
DE112007002017T5 (de) 2006-08-30 2009-07-23 General Electric Company System und Verfahren zum Erkennen einer Betriebsstörung des Turboladers eines Verbrennungsmotors
DE102010055137A1 (de) 2010-12-18 2012-06-21 Audi Ag Verfahren zum Betreiben eines Kraftwagens mit zwei Turboladern
DE102011016489A1 (de) 2011-04-08 2012-10-11 Continental Automotive Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Drehzahl eines Turboverdichters und Kraftfahrzeug

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19928745A1 (de) 1998-06-25 2000-02-03 Caterpillar Inc Turboladerschutz
DE102005007558A1 (de) 2004-02-26 2005-09-15 Scania Cv Ab Verfahren und Anordnung zum Schützen eines Turboladers in einem Fahrzeug gegen Überdrehen
DE102006027422A1 (de) 2006-06-13 2007-12-27 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen eines Abgasturboladers
DE112007002017T5 (de) 2006-08-30 2009-07-23 General Electric Company System und Verfahren zum Erkennen einer Betriebsstörung des Turboladers eines Verbrennungsmotors
DE102007036936A1 (de) 2007-08-04 2009-02-05 Daimler Ag Verfahren zur Fehlerdiagnose eines Abgasturboladers für eine Brennkraftmaschine
DE102010055137A1 (de) 2010-12-18 2012-06-21 Audi Ag Verfahren zum Betreiben eines Kraftwagens mit zwei Turboladern
DE102011016489A1 (de) 2011-04-08 2012-10-11 Continental Automotive Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Drehzahl eines Turboverdichters und Kraftfahrzeug

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114738132A (zh) * 2022-04-07 2022-07-12 上海船舶运输科学研究所有限公司 基于实船数据的增压器转速传感器故障诊断方法及系统
CN114738132B (zh) * 2022-04-07 2023-06-20 上海船舶运输科学研究所有限公司 基于实船数据的增压器转速传感器故障诊断方法及系统

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