DE19730578A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schutz eines Turboladers - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Schutz eines Turboladers einer
Brennkraftmaschine gegen Zerstörung durch eine überhöhte
Laderdrehzahl.
Wie aus der MTZ, Motortechnische Zeitschrift, 53 (1992) 10,
Seiten 454 bis 462 hervorgeht, wird mit zunehmender Höhe und
damit abfallendem Umgebungsdruck, also sinkender Luftdichte,
der geforderte Ladedruck eines Turboladers nur mit einer
Erhöhung der Laderdrehzahl erreicht. Hierzu wird das
Waste-Gate auf der Abgasseite des Turboladers mehr
geschlossen und somit die Turbine mit einer größeren
Abgasmenge beaufschlagt. Damit es bei abfallendem
Umgebungsdruck aber nicht zu einer den Turbolader
zerstörenden Überhöhung der Laderdrehzahl kommt, wird mit
einem Sensor der Atmosphärendruck gemessen und in
Abhängigkeit davon der Ladedruck-Sollwert für die Regelung
abgesenkt.
Gemäß der DE 43 02 339 A1 wird die höchszulässige
einzuspritzende Kraftstoffmenge ausgehend von
Betriebskenngrößen wie Temperatur und Druck vorgegeben. Bei
einer mit einem Läder ausgerüsteten - vorzugsweise
selbstzündenden - Brennkraftmaschine, wird die
Ladelufttemperatur ausgehend von der Umgebungstemperatur,
dem Atmosphärendruck und dem Ladedruck vorgegeben.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und
eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die
mit einer möglichst geringen Zahl an Sensoren zur Erfassung
von Betriebskenngrößen auskommen, aus denen eine
Schutzfunktion für den Turbolader abgeleitet wird.
Die genannte Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Anspruchs
1 bzw. 6 dadurch gelöst, daß aus einem vom Ladedruck, von
der Motordrehzahl und von einer der Fahrpedalstellung
entsprechenden Kraftstoffmengenvorgabe abhängigen Kennfeld
der Ansaugluftdruck des Laders hergeleitet wird und daß in
Abhängigkeit von diesem Ansaugluftdruck ein Begrenzungswert
für die der Brennkraftmaschine zugemessene Kraftstoffmenge
ermittelt wird. Es wird also kein Sensor für den
Ansaugluftdruck benötigt, da dieser aus anderen
Betriebskenngrößen aus einem Kennfeld hergeleitet wird. Daß
durch Absenkung des Ansaugluftdrucks der Turbolader nicht
seine kritische Drehzahl überschreitet, wird dadurch
erreicht, daß in Abhängigkeit vom Ansaugluftdruck eine
Begrenzung der der Brennkraftmaschine zugemessenen
Kraftstoffmenge vorgenommen wird. Durch Verringerung der
Kraftstoffmenge wird die an der Turbine des Turboladers
anstehende Gesamtenergie im Abgaskanal verringert. Damit
wird die kritische Turboladerdrehzahl nicht erreicht. Mit
dieser Funktion wird also der Turbolader vor Zerstörung
durch Überschreiten seiner kritischen Drehzahl aufgrund
eines abfallenden Ansaugluftdrucks geschützt, der z. B. durch
ein Absinken des Atmosphärendrucks (bei einer Fahrt im
Gebirge) oder auch durch eine Verschmutzung des Luftfilters
zustande kommen kann.
Wird gemäß Unteransprüchen der Atmosphärendruck vor einem
Luftfilter, das im Luftansaugkanal vor dem Lader angeordnet
ist, zusätzlich gemessen, so kann aus der Differenz zwischen
dem gemessenen Atmosphärendruck und dem Ansaugluftdruck
erkannt werden, ob eine Verschmutzung des Luftfilters
vorliegt.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels wird nachfolgend die Erfindung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine mit
einem Turbolader und
Fig. 2 ein in einem Steuergerät vorliegendes
Funktionsdiagramm zur Drehzahlbegrenzung des Turboladers.
Wie dem prinzipiellen Blockschaltbild in Fig. 1 zu
entnehmen ist, besitzt eine Brennkraftmaschine 1 -
vorzugsweise eine selbstzündende Brennkraftmaschine - in
seinem Ansaugkanal 2 einen Verdichter 3 und in seinem
Abgaskanal 4 eine Turbine 5 eines Abgasturboladers. Dabei
ist in einem Bypasskanal der Turbine 5 ein Bypassventil 6 zu
einer hier nicht näher beschriebenen Regelung oder Steuerung
des Ladedrucks eingefügt. An der Brennkraftmaschine ist ein
Sensor 7 zur Messung der Motordrehzahl n angeordnet. Im
Ansaugkanal 2 ist auf der Druckseite des Verdichters 3 ein
Sensor 8 zur Bestimmung des Ladedrucks PL angeordnet. Auf
der Saugseite des Verdichters 3 befindet sich im Ansaugkanal
2 ein Luftfilter 9 und davor ein Sensor 10 zur Messung des
Atmosphärendrucks AT. Einem Steuergerät 11 werden aus den
genannten Größen - Motordrehzahl n, Ladedruck PL,
Atmosphärendruck AT - außerdem noch die der
Fahrpedalstellung entsprechende Kraftstoffmengenvorgabe QK
zugeführt. Wie noch anhand von Fig. 2 näher erläutert wird,
ermittelt das Steuergerät 11 aus all den genannten
Eingangs-Betriebskenngrößen eine begrenzte zugemessene
Kraftstoffmenge QK', die einer Einspritzvorrichtung 12
zugeführt wird.
In dem Steuergerät befindet sich, wie Fig. 2 zeigt, ein
Kennfeld 20, aus dem in Abhängigkeit vom Ladedruck PL, der
Motordrehzahl n und einer der Fahrpedalstellung
entsprechenden Kraftstoffmengenvorgabe QK der
Ansäugluftdruck AL zwischen dem Luftfilter 9 und dem
Verdichter 3 des Turboladers abgeleitet wird. Dieser nicht
durch Messen bestimmte Ansaugluftdruck AL wird einem
weiteren Kennfeld 21 zugeführt, in dem in Abhängigkeit von
dem Ansaugluftdruck und der Motordrehzahl n ein erster
Begrenzungswert QKG1 für die der Brennkraftmaschine
zuzumessende Kraftstoffmenge bestimmt wird. Auf die Höhe des
Ansaugluftdrucks wird sich eine Veränderung des
Atmosphärendrucks, z. B. bei einer Fahrt in ein Gebirge,
auswirken. Auch eine Verschmuztung des Luftfilters wird zu
einem Abfall des Ansaugluftdrucks führen. Wenn nun in
Abhängigkeit vom Ansaugluftdruck die Kraftstoffmenge
bemessen wird, wird der Turbolader also auch vor einer
Drehzahlüberhöhung aufgrund einer Luftfilterverschmuzung
geschützt.
Wenn es sich um eine selbstzündende Brennkraftmaschine
handelt, ist ein Rauchbegrenzungskennfeld 22 vorgesehen, aus
dem in Abhängigkeit vom Ladedruck PL und von der
Motordrehzahl n ein zweiter Begrenzungswert QKG2 für die
zuzumessende Kraftstoffmenge hergeleitet wird.
In einem Schaltblock 23 wird die Differenz aus dem vom
Kennfeld 20 herausgelesenen Ansaugluftdruck AL nach dem
Luftfilter 9 und dem vor dem Luftfilter 9 im Ansaugkanal 2
gemessenen Atmosphärendruck AT gebildet. Übersteigt diese
Differenz einen bestimmten Grenzwert, so ist davon
auszugehen, daß das Luftfilter verschmutzt ist. Bei einer
Überschreitung des vorgegebenen Grenzwertes für die
Differenz zwischen dem Ansaugdruck AL und dem
Atmosphärendruck AT steuert der Schaltblock 23 eine optische
Signalanzeige 24 im Fahrzeug an.
Die zwei beschriebenen Begrenzungswerte QKG1 und QKG2 für
die der Brennkraftmaschine zugemessene Kraftstoffmenge
werden zusammen mit der Kraftstoffmengenvorgabe QK durch die
Fahrpedalstellung einem Schaltblock 25 zur Minimalauswahl
zugeführt. Die Kraftstoffmengenvorgabe QK wird in einem
Schaltblock 26 in Abhängigkeit von der Motordrehzahl n und
dem Ausgangssignal FP eines Fahrpedalstellungsgebers 27
erzeugt. Je nachdem welcher der drei Eingangswerte QKG1,
QKG2 und QK des Schaltblocks 25 die geringste zuzumessende
Kraftstoffmenge erfordert, danach orientiert sich das
Ausgangssignal QK', das die Einspritzvorrichtung 12 der
Brennkraftmaschine 1 steuert.
Die beschriebene Anordnung berücksichtigt also bei der
Kraftstoffzumessung nicht nur ein Absinken des
Atmosphärendrucks, sondern auch den Rauchausstoß als auch
eine Verschmutzung des Luftfilters. Die drei genannten
Schutzfunktionen verringern in sehr hohem Maße die Gefahr,
daß der Turbolader durch eine überhöhte Drehzahl zerstört
wird. Es müssen aber nicht in jedem Fall alle drei
Schutzfunktionen zusammen eingesetzt werden.
Claims (6)
1. Verfahren zum Schutz eines Turboladers einer
Brennkraftmaschine gegen Zerstörung durch eine überhöhte
Laderdrehzahl, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem vom
Ladedruck (PL) von der Motordrehzahl (n) und von einer der
Fahrpedalstellung (FP) entsprechenden
Kraftstoffmengenvorgabe (QK) abhängigen Kennfeld (20) der
Ansäugluftdruck (AL) des Laders (3, 5) hergeleitet wird und
daß in Abhängigkeit von diesem Ansaugluftdruck (AL) ein
Begrenzungswert (QKG1) für die der Brennkraftmaschine (1)
zugemessene Kraftstoffmenge (QK') ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
aus einem vom Ladedruck (PL) und der Motordrehzahl (n)
abhängigen Rauchbegrenzungskennfeld (22) ein zweiter
Begrenzungswert (QKG2) für die Kraftstoffmenge (QK')
ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Atmosphärendruck (AT) vor einem Luftfilter (9), das im
Luftansaugkanal (2) vor dem Lader (3) angeordnet ist,
gemessen wird, und daß die Differenz (DI) zwischen dem
gemessenen Atmosphärendruck (AT) und dem Ansaugluftdruck
(AL) gebildet wird, um eine Verschmutzung des Luftfilters
(9) erkennen zu können.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß aus der Kraftstoffmengenvorgabe
(QK) und mindestens einem der zwei aus dem
Ansaugluftdruckkennfeld (21) und dem
Rauchbegrenzungskennfeld (22) hergeleiteten
Begrenzungswerten (QKG1, QKG2) eine Minimalauswahl (25) für
die Kraftstoffmenge (QK') getroffen wird.
5. Vorrichtung zum Schutz eines Turboladers einer
Brennkraftmaschine gegen Zerstörung durch eine überhöhte
Laderdrehzahl, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kennfeld (20)
vorgesehen ist, aus dem in Abhängigkeit vom Laderdruck (PL),
von der Motordrehzahl (n) und von einer der
Fahrpedalstellung (FP) entsprechenden
Kraftstoffmengenvorgäbe (QK) der Ansaugluftdruck (AL) des
Laders (3, 5) herleitbar ist, und daß Mittel (21) vorhanden
sind, die in Abhängigkeit von dem Ansäugluftdruck (AL) einen
Begrenzungswert (QKG1) für die der Brennkraftmaschine (1)
zugemessene Kraftstoffmenge (QK') bestimmen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Drucksensor (10) vorhanden ist, der den Atmosphärendruck
(AT) vor einem Luftfilter (9), das im Luftansaugkanal (2)
vor dem Lader (3) angeordnet ist, mißt, und daß Mittel (23,
24) vorhanden sind, welche die Differenz (DI) zwischen dem
gemessenen Atmosphärendruck (AT) und dem Ansaugluftdruck
(AL) bilden und bei einer einen Schwellwert übersteigenden
Differenz (DI) eine Verschmutzung des Luftfilters (9)
signalisieren.
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