DE19513156C1 - Turboaufgeladene Brennkraftmaschine mit einer Fehlererkennung und Verfahren zum Betreiben einer turboaufgeladenen Brennkraftmaschine mit einer Fehlererkennung - Google Patents

Turboaufgeladene Brennkraftmaschine mit einer Fehlererkennung und Verfahren zum Betreiben einer turboaufgeladenen Brennkraftmaschine mit einer Fehlererkennung

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Description

Die Erfindung betrifft allgemein turboaufgeladene Brennkraftmaschinen, die zumindest zwei Abgasstränge mit jeweils in den Abgassträngen angeordneten Abgasturboladern, einen gemeinsamen Luftmassenmesser, einen auf alle Abgasturbolader wirkenden Ladedrucksteller, und einen Luftmassenregler, der durch Ansteuerung des Ladedruckstellers den Wert der Luftmasse einem Sollwert nachführt, aufweisen.
Bei derartigen Brennkraftmaschinen, tritt das Problem auf, daß z. B. durch einen defekten Abgasturbolader oder durch einen verstopften Katalysator in einem der Abgasstränge einseitig eine Regelabweichung hervorgerufen wird. Diese Fehler sind besonders kritisch, da der Luftmassenregler versucht, über den verbleibenden Abgasturbolader des freien Abgasstranges den Luftmassen-Sollwert zu erreichen. Dies kann zu kritischen Turbolader-Drehzahlen und damit zur Zerstörung desselben führen. Gleiches gilt auch für eine Luftdruckregelung und alle anderen, auf den Gesamtluftstrom einwirkenden Regelungen.
Aus der US 4,691,521 ist bereits eine turboaufgeladene Brennkraftmaschine mit einem auf den Abgasturbolader wirkenden Stelleinrichtung 21 für die zugeführte Luft bekanntgeworden. Als Regelgröße wird dort der Ladedruck herangezogen. Ausgeregelt wird die ermittelte Regelabweichung vom gewünschten Zielladedruck. Eine über die Abweichung vom gewünschten Zielladedruck hinausgehende Fehlerkennung ist nicht vorgesehen, so daß bei nicht ausreichendem Ladedruck infolge des Ausfalles eines Turboladers dem Turbolader durch die Stelleinrichtung immer mehr Luft zugeführt wird.
Ferner ist aus der US 4,498,443 eine Fehlererkennungseinrichtung bei der turboaufgeladenen Brennkraftmaschine im Sinne der Erkennung eines Defektes bzw. eines Ausfalles bekanntgeworden. Durch eine Erfassungseinrichtung wird der Ansaugluftdruck erfaßt und bei einem dort vorliegenden Defekt wird in einem vorbestimmten Bereich der Turboaufladung eine Abschaltung der Kraftstoffzufuhr bewirkt. Fehler im Bereich des Turboladers können hingegen nicht erkannt werden.
Aus der DE 37 30 443 A1 ist eine Fehlererkennungseinrichtung entnehmbar, die von einer Ansteuerung eines Stellgliedes durch einen Regler auf eine Ansteuerung durch eine Steuerung umstellt, wenn sie einen Fehler im Rückmeldesignal eines mit dem Stellglied verbundenen Rückmelders erkennt. Dieses Verfahren wird im Zusammenhang mit der Regelung bzw. Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge dargestellt; eine Anwendung im Zusammenhang mit einem Turbolader ist nicht vorgesehen.
Schließlich ist aus der DE 42 39 055 C1 eine Überwachungsvorrichtung für das Auftreten von Aussetzern in einer Brennkraftmaschine bekanntgeworden, die einen Fehler erkennt und anzeigt, wenn Aussetzer in den Zylindern eine Häufung aufweisen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine turboaufgeladene Brennkraftmaschine mit einer Fehlererkennungseinrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer turboaufgeladenen Brennkraftmaschine mit einer Fehlererkennung zu schaffen, wobei Fehler im Bereich des Turboladers berücksichtigt werden.
Es wird vorgeschlagen, zu prüfen, ob ein einseitiger Defekt in einem der Abgasstränge vorliegt und, wenn ein solcher einseitiger Defekt erkannt ist, von einer Regelung des Luftstromes auf eine Steuerung umzuschalten. Hiermit wird auf preisgünstige und einfach zu realisierende Weise die Zerstörung eines Abgasturboladers verhindert. Außerdem wird auch noch bei einem nicht mehr voll arbeitsfähigen Abgasstrang dadurch eine ausreichende Motorleistung zur Verfügung gestellt, daß der oder die verbleibenden Abgasturbolader gesteuert mit Abgas beaufschlagt werden und somit die Brennkraftmaschine auf den verbleibenden voll arbeitsfähigen Zylindern mit Aufladung betrieben werden kann.
Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. So wird vorgeschlagen, einen einseitigen Defekt zu erkennen, wenn eine einseitige Häufung von Motor-Aussetzern erkannt ist. Dieses Vorgehen ist besonders einfach anwendbar, denn die gängigen Motorsteuerungen ermitteln bereits Motor-Aussetzer, so daß nur noch das von einer Motorsteuerung gelieferte Signal ausgewertet werden muß.
Die Erfindung ist nachstehend anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine Übersicht über eine turboaufgeladene Brennkraftmaschine und
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Luftmassenreglers mit einer Fehlererkennungseinrichtung.
Die in Fig. 1 gezeigte Brennkraftmaschine 1 weist in einem Ansaugtrakt 2 einen Luftmassenmesser 3 auf. Hinter dem Luftmassenmesser 3 wird der Ansaugluftstrom zu einem linken Abgasturbolader 4 und einem rechten Abgasturbolader 5 geteilt. Die verdichteten Teil-Ansaugluftströme treten in getrennte Ladeluftkühler 6, 7 ein. Nach den Ladeluftkühler 6, 7 wird die Ladeluft zusammengeführt und strömt über eine Drosselklappe 8 und einen Verteiler 9 zu Zylinderköpfen der Brennkraftmaschine 1.
In einer Abgasanlage 10 können die Abgase der Brennkraftmaschine 1 den Abgasturboladern 4, 5 zugeführt werden oder über Bypassleitungen 11, 12, die von Bypassventilen 13, 14 verschlossen werden können, daran vorbeigeleitet werden. Die Bypassventile 13, 14 sind zusammen mit den Bypassleitungen 11, 12 jeweils in den Abgasturboladern 4, 5 integriert. Zur Ansteuerung der Bypassventile 13, 14 ist ein gemeinsames Taktventil 15 vorgesehen, das von einem Luftmassenregler 16 angesteuert wird. Zur Ansteuerung der Bypassventile 13, 14 verwendet das Taktventil 15 Unterdruck, der der Ansauganlage 2 an einer Entnahmestelle vor der Drosselklappe 8 entnommen wird. Als Stellglied dient je eine Membrandose 17, 18. Mit Hilfe des Taktventils 15 kann der Steuerdruck auf die Membrandosen 17, 18 beliebig zwischen Umgebungsdruck und dem hinter den Ladeluftkühlern 6, 7 anliegenden Druck eingestellt werden. Der Steuerdruck auf die Membranfläche wirkt gegen eine Federkraft. Der Membranweg wird über ein Gestänge zum Verstellen der Bypassventile 13, 14 geleitet. Die Ableitung des Bypass-Abgases erfolgt in den sich stark öffnenden Turbinenaustritts-Diffusor.
Die Luftmassenregelung ist im Blockschaltbild nach Fig. 2 dargestellt. Die Regelstrecke bildet die Brennkraftmaschine 1, an der der Luftmassenmesser 3 als Meßglied den Istwert der Luftmasse ml bestimmt. Dieser wird dem Luftmassenregler 16 zugeführt und dort mit einem Sollwert für die Luftmasse ml soll verglichen, der von einem Sollwertgeber 19 abhängig von einer Drehzahl nmot der Brennkraftmaschine 1 und einer Drosselklappenstellung DK der Drosselklappe 8 bestimmt wird. Ergebnis dieses Vergleiches ist eine Regelabweichung dml, die einem ebenfalls im Luftmassenregler 16 enthaltenen PID-Regler 20 zugeführt wird. Dieser liefert als Stellgröße ein Tastverhältnis tv an das Taktventil 15 und steuert so die als Ladedrucksteller arbeitenden Bypassventile 13, 14 an.
Ein den Abgasdurchsatz vermindernder Defekt in einem der Abgasstränge, bspw. dem linken Abgasstrang 21, führt nun dazu, daß die vom Luftmassenmesser 3 registrierte Luftmasse abnimmt. Dies zieht einen Anstieg der Regelabweichung dml nach sich, und der PID-Regler 20 schließt über das Taktverhältnis tv die Bypassventile 13 und 14. Infolgedessen steigt im rechten Abgasstrang 22 die Drehzahl des rechten Abgasturboladers 5 stark an. Der durch den Defekt im linken Abgasstrang 21 verminderte Abgasdurchsatz führt dabei zu einem deutlich geringeren Anstieg der Drehzahl des linken Abgasturboladers 4.
Die Drehzahl des rechten Abgasturboladers 5 kann infolgedessen rasch in kritische Bereiche geraten und damit zur Zerstörung des Abgasturboladers 5 führen.
Um dies zu erkennen überwacht im Luftmassenregler 16 eine Fehlererkennungseinrichtung 23, ob an den einem Abgasstrang zugeordneten Zylindern der Brennkraftmaschine 1 einseitig und gehäuft Motor-Aussetzer auftreten. Hier wird die Erkenntnis verwendet, daß ein durch einen Defekt teilweise verstopfter Abgasstrang 21, 22 zu Motor-Aussetzern auf der betroffenen Zylinderseite führt. Derartige Aussetzer werden von üblichen Motorsteuerungen ohnehin erkannt, so daß die Fehlererkennungseinrichtung nur noch ein von der Motorsteuerung zur Verfügung gestelltes Aussetzer-Signal hinsichtlich einer Häufung der Aussetzer auswerten muß.
Ist dies der Fall, und damit ein Fehler in einem der Abgasstränge 21, 22 erkannt, wird das Taktventil 15 von einer Luftmassensteuerung 24 angesteuert, die das Tastverhältnis tv aus der Drehzahl nmot und der Drosselklappenstellung DK ermittelt. Diese Umschaltung kann, wie dargestellt, durch einen vor dem Taktventil 15 angeordneten Umschalter 25 für das Tastverhältnis tv erfolgen, der durch die Fehlererkennungseinrichtung 23 angesteuert wird. Wird die beschriebene Fehlererkennungseinrichtung 23 in Form eines Programmes in einem Steuergerät ausgeführt, so ist es selbstverständlich, daß die Umschaltung in der Weise erfolgt, daß ein Steuerungsprogramm für die Luftmasse ml bei erkanntem einseitigen Fehler nicht zu einem Unterprogramm für die Luftmassenregelung, sondern zu einem Unterprogramm für die Luftmassensteuerung verzweigt.
Ein derartiges Programm zur Fehlererkennung kann einen Fehler einseitig in einem der Abgasstränge 21, 22 erkennen, indem folgende Schritte ausgeführt werden:
  • - Motor-Aussetzern werden, z. B. durch Abfrage eines entsprechenden Signales eines Motorsteuergerätes, erfaßt,
  • - die Häufigkeit von Motor-Aussetzern wird für die einzelnen Abgasstränge 21, 22 bestimmt und
  • - wenn die Häufigkeit einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt, wird festgestellt, daß ein Fehler einseitig in einem der Abgasstränge 21, 22 vorliegt, und entsprechend eine Verzweigung zu einem Unterprogramm für die Luftmassensteuerung anstelle einer Verzweigung zu einem Unterprogramm für die Luftmassenregelung vorgenommen.
Anstelle einer Prüfung der absoluten Häufigkeit von Motor-Aussetzern kann auch ein Vergleich der Häufigkeit von Motor-Aussetzern in den einzelnen Abgassträngen 21, 22 verwendet werden.
Die hier am Beispiel einer Luftmassenregelung gezeigte Fehlererkennung kann für jede andere auf den einer aufgeladenen Brennkraftmaschine zugeführten Luftstrom wirkende Regelung angewandt werden; dies gilt besonders für Ladedruckregelungen.

Claims (8)

1. Turboaufgeladene Brennkraftmaschine (1) mit einer Fehlererkennungseinrichtung (23) und mit
  • - zumindest zwei Abgassträngen (21, 22) und in den Abgassträngen (21, 22) angeordneten Abgasturboladern (4, 5),
  • - einer gemeinsamen Vorrichtung (3) zur Erfassung der zugeführten Luft (ml) als Regelgröße,
  • - einem auf alle Abgasturbolader (4, 5) wirkenden Steller (15) für die zugeführte Luft,
  • - einem Regler (16) für die zugeführte Luft, der durch Ansteuerung des Stellers (15) den Wert der zugeführten Luft (ml) einem Sollwert nachführt,
  • - einer Steuerung (24) für die zugeführte Luft, die abhängig von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine (1) den Steller (15) ansteuert,
    wobei die Fehlererkennungseinrichtung (23) von einer Ansteuerung des Stellers (15) durch den Regler (16) auf eine Ansteuerung durch die Steuerung (24) umstellt, wenn sie einen Fehler einseitig in einem der Abgasstränge (21, 22) erkennt.
2. Turboaufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlererkennungseinrichtung (23) zur Erkennung eines Fehlers in einem der Abgasstränge (21, 22) das Auftreten von Aussetzern in der Brennkraftmaschine (1) überwacht, und einen Fehler erkennt, wenn Aussetzer in den einem der Abgasstränge zugeordneten Zylindern eine Häufung aufweisen.
3. Turboaufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die zugeführte Luft als Luftmasse (ml) bestimmt wird,
  • - die Vorrichtung zur Erfassung der zugeführten Luft als Luftmassenmesser (3) ausgeführt ist,
  • - der Steller für die zugeführte Luft als auf alle Abgasturbolader (4, 5) wirkender Ladedrucksteller (15) ausgeführt ist,
  • - der Regler als Luftmassenregler (16) ausgeführt ist, der durch Ansteuerung des Ladedruckstellers den Wert der Luftmasse (ml) einem Sollwert nachführt und
  • - die Steuerung als Luftmassensteuerung (24) ausgeführt ist, die abhängig von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine (1) den Ladedrucksteller ansteuert.
4. Turboaufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die zugeführte Luft als Ladedruck bestimmt wird,
  • - die Vorrichtung zur Erfassung der zugeführten Luft als Ladedruckgeber ausgeführt ist,
  • - der Steller für die zugeführte Luft als auf alle Abgasturbolader (4, 5) wirkender Ladedrucksteller (15) ausgeführt ist,
  • - der Regler als Ladedruckregler ausgeführt ist, der durch Ansteuerung des Ladedruckstellers den Wert des Ladedruckes einem Sollwert nachführt und
  • - die Steuerung als Ladedrucksteuerung ausgeführt ist, die abhängig von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine (1) den Ladedrucksteller ansteuert.
5. Verfahren zum Betreiben einer turboaufgeladenen Brennkraftmaschine (1) mit den Schritten
  • - Feststellen, ob ein Fehler einseitig in einem von zumindest zwei Abgassträngen (21, 22) vorliegt,
  • - Ermitteln des Stellwertes (tv) für die Ansteuerung eines auf alle Abgasturbolader (4, 5) wirkenden Stellers (15) für die zugeführte Luft durch ein Verfahren zur Regelung der zugeführten Luft, wenn kein Fehler vorliegt oder
  • - Ermitteln des Stellwertes (tv) für die Ansteuerung des Stellers (15) durch ein Verfahren zur Steuerung der zugeführten Luft, wenn ein Fehler vorliegt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch folgende Schritte zur Feststellung, ob ein Fehler einseitig in einem der Abgasstränge (21, 22) vorliegt:
  • - Erfassen von Motor-Aussetzern
  • - Bestimmen der Häufigkeit von Motor-Aussetzern in einzelnen Abgassträngen (21, 22) und
  • - Feststellen, daß ein Fehler einseitig in einem der Abgasstränge (21, 22) vorliegt, wenn die Häufigkeit einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch die Schritte
  • - Bestimmen der zugeführten Luft als Luftmasse,
  • - Regelung der zugeführten Luftmasse mit dem Verfahren zur Regelung der zugeführten Luft und
  • - Steuerung der zugeführten Luftmasse mit dem Verfahren zur Steuerung der zugeführten Luft.
8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch die Schritte
  • - Bestimmen der zugeführten Luft als Ladedruck,
  • - Regelung des zugeführten Ladedruckes mit dem Verfahren zur Regelung der zugeführten Luft und
  • - Steuerung des zugeführten Ladedruckes mit dem Verfahren zur Steuerung der zugeführten Luft.
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