DE4032451A1

DE4032451A1 - Einrichtung zur ladedruckregelung

Info

Publication number: DE4032451A1
Application number: DE4032451A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl Ing Berger; Klaus Dipl Ing Bleuel; Ulrich Dipl Ing Gerstung
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1990-10-12
Filing date: 1990-10-12
Publication date: 1992-04-16
Anticipated expiration: 2010-10-13
Also published as: JPH04262038A; DE4032451B4; JP3619524B2

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Ladedruckregelung nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist bekannt, zur Regelung von Brennkraftmaschinen in Kraftfahr zeugen Drucksensoren einzusetzen, die im Saugrohr der Brennkraft maschine angeordnet sind und Signale für eine Steuerschaltung lie fern, mit deren Hilfe die Brennkraftmaschine beeinflußt wird.

Bei Brennkraftmaschinen mit Turbolader kommt der Messung des Lade drucks besondere Bedeutung zu. Hochausgenutzte Motoren nutzen den zulässigen Ladedruckbereich weitgehend aus, so daß bereits gering fügig zu hohe Ladedrucke zur Motorzerstörung führen können. Es ist daher erforderlich, den Ist-Druck, der zur Regelung verwendet werden soll, möglichst genau zu erfassen und möglicherweise auftretende Fehler in der Ist-Wert-Erfassung, insbesondere Drifterscheinung bei Ladedruckfühlern sicher zu erkennen. Nach der Erkennung eines sol chen Fehlers müssen geeignete Maßnahmen ergriffen werden, die eine Ladedruckregelung sicherstellen.

Eine Vorrichtung zum Überwachen eines Drucksensors, dessen Ausgangssignale zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftmaschine mit Turbolader verwendet werden, ist bereits aus der DE-OS 32 26 849 bekannt. Bei dieser Vorrichtung zum Überwachen eines Drucksensors wird das Drucksignal mit einem weiteren Signal, das ein Drosselklap penschalter bei geschlossener Drosselklappe abgibt, verglichen. In einer Plausibilitätsuntersuchung wird überprüft, ob das Drucksignal bei geschlossener Drosselklappe innerhalb eines physikalisch mögli chen Bereiches liegt. Ist dies nicht der Fall, werden Alarmmittel ausgelöst, die eine Fehlfunktion des Drucksensors anzeigen. Bei der bekannten Vorrichtung wird zwar erkannt, wenn der Drucksensor defekt ist, es sind jedoch keine Maßnahmen vorgesehen, die einen weiteren Betrieb der Brennkraftmaschine nach Erkennen eines Defekts des Drucksensors ermöglichen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine sehr zu verlässige Überwachung des Drucksensors gegeben ist, und daß bei Erkennen eines Fehlers des Drucksensors ein weiterer Betrieb der Brennkraftmaschine möglich ist, da mit Hilfe des korrigierten oder eines zusätzlichen Signales eine Ladedruckregelung erfolgen kann. Der Defekt des Drucksensors wird angezeigt und abgespeichert, so daß er beim nächsten Werkstattaufenthalt behoben werden kann.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich.

So wird in einer Ausgestaltung die Überwachung eines ersten Lade drucksensors mit einem zweiten Ladedrucksensor vorgenommen und bei einer Fehlererkennung wird das Signal des ordnungsgemäß funktionie renden Sensors zur Ladedruckregelung verwendet. In einer weiteren Ausgestaltung wird ein Plausibilitätsvergleich mit dem Atmosphären druck, der bei vielen Systemen ohnehin mitgemessen wird, durchge führt. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine Plau sibilitätsüberprüfung mit den bei quasistationären Betriebszuständen zu erwartenden Werten für den Ladedruck durchgeführt, bei größeren Abweichungen zwischen den gemessenen und erwarteten Ist-Werten wird eine Fehlfunktion erkannt und gegebenenfalls eine Korrektur vorge nommen.

Zeichnung

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nach folgenden Beschreibung näher erläutert. Fig. 1 zeigt schematisch die für die Erfindung wesentlichen Bestandteile einer Brennkraft maschine mit Turbolader, in den Fig. 2 bis 4 sind Flußdiagramme dargestellt, die die einzelnen Ausführungsbeispiele erläutern.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist mit 10 ein Kolben im Zylinder 10a einer Brennkraft maschine bezeichnet. Der Zylinder 10a ist über Rohre 11 in bekannter Weise mit einem Abgasturbolader 12 verbunden. Dem Turbolader 12 wird Abgas direkt vom Kolben 10 zugeführt, wobei über ein Ladedruckre gelorgan 13, beispielsweise ein Ladedruckregelventil ein Teil des Abgases über einen Bypass 14 am Turbolader vorbei direkt in den Aus puff 15 geleitet wird. Über dieses Ventil kann damit verhindert wer den, daß sich ein ungewohnt hoher Druck aufbaut. Angesteuert wird das Ladedruckregelorgan 13 über eine Auswerteeinrichtung 18, die üblicherweise Bestandteil des Steuergerätes 27 ist.

Damit eine ordnungsgemäße Regelung erfolgen kann, ist ein oder meh rere Ladedrucksensoren 16, 17 auf der Hochdruckseite im Rohr 11 zwi schen dem Turbolader 12 und dem Kolben 10 angeordnet. Die Ladedruck sensoren 16, 17 sind über Leitungen mit der Auswerteeinrichtung 18 verbunden, die Ausgangssignale der Drucksensoren 16, 17 werden in der Auswerteeinrichtung 18 des Steuergerätes 27 verarbeitet.

Der Auswerteeinrichtung 18 beziehungsweise dem Steuergerät 27 werden zur Verarbeitung weitere Signale zugeführt, die beispielsweise von einem Atmosphärendrucksensor 19, einem Drehzahlsensor 20 oder einem Nadelhubsensor 21 geliefert werden, das Steuergerät 27 löst die für die Ladedruckregelung erforderlichen Steuersignale aus.

Da für eine funktionsfähige Ladedruckregelung eine möglichst genaue und zuverlässige Ist-Wert-Erfassung für den Ladedruck erforderlich ist, muß sichergestellt werden, daß eine Fehlfunktion des Ladedruck sensors erkannt wird und daß geeignete Gegenmaßnahmen ergriffen wer den. Es werden daher die im folgenden beschriebenen Überwachungs maßnahmen durchgeführt.

Werden zwei Ladedrucksensoren eingesetzt, können ihre Ausgangs signale zueinander in Bezug gesetzt werden, es besteht daher die Möglichkeit, eine Fehlfunktion eines der beiden Sensoren zu erken nen. In Fig. 2 ist ein Flußdiagramm dargestellt, das eine derartige Fehlererkennung mittels Plausibilitätsbetrachtungen ermöglicht.

Im ersten Schritt 30 wird der vom ersten Ladedrucksensor 16 ermit telte Druck P1 eingelesen, im nächsten Schritt 31 wird ein Signal-Range-Check durchgeführt, es wird also überprüft, ob der Druckwert P1 größer ist als der minimal mögliche Druck Pmin und gleichzeitig kleiner ist als ein maximal möglicher Druckwert Pmax. Erfüllt der Druck P1 diese Forderung nicht, wird in einem Schritt 32 ein Defekt des ersten Ladedrucksensors 16 erkannt. Liegt der Druck P1 innerhalb der möglichen Grenzen, wird im Schritt 33 erkannt, daß der Ladedrucksensor in Ordnung ist.

Es wird dann im Schritt 34 der vom zweiten Ladedrucksensor ermittel te Druckwert P2 eingelesen, der im folgenden Schritt 35 daraufhin überprüft wird, ob er größer ist als ein minimal möglicher Druckwert P_min und kleiner als ein maximal möglicher Druckwert P_max. Ist dies nicht der Fall, wird im Schritt 36 erkannt, daß der zweite Ladedrucksensor 17 defekt ist.

Erfüllt dagegen der vom zweiten Ladedrucksensor gelieferte Druckwert P2 den im Schritt 35 durchgeführten Signal-Range-Check, wird im Schritt 37 erkannt, daß der zweite Ladedrucksensor ordnungsgemäß funktioniert.

Im nächsten Schritt 38 wird geprüft, ob der vom ersten Ladedrucksen sor gelieferte Druckwert P1 größer ist als der vom zweiten Lade drucksensor gelieferte Druckwert P2. Ist diese Bedingung erfüllt, wird im Schritt 39 der Druckwert P1 als gültiger Wert erkannt und für die Regelung verwendet. Ist dagegen der Druckwert P2 größer als P1, wird der Wert P2 für die Regelung verwendet. Durch diese Maß nahme ist sichergestellt, daß stets der größere Druck zur Regelung des Laders verwendet wird, unter der Voraussetzung, daß beide Lade drucksensoren 16, 17 ordnungsgemäß funktionieren.

Wird dagegen im Schritt 32 oder 36 erkannt, daß der erste Ladedruck sensor 16 beziehungsweise der zweite Ladedrucksensor 17 Signale lie fert, die nicht innerhalb eines gültigen Bereichs liegen, wird der jeweils vom anderen Sensor gelieferte Wert zur Ladedruckregelung verwendet. Wird erkannt, daß einer der beiden Ladedrucksensoren nicht ordnungsgemäß funktioniert, kann dies im Schritt 41 angezeigt werden. Es ist darüber hinaus auch möglich, zu erkennen und abzu speichern, wenn die von den beiden Ladedrucksensoren gelieferten Druckwerte stärker voneinander abweichen. Eine stärkere Abweichung deutet auf einen Fehler hin und wird ebenfalls über Schritt 41 ange zeigt, wobei diese Anzeige sofort erfolgen kann oder, nach einer Zwi schenspeicherung im Steuergerät, beim nächsten Werkstattaufenthalt erkannt wird.

Bei Turbomotoren mit Abgasrückführung wird üblicherweise ein Atmo sphärendrucksensor 19 eingesetzt. Bei solchen Motoren bietet sich ein Plausibilitätsvergleich der Ausgangssignale eines Ladedrucksen sors 16 oder 17 und des Atmosphärendrucksensors 19 an. Es ist dann kein zweiter Ladedrucksensor erforderlich.

Da bei einem solchen Motor im unbelasteten Zustand nach einer Warte zeit von einigen Sekunden der Ladedruck auf einen Wert absinkt, der in etwa dem Atmosphärendruck P_Atm entspricht, kann immer dann, wenn erkannt wird, daß der Motor seit einigen Sekunden im unbelaste ten Betrieb läuft, ein Vergleich des vom Ladedrucksensor 17 gelie ferten Drucksignals mit dem vom Atmosphärendrucksensor 19 geliefer ten Signal vorgenommen werden. Das Prüfprogramm kann prinzipiell so aufgebaut sein, wie beim Vergleich zweier Ladedrucksensoren, das in Fig. 2 dargestellte Ablaufprogramm muß lediglich dahingehend er gänzt werden, daß vor dem ersten Schritt 30 drei zusätzliche Schrit te ablaufen. In Fig. 3 sind diese drei zusätzlichen Schritte sche matisch angedeutet. In einem Schritt 42 muß zunächst erkannt werden, ob der Motor im unbelasteten Zustand betrieben wird. Dazu wird bei spielsweise überprüft, ob ein Nadelhubsensor 21 Ausgangssignale lie fert. Ist dies nicht der Fall, ist der Motor unbelastet. In einem weiteren Schritt 43 wird gewartet, bis eine Wartezeit von wenigen Sekunden überschritten ist. Ist der Motor nach dieser Wartezeit wei terhin unbelastet, wird der vom Atmosphärendrucksensor 19 gelieferte Druckwert im Schritt 44 übernommen. Dieser Druckwert müßte nahezu dem Atmosphärendruck P_Atm entsprechen.

Mit dem so ermittelten Druck kann im übrigen ähnlich wie im Schritt 31 nach Fig. 2 ein Signal-Range-Check durchgeführt werden, wobei in diesem Fall die untere und obere Begrenzung durch minimal bezie hungsweise maximalen möglichen Atmosphärendruck gegeben ist. Als zweites Signal wird direkt der vom Atmosphärendrucksensor ermittelte Druck verwendet, der ebenfalls einem Signal-Range-Check unterzogen werden kann.

Für die Ladedruckregelung wird, falls in einem Schritt 38 erkannt wird, daß beide Drucksensoren ordnungsgemäß funktionieren, das Signal des Ladedrucksensors 16 verwendet, falls dieses beim Ver gleichstest nach Schritt 38 einen gleichen oder größeren Druckwert als das vom Atmosphärendrucksensor 19 gelieferte Signal aufweist.

Wird dagegen erkannt, daß der Atmosphärendrucksensor 19 einen höhe ren Druckwert liefert, der vom Ladedrucksensor ermittelte Druck je doch innerhalb der im Signal-Range-Check angegebenen Grenzen liegt, wird der Druckwert des Ladedrucksensors 19 um den Differenzbetrag der beiden Signale erhöht. Es wird dann bis zum nächsten Ladedruck sensortest ein jeweils um den Differenzbetrag erhöhter Wert des Ladedrucksensors zur Ladedruckregelung verwendet.

Eine weitere Plausibilitätsuntersuchung geht davon aus, daß im qua sistationären Betriebszustand der maximal mögliche Ladedruck von der Einspritzmenge und der Motordrehzahl abhängt. Es ist daher möglich, bei vorgegebenem Lader- und Motorwirkungsgrad, diesen maximal er reichbaren Ladedruck zu berechnen. Ein Vergleich des mit dem Lade drucksensor 16 gemessenen Ladedrucks mit dem berechneten Ladedruck läßt größere Abweichungen bei der Ist-Wert-Erfassung mit dem Lade drucksensor erkennen, ein möglicher Testablauf ist in Fig. 4 abge bildet.

Dabei wird in einem Schritt 45 ein quasistationärer Betriebszustand erkannt, im Schritt 47 erfolgt der Vergleich des gemessenen mit dem berechneten Druck und im Schritt 48 wird je nach Vergleichsergebnis erkannt, ob der Ladedrucksensor ordnungsgemäß funktioniert und sein Ausgangssignal zu Regelzwecken verwendet werden kann, oder ob der Sensor defekt ist und ein Ersatzsignal zur Regelung verwendet wird.

Der Vergleich des mit dem Ladedrucksensor gemessenen Drucks mit dem in quasistationärem Betriebszustand berechneten Druckwert ist nicht nur im Leerlauf möglich, sondern grundsätzlich bei relativ geringen Drehzahlen, solange nicht ein Überdruckventil, das bei zu hohem Druck anspricht, angesprochen hat.

Das Ansprechen eines solchen Überdruckventils bildet die Grundlage für einen weiteren Plausibilitätsvergleich. Bei Turbomotoren mit herkömmlicher Ladedruckbegrenzung ist zur Absicherung gegen zu hohen Ladedruck ein Ladedruckregelorgan 13, beispielsweise ein Abbla se-Sicherheitsventil vorhanden, das üblicherweise einen Schaltkon takt aufweist. Dieser Schaltkontakt ist druckabhängig, bei zu hohem Ladedruck schaltet der Druckschalter und der Druck wird über das Sicherheitsventil auf einen zulässigen Wert abgebaut (Waste-Gate-La dedruckbegrenzung). Der Schaltpunkt des Druckschalters ist dabei vom Atmosphärendruck abhängig. Das Schaltsignal des Druckschalters wird der Auswerteeinrichtung 18 des Steuergeräts 27 zugeführt. Der Druckschalter entspricht in diesem Fall dem Atmosphärendrucksensor 19.

Bei einem derartigen System ist eine Überwachung des Ladedrucksen sors möglich, dazu muß jedoch die Abblasevorrichtung außer Kraft gesetzt werden. Der Ablauf der Überwachung funktioniert dann wie folgt:

Der Solladedruck wird auf einen, vom Atmosphärendruck abhängigen Maximalwert begrenzt, der gerade dem Schaltpunkt des Druckschalters des Abblase-Sicherheitsventils entspricht. Dabei wird der Atmo sphärendruck entweder mit einem eigenen Atmosphärendrucksensor 19 gemessen und abgespeichert oder aus der Messung des Lade-Ist-Werts, der mit dem Ladedrucksensor 17 im Leerlauffall gemessen wird, ermit telt.

Spricht trotz der Ladedruckbegrenzung der Druckschalter an, so ent spricht entweder der abgespeicherte Atmosphärendruck nicht mehr dem aktuellen Wert, beispielsweise wenn ein Fahrer ohne längere Leer laufphase aus Meereshöhe ins Gebirge gefahren ist, oder aber der Ladedrucksensor 17 ist in gefährlicher Weise verstimmt.

Der abgespeicherte Atmosphärendruck wird dann rampenförmig über der Zeit reduziert, bis der Druckschalter nicht mehr anspricht. Damit wird auch sichergestellt, daß der wirksame Druckbegrenzungswert ab gesenkt wird. Eine Motorüberlastung wird durch diese Maßnahmen ver mieden. Eine Fehlererkennung ist möglich, wenn der Druckschalter innerhalb kurzer Zeit, beispielsweise innerhalb einiger Minuten nach der letzten Abspeicherung des Atmosphärendrucks, anspricht. Es ist dann eine kurze Fahrt bei Vollast erfolgt, nach einer Leerlaufphase. In diesem Fall kann keine Atmosphärendruckänderung die Ursache für das Ansprechen des Druckschalters sein, demnach muß der Drucksensor verstimmt sein und falsche Druckwerte liefern.

Claims

1. Einrichtung zur Ladedruckregelung bei einer aufgeladenen Brenn kraftmaschine mit einem Ladedrucksensor auf der Hochdruckseite der Brennkraftmaschine, der ein vom Ladedruck abhängiges Signal liefert, wobei die Funktionsfähigkeit des Ladedrucksensors (16) durch einen Plausibilitätsvergleich überwacht wird, bei dem geprüft wird, ob das Ausgangssignal des Ladedrucksensors (16) innerhalb eines zulässigen Bereiches liegt und ein Vergleich mit einem zusätzlichen Signal er folgt, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Signal von einem zweiten Drucksensor (17, 19) geliefert wird oder in einer Auswerte einrichtung in Abhängigkeit von Betriebszuständen der Brennkraft maschine gebildet wird und zur Ladedruckregelung das höhere der beiden Signale verwendet wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Drucksensor ein Ladedrucksensor (17) ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sofern beide Signale im zulässigen Bereich liegen zur Ladedruckre gelung der Maximalwert der Signale verwendet wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Erkennen einer Fehlfunktion des einen Ladedrucksensors (16, 17) das Signal des anderen Ladedrucksensors (17, 16) zur Ladedruckre gelung verwendet wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Drucksensor ein Atmosphärendrucksensor (19) ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Aus gangssignal des Ladedrucksensors (16) bei der unbelasteten Brenn kraftmaschine mit dem Ausgangssignal des Atmosphärendrucksensors (19) verglichen wird und ein größerer Unterschied der beiden Signale eine Fehleranzeige auslöst.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ladedruckregelung das Signal des Ladedrucksensors (16) verwendet wird, wobei es um die Druckdifferenz von Ladedrucksensor und Atmo sphärendrucksensor (19) erhöht wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in quasistationären Betriebszuständen erreichbare Ladedruck aus der Einspritzmenge und der Motordrehzahl unter Berücksichtigung des Lader- und Motorwirkungsgrades berechnet wird und mit dem bei glei chen Bedingungen mit dem Ladedrucksensor (16) gemessenen Druckwert verglichen wird und bei größeren Abweichungen der beiden Druckwerte ein Fehler erkannt wird.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Drucksignal von einem Druckschalter geliefert wird, der ab hängig vom maximal zulässigen Ladedruck schaltet.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 8, dadurch gekenn zeichnet, daß bei größeren Unterschieden zwischen den beiden Signalen eine Abspeicherung der Signale erfolgt.