DE102018220735A1

DE102018220735A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose eines Unterstützungsantriebs einer elektrisch unterstützten Aufladeeinrichtung für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102018220735A1
Application number: DE102018220735.6A
Authority: DE
Inventors: Benedikt Alt; Matthias Bitzer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-11-30
Filing date: 2018-11-30
Publication date: 2020-06-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose einer abgasgetriebenen elektrisch unterstützten Aufladeeinrichtung (6) für einen Verbrennungsmotor (2), wobei die Aufladeeinrichtung (6) mit einem elektrischen Unterstützungsantrieb (65) gekoppelt ist, der ein zusätzliches Moment zur Verdichtung von Ladeluft bereitstellt, mit folgenden Schritten:
- Feststellen (S4) eines Fehlers des Unterstützungsantriebs (65) abhängig von einer gemessenen Laderdrehzahl (nmess) der Aufladeeinrichtung (6) und von mindestens einer elektrischen Betriebsgröße des Betriebs des Unterstützungsantriebs (65);
- Signalisieren (S5) des festgestellten Fehlers des Unterstützungsantriebs (65).

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft aufgeladene Verbrennungsmotoren, und insbesondere Verfahren zur Diagnose von Aufladeeinrichtungen für Verbrennungsmotoren. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zur Diagnose einer elektrisch unterstützten Aufladeeinrichtung.
Technischer Hintergrund
Mit dem Downsizing von Verbrennungsmotoren ist es erforderlich, einen hohen Luftmassendurchsatz durch die Brennräume der Zylinder des Verbrennungsmotors bereitzustellen. Dies erfordert eine entsprechend dimensionierte Aufladeeinrichtung, die einen Verdichter aufweist, durch den einlassseitig des Verbrennungsmotors verdichtete Frischluft bereitgestellt wird. Aufladeeinrichtungen für Verbrennungsmotoren sind üblicherweise abgasgetrieben, d.h. die Abgasenthalpie des Verbrennungsabgases, das von dem Verbrennungsmotor ausgestoßen wird, wird in mechanische Energie für den Antrieb des Verdichters genutzt.
Um den Luftmassendurchsatz für moderne Verbrennungsmotoren entsprechend zu erhöhen, wird der Ansatz verfolgt, den Durchmesser der Turbine und des Verdichters zu erhöhen, um eine höhere Turbinenleistung und eine höhere Verdichterleistung bereitzustellen. Da ein größerer Durchmesser aufgrund des höheren Massenträgheitsmoments zu einem schlechteren Beschleunigungsverhalten führt, wird zusehends vorgesehen, die abgasgetriebene Aufladeeinrichtung mit einem elektrischen Unterstützungsantrieb zu versehen, der ein entsprechendes Zusatzmoment auf die Welle der Aufladeeinrichtung aufbringen kann. Der Einsatz des Unterstützungsantriebs ist insbesondere in Betriebsbereichen hilfreich, in denen nur wenig Abgasenthalpie zur Verfügung gestellt wird.
Der Unterstützungsantrieb ist in der Regel als direkt an der Welle angeordneter Elektromotor ausgebildet. Dieser ist häufig als bürstenloser Elektromotor, insbesondere als Synchron- oder Asynchronmaschine vorgesehen, wobei die Motorwelle direkt der Welle der Aufladeeinrichtung entspricht.
Aus der Druckschrift DE10 2012 209 415 A1 ist ein Verfahren zum Überprüfen eines Aufladeeinrichtungsstellgebers für eine Aufladeeinrichtung eines aufgeladenen Verbrennungsmotors bekannt. Das Verfahren umfasst ein Verstellen des Aufladeeinrichtungsstellgebers von einer ersten Stellung zu einer zweiten Stellung; ein Bestimmen einer Drehzahländerungsangabe, die von der Änderung der Drehzahl der Aufladeeinrichtung aufgrund der Verstellung abhängt; und ein Feststellen einer Fehlfunktion des Aufladeeinrichtungsstellgebers abhängig von der Drehzahländerungsangabe.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zur Diagnose einer abgasgetriebenen elektrisch unterstützten Aufladeeinrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung und ein Motorsystem gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zur Diagnose einer abgasgetriebenen elektrisch unterstützten Aufladeeinrichtung für einen Verbrennungsmotor vorgesehen, wobei die Aufladeeinrichtung mit einem elektrischen Unterstützungsantrieb gekoppelt ist, der ein zusätzliches Moment zur Verdichtung von Ladeluft bereitstellt, mit folgenden Schritten:

- Feststellen eines Fehlers des Unterstützungsantriebs abhängig von einer gemessenen Laderdrehzahl der Aufladeeinrichtung und von mindestens einer elektrischen Betriebsgröße des Betriebs des Unterstützungsantriebs;
- Signalisieren des festgestellten Fehlers des Unterstützungsantriebs.

Um sicherzugehen, dass eine elektrisch unterstützte Aufladung für einen Verbrennungsmotor in allen Betriebssituationen des Motorsystems auf einen elektrischen Unterstützungsantrieb zugreifen kann, muss die Funktionsfähigkeit des elektrischen Unterstützungsantriebs permanent sichergestellt werden. Dies wird durch eine regelmäßige oder kontinuierliche Funktionsprüfung bzw. Diagnose erreicht.
Für die Diagnose steht allgemein mindestens eine elektrische Betriebsgröße des Unterstützungsantriebs, wie z.B. Phasenspannungen, Phasenströme, eine Batteriespannung sowie ein Batteriestrom zur Verfügung. Das obige Verfahren schlägt vor, abhängig von einer elektrischen Betriebsgröße des Betriebs des Unterstützungsantriebs und der Laderdrehzahl der Aufladeeinrichtung eine Diskrepanz festzustellen und daraus auf einen Fehler des Unterstützungsantriebs zu schließen.
Beim Auftreten der Diskrepanz kann man davon ausgehen, dass die Aufladeeinrichtung einer erhöhten Reibung ausgesetzt ist oder gar blockiert ist.
Das obige Verfahren nutzt für die Funktionsüberwachung die Drehzahl und die mindestens eine elektrische Betriebsgröße und ermöglicht es, einerseits eine Fehlfunktion so frühzeitig zu erkennen, dass eine defekte Komponente rechtzeitig ausgetauscht werden kann, bevor z.B. infolge eines Blockierens einer blockierten Aufladeeinrichtung weitere Folgeschäden am Gesamtsystem auftreten können.
Andererseits kann eine Fehlfunktion des elektrischen Unterstützungsantriebs auch frühzeitig an eine überlagerte Funktion kommuniziert werden, so dass eine Ersatzfunktion ausgeführt werden kann, die die Aufladeeinrichtung ohne den Unterstützungsantrieb betreibt.
Weiterhin kann der Fehler des Unterstützungsantriebs abhängig von einer Abweichung zwischen der gemessenen Laderdrehzahl der Aufladeeinrichtung und einer aus den elektrischen Betriebsgrößen für die Phasenstränge des Unterstützungsantriebs modellierten Laderdrehzahl der Aufladeeinrichtung festgestellt werden.
Insbesondere kann die modellierte Laderdrehzahl des Unterstützungsantriebs durch ein sensorloses Lageerfassungsverfahren ermittelt werden und der Fehler des Unterstützungsantriebs abhängig von einer Abweichung zwischen der gemessenen Drehzahl und der modellierten Drehzahl festgestellt werden.
Weiterhin kann das sensorlose Lageerfassungsverfahren umfassen, als die elektrischen Betriebsgrößen des Unterstützungsantriebs einen Verlauf des elektrischen Lagewinkels abhängig von Phasenspannungen und Phasenströmen zu bestimmen und den ermittelten Verlauf des elektrischen Lagewinkels abzuleiten, um die modellierte Laderdrehzahl zu ermitteln.
Es kann vorgesehen sein, dass bei Vorliegen eines generatorischen Betriebs des Unterstützungsantriebs der Fehler des Unterstützungsantriebs abhängig von einer Abweichung einer Leistungsdifferenz zwischen einer Turbinenleistung und einer Verdichterleistung und einer von dem Unterstützungsantrieb aufgenommenen elektrischen Leistung, die durch eine Eingangsspannung für den Unterstützungsantrieb und Eingangsstrom in den Unterstützungsantrieb bestimmt wird, festgestellt wird.
Insbesondere kann die Turbinenleistung abhängig von einem Druckverhältnis über der Abgasturbine der Aufladeeinrichtung und abhängig von der gemessenen Laderdrehzahl ermittelt werden und/oder die Verdichterleistung abhängig von einem Druckverhältnis über dem Laderverdichter der Aufladeeinrichtung und abhängig von der gemessenen Laderdrehzahl mithilfe eines für den Laderverdichter vorgegebenen Verdichterkennfelds ermittelt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann bei Vorliegen eines Unterstützungsbetriebs des Unterstützungsantriebs der Fehler des Unterstützungsantriebs abhängig von einer Abweichung einer mechanischen Leistung des Unterstützungsantriebs und einer von dem Unterstützungsantrieb aufgenommenen elektrischen Leistung festgestellt werden.
Insbesondere kann die mechanische Leistung des Unterstützungsantriebs abhängig von den Phasenströmen des Unterstützungsantriebs und einem elektrischen Lagewinkel, der gemessen wird oder durch ein sensorloses Lageerfassungsverfahren bestimmt wird, und einer gemessenen Laderdrehzahl bestimmt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zur Diagnose einer abgasgetriebenen elektrisch unterstützten Aufladeeinrichtung für einen Verbrennungsmotor, wobei die Aufladeeinrichtung mit einem elektrischen Unterstützungsantrieb gekoppelt ist, der ein zusätzliches Moment zur Verdichtung von Ladeluft bereitstellt, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um:

- einen Fehler des Unterstützungsantriebs abhängig von einer gemessenen Laderdrehzahl der Aufladeeinrichtung und von mindestens einer elektrischen Betriebsgröße des Betriebs des Unterstützungsantriebs festzustellen;
- den Fehler des Unterstützungsantriebs zu signalisieren.

Figurenliste
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Motorsystems mit einem aufgeladenen Verbrennungsmotor mit einer abgasgetriebenen, elektrisch unterstützten Aufladeeinrichtung;
2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Diagnose der abgasgetriebenen, elektrisch unterstützten Aufladeeinrichtung; und
3 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines weiteren Verfahrens zur Diagnose der abgasgetriebenen, elektrisch unterstützten Aufladeeinrichtung der 1.

Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt ein Motorsystem 1 mit einem Verbrennungsmotor 2, der eine Anzahl von Zylindern 3 aufweist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind beispielhaft vier Zylinder 3 bereitgestellt. Der Verbrennungsmotor 2 kann als Diesel- oder Ottomotor ausgebildet sein.
Dem Verbrennungsmotor 2 wird in an sich bekannter Weise Umgebungsluft über ein Luftzuführungssystem 4 zugeführt. Verbrennungsabgas wird aus den Zylindern 3 über ein Abgassystem 5 abgeführt. Das Luftzuführungssystem 4 steht über Einlassventile (nicht gezeigt) mit den Zylindern 3 des Verbrennungsmotors 2 in an sich bekannter Weise zur Zuführung von Gas in die Brennräume der Zylinder 3 in Verbindung. Verbrennungsabgas wird über entsprechende Auslassventile (nicht gezeigt) in das Abgassystem 5 in an sich bekannter Weise ausgestoßen.
Es kann eine Aufladeeinrichtung 6 vorgesehen sein, die eine Abgasturbine 61 im Abgassystem 5 aufweist und einen Laderverdichter 62 im Luftzuführungssystem 4 aufweist. Die Abgasturbine 61 ist mit dem Laderverdichter 62 mechanisch, z.B. über eine Welle 64 gekoppelt, so dass Abgasenthalpie, die in der Abgasturbine 61 in mechanische Energie umgesetzt wird, zur Verdichtung von aus der Umgebung entnommener Umgebungsluft in dem Laderverdichter 62 verwendet wird. Die Menge bzw. der Anteil an in mechanische Energie umgesetzter Abgasenthalpie kann durch einen an oder in der Abgasturbine 61 angeordneten Ladersteller 63 (VTG-Steller, Wastegate-Steller oder dergleichen) variabel eingestellt werden.
Stromabwärts des Laderverdichters 62 kann ein Ladeluftkühler 7 zum Kühlen der verdichteten Ladeluft vorgesehen sein. Dadurch wird die Dichte der Ladeluft erhöht und die Luftfüllung in den Zylindern bei gleichem Volumen erhöht werden.
Es ist eine Unterstützung der Verdichtung durch den Laderverdichter 62 mithilfe eines Unterstützungsantriebs 65 (als Elektroantrieb) in der Aufladeeinrichtung 6 vorgesehen. Der Unterstützungsantrieb 65 kann zusätzliche mechanische Energie über die mechanische Kopplung zwischen der Abgasturbine 61 und dem Laderverdichter 62 einbringen, so dass der Laderverdichter 62 durch Zusammenwirken mit von der Abgasturbine 61 bereitgestellten mechanischen Energie oder auch unabhängig von von der Abgasturbine 61 bereitgestellter mechanischer Energie betrieben werden kann.
Durch die Kopplung des Laderverdichters 62 mit einem Elektroantrieb kann in dem Laderverdichter 62 gewonnene mechanische Energie auch generatorisch in elektrische Energie umgewandelt werden, so dass der Laderverdichter 62 der abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung 6 abhängig von einem Betriebszustand des Motorsystems 1 in einem Rekuperationsbetrieb betrieben werden kann.
Weiterhin ist ein Drehzahlsensor 66 vorgesehen, der eine Angabe zu der Laderdrehzahl nmess der Aufladeeinrichtung bereitstellt.
Der Ladeluftabschnitt 41 kann durch eine Drosselklappe 9 stromabwärts begrenzt werden. Zwischen der Drosselklappe 9 und Einlassventilen (nicht gezeigt) der Zylinder 3 des Verbrennungsmotors 2 befindet sich ein Saugrohrabschnitt 42 des Luftzuführungssystems 4. In einer alternativen Ausführungsform kann der Ladeluftkühler 7 auch stromabwärts der Drosselklappe 9 angeordnet sein.
Zwischen einem Abschnitt des Abgassystems 5, der sich zwischen Auslassventilen (nicht gezeigt) der Zylinder 3 des Verbrennungsmotors 2 und der Turbine 61 befindet, kann eine Abgasrückführungsleitung 10 in den Saugrohrabschnitt 42 führen. In der Abgasrückführungsleitung 10 kann ein Abgasrückführungsventil 11 angeordnet sein, um die Höhe des rückgeführten Abgasmassenstroms einstellen zu können. In der Abgasrückführungsleitung 10 kann weiterhin ein (nicht gezeigter) Abgaskühler angeordnet sein, um die Temperatur des rückgeführten Abgases zu reduzieren. Anstelle der durch die Abgasrückführungsleitung 10 realisierten Abgasrückführung kann auch durch einen variablen Ventiltrieb für die Einlass- und Auslassventile realisiert werden. Eine Abgasrückführung ergibt sich durch Öffnen des Einlassventils bei noch geöffnetem Auslassventil, so dass durch den Unterdruck im Saugrohrabschnitt 42 Verbrennungsabgas aus dem Abgassystem in die betreffenden Zylinder eingesaugt wird, um dort die gewünschte Menge an Verbrennungsabgas vorzusehen.
Es ist eine Steuereinheit 15 vorgesehen, die den Verbrennungsmotor 2 in an sich bekannter Weise durch Stellen der Stellgeber, wie beispielsweise der Drosselklappe 9, des Laderstellers 63, des Abgasrückführungsventils 11, von Kraftstoffeinspritzventilen zur Vorgabe der Menge an eingespritztem Kraftstoff (nicht gezeigt) und weitere entsprechend eines durch Sensoren oder physikalischen Modellen ermittelten momentanen Betriebszustand des Verbrennungsmotors 2 und entsprechend einer Vorgabe, beispielsweise einem Fahrerwunschmoment, betreibt.
Der Unterstützungsantrieb 65 wird gesteuert durch die Steuereinheit 15 mit elektrischer Energie versorgt. Dazu kann der Unterstützungsantrieb 65 beispielsweise als ein elektronisch kommutierter Elektromotor ausgebildet sein, der mehrphasig ist und durch ein geeignetes Kommutierungschema betrieben wird. Elektrische Betriebsgrößen des Elektroantriebs, wie z.B. Phasenspannungen und/oder Phasenströme, können durch geeignete Spannungssensoren bzw. durch entsprechende Stromsensoren gemessen werden.
Mithilfe der 2 wird ein Betriebsverfahren zum Betreiben eines Motorsystems 1 mit einem Verbrennungsmotor mit einer elektrisch unterstützten Aufladung, wie beispielhaft in der 1 dargestellt ist, beschrieben. Das Verfahren kann in der Steuereinheit 15 oder in einer sonstigen Datenverarbeitungseinrichtung durchgeführt werden.
In Schritt S1 wird zunächst die Laderdrehzahl nmess der Aufladeeinrichtung 6 mithilfe des Drehzahlsensors 66 gemessen.
In Schritt S2 werden die Phasenströme und die Phasenspannungen der Phasenstränge des elektrisch kommutierten Unterstützungsantriebs gemessen oder ggfs. in an sich bekannter Weise aus übrigen elektrischen Betriebsgrößen modelliert. Beispielsweise kann mithilfe einer Phasenstrombilanz, ein Phasenstrom aus den übrigen Phasenströmen ermittelt werden.
In Schritt S3 wird aus den ermittelten Phasenspannungen und ermittelten Phasenströmen abhängig von einer Rotorlage, die von dem Drehzahlsensor 66 oder in sonstiger Weise gemessen oder mithilfe eines an sich bekannten sensorlosen Lageermittlungsverfahrens bereitgestellt werden kann, eine modellierte Laderdrehzahl n_mod eines intakten, d.h. ordnungsgemäß arbeitenden elektrischen Unterstützungsantrieb 65 ermittelt.
Hierzu werden die Phasenspannungen Ua,Ub,Uc und Phasenströme ia,ib,ic in ein vorgegebenes statorfestes Koordinatensystem transformiert. $[\begin{matrix} u_{α} \\ u_{β} \end{matrix}] = [\begin{matrix} 1 & 0 \\ \frac{1}{\sqrt{3}} & \frac{2}{\sqrt{3}} \end{matrix}] [\begin{matrix} u_{a} \\ u_{b} \end{matrix}]$
$[\begin{matrix} i_{α} \\ i_{β} \end{matrix}] = [\begin{matrix} 1 & 0 \\ \frac{1}{\sqrt{3}} & \frac{2}{\sqrt{3}} \end{matrix}] [\begin{matrix} i_{a} \\ i_{b} \end{matrix}]$
Man erhält die statorfesten Phasenspannungen u_α , u_β und Phasenströme i_α , i_β . Anschließend werden mithilfe des Phasenstrangwiderstands R, der für jeden Phasenstrang identisch ist, und der entsprechenden Induktivität L jedes Phasenstrangs die Flüsse ϕ_α, ϕ_β bezüglich des statorfesten Koordinatensystems bestimmt. Aus diesen berechneten magnetischen Flüssen ϕ_α, ϕ_β lässt sich schließlich über die Arcustangens-Funktion der tatsächliche elektrische Lagewinkel der Rotorposition ermitteln. Über die zeitliche Ableitung über den Verlauf des elektrischen Lagewinkels ergibt sich die entsprechende Winkelgeschwindigkeit bzw. Laderdrehzahl n_mod . Es gilt: $φ = a t a n (\frac{ϕ_{β}}{ϕ_{α}})$
$n_{m o d} = \frac{30}{π} \frac{φ (t) - φ (t - 1)}{Δ t}$
Die modellierte Drehzahl wird über eine numerische Zeitableitung aus dem Lagewinkel berechnet.
In Schritt S4 wird die so ermittelte modellierte Laderdrehzahl n_mod mit der in Schritt S1 gemessenen Laderdrehzahl nmess verglichen. Wird festgestellt, dass eine Abweichung zwischen der modellierten Laderdrehzahl n_mod und der gemessenen Laderdrehzahl nmess vorliegt (Alternative: Ja), so wird in Schritt S5 ein Fehler des Unterstützungsantriebs 65 signalisiert. Anderenfalls wird zum Schritt S1 zurückgesprungen.
In 3 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines weiteren Verfahrens zur Diagnose der Aufladeeinrichtung 6 beschrieben. Zunächst wird in Schritt S11 die elektrische Eingangsleistung am Unterstützungsantrieb 65 entsprechend dem Produkt der gemessenen Eingangsspannung (Batteriespannung) und dem gemessenen Eingangsstrom (Batteriestrom) bestimmt.
In Schritt S12 wird überprüft, ob der Unterstützungsantrieb 65 elektromotorisch, also unterstützend, oder generatorisch betrieben wird. Diese Angabe steht in der Steuereinheit 15 zur Verfügung, die den Unterstützungsantrieb 65 betreibt und hängt davon ab, ob die Laderdrehzahl erhöht (elektromotorischer Betrieb) oder verringert (generatorischer Betrieb) werden soll.
Wird der Unterstützungsantrieb elektromotorisch betrieben (Alternative: „1“), so wird in Schritt S13 die mechanische Leistung P_mot des Unterstützungsantriebs aus der gemessenen Winkelgeschwindigkeit ω und dem elektrischen Moment Mmot ermittelt: $P_{m o t} = M_{m o t} \cdot ω$
Das elektrische Moment Mmot des Unterstützungsantriebs 65 lässt sich aus den gemessenen Phasenströmen und der berechneten Rotorposition bestimmen: $M_{m o t} = sin (φ) I_{a} + sin (φ - \frac{2}{3} π) I_{c}$
Der elektrische Lagewinkel φ der Rotorposition kann entsprechend dem obigen Verfahren aus den gemessenen Phasenspannungen und den gemessenen Phasenströmen gemäß einem sensorlosen Lageermittlungsverfahren bestimmt werden.
Anschließend wird in Schritt S14 die zugeführte elektrische Eingangsleistung der Aufladeeinrichtung mit der mechanischen Leistung P_mot des Unterstützungsantriebs verglichen. Wird eine Abweichung erkannt, die auf einen Fehler des elektrischen Unterstützungsantriebs 65 schließen lässt, insbesondere größer ist als ein vorgegebener Differenzbetrag (Alternative: Ja), so wird in Schritt S15 ein Fehler des Unterstützungsantriebs 65 signalisiert, anderenfalls (Alternative: Nein) wird zu Schritt S11 zurückgesprungen.
Wird in Schritt S13 festgestellt, dass der Unterstützungsantrieb generatorisch betrieben wird (Alternative: „2“), so wird in Schritt S16 die Leistung P_Luftsys der Aufladeeinrichtung ermittelt. Bei der mechanischen Leistung, die aus der Abgasenthalpie ermittelt wird, muss sowohl die mechanische Verdichterleistung P_comp als auch die mechanische Turbinenleistung P_turb berechnet werden. Die Differenz aus der Turbinenleistung und Verdichterleistung ergibt schließlich die mechanische Leistung P_Luftsys der Aufladeeinrichtung, die aus der Abgasenthalpie gewonnen werden kann. $P_{L u f t s y s} = P_{t u r b} - P_{c o m p}$
Bei der mechanischen Turbinenleistung P_turb werden die Drücke P vor und hinter der Abgasturbine 61, die Temperatur vor der Abgasturbine 61 und die Laderdrehzahl als Messgrößen benötigt. Zunächst wird das Druckverhältnis π_turb über der Abgasturbine 61 berechnet: $π_{t u r b} = \frac{P_{4}}{P_{3}}$
Anschließend wird die reduzierte Turbinendrehzahl n_red,turb in Abhängigkeit einer Referenztemperatur T_ref , der gemessenen Temperatur T₃₁ vor der Abgasturbine 61 und der Laderdrehzahl der Aufladeeinrichtung 6 berechnet: $n_{r e d, t u r b} = n_{T C} \sqrt{\frac{T_{r e f}}{T_{31}}}$
Mit der reduzierten Laderdrehzahl n_red,turb und dem Druckverhältnis über der Abgasturbine 61 lässt sich schließlich der reduzierte Massenstrom ṁ_red,turb oder Wirkungsgrad η_turb der Abgasturbine 61 bestimmen: $\begin{matrix} {\dot{m}}_{r e d, t u r b} = f_{t u r b, l} (n_{r e d, t u r b}, π_{t u r b}) & η_{t u r b} = f_{t u r b,2} (n_{r e d, t u r b}, π_{t u r b}) \end{matrix}$
Die Turbinenleistung P_turb ergibt sich dann aus $P_{t u r b} = {\dot{m}}_{r e d, t u r b} \frac{P_{3}}{P_{r e f}} \sqrt{\frac{T_{r e f}}{T_{3}}} Δ h_{t u r b}$
Diese hängt sowohl von dem reduzierten Massenstrom ṁ_red,turb, dem Druck und der Temperatur vor der Abgasturbine 61 und dem Enthalpiegewinn Δh_turb ab, die durch die Abgasturbine 61 zustande kommen. Dabei lässt sich der Enthalpiegewinn Δh_turb durch die Abgasturbine 61 in Abhängigkeit des berechneten Wirkungsgrads η_turb , der spezifischen Wärmekapazität von Luft, der Temperatur vor der Abgasturbine 61, dem Druckverhältnis und dem isentropen Exponenten berechnen: $Δ h_{t u r b} = \frac{1}{η_{t u r b}} c_{p} T_{3} (1 - π_{t u r b}^{\frac{k - 1}{k}})$
Die mechanische Leistung, die der Laderverdichter 62 benötigt, wird ähnlich berechnet wie die Leistung, die die Abgasturbine 61 abgibt. Insbesondere werden die Drücke eingangsseitig und ausgangsseitig des Laderverdichters 62, die Temperatur eingangsseitig des Laderverdichters 62 und die Drehzahl der Aufladeeinrichtung 6 verwendet. Es ergibt sich als Druckverhältnis über den Laderverdichter 62: $π_{c o m p} = \frac{P_{20}}{P_{1}}$
$P_{20} = P_{21} + Δ P_{c a c}$
Weiterhin wird die reduzierte Laderdrehzahl n_red,comp für den Laderverdichter 62 aus der gemessenen Drehzahl, einer Referenztemperatur und einer gemessenen Temperatur eingangsseitig des Laderverdichters 62 berechnet: $n_{r e d, c o m p} = n_{T C} \sqrt{\frac{T_{r e f}}{T_{1}}}$
Mit der reduzierten Laderdrehzahl n_red,comp und dem Druckverhältnis (π_comp ) über dem Laderverdichter 62 lassen sich schließlich der reduzierte Massenstrom ṁ_red,comp und der Wirkungsgrad des Laderverdichters 62 mithilfe eines Verdichterkennfelds bestimmen. Die Verdichterleistung Pcomp hängt vom reduzierten Massenstrom, dem Druck und der Temperatur eingangsseitig des Laderverdichters 62 und dem Enthalpieverlust ab, der durch den Laderverdichter 62 zustande kommt. Der Enthalpieverlust durch den Laderverdichter 62 lässt sich in Abhängigkeit des berechneten Wirkungsgrads, der spezifischen Wärmekapazität von Luft, der Temperatur T₁ eingangsseitig des Laderverdichters 62, dem Druckverhältnis und den isentropen Exponenten berechnen: $P_{c o m p} = {\dot{m}}_{r e d, c o m p} \frac{P_{1}}{P_{r e f}} \sqrt{\frac{T_{r e f}}{T_{1}}} Δ h_{c o m p}$
Anschließend wird in Schritt S17 die mechanische Leistung der Aufladeeinrichtung 6 berechnet, die sich wie folgt ergibt: $P_{L u f t s y s} = P_{t u r b} - P_{c o m p}$
mit der zugeführten elektrischen Eingangsleistung des Unterstützungsantriebs 65 verglichen. Wird eine Abweichung erkannt, die auf einen Fehler des elektrischen Unterstützungsantriebs 65 schließen lässt, insbesondere größer ist als ein vorgegebener Differenzbetrag (Alternative: Ja), so wird in Schritt S15 ein Fehler des Unterstützungsantriebs 65 signalisiert, anderenfalls (Alternative: Nein) wird zu Schritt S11 zurückgesprungen.
Das Signalisieren des Fehlers kann durch Eintrag in einem Fehlerspeicher, der während eines Werkstatttermins ausgelesen werden kann, durch akustische oder visuelle Signalgeber und/oder durch Vorgeben einer Sicherheitsmotorfunktion, die vorgibt, dass der Verbrennungsmotor 2 in einem abgesicherten Zustand betrieben wird, angezeigt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012209415 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Diagnose einer abgasgetriebenen elektrisch unterstützten Aufladeeinrichtung (6) für einen Verbrennungsmotor (2), wobei die Aufladeeinrichtung (6) mit einem elektrischen Unterstützungsantrieb (65) gekoppelt ist, der ein zusätzliches Moment zur Verdichtung von Ladeluft bereitstellt, mit folgenden Schritten: - Feststellen (S4) eines Fehlers des Unterstützungsantriebs (65) abhängig von einer gemessenen Laderdrehzahl (nmess) der Aufladeeinrichtung (6) und von mindestens einer elektrischen Betriebsgröße des Betriebs des Unterstützungsantriebs (65); - Signalisieren (S5) des festgestellten Fehlers des Unterstützungsantriebs (65).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Fehler des Unterstützungsantriebs (65) abhängig von einer Abweichung zwischen der gemessenen Laderdrehzahl (nmess) der Aufladeeinrichtung (6) und einer aus den elektrischen Größen für die Phasenstränge des Unterstützungsantriebs (65) modellierten Laderdrehzahl (n_mod) der Aufladeeinrichtung (6) festgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die modellierte Laderdrehzahl (n_mod) des Unterstützungsantriebs (65) durch ein sensorloses Lageerfassungsverfahren ermittelt wird und der Fehler des Unterstützungsantriebs (65) abhängig von einer Abweichung zwischen der gemessenen Laderdrehzahl (nmess) und der modellierten Laderdrehzahl (n_mod) festgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das sensorlose Lageerfassungsverfahren umfasst, einen Verlauf des elektrischen Lagewinkels abhängig von Phasenspannungen und Phasenströmen als die elektrischen Größen des Unterstützungsantriebs (65) zu bestimmen und den Verlauf des elektrischen Lagewinkels abzuleiten, um die modellierte Laderdrehzahl (n_mod) zu ermitteln.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei bei Vorliegen eines generatorischen Betriebs des Unterstützungsantriebs (65) der Fehler des Unterstützungsantriebs (65) abhängig von einer Abweichung einer Leistungsdifferenz zwischen einer Turbinenleistung (P_turb) und einer Verdichterleistung (P_comp) und einer von dem Unterstützungsantrieb (65) aufgenommenen elektrischen Leistung, die durch eine Eingangsspannung für den Unterstützungsantrieb (65) und Eingangsstrom in den Unterstützungsantrieb (65) bestimmt wird, festgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Turbinenleistung abhängig von einem Druckverhältnis (π_turb) über der Abgasturbine (61) der Aufladeeinrichtung (6) und abhängig von der gemessenen Laderdrehzahl (nmess) ermittelt wird und/oder wobei die Verdichterleistung (P_comp) abhängig von einem Druckverhältnis (π_comp) über dem Laderverdichter (62) der Aufladeeinrichtung (6) und abhängig von der gemessenen Laderdrehzahl (nmess) mithilfe eines für den Laderverdichter (62) vorgegebenen Verdichterkennfelds ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei bei Vorliegen eines Unterstützungsbetriebs des Unterstützungsantriebs (65) der Fehler des Unterstützungsantriebs (65) abhängig von einer Abweichung einer mechanischen Leistung (P_mot) des Unterstützungsantriebs (65) und einer von dem Unterstützungsantrieb (65) aufgenommenen elektrischen Leistung festgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die mechanische Leistung (P_mot) des Unterstützungsantriebs (65) abhängig von den Phasenströmen des Unterstützungsantriebs (65) und einem elektrischen Lagewinkel, der gemessen wird oder durch ein sensorloses Lageerfassungsverfahren bestimmt wird, und einer gemessenen Laderdrehzahl (n_mess) bestimmt wird.
Vorrichtung zur Diagnose einer abgasgetriebenen elektrisch unterstützten Aufladeeinrichtung (6) für einen Verbrennungsmotor (2), wobei die Aufladeeinrichtung (6) mit einem elektrischen Unterstützungsantrieb (65) gekoppelt ist, der ein zusätzliches Moment zur Verdichtung von Ladeluft bereitstellt, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um: - einen Fehler des Unterstützungsantriebs (65) abhängig von einer gemessenen Laderdrehzahl (nmess) der Aufladeeinrichtung (6) und von mindestens einer elektrischen Betriebsgröße des Betriebs des Unterstützungsantriebs (65) festzustellen; - den Fehler des Unterstützungsantriebs (65) zu signalisieren.
Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 10 gespeichert ist.