WO2003071111A1 - Method and device for monitoring the operation of a bypass element of the boost control of a turbo engine - Google Patents

Method and device for monitoring the operation of a bypass element of the boost control of a turbo engine Download PDF

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Definitions

  • the actuator 19 is acted upon as a manipulated variable via a pressure line 20 with the boost pressure (P L ) of the charge air line 7 and is also connected to a control unit 9 via a connecting line 21 for setting the association of the boost pressure P with the manipulated variable for the bypass element 1. It is also conceivable to close the bypass line with the help of a bypass valve.
  • a charge pressure sensor 8 is provided on the charge air line 7 between the compressor 5 and the distributor 12 and is connected to the control unit 9 via a connection line 22.
  • the control unit 9 is in turn connected to a storage unit 10, which is used to store error messages so that they can be displayed, for example, or can be detected during the inspection at the latest in order to remedy the error.
  • the function of the exhaust gas turbocharger 13 is as follows: With the aid of the compressor 5, the charge air 14 for the turbo engine 3 is compressed. The compressor 5 is driven by the exhaust gas flow 26 conducted via the exhaust gas turbine 4. The direction of flow of the charge air 14 and of the exhaust gas flow 26 is identified by arrows. By opening or closing the bypass element 1, the exhaust gas flow, which is conducted via the exhaust gas turbine 4 of the exhaust gas turbocharger 13, can be controlled by means of the boost pressure PL of the charge air line 7 and the control unit 9 such that an optimal efficiency of the turbo engine 3 is achieved.
  • the boost pressure control 2 which consists of the bypass element 1, the actuator 19, the pressure line 20, the control unit 9 and the connecting line 21, serves this control.

Abstract

The invention relates to a method for monitoring the operation of a bypass element (1) of the boost control (2) of a turbo engine (3), according to which the boost pressure (PL) is generated by means of a compressor (5) that is driven by an exhaust gas turbine (4). The bypass element (1) optionally feeds the entire exhaust gas stream (6) of the turbo engine (3) or a portion thereof to the exhaust gas turbine (4) or directs said exhaust gas stream past the exhaust gas turbine (4) by means of a bypass (5). Also disclosed is a device for carrying out the inventive method. In order to also monitor proper closing of the bypass element (1), the boost pressure (PL) is detected and compared with the ambient pressure (PU). An error message is generated when a given difference (ΟP1) between the boost pressure (PL) and the ambient pressure (PU) is not exceeded during a given operating period (οt) in which a boost pressure (PL) has to occur.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Funktionskontrolle eines Bypasselements einer Ladedruckregelung eines Turbomotors Method and device for checking the function of a bypass element of a boost pressure control of a turbo engine
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionskontrolle eines Bypaßelements einer Ladedruckregelung eines Turbomotors, bei dem der Ladedruck mittels eines durch eine Abgasturbine angetriebenen Verdichters erzeugt wird, wobei das Bypasselement den Abgasstrom des Turbomotors ganz oder teilweise wahlweise der Abgasturbine zuführt oder mittels eines Bypasses an dieser vorbeileitet, sowie eine Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens.The invention relates to a method for checking the function of a bypass element of a boost pressure control of a turbo engine, in which the boost pressure is generated by means of a compressor driven by an exhaust gas turbine, the bypass element supplying the exhaust gas flow of the turbo engine either wholly or in part optionally to the exhaust gas turbine or bypassing it by means of a bypass, and an apparatus for performing the method.
Zur Steigerung der Motorleistung von Brennkraftmaschinen werden häufig Abgasturbolader eingesetzt. Hierbei wird auf der Auslaßseite der Brennkraftmaschine der Abgasstrom über eine Abgasturbine geleitet, die einen Verdichter auf der Einlaßseite der Brennkraftmaschine antreibt. Abgasturbolader weisen in der Regel eine Bypass- leitung auf, die über ein Ventil oder mit einer Klappe gesteuert wird. Derartige Bypass- elemente ermöglichen den Abgasstrom zumindest teilweise an der Abgasturbine vorbeizuleiten, um dadurch den Ladedruck über eine Regelung des Abgasgegendrucks zu begrenzen. Es ist weiterhin bekannt, während der Startphase der Brennkraftmaschine die Bypassleitung freizugeben, um ein Abkühlen des Abgasstroms zu vermeiden und dadurch ein schnelleres Aufheizen des Abgaskatalysators zu gewährleisten.Exhaust gas turbochargers are often used to increase the engine power of internal combustion engines. In this case, the exhaust gas flow is conducted on the exhaust side of the internal combustion engine via an exhaust gas turbine which drives a compressor on the intake side of the internal combustion engine. Exhaust gas turbochargers generally have a bypass line that is controlled via a valve or with a flap. Bypass elements of this type allow the exhaust gas flow to at least partially bypass the exhaust gas turbine in order to thereby limit the boost pressure by regulating the exhaust gas back pressure. It is also known to release the bypass line during the start-up phase of the internal combustion engine in order to prevent the exhaust gas flow from cooling and thereby to ensure that the exhaust gas catalytic converter heats up more quickly.
Aufgrund von gesetzlichen Vorschriften ist es notwendig, abgasrelevante Bauteile in Kraftfahrzeugen auf ihre Funktionsfahigkeit hin zu überprüfen und auftretende Fehlfunktionen unmittelbar in einer Speichereinheit im Fahrzeug abzuspeichern. Diese Speichereinheit wird bei einer nachfolgenden Inspektion ausgelesen. Dadurch werden Fehlfunktionen erkannt und gegebenenfalls behoben. Da das Bypasselement u.a. Einfluß auf das Aufwärmverhalten des Abgaskatalysators hat, stellt es somit ein abgasrelevantes Bauteil dar, dessen Funktion überprüft werden muß. Denkbar ist eine direkte Übe riifung der mechanischen Bewegung des Bypasselements mit einem Weg- oder Winkelaufnehmer. Solche Vorrichtungen sind jedoch aufwendig und erhöhen den Montageaufwand. Sie sind teuer und bedeuten eine Gewichtszunahme des Kraftfahrzeuges.Due to legal regulations, it is necessary to check the functionality of exhaust-gas-related components in motor vehicles and to immediately record any malfunctions that occur in a memory unit in the vehicle. This storage unit is read out during a subsequent inspection. Malfunctions are identified and, if necessary, corrected. Since the bypass element has an influence, inter alia, on the warming-up behavior of the exhaust gas catalytic converter, it therefore represents an exhaust gas-relevant component, the function of which must be checked. A direct exercise of the mechanical movement of the bypass element with a displacement or angle sensor is conceivable. However, such devices are complex and increase the assembly effort. They are expensive and increase the weight of the motor vehicle.
Aus der DE 198 34 762 C2 ist ein Verfahren zur Funktionskontrolle eines Bypasselements der eingangs genannten Art bekannt. Bei diesem ist jedoch nur feststellbar, ob ein geschlossenes Bypasselement offenbar ist. Diese Funktionsüberprüfung ist jedoch unvollständig, da auch der umgekehrte Fall eintreten kann, daß ein Bypasselement nicht oder nicht vollständig schließt. In diesem Fall kommt es zu keiner oder einer unzureichenden Funktion des Abgasturboladers, was eine Verminderung der Leistungsfähigkeit des Turbomotors zur Folge hat.DE 198 34 762 C2 discloses a method for checking the function of a bypass element of the type mentioned at the outset. In this case, however, it can only be determined whether a closed bypass element is evident. However, this function check is incomplete, since the reverse situation can also occur that a bypass element does not close or does not close completely. In this case, there is no or insufficient functioning of the exhaust gas turbocharger, which results in a reduction in the performance of the turbo engine.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung verfügbar zu machen, die das ordnungsgemäße Schließen eines Bypasselements der eingangs genannten Art überwachen.The invention is therefore based on the object of making available a method and a device which monitor the correct closing of a bypass element of the type mentioned at the outset.
Die Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ladedruck erfaßt und mit dem Umgebungsdruck verglichen wird und daß eine Fehlermeldung erfolgt, wenn während eines definierten Betriebszeitraums, in dem ein Ladedruck auftreten muß, ein definierter Druckunterschied zum Umgebungsdruck nicht überschritten wird.With regard to the method, the object is achieved in that the boost pressure is detected and compared with the ambient pressure and that an error message is given if a defined pressure difference to the ambient pressure is not exceeded during a defined operating period in which a boost pressure must occur.
Bezüglich der Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß an der Ladeluftleitung ein Ladedrucksensor zur Erfassung von Drücken angeordnet und mit einer Steuereinheit verbunden ist, die derart ausgebildet ist, daß sie Drücke in einem Betriebszeitraum erfaßt, auswertet und gegebenenfalls eine Fehlermeldung veranlaßt. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es, wenn das Bypasselement offen bleibt, zu keinem Aufbau eines Ladedrucks kommt bzw. daß bei einem unvollständigen Schließen nur ein unvollständiger Aufbau eines Ladedrucks erzielt werden kann. Wird nun ein Betriebszeitraum festgelegt, innerhalb dessen ein solcher Druckaufbau statt- finden muß, so ist das Ausbleiben eines Druckaufbaus als Fehler zu werten. Ein solcher Fehler kann verschiedene Ursachen haben, meist ein mechanischer Defekt des Bypasselements, des Stellantriebs, des Stellgestänges oder der Feder, gegen die der Stellantrieb das Bypasselement öf&iet. Es kann die Bypassklappe klemmen oder eine Schließfeder oder ein Stellelement gebrochen sein oder klemmen. Die Fehlermöglichkeiten hängen von der konkreten Konstruktion des Bypasselements ab. Wird jedenfalls innerhalb eines bestimmten Betriebszeitraums ein bestimmter Druckunterschied zwischen dem Ladedruck und dem Umgebungsdruck nicht erreicht, so ist von einem derartigen Fehler auszugehen. Dieser muß erfaßt werden, um ihn möglichst rasch, spätestens bei der nächsten Inspektion zu beseitigen, damit die volle Leistungsfähigkeit des Turbomotors wieder erzielt werden kann.With regard to the device for performing this method, the object is achieved in that a charge pressure sensor for detecting pressures is arranged on the charge air line and is connected to a control unit which is designed such that it detects pressures in an operating period, evaluates them and, if appropriate, triggers an error message , The invention is based on the knowledge that, if the bypass element remains open, there is no build-up of a boost pressure or that in the event of incomplete closing, only an incomplete build-up of a boost pressure can be achieved. If an operating period is now defined within which such a pressure build-up must take place, the absence of a pressure build-up is to be regarded as an error. Such an error can have various causes, usually a mechanical defect in the bypass element, the actuator, the actuating linkage or the spring against which the actuator opens the bypass element. The bypass flap can jam or a closing spring or an actuator can be broken or jammed. The possible errors depend on the specific construction of the bypass element. In any case, if a certain pressure difference between the boost pressure and the ambient pressure is not reached within a certain operating period, such an error can be assumed. This must be recorded in order to eliminate it as quickly as possible, at the latest during the next inspection, so that the full performance of the turbo engine can be achieved again.
Der Betriebszeitraum und der definierte Druckunterschied sind Erfahrungswerte, die für den jeweiligen Motor ermittelt werden müssen. Spätestens wenn der Motor unter Last lauft, muß jedenfalls ein nennenswerter Ladedruck erreicht sein. Die Überprüfung kann fortlaufend erfolgen, sie kann nach Inbetriebsetzung des Fahrzeugs oder in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsparametern erfolgen. Diese Entscheidung über die Erfassungszeiträume des Ladedrucks hängt davon ab, wann mit einem entsprechenden Ladedruck zu rechnen ist und welche Kontrollhäufigkeit gewünscht wird.The operating period and the defined pressure difference are empirical values that have to be determined for the respective engine. At least when the engine is running under load, a significant boost pressure must be reached. The check can be carried out continuously; it can be carried out after the vehicle has been started up or depending on certain operating parameters. This decision about the acquisition periods of the boost pressure depends on when a corresponding boost pressure is to be expected and which check frequency is desired.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß die Funktionskontrolle in einem Zeitraum stattfindet, in dem die Ladedruckregelung nicht aktiv ist. Wenn die Ladedruckregelung nicht aktiv ist, wird das Bypasselement in der Regel von einer Feder zugehalten. Dadurch wird der gesamte Abgasstrom über die Abgasturbine geleitet und damit dessen gesamte Energie zum Antreiben des Verdichters eingesetzt. Wird in diesem Zustand kein nennenswerter Druckunterschied zwischen Lade- und Umgebungsdruck innerhalb einer gewissen Betriebszeit erzeugt, so liegt ein Defekt vor, durch den das Bypasselement nicht im geschlossenen Zustand ist.One embodiment of the method provides that the functional check takes place in a period in which the boost pressure control is not active. If the boost pressure control is not active, the bypass element is usually locked by a spring. As a result, the entire exhaust gas flow is conducted via the exhaust gas turbine and its entire energy is used to drive the compressor. In this state there is no significant pressure difference between the charging and Ambient pressure generated within a certain operating time, there is a defect by which the bypass element is not in the closed state.
Eine weitere entweder alternative oder vorzugsweise zusätzliche Ausgestaltung sieht vor, daß die Funktionskontrolle in einem Zeitraum stattfindet, in dem die Ladedruckregelung aktiv ist. Auch während des Betriebs muß ein gewisser Druckunterschied vorhanden sein. Ist dies nicht der Fall, so ist dies ebenfalls ein Zeichen für einen Defekt.Another either alternative or preferably additional embodiment provides that the functional check takes place in a period in which the charge pressure control is active. There must also be a certain pressure differential during operation. If this is not the case, this is also a sign of a defect.
Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, daß während eines längeren Betriebszeit- raums zeitlich verteilt mehrere Druckunterschiede definiert sind und daß bei einem Abweichen derselben von den aufgrund der erfaßten Drücke ermittelten Druckunterschieden je nach Größe und Verlauf der Abweichungen eine Fehlermeldung und/oder eine Nachjustierung der Ladedruckregelung erfolgt. Es kann also auf diese Weise für jeden Motor ein Modell erstellt werden, das Druckunterschiede verschie- denen Betriebsparametern zuordnet und auf dieser Grundlage die zeitlich verteilten Druckunterschiede definiert, die mindestens erreicht werden müssen.A further development of the method provides that several pressure differences are defined over a period of time during a longer operating period and that if they differ from the pressure differences determined on the basis of the detected pressures, depending on the size and course of the deviations, an error message and / or readjustment of the boost pressure control he follows. In this way, a model can be created for each engine that assigns pressure differences to various operating parameters and on this basis defines the pressure differences that are distributed over time and which must at least be achieved.
Liegen die aufgrund der erfaßten Drücke ermittelten Druckunterschiede darunter, so ist dies ein Zeichen für eine Fehlfunktion. Solche Fehlfunktionen können registriert oder angezeigt werden. Dabei kann vorgesehen sein, daß beim Nichtauftreten eines nennenswerten Druckunterschieds als Fehlerquelle ein ständiges Offenstehen des Bypasselements angezeigt wird. Beim Abweichen der ermittelten Druckunterschiede von definierten Druckunterschieden eines typischen Druckverlaufs wird eine Funkti- onsungenauigkeit des Bypasselements angezeigt. Eine solche Funktionsungenauigkeit kann auf eine Reibung, auf ein zeitweiliges Festhängen oder eine Schwergängigkeit mechanischer Teile zurückzuführen sein und muß dann als Fehler hinterlegt werden. Es ist jedoch auch möglich, daß ein paralleler Verlauf der ermittelten zu den definierten Druckunterschieden registriert wird, dann kann der Fehler durch eine Nachjustierung der Ladedruckregelung beseitigt werden. Damit Schwankungen des Umgebungsdrucks die vorgenannten Vergleiche nicht beeinträchtigen, ist es zweckmäßig, den Umgebungsdruck beim Start des Turbomotors zu erfassen. Selbstverständlich wird eine präzisere Ermittlung der Druckunterschiede erzielt, wenn der Umgebungsdruck während des Betriebs erfaßt wird. Es kann sich dabei auch um eine laufende Erfassung und damit um eine laufende Berücksichtigung von Änderungen des Umgebungsdrucks handeln. Eine derartige Berücksichtigung kann mittels eines ständigen Abgleichs eines den Ladedruck ermittelnden Sensors erfolgen oder mittels einer Eingabe an die Steuerung, welche das Bypasselement steuert.If the pressure differences determined based on the detected pressures are below this, this is a sign of a malfunction. Such malfunctions can be registered or displayed. It can be provided that if the pressure difference does not occur as a source of error, the bypass element is constantly open. If the determined pressure differences deviate from defined pressure differences of a typical pressure curve, a functional inaccuracy of the bypass element is displayed. Such inaccuracy can be due to friction, temporary sticking or sluggishness of mechanical parts and must then be stored as an error. However, it is also possible that a parallel course of the determined to the defined pressure differences is registered, then the error can be eliminated by readjusting the boost pressure control. So that fluctuations in the ambient pressure do not impair the above-mentioned comparisons, it is expedient to record the ambient pressure when the turbo engine is started. Of course, a more precise determination of the pressure differences is achieved if the ambient pressure is recorded during operation. It can also be a continuous acquisition and thus a continuous consideration of changes in the ambient pressure. Such consideration can take place by means of a constant adjustment of a sensor which determines the boost pressure or by means of an input to the control which controls the bypass element.
Die Fehlermeldungen sollten abrufbar abgelegt werden, damit die Fehler spätestens bei der nächsten Inspektion zur Kenntnis genommen und beseitigt werden können. Zu diesem Zweck sieht die Vorrichtung vor, daß die Fehlermeldungen in einer Speichereinheit abgelegt werden.The error messages should be stored so that they can be noticed and rectified at the next inspection at the latest. For this purpose, the device provides that the error messages are stored in a storage unit.
Eine Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, daß zusätzlich ein Umgebungsdrucksensor vorgesehen ist. Dadurch ist es möglich, den Umgebungsdruck zu beliebigen Zeitpunkten oder fortlaufend zu erfassen und den Ladedrucksensor abzugleichen oder die Schwankungen des Umgebungsdrucks der Steuereinheit zu übermitteln, damit diese den Abgleich vornimmt. Dabei kann der Abgleich auch in Form einer Berücksichtigung bei der Steuerung des Bypasselements stattfinden.A further development of the device provides that an ambient pressure sensor is additionally provided. This makes it possible to record the ambient pressure at any time or continuously and to adjust the boost pressure sensor or to transmit the fluctuations in the ambient pressure to the control unit so that it carries out the adjustment. The adjustment can also take the form of a consideration when controlling the bypass element.
Zweckmäßigerweise ist die Vorrichtung derart ausgebildet, daß die Steuereinheit derart ausgebildet ist, daß die Fehlermeldungen in einer Speichereinheit abgelegt werden.The device is expediently designed such that the control unit is designed such that the error messages are stored in a memory unit.
Zur Vornahme der oben genannten Nachjustierung der Ladedruckregelung sieht eine Weiterbildung der Vorrichtung vor, daß die Steuereinheit derart ausgebildet ist, daß sie diese Nachjustierung der Ladedruckregelung veranlaßt. Das ist für den Fall möglich, in dem die ermittelten zu den definierten Druckunterschieden parallel verlaufen, wenn also nur eine Funktionsungenauigkeit der Zuordnung von Druckunterschieden zu Stellwegen des Bypasselements und kein Defekt vorliegt. Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigenTo carry out the above-mentioned readjustment of the boost pressure control, a further development of the device provides that the control unit is designed such that it causes this readjustment of the boost pressure control. This is possible for the case in which the determined pressure differences run parallel to the defined pressure differences, that is if there is only an inaccuracy in the assignment of pressure differences to travel paths of the bypass element and there is no defect. The invention is explained below with reference to the drawing. Show it
Fig. 1 ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung undFig. 1 shows an exemplary embodiment of the invention and
Fig.2 einen beispielhaften Verlauf von Drücken.2 shows an exemplary course of pressures.
Fig. 1 zeigt einen Turbomotor 3 eines Kraftfahrzeuges mit Lagedruckregelung 2 in schematischer Darstellung. Einlaßseitig weist der Turbomotor 3 eine Ansaugleitung 11 auf, die über einen Verdichter 5 eines Abgasturboladers 13 und eine Ladeluftleitung 7 zu einem Verteiler 12 an dem Turbomotor 3 führt. Auslaßseitig weist der Turbomotor 3 einen Abgaskrümmer 15 auf, der über ein Vorrohr 16 zu einer Abgasturbine 4 des Abgasturboladers 13 fuhrt. Die Abgasturbine 4 ist über eine Abgasleitung 17 mit einem Abgaskatalysator 18 verbunden. Der Abgaskatalysator 18 ist in bekannter Weise mit einer nicht näher dargestellten Abgasanlage verbunden. Zur direkten Verbindung zwischen dem Vorrohr 16 und der Abgasleitung 17 dient ein Bypass 6. In dem Bypass 6 ist als ansteuerbares Bypasselement 1, beispielsweise eine Bypassklappe angeordnet, die von einem Stellantrieb 19 betätigt wird.Fig. 1 shows a turbo engine 3 of a motor vehicle with position pressure control 2 in a schematic representation. On the inlet side, the turbo engine 3 has an intake line 11 which leads via a compressor 5 of an exhaust gas turbocharger 13 and a charge air line 7 to a distributor 12 on the turbo engine 3. On the outlet side, the turbo engine 3 has an exhaust manifold 15, which leads via a front pipe 16 to an exhaust gas turbine 4 of the exhaust gas turbocharger 13. The exhaust gas turbine 4 is connected to an exhaust gas catalytic converter 18 via an exhaust gas line 17. The exhaust gas catalytic converter 18 is connected in a known manner to an exhaust gas system, not shown in detail. A bypass 6 is used for the direct connection between the front pipe 16 and the exhaust pipe 17. A bypass valve 1, for example a bypass flap, which is actuated by an actuator 19, is arranged as the controllable bypass element 1.
Der Stellantrieb 19 wird als Stellgröße über eine Druckleitung 20 mit dem Ladedruck (PL) der Ladeluftleitung 7 beaufschlagt und ist außerdem zur Einstellung der Zuordnung vom Ladedruck P zur Stellgröße für das Bypasselement 1 mit einer Steuereinheit 9 über eine Verbindungsleitung 21 verbunden. Denkbar ist auch die Bypassleitung mit Hilfe eines Bypaßventils zu verschließen. Zwischen Verdichter 5 und Verteiler 12 ist an der Ladeluftleitung 7 ein Ladedrucksensor 8 vorgesehen, der über eine Verbindungs- leitung 22 mit der Steuereinheit 9 verbunden ist. Die Steuereinheit 9 ist wiederum mit einer Speichereinheit 10 verbunden, die der Ablegung von Fehlermeldungen dient, damit diese beispielsweise angezeigt oder spätestens bei der Inspektion erfaßt werden können, um den Fehler zu beheben.The actuator 19 is acted upon as a manipulated variable via a pressure line 20 with the boost pressure (P L ) of the charge air line 7 and is also connected to a control unit 9 via a connecting line 21 for setting the association of the boost pressure P with the manipulated variable for the bypass element 1. It is also conceivable to close the bypass line with the help of a bypass valve. A charge pressure sensor 8 is provided on the charge air line 7 between the compressor 5 and the distributor 12 and is connected to the control unit 9 via a connection line 22. The control unit 9 is in turn connected to a storage unit 10, which is used to store error messages so that they can be displayed, for example, or can be detected during the inspection at the latest in order to remedy the error.
Um eine exakte Ermittlung der Druckunterschiede Δp zwischen Ladedruck PL und Umgebungsdruck Pu vornehmen zu können, ist ein Umgebungsdrucksensor 24 angeordnet, der mittels einer Verbindungsleitung 23 mit der Steuereinheit 9 verbunden ist. Dadurch lassen sich bei der Ladedruckregelung auch die Schwankungen des Umgebungsdrucks Pu einbeziehen und/oder ein Abgleich des Ladedrucksensors 8 vornehmen, damit dieser exakt eingestellt ist. Eine Einstellung kann auch in Form einer Justage vor Betriebsbeginn erfolgen, also in einem Zeitraum, in dem an beiden Sensoren der Umgebungsdruck anliegt.In order to be able to determine the pressure differences Δp between the boost pressure PL and the ambient pressure Pu exactly, an ambient pressure sensor 24 is provided arranged, which is connected to the control unit 9 by means of a connecting line 23. As a result, the fluctuations in the ambient pressure Pu can also be included in the charge pressure control and / or the charge pressure sensor 8 can be adjusted so that it is set exactly. An adjustment can also be made in the form of an adjustment before the start of operation, that is to say in a period in which the ambient pressure is present at both sensors.
Die Funktion des Abgasturboladers 13 ist folgende: Mit Hilfe des Verdichter 5 wird die Ladeluft 14 für den Turbomotor 3 komprimiert. Angetrieben wird der Verdichter 5 über den über die Abgasturbine 4 geleiteten Abgasstrom 26. Die Strömungsrichtung der Ladeluft 14 bzw. des Abgasstroms 26 ist jeweils mit Pfeilen gekennzeichnet. Durch Öffnen bzw. Schließen des Bypasselements 1 läßt sich der Abgasstrom, der über die Abgasturbine 4 des Abgasturboladers 13 geleitet wird, mittels des Ladedrucks PL der Ladeluftleitung 7 und der Steuereinheit 9 derart steuern, daß ein optimaler Wirkungs- grad des Turbomotors 3 erzielt wird. Dieser Steuerung dient die Ladedruckregelung 2, welche aus dem Bypasselement 1, dem Stellantrieb 19, der Druckleitung 20, der Steuereinheit 9 und der Verbindungsleitung 21 besteht.The function of the exhaust gas turbocharger 13 is as follows: With the aid of the compressor 5, the charge air 14 for the turbo engine 3 is compressed. The compressor 5 is driven by the exhaust gas flow 26 conducted via the exhaust gas turbine 4. The direction of flow of the charge air 14 and of the exhaust gas flow 26 is identified by arrows. By opening or closing the bypass element 1, the exhaust gas flow, which is conducted via the exhaust gas turbine 4 of the exhaust gas turbocharger 13, can be controlled by means of the boost pressure PL of the charge air line 7 and the control unit 9 such that an optimal efficiency of the turbo engine 3 is achieved. The boost pressure control 2, which consists of the bypass element 1, the actuator 19, the pressure line 20, the control unit 9 and the connecting line 21, serves this control.
Kommt es zu einer Fehlfunktion des Bypasselements 1, so fallt die leistungserhöhende Wirkung des Abgasturboladers 13 aus oder sie ist vermindert. Handelt es sich lediglich um eine Fehleinstellung der Stellgröße der Verstellungen des Bypasselements 1 zumIf the bypass element 1 malfunctions, the performance-increasing effect of the exhaust gas turbocharger 13 fails or is reduced. Is it only a matter of an incorrect setting of the manipulated variable of the adjustments of the bypass element 1
Ladedruck PL, beziehungsweise dem aus Ladedruck PL und Umgebungsdruck Pu ermittelten Druckunterschied Δp, so kann über die Steuereinheit 9 eine Nachjustierung der Einstellung der Stellgröße vorgenommen werden. Tritt überhaupt kein Ladedruck PL auf, so ist das Bypasselement 1 offen und läßt sich nicht mehr schließen. Dies kann schon beim Start des Motors vor Beginn der Ladedruckregelung überprüft werden.Boost pressure PL, or the pressure difference Δp determined from the boost pressure PL and ambient pressure Pu, the control unit 9 can be used to readjust the setting of the manipulated variable. If no boost pressure PL occurs at all, the bypass element 1 is open and can no longer be closed. This can be checked when the engine is started before the charge pressure control starts.
Danach kann dann eine laufende Funktionskontrolle stattfinden. Kann die Differenz Δp zwischen Umgebungsdruck Pu und Ladedruck PL einen bestimmten definierten WertThen an ongoing function check can take place. Can the difference Δp between ambient pressure Pu and boost pressure PL have a certain defined value
Δpi nicht überschreiten, so ist dies ein Zeichen für einen Defekt, wie zum Beispiel ein Klemmen oder eine Schwergängigkeit eines Bypasselements 1, beispielsweise einer Bypassklappe. Ein derartiger Fehler wird dann von der Steuereinheit 9 in der Speichereinheit 10 hinterlegt.Do not exceed Δpi, this is a sign of a defect, such as jamming or stiffness of a bypass element 1, for example one Bypass damper. Such an error is then stored by the control unit 9 in the storage unit 10.
Der eben erwähnte Verlauf von Drücken sowie die relevanten Zeiträume sind in Fig. 2 dargestellt. Es ist der Ladedruck PL in seinem Verlauf während der Zeit t aufgetragen. Vor und im Zeitpunkt ts des Motorstarts entspricht der Ladedruck PL dem Umgebungsdruck Pu, deshalb kann er in diesem Zeitpunkt ts vom Ladedrucksensor 8 erfaßt werden. Der weitere Verlauf des Umgebungsdrucks Pu (gestrichelt gezeichnet) ist eine Unge- nauigkeit, die jedoch zur Einsparung eines separaten Sensors in Kauf genommen werden kann. Danach steigt der Ladedruck PL an und erreicht in einem definierten Betriebszeitraum Δti mindestens einen Wert Δp der der Steuereinheit 9 eingegeben ist. Wird von dem ermittelten Druck Δp dieser Wert Δpi nicht erreicht, so liegt in beschriebener Weise eine Fehlfunktion vor.The course of pressures just mentioned and the relevant time periods are shown in FIG. 2. The course of the boost pressure P L is plotted during the time t. Before and at the time t s of the engine start, the boost pressure P L corresponds to the ambient pressure Pu, which is why it can be detected by the boost pressure sensor 8 at this time ts. The further course of the ambient pressure Pu (shown in dashed lines) is an inaccuracy, which, however, can be accepted to save a separate sensor. The boost pressure P L then increases and, in a defined operating period Δti, reaches at least one value Δp which has been entered into the control unit 9. If this value Δpi is not reached by the determined pressure Δp, there is a malfunction in the manner described.
Um Fehlfunktionen noch exakter erfassen zu können und um diese gegebenenfalls auch genau korrigieren zu können, wird der Umgebungsdruck Pu ständig oder von Zeit zu Zeit erfaßt. Dann können auch die Schwankungen des Umgebungsdrucks Pu berücksichtig werden.In order to be able to detect malfunctions even more precisely and to be able to correct them, if necessary, the ambient pressure Pu is recorded continuously or from time to time. Then the fluctuations in the ambient pressure Pu can also be taken into account.
Um außer einer Fehlfunktion auch Fehleinstellungen zu erfassen, können weitere definierte Mindestdruckunterschiede Δp2> ... zu bestimmten Betriebsparametern festgelegt werden, auch in Form typischer Druckverläufe. Weisen die erfaßten Druckunterschiede Δp lediglich einen Versatz zu den typischen Druckverläufen Δp2> ... auf, kann eine Nachjustierung vorgenommen werden. Gibt es sonstige Unregelmäßigkeiten der Kurve, wie Sprünge oder NichtÜberschreiten eines Wertes, so kann zum Beispiel die Mechanik in bestimmten Stellungen klemmen oder schwergängig sein und dieser Fehler muß genauso wie das Nichtauftreten eins Druckunterschieds Δp zwischen Umgebungsdruck Pu und Lagedruck PL zur Behebung in der Speichereinheit 10 hinterlegt werden.In order to record incorrect settings in addition to a malfunction, further defined minimum pressure differences Δp 2> ... can be defined for certain operating parameters, including in the form of typical pressure profiles. If the detected pressure differences Δp are only offset from the typical pressure curves Δp 2> ..., readjustment can be carried out. If there are other irregularities in the curve, such as jumps or a value not being exceeded, the mechanics can jam in certain positions or be stiff and this error must be corrected in the storage unit just like the non-occurrence of a pressure difference Δp between ambient pressure Pu and position pressure P L 10 can be deposited.
Selbstverständlich ist dies nur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Bypasselement 1 könnte natürlich auch statt mit der Druckleitung 20 durch eine elektrische oder sonstige Vermittlung des Ladedrucks PL beziehungsweise des Unterschieds Δp zum Umgebungsdruck Pu gesteuert werden. Dies ändert nichts an der erfindungsgemäßen Maßnahme. Of course, this is only one embodiment of the invention. The bypass element 1 could, of course, instead of with the pressure line 20 by an electrical or other mediation of the boost pressure P L or the difference Δp to the ambient pressure Pu can be controlled. This does not change the measure according to the invention.
Verfahren und Vorrichtung zur Funktionskontrolle eines Bypasselements einer Ladedruckregelung eines TurbomotorsMethod and device for checking the function of a bypass element of a boost pressure control of a turbo engine
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
Bypasselementbypass element
LadedruckregelungBoost pressure control
TurbomotorTurbo engine
Abgasturbineexhaust turbine
Verdichtercompressor
Bypassbypass
LadeluftleitungTurbo pipe
LadedrucksensorBoost pressure sensor
Steuereinheitcontrol unit
Speichereinheitstorage unit
Ansaugleitungsuction
Verteilerdistributor
Abgasturboladerturbocharger
Ladeluftcharge air
Abgaskrümmerexhaust manifold
VorrohrAn exhaust pipe
Abgasleitungexhaust pipe
Abgaskatalysatorcatalytic converter
Stellantriebactuator
Druckleitung 21 Verbindungsleitungpressure line 21 connecting line
22 Verbindungsleitung22 connecting line
23 Verbindungsleitung23 connecting line
24 Umgebungsdrucksensor24 ambient pressure sensor
25 Abgasstrom25 exhaust gas flow
PL LadedruckPL boost pressure
Pu UmgebungsdruckPu ambient pressure
Δpl3 Δp2, ... definierte DruckunterschiedeΔp l3 Δp 2 , ... defined pressure differences
Δp erfaßter Druckunterschied t Zeit ts Zeitpunkt des MotorstartsΔp detected pressure difference t time ts time of engine start
Δti BetriebszeitraumΔti operating period
Δt längerer Betriebszeitraum Δt longer operating period

Claims

Verfahren und Vorrichtung zur Funktionskontrolle eines Bypasselements einer Ladedruckregelung eines TurbomotorsPatentansprüche Method and device for checking the function of a bypass element of a boost pressure control of a turbo engine
1. Verfahren zur Funktionskontrolle eines Bypaßelements (1) einer Ladedruckregelung (2) eines Turbomotors (3), bei dem der Ladedruck (PL) mittels eines durch eine Abgasturbine (4) angetriebenen Verdichters (5) erzeugt wird, wobei das Bypasselement (1) den Abgasstrom (6) des Turbomotors (3) ganz oder teilweise wahlweise der Abgasturbine (4) zuführt oder mittels eines Bypasses (5) an dieser vorbeileitet, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladedruck (PL) erfaßt und mit dem Umgebungsdruck (Pu) verglichen wird und daß eine Fehlermeldung erfolgt, wenn während eines definierten Betriebszeitraums (Δtt), in dem ein Ladedruck (PL) auftreten muß, ein definierter Druckunterschied (ΔPj) zum Umgebungsdruck (Pu) nicht überschritten wird.1. Method for checking the function of a bypass element (1) of a boost pressure control (2) of a turbo engine (3), in which the boost pressure (P L ) is generated by means of a compressor (5) driven by an exhaust gas turbine (4), the bypass element (1 ) the exhaust gas flow (6) of the turbo engine (3) is either wholly or partially supplied to the exhaust gas turbine (4) or bypasses it by means of a bypass (5), characterized in that the boost pressure (P L ) is detected and with the ambient pressure (Pu) is compared and that an error message is given if a defined pressure difference (ΔPj) to the ambient pressure (Pu) is not exceeded during a defined operating period (Δt t ) in which a boost pressure (P L ) must occur.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionskontrolle in einem Zeitraum stattfindet, in dem die Ladedruckregelung (2) nicht aktiv ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the functional check takes place in a period in which the boost pressure control (2) is not active.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionskontrolle in einem Zeitraum stattfindet, in dem die Ladedruckregelung (2) aktiv ist. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the functional check takes place in a period in which the boost pressure control (2) is active.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß während eines längeren Betriebszeitraums (Δt ) zeitlich verteilt mehrere Druckunterschiede (Δpl, Δp2, ...) definiert sind und daß bei einem Abweichen derselben von den aufgrund der erfaßten Drücke (PL) ermittelten Druckunterschieden (Δp) je nach Größe und Verlauf der Abweichungen eine Fehlermeldung erfolgt.4. The method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that several pressure differences (Δpl, Δp2, ...) are defined over time during a longer operating period (Δt) and that if they differ from those due to the detected pressures (PL ) determined pressure differences (Δp) depending on the size and course of the deviations, an error message occurs.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß während eines längeren Betriebszeitraums (Δt2) zeitlich verteilt mehrere Druckunterschiede (Δpl, Δp2, ...) definiert sind und daß bei einem Abweichen derselben von den aufgrund der erfaßten Drücke (PL) ermittelten Druckunterschieden (Δp) je nach Größe und Verlauf der Abweichungen eine Nachjustierung der Ladedruckregelung (2) erfolgt.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that several pressure differences (Δpl, Δp2, ...) are defined over time during a longer operating period (Δt 2 ) and that in the event of a deviation thereof from that due to the detected pressures (PL) determined pressure differences (Δp) depending on the size and course of the deviations, a readjustment of the boost pressure control (2).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Nichtauftreten eines nennenswerten Druckunterschieds (Δpla Δp2) ...) als Fehlerquelle ein ständiges Offenstehen des Bypasselements (1) angezeigt wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that when a significant pressure difference does not occur (Δp la Δp 2) ...) a constant openness of the bypass element (1) is displayed as the source of the error.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abweichen der ermittelten Druckunterschiede (Δp) von definierten Druckunterschieden (Δp2, ...) eins typischen Druckverlaufs eine Funktionsungenauigkeit des Bypasselements (1) angezeigt wird.7. The method according to any one of claims 4 to 6, characterized in that when the determined pressure differences (Δp) from defined pressure differences (Δp 2 , ...) of a typical pressure curve, a functional inaccuracy of the bypass element (1) is displayed.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem parallelen Verlauf der ermittelten (Δp) zu den definierten Druckunterschieden (Δpi, Δp2) ...) eine Nachjustierung der Ladedruckregelung (2) erfolgt. 8. The method according to any one of claims 4 to 7, characterized in that with a parallel course of the determined (Δp) to the defined pressure differences (Δpi, Δp 2) ...) the charge pressure control (2) is readjusted.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Umgebungsdruck (Pu) beim Start des Turbomotors (3) erfaßt wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the ambient pressure (Pu) is detected at the start of the turbo engine (3).
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Umgebungsdruck (Pu) während des Betriebs erfaßt wird.10. The method according to claim 1 to 9, characterized in that the ambient pressure (Pu) is detected during operation.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlermeldungen abrufbar abgelegt werden.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the error messages are stored retrievable.
12. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche I bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an der Ladeluftleitung (7) ein Ladedrucksensor (8) zur Erfassung von Drücken (PL, PU) angeordnet und mit einer Steuereinheit (9) verbunden ist, die derart ausgebildet ist, daß sie Drücke (PL, Pu, Δp, Δpi, Δp ) in einem Betriebszeitraum (Δts, Δti, Δt2) erfaßt, auswertet und gegebenenfalls eine Fehlermeldung veranlaßt.12. A device for performing a method according to one of claims I to 11, characterized in that a charge pressure sensor (8) for detecting pressures (PL, PU) is arranged on the charge air line (7) and is connected to a control unit (9), which is designed such that it detects pressures (P L , Pu, Δp, Δpi, Δp) in an operating period (Δts, Δti, Δt 2 ), evaluates them and, if necessary, triggers an error message.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umgebungsdrucksensor (24) vorgesehen ist.13. The apparatus according to claim 12, characterized in that an ambient pressure sensor (24) is provided.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladedrucksensor (8) aufgrund der Druckerfassung des Umgebungsdrucksensors (24) abgeglichen wird. 14. The apparatus according to claim 12, characterized in that the boost pressure sensor (8) is adjusted due to the pressure detection of the ambient pressure sensor (24).
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Umgebungsdrucksensor (24) mit der Steuereinheit (9) verbunden (23) ist und die Steuereinheit (9) zur Vornahme des Abgleichs ausgebildet ist.15. The apparatus according to claim 14, characterized in that the ambient pressure sensor (24) with the control unit (9) is connected (23) and the control unit (9) is designed to carry out the adjustment.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlermeldungen in einer Speichereinheit (10) abgelegt werden.16. The device according to one of claims 12 to 15, characterized in that the error messages are stored in a memory unit (10).
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16 zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (9) derart ausgebildet ist, daß sie eine Nachjustierung der17. Device according to one of claims 12 to 16 for performing a method according to claim 8, characterized in that the control unit (9) is designed such that it readjustment of the
Ladedruckregelung (2) veranlaßt. Boost pressure control (2) causes.
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