WO2004022956A1 - Betriebsverfahren für einen verdichter - Google Patents

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WO2004022956A1
WO2004022956A1 PCT/EP2003/008278 EP0308278W WO2004022956A1 WO 2004022956 A1 WO2004022956 A1 WO 2004022956A1 EP 0308278 W EP0308278 W EP 0308278W WO 2004022956 A1 WO2004022956 A1 WO 2004022956A1
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internal combustion
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air flow
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Michael Fischle
Ulrich Springer
Daniel Streu
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Daimlerchrysler Ag
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Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a compressor in the intake tract of an internal combustion engine, in particular a motor vehicle, with the features of the preamble of claim 1.
  • compressor pumps In the case of a compressor, in particular a compressor operating as a turbomachine, e.g. Exhaust gas turbocharger, the usable operating range for small mass or volume flows is limited by the so-called “compressor pumps", in which there is separation and backflow of the air flow in the compressor.
  • the compressor pumps are accompanied by a drop in the boost pressure and an undesirable noise development When using the compressor in the intake tract of an internal combustion engine, the compressor pumping should be avoided.
  • target separation points in the compressor is associated with an increased outlay, which may be justifiable in the case of a compressor of an aircraft engine, but is out of the question for a compressor arranged in the intake tract of an internal combustion engine, in particular a motor vehicle.
  • a device for detecting and eliminating release vibrations on compressor blades is known.
  • a sound pressure transducer attached to the duct wall and attached to a duct wall and insulated against a duct wall is used as a sensor for determining the operating state of the compressor leading to the compressor pumping.
  • This sound pressure transducer preferably consists of a microphone which is suitable for recording acoustic frequencies in the delivery fluid in the range from approximately 0.1 Hz to 1000 Hz at sound pressure levels from 80 dB to approximately 160 dB.
  • the Sound pressure transducer or the microphone is connected to a sound discriminator that controls a speed-controlled drive motor of the compressor or a bypass valve for the mass flow delivered by the compressor.
  • the installation of the sound pressure transducers used at suitable points within the compressor also requires increased effort, which is hardly significant in expensive systems.
  • the known device is therefore integrated in a compressor of a power plant.
  • the known device appears to be too complex for use in a compressor which is arranged in the intake tract for charging an internal combustion engine.
  • the present invention addresses the problem of providing an improved way for a compressor to avoid compressor pumping.
  • the invention is based on the general idea of monitoring the behavior of the compressor by means of an output signal from an air flow sensor which is present in the intake tract of the internal combustion engine anyway and is required for the proper operation of the internal combustion engine.
  • the invention accesses an already existing air flow sensor or its output signal in order to monitor the compressor behavior.
  • the invention uses the knowledge that the output signal of the air flow sensor correlates with the air mass flow or with the air volume flow in the compressor and thus forms a state variable describing the behavior of the compressor.
  • the air flow sensor generally an air mass meter in the form of a hot film meter, is present in the intake tract of the internal combustion engine anyway, there are hardly any additional costs for the integration of the invention, since only the signal of the air flow sensor must be tapped at a suitable point.
  • the solution according to the invention is therefore particularly inexpensive.
  • the output signal of the air flow sensor shows a characteristic oscillation behavior as soon as instabilities occur when flowing through the compressor. Based on this finding, the frequency and / or amplitude of the output signal are monitored in a preferred embodiment.
  • a different intervention takes place when a first limit amplitude is exceeded than when a second limit amplitude is exceeded, which is greater than the first limit amplitude.
  • This development is based on the knowledge that a preliminary stage of compressor pumping, namely the so-called compressor screeching, can also be recognized by vibrations in the output signal, the amplitude of which is, however, less than that of the vibrations that occur in compressor pumps. Since, in contrast to compressor pumping, the compressor screeching does not have a negligible or negligible effect on the boost pressure, but rather only causes an unpleasant noise development, other countermeasures are advisable when compressing the screeching than when compressing the compressor.
  • the operating behavior of the compressor can expediently be stabilized by intervening in a control circuit of the compressor when the respective limit value is exceeded, such that, for example, a target boost pressure is reduced.
  • a target boost pressure is reduced.
  • This measure impresses with its simplicity, since the existing control loop of the compressor can be used unchanged.
  • the change in the setpoint then automatically leads to a corresponding change in the control variables influenced by the compressor control loop.
  • an exhaust gas turbocharger has a adjustable turbine guide vane geometry, which is set depending on the required boost pressure by the control loop. The proposed influencing of the target boost pressure then automatically results in a suitable control of the turbine guide vane via the control loop.
  • 1 is a schematic diagram of a compressor in the intake tract of an internal combustion engine
  • Fig. 2 is a greatly simplified block diagram of a controller for influencing the compressor behavior.
  • an internal combustion engine 1 for example a diesel engine or a gasoline engine, in particular a motor vehicle, has an intake tract 2 for fresh air supply and an exhaust tract 3 for exhaust gas discharge.
  • An air flow sensor 4, a compressor 5 of an exhaust gas turbocharger 6 and a charge air cooler 7 are arranged one after the other in the intake tract 2. assigns.
  • a turbine 8 of the exhaust gas turbocharger 6 is arranged, which is followed by a silencer 9.
  • the internal combustion engine 1 comprises an exhaust gas recirculation device 10 (EGR device 10), which returns combustion exhaust gases from the exhaust tract 3 into the intake tract 2 via an exhaust gas recirculation line 11 (EGR line 11) and introduces them there downstream of the charge air cooler 7.
  • EGR device 10 exhaust gas recirculation device 10
  • an exhaust gas recirculation valve 12 (EGR valve 12) is arranged in the EGR line 11.
  • the internal combustion engine 1 has an injection device 13, which is used to adjust the amount of fuel injected.
  • a control unit 14 contains a compressor control unit 15 which e.g. may include a boost pressure control and / or an engine control unit 16.
  • the compressor control unit 15 is expediently hardware-integrated or implemented in software in the engine control unit 16 which is present anyway. Accordingly, both control units 15, 16 can be accommodated in the same control unit 14.
  • the control unit 14 is connected to the air flow sensor 4 via a first signal line 17, so that the output signals generated by the air flow sensor 4 are available to the control unit 14.
  • the control device 14 Via a second signal line 18, the control device 14 is connected to a pressure sensor 19, which measures the boost pressure P2 in the intake tract 2 downstream of the compressor 5. Accordingly, the control unit 14 also has a signal value for the boost pressure P2.
  • the control device 14 Via a first control line 20, the control device 14 is connected to a guide vane actuating device 21 of the turbine 8, with the aid of which the guide vanes of the turbine 8, not shown, can be adjusted with respect to the inflow in relation to their position.
  • the control device is connected to the EGR valve 12 via a second control line 22.
  • a third control line 23 connects the control unit 14 to the injection device 13.
  • the compressor control unit 15 additionally comprises an evaluation unit 24 and a correction unit 25, which is symbolized by a curly bracket.
  • the evaluation unit 24 receives various signals on the input side which correlate with different parameters or state variables.
  • One of the incoming signals comes from the air flow sensor 4, which is also referred to below as an HFM signal or output signal, since the air flow sensor 4 is preferably a so-called hot film knife, which has an output signal correlating with the air mass flow and / or air volume flow in the intake tract (HFM signal) delivers.
  • HFM signal air flow sensor 4
  • This output signal of the air flow sensor 4 is supplied to the control unit 14 via the first signal line 17, as a result of which it is available to the compressor unit 15 and thus to the evaluation unit 24.
  • Further signals supplied to the evaluation unit 24 can be, for example: a rotational speed n of the internal combustion engine 1, a pressure ratio P2 / P1 between the supercharging pressure P2 downstream of the compressor 5 and suction pressure P1 upstream of the compressor 5, and an injection quantity MI with which the injection device 13 momentarily the internal combustion engine 1 provided .
  • the speed n is available to the control unit 14 or the engine control device 16 anyway, as is the injection quantity MI.
  • the pressure ratio P2 / P1 is determined with the aid of the P2 pressure sensor 19 and a PI pressure sensor, not shown, which is connected upstream of the compressor 5 to the intake tract 2.
  • the evaluation unit 24 generates at least one outgoing signal, which is forwarded to the correction unit 25.
  • Correction signals are generated in the correction unit 25 as a function of further parameters, such as amplitude A, holding time t h and disconnection behavior, for example in accordance with a DT1 transmission element of the control element used in each case, which at node 26 is converted into a control circuit 27 for regulating the compressor 51 be looped in.
  • the incoming control variables are linked with the correction variables of the correction unit 25, whereby corresponding corrected control values are formed: TV-AGR_Korr, TV-ATL_Korr and P2-Soll_Korr.
  • the respective correction variables can be calculated in the correction unit 25 depending on the parameters or can be determined on the basis of stored characteristic maps.
  • the compressor 5 is preferably operated as follows:
  • the exhaust gas turbocharger 6 is operated as a function of the operating states of the internal combustion engine 1.
  • the boost pressure P2 can e.g. can be influenced with the aid of the guide vane adjusting device 21.
  • the air flow in the compressor 5 can become unstable with increasing boost pressure P2.
  • This condition is called compressor screeching and is a preliminary stage of compressor pumping, in which the air flow in the compressor separates and flows back.
  • the invention now uses the knowledge that the HFM signal, that is to say the output signal of the air flow sensor 4, correlates with the flow behavior of the air flow in the compressor 5 at least to the extent that it is recognizable whether there is a compressor screeching and / or a compressor pumping or not. While the HFM signal shows a continuous course when the flow through the compressor 5 is stable, when the compressor screeches occur, an oscillating signal is produced which can be characterized by frequency and amplitude. In the transition to compressor pumping, the amplitude of the oscillating output signal in particular increases significantly.
  • the compressor control unit 15 monitors the course of the output signal of the air flow sensor 4.
  • the output signal of the air flow sensor 4 is required by the engine control unit 16 anyway for the operation of the internal combustion engine 1 and is therefore present in the control unit 14.
  • the compressor control unit 15 assumes that compressor pumping or compressor screeching begins.
  • the compressor control device 15 then expediently immediately starts suitable countermeasures.
  • the compressor control unit 15 initiates other countermeasures when the compressor screeches than when the compressor pumps.
  • This embodiment is based on the knowledge that, in contrast to compressor pumping, there is no or only a slight drop in boost pressure when the compressor screeches.
  • suitable countermeasures can be used to combat the disturbing noise in a targeted manner, if possible without reducing the boost pressure P2.
  • the aim is to avoid or reduce compressor pumping countermeasures taken to reduce the boost pressure P2 in order to stabilize the flow.
  • the charge pressure is reduced, for example, by the compressor control unit 15 intervening in the control loop of the compressor 5 guided by the charge pressure P2 and reducing the setpoint charge pressure to be set there.
  • This setpoint correction then automatically leads to the appropriate measures to reduce the boost pressure.
  • the guide vane actuating device 21 of the turbine 8 is controlled via the compressor control loop.
  • the guide vane actuating device 21 is actuated in a corresponding manner by the compressor control loop in order to open the guide vanes.
  • the compressor control unit 15 can also directly control the guide vane actuating device 21 for opening the guide vanes of the turbine 8.
  • the guide vane actuating device 21 is usually controlled with the aid of a pulse width modulated signal.
  • the cycle or duty cycle of this signal can be varied between 0% and 100% or in another percentage interval, the interval limits setting the extreme positions (maximum open or maximum closed) of the guide vanes.
  • the pulse duty factor of the guide vane actuating device 21 can thus be changed so that the dynamic pressure upstream of the turbine 8 is reduced, with the result that the compressor power and thus the achievable charge pressure P2 also decrease as a result of the reduced turbine power.
  • the compressor control unit 15 can control the EGR valve 12 to open to lower the boost pressure P2 by a corresponding variation of the corresponding duty cycle. Due to the increasing degree of opening of the EGR valve 12, more exhaust gas can reach the intake tract 2 from the exhaust tract 3 upstream of the turbine 8, as a result of which the dynamic pressure drops upstream of the turbine 8. As a consequence then sink 'the turbine power, the compressor capacity and the charging pressure P2.
  • a reduced injection quantity reduces the pressure in the exhaust gas and thus the dynamic pressure upstream of the turbine 8, which in turn leads to a reduction in the boost pressure P2.
  • the countermeasures mentioned are expediently effective for a relatively short time in order to keep the effect on the operation of the internal combustion engine 1 as small as possible. '
  • the present invention is not restricted to such a compressor, but can also be used with other compressors in which pumping or screeching can occur.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verdichters im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Eine das Verhalten des Verdichters beschreibende Zustandsgröße, z.B. Frequenz und/oder Amplitude der Ansaugluftströmung, wird überwacht. Für den Fall, dass die Zustandsgröße wenigstens einen vorgegebenen oder vorgebbaren Grenzwert überschreitet oder unterschreitet, wird regelnd und/oder steuernd eingegriffen. Eine besonders einfache Realisierbarkeit dieses Verfahrens wird dadurch erreicht, dass als Zustandsgröße ein für die Regelung und/oder Steuerung der Brennkraftmaschine erzeugtes Ausgangssignal eines im Ansaugtrakt angeordneten Luftströmungssensors verwendet wird.

Description

Betriebsverfahren für einen Verdichter
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verdichters im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Bei einem Verdichter, insbesondere bei einem als Strömungsmaschine arbeitenden Verdichter, z.B. Abgasturbolader, ist der sinnvoll nutzbare Betriebsbereich bei kleinen Massen- bzw. Volumenströmen durch das sogenannte „Verdichterpumpen" begrenzt, bei dem im Verdichter eine Ablösung und Rückströmung der Luftströmung stattfindet . Mit dem Verdichterpumpen gehen ein Abfall des Ladedrucks sowie eine unerwünschte Geräuschentwicklung einher. Insbesondere bei einer Anwendung des Verdichters im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine soll das Verdichterpumpen vermieden werden.
Aus der DE 100 07 669 AI ist ein Betriebsverfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem eine das Verhalten des Verdichters beschreibende Zustandsgroße überwacht und für den Fall regelnd eingegriffen wird, dass die Zustandsgroße wenigstens einen vorgegebenen oder vorgebbaren Grenzwert überschreitet oder unterschreitet. Durch diese Maßnahmen kann der Verdichter in einem stabilen Arbeitsbereich knapp neben einer Pumpgrenze betrieben werden. Als zu betrachtende Zustandsgroße können dabei Druck oder Temperatur sowohl stromauf als auch stromab des Verdichters ermittelt werden; alternativ dazu ist auch eine Betrachtung des Verdichtermassenstroms bzw. Verdichtervolumenstroms möglich. Für eine Einrichtung, die das bekannte Verfahren ausführen kann, wird für die Überwachung der Zustandsgroße eine geeignete Messeinrichtung vorgeschlagen.
Aus der DE 36 23 696 AI ist ein Verdichter mit Einrichtungen zur Verhinderung des Pumpens bekannt, bei dem Messsensoren an Sollablösestellen angebracht sind, die im Hinblick auf eine Strömungsablösung besonders gefährdet und/oder geformt sind. Diese Sollablösestellen können in Form von ganz oder teilweise stärker angestellten oder gewölbten Leitschaufeln oder Wandausbeulungen ausgebildet sein. Dadurch soll bei Annäherung des Verdichterbetriebs an die Pumpgrenze die Strömungs- grenzschicht zuerst an den Sollablösestellen abreißen. Dies kann durch die dort angeordneten Messsensoren erfaßt werden. Eine entsprechende Regeleinrichtung kann dann geeignete Gegenmaßnahmen ergreifen, bevor die Grenzschichtablösung an der gesamten Verdichterstufe auftritt . Das Verdichterpumpen kann somit vermieden werden. Die Ausbildung von Sollablösestellen im Verdichter ist mit einem erhöhten Aufwand verbunden, der zwar bei einem Verdichter eines Flugzeugtriebwerkes vertretbar sein mag, jedoch für einen im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, angeordneten Verdichter nicht in Frage kommt.
Aus der DE 36 05 958 AI ist eine Vorrichtung zum Erfassen und Beheben von Ablöseschwingungen an Verdichterschaufeln bekannt . Um mit einfachen Mitteln den Beginn des Verdichterpum- pens genau erfassen und rechtzeitig Gegenmaßnahmen einleiten zu können, wird dort als Sensor zur Feststellung des zum Verdichterpumpen führenden Betriebszustands des Verdichters ein in den Förderkanal eingesetzter, körperschallisoliert an einer Kanalwand befestigter Schalldruckauf ehmer verwendet . Dieser Schalldruckaufnehmer besteht vorzugsweise aus einem Mikrophon, das zur Aufnahme von akustischen Frequenzen im Förderfluid im Bereich von etwa 0,1 Hz bis 1.000 Hz bei Schalldruckpegeln von 80 dB bis etwa 160 dB geeignet ist. Der Schalldruckaufnehmer bzw. das Mikrophon ist an einen Schall- diskriminator angeschlossen, der einen drehzahlgeregelten Antriebsmotor des Verdichters oder ein Bypass-Ventil für den vom Verdichter geförderten Massenstrom steuert . Die Anbringung der verwendeten Schalldruckaufnehmer an geeigneten Stellen innerhalb des Verdichters erfordert auch hier einen erhöhten Aufwand, der bei teuren Anlagen kaum ins Gewicht fällt. Die bekannte Vorrichtung ist daher in einen Verdichter einer Kraftwerksanlage integriert. Für eine Anwendung in einem Verdichter, der zur Aufladung einer Brennkraftmaschine in deren Ansaugtrakt angeordnet wird, erscheint die bekannte Vorrichtung zu aufwendig.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Verdichter einen verbesserten Weg zur Vermeidung des Verdichterpumpens aufzuzeigen.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das Verhalten des Verdichters mittels eines Ausgangssignals eines LuftStrömungssensors zu überwachen, der im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine ohnehin vorhanden ist und zum ordnungsgemäßen Betrieb der Brennkraftmaschine benötigt wird. Mit anderen Worten, die Erfindung greift auf einen bereits vorhandenen Luftströmungssensor bzw. auf dessen Ausgangssignal zu, um das Verdichterverhalten zu überwachen. Die Erfindung nutzt dabei die Erkenntnis, dass das Ausgangssignal des Luftströmungssensors mit dem Luftmassenstrom bzw. mit dem Luftvolumenstrom im Verdichter korreliert und somit eine das Verhalten des Verdichters beschreibende Zustandsgroße bildet. Da der Luftströmungssensor, in der Regel ein Luftmassenmesser in Form eines Heißfilmmessers, im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine ohnehin vorhanden ist, fallen bei der Integration der Erfindung kaum zusätzliche Kosten an, da lediglich das Aus- gangssignal des Luftströmungssensors an einer geeigneten Stelle abgegriffen werden muss . Die erfindungsgemäße Lösung ist daher besonders preiswert.
Es hat sich gezeigt, dass das Ausgangssignal des Luftströmungssensors ein charakteristisches Oszillationsverhalten zeigt, sobald Instabilitäten bei der Durchströmung des Verdichters auftreten. Beruhend auf dieser Erkenntnis werden bei einer bevorzugten Ausführungsform die Frequenz und/oder Amplitude des AusgangsSignals überwacht.
Bei einer Weiterbildung erfolgt beim Überschreiten einer ersten Grenzamplitude ein anderer Eingriff als beim Überschreiten einer zweiten Grenzamplitude, die größer ist als die erste Grenzamplitude. Diese Weiterbildung beruht auf der Erkenntnis, dass ein Vorstadium des Verdichterpumpens, nämlich das sogenannte Verdichterkreischen, ebenfalls durch Schwingungen im Ausgangssignal erkennbar ist, deren Amplitude jedoch geringer ist als bei den Schwingungen, die beim Verdichterpumpen auftreten. Da sich das Verdichterkreischen im Unterschied zum Verdichterpumpen nicht oder nur unwesentlich negativ auf den Ladedruck auswirkt, sondern lediglich eine unangenehme Geräuschentwicklung verursacht, sind beim Verdichterkreischen andere Gegenmaßnahmen zweckmäßig als beim Verdichterpumpen.
Zur Vermeidung des Verdichterpumpens bzw. des Verdichterkrei- schens kann das Betriebsverhalten des Verdichters zweckmäßig dadurch stabilisiert werden, dass beim Überschreiten des jeweiligen Grenzwerts in einen Regelkreis des Verdichters eingegriffen wird, derart, dass z.B. ein Soll-Ladedruck reduziert wird. Diese Maßnahme besticht durch ihre Einfachheit, da der an sich vorhandene Regelkreis des Verdichters unverändert genutzt werden kann. Die Veränderung des Sollwerts führt dann automatisch zu einer entsprechenden Änderung der vom Verdichter-Regelkreis beeinflußten Regelgrößen. Beispielsweise besitzt ein Abgasturbolader an seiner Turbine eine ein- stellbare Turbinenleitschaufelgeometrie, die in Abhängigkeit des geforderten Ladedrucks vom Regelkreis eingestellt wird. Durch die vorgeschlagene Beeinflussung des Soll-Ladedrucks ergibt sich dann über den Regelkreis automatisch eine geeignete Ansteuerung der Turbinenleitschaufein.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 eine schaltplanartige Prinzipdarstellung eines Verdichters im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine,
Fig. 2 ein stark vereinfachtes Blockschaltbild einer Steuerung zur Beeinflussung des Verdichterverhaltens.
Entsprechend Fig. 1 weist eine Brennkraftmaschine 1, z.B. ein Dieselmotor oder ein Benzinmotor, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, einen Ansaugtrakt 2 zur FrischluftZuführung und einen Abgastrakt 3 zur Abgasabführung auf . Im Ansaugtrakt 2 sind hintereinander ein Luftströmungssensor 4, ein Verdichter 5 eines Abgasturboladers 6 sowie ein Ladeluftkühler 7 ange- ordnet. Im Abgastrakt 3 ist eine Turbine 8 des Abgasturboladers 6 angeordnet, der ein Schalldämpfer 9 nachgeordnet ist. Des Weiteren umfasst die Brennkraftmaschine 1 eine Abgasrückführungseinrichtung 10 (AGR-Einrichtung 10) , die über eine Abgasrückführungsleitung 11 (AGR-Leitung 11) Verbrennungsabgase vom Abgastrakt 3 in den Ansaugtrakt 2 rückführt und dort stromab des Ladeluftkühlers 7 einleitet. Zum Einstellen der Abgasrückführungsrate (AGR-Rate) ist in der AGR-Leitung 11 ein Abgasrückführungsventil 12 (AGR-Ventil 12) angeordnet. Außerdem weist die Brennkraftmaschine 1 eine Einspritzeinrichtung 13 auf, die zur Einstellung der eingespritzten Kraftstoffmenge dient .
Ein Steuergerät 14 enthält eine Verdichtersteuereinheit 15, die z.B. eine Ladedruckregelung beinhalten kann, und/oder eine Motorsteuereinheit 16. Zweckmäßigerweise ist die Verdichtersteuereinheit 15 in die ohnehin vorhandene Motorsteuereinheit 16 hardwaremäßig integriert bzw. softwaremäßig implementiert. Dementsprechend können beide Steuereinheiten 15,16 im selben Steuergerät 14 untergebracht sein.
Das Steuergerät 14 ist über eine erste Signalleitung 17 mit dem Luftströmungssensor 4 verbunden, so dass die vom Luftströmungssensor 4 generierten Ausgangssignale dem Steuergerät 14 zur Verfügung stehen. Über eine zweite Signalleitung 18 ist das Steuergerät 14 mit einem Drucksensor 19 verbunden, der stromab des Verdichters 5 den Ladedruck P2 im Ansaugtrakt 2 mißt. Dementsprechend steht dem Steuergerät 14 auch ein Signalwert für den Ladedruck P2 zur Verfügung. Über eine erste Steuerleitung 20 ist das Steuergerät 14 mit einer Leitschaufelstelleinrichtung 21 der Turbine 8 verbunden, mit deren Hilfe die nicht gezeigten Leitschaufeln der Turbine 8 hinsichtlich ihrer Anstellung gegenüber der Zuströmung verstellbar sind. Über eine zweite Steuerleitung 22 ist das Steuergerät mit dem AGR-Ventil 12 verbunden. Eine dritte Steuerleitung 23 verbindet das Steuergerät 14 mit der Einspritzeinrichtung 13. Entsprechend Fig. 2 umfasst die Verdichtersteuereinheit 15 zusätzlich eine Auswerteeinheit 24 und eine Korrektureinheit 25, was durch eine geschweifte Klammer symbolisiert ist. Die Auswerteeinheit 24 erhält eingangsseitig verschiedene Signale, die mit unterschiedlichen Parametern bzw. Zustandsgrδßen korrelieren. Eines der eingehenden Signale stammt vom Luft- strδmungssensor 4, das im folgenden auch als HFM-Signal oder Ausgangssignal bezeichnet wird, da es sich beim Luftströmungssensor 4 vorzugsweise um einen sogenannten Heißfilmmesser handelt, der ein mit dem Luftmassenstrom und/oder Luftvolumenstrom im Ansaugtrakt korrelierendes Ausgangssignal (HFM- Signal) liefert. Dieses Ausgangssignal des Luftströmungssensors 4 wird dem Steuergerät 14 über die erste Signalleitung 17 zugeführt, wodurch es der Verdichtereinheit 15 und somit der Auswerteeinheit 24 zur Verfügung steht. Weitere der Auswerteeinheit 24 zugeführte Signale können beispielsweise sein: eine Drehzahl n der Brennkraftmaschine 1, ein Druckverhältnis P2/P1 zwischen Ladedruck P2 stromab des Verdichters 5 und Saugdruck Pl stromauf des Verdichters 5 sowie eine Einspritzmenge MI, mit welcher die Einspritzeinrichtung 13 die Brennkraftmaschine 1 momentan versorgt . Die Drehzahl n liegt dem Steuergerät 14 bzw. der Motorsteuereinrichtung 16 ohnehin vor, ebenso die Einspritzmenge MI. Das Druckverhältnis P2/P1 wird mit Hilfe des P2-Drucksensors 19 sowie eines nicht gezeigten Pl-Drucksensors ermittelt, der stromauf des Verdichters 5 an den Ansaugtrakt 2 angeschlossen ist. In Abhängigkeit der eingehenden Signale generiert die Auswerteeinheit 24 wenigstens ein ausgehendes Signal, das an die Korrektureinheit 25 weitergeleitet wird.
In der Korrektureinheit 25 werden in Abhängigkeit weiterer Parameter, wie z.B. Amplitude A, Haltezeit th und Abklinkver- halten z.B. entsprechend einem DT1-Übertragungsglied des jeweils verwendeten Regelglieds, Korrektursignale erzeugt, die bei einem Knoten 26 in einen Regelkreis 27 zur Regelung des Verdichters 51 eingeschleift werden. Vorzugsweise beeinflusst die Verdichtereinheit 15 den Sollladedruck P2-Soll und/oder das zur Betätigung der Leitschaufelstelleinrichtung 21 benötigte Tastverhältnis TV-ATL des Turboladers 6 und/oder das zur Ansteuerung des AGR-Ventils 12 benötigte Tastverhältnis TV-AGR des AGR-Ventils 12. Im Knoten 26 erfolgt die Verknüpfung der eingehenden Steuergrößen mit den Korrekturgrößen der Korrektureinheit 25, wodurch entsprechende korrigierte Steuerwerte gebildet werden: TV-AGR_Korr, TV-ATL_Korr und P2- Soll_Korr.
Die jeweiligen Korrekturgrößen können in der Korrektureinheit 25 parameterabhängig berechnet oder anhand von gespeicherten Kennfeldern ermittelt werden.
Erfindungsgemäß wird der Verdichter 5 vorzugsweise wie folgt betrieben:
Im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 wird der Abgasturbolader 6 in Abhängigkeit der Betriebszustände der Brennkraftmaschine 1 betrieben. Je mehr Leistung die Brennkraftmaschine 1 abgeben muss, desto höher ist der einzustellende Ladedruck P2. Der Ladedruck P2 kann z.B. mit Hilfe der Leitschaufelstell- einrichtung 21 beeinflusst werden. Durch ein Schließen der Leitschaufeln wird der Staudruck stromauf der Turbine 8 erhöht, wodurch deren Antriebsleistung zunimmt, was zu einer Erhöhung des Ladedrucks P2 führt. Beim Öffnen der Leitschaufeln sinkt der Staudruck, so dass die abnehmende Turbinenleistung den Ladedruck P2 reduziert.
Insbesondere bei relativ kleinen Drehzahlen der Brennkraftmaschine 1 kann bei zunehmendem Ladedruck P2 die Luftströmung im Verdichter 5 instabil werden. Dieser Zustand wird als Verdichterkreischen bezeichnet und ist eine Vorstufe des Verdichterpumpens, bei dem die Luftströmung im Verdichter ablöst und rückströmt . Die Erfindung nutzt nun die Erkenntnis, dass das HFM-Signal, also das Ausgangssignal des Luftstromungssensors 4 mit dem Strömungsverhalten der Luftströmung im Verdichter 5 zumindest soweit korreliert, dass daran erkennbar ist, ob ein Verdichterkreischen und/oder ein Verdichterpumpen vorliegt oder nicht. Während das HFM-Signal bei einer stabilen Durchströmung des Verdichters 5 quasi einen kontinuierlichen Verlauf zeigt, entsteht bei Auftreten des Verdichterkreischens ein oszillierendes Signal, das durch Frequenz und Amplitude charakterisiert werden kann. Beim Übergang zum Verdichterpumpen steigt insbesondere die Amplitude des oszillierenden Ausgangssignals deutlich an.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung überwacht die Verdichtersteuereinheit 15 den Verlauf des Ausgangssignals des Luftströmungssensors 4. Das Ausgangssignal des Luftstromungssensors 4 wird von der Motorsteuereinheit 16 ohnehin zum Betrieb der Brennkraftmaschine 1 benötigt und liegt daher im Steuergerät 14 vor. Sobald dieses HFM-Signal bzw. Ausgangssignal eine vorbestimmte Grenzamplitude und/oder eine vorbestimmte Grenzfrequenz übersteigt, geht die Verdichtersteuereinheit 15 davon aus, dass ein Verdichterpumpen bzw. ein Verdichterkreischen beginnt. Zweckmäßig startet die Verdichtersteuereinrichtung 15 dann unverzüglich geeignete Gegenmaßnahmen.
Bei einer zweckmäßigen Weiterbildung leitet die Verdichtersteuereinheit 15 beim Verdichterkreischen andere Gegenmaßnahmen ein als beim Verdichterpumpen. Diese Ausführungsform beruht auf der Erkenntnis, dass im Unterschied zum Verdichterpumpen beim Verdichterkreischen kein oder nur ein geringer Ladedruckabfall entsteht. Dementsprechend kann beim Verdichterkreischen durch geeignete Gegenmaßnahmen gezielt die störende Geräuschentwicklung bekämpft werden, möglichst ohne den Ladedruck P2 zu senken. Im Unterschied dazu soll mit Hilfe der zur Vermeidung bzw. zur Reduzierung des Verdichterpumpens durchgeführten Gegenmaßnahmen der Ladedruck P2 gesenkt werden, um die Strömung zu stabilisieren.
Die Ladedruckabsenkung erfolgt beispielsweise dadurch, dass die Verdichtersteuereinheit 15 in den durch den Ladedruck P2 geführten Regelkreis des Verdichters 5 eingreift und dort den einzustellenden Soll-Ladedruck reduziert. Diese Sollwertkorrektur führt dann automatisch zu den geeigneten ladedrucksenkenden Maßnahmen. Beispielsweise wird über den Verdichter- Regelkreis die LeitSchaufelstelleinrichtung 21 der Turbine 8 angesteuert. Bei reduziertem Soll-Ladedruck wird die Leitschaufelstelleinrichtung 21 vom Verdichterregelkreis in entsprechender Weise zum Öffnen der Leitschaufeln angesteuert.
Alternativ oder zusätzlich kann die Verdichtersteuereinheit 15 auch direkt die Leitschaufelstelleinrichtung 21 zum Öffnen der Leitschaufeln der Turbine 8 ansteuern. Üblicherweise wird die Leitschaufelstelleinrichtung 21 mit Hilfe eines pulswei- tenmodulierten Signals angesteuert. Das Takt- bzw. Tastverhältnis dieses Signals kann zwischen 0 % und 100 % oder in einem anderen Prozent-Intervall variiert werden, wobei die Intervallgrenzen die Extremstellungen (maximal geöffnet bzw. maximal geschlossen) der Leitschaufeln einstellen. Zur Absenkung des Ladedrucks P2 kann somit das Tastverhältnis der Leitschaufelstelleinrichtung 21 so verändert werden, dass sich der Staudruck stromauf der Turbine 8 reduziert, mit der Folge, dass über die reduzierte Turbinenleistung auch die Verdichterleistung und somit der erzielbare Ladedruck P2 abnehmen.
Zusätzlich oder alternativ kann die Verdichtersteuereinheit 15 zur Absenkung des Ladedrucks P2 durch eine entsprechende Variation des entsprechenden Tastverhältnisses das AGR-Ventil 12 zum Öffnen ansteuern. Durch den zunehmenden Öffnungsgrad des AGR-Ventils 12 kann mehr Abgas vom Abgastrakt 3 stromauf der Turbine 8 in den Ansaugtrakt 2 gelangen, wodurch der Staudruck stromauf der Turbine 8 abfällt. In der Konsequenz sinken dann' die Turbinenleistung, die Verdichterleistung und der Ladedruck P2.
Eine weitere Maßnahme, die zusätzlich oder alternativ von der Verdichtersteuereinheit 15 veranlasst werden kann, wird darin gesehen, die Einspritzeinrichtung 13 zur Reduzierung der Einspritzmenge MI anzusteuern. Durch eine reduzierte Einspritzmenge wird der Druck im Abgas und somit der Staudruck stromauf der Turbine 8 gesenkt, was wiederum zu einer Absenkung des Ladedrucks P2 führt .
Die genannten Gegenmaßnahmen sind zweckmäßig relativ kurzzeitig wirksam, um die Rückwirkung auf den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 möglichst klein zu halten. '
Obwohl das dargestellte Ausführungsbeispiel den Verdichter 5 als Bestandteile eines Abgasturboladers 3 zeigt, ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen solchen Verdichter beschränkt, sondern ist auch bei anderen Verdichtern, bei denen ein Pumpen bzw. Kreischen auftreten kann, nutzbar.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Verdichters (5) im Ansaugtrakt (2) einer Brennkraftmaschine (1) , insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem eine das Verhalten des Verdichters (5) beschreibende Zustandsgroße überwacht und für den Fall regelnd und/oder steuernd eingegriffen wird, dass die Zustandsgroße wenigstens einen vorgegebenen oder vorgebbaren Grenzwert überschreitet oder unterschreitet, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Zustandsgroße ein für die Regelung und/oder Steuerung der Brennkraftmaschine (1) erzeugtes Ausgangssignal eines im Ansaugtrakt (2) angeordneten Luftströmungssensors (4) verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Frequenz und/oder die Amplitude des Ausgangssignals überwacht wird/werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass beim Überschreiten einer ersten Grenzamplitude anders eingegriffen wird als beim Überschreiten einer zweiten Grenzamplitude, die größer ist als die erste Grenzamplitude .
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass beim Überschreiten des Grenzwerts in einen, Regelkreis des Verdichters (5) eingegriffen wird, derart, dass ein Soll-Ladedruck reduziert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass beim Überschreiten des Grenzwerts ein Abgasrückführungsventil (12) einer Abgasrückführungseinrichtung (10) der Brennkraftmaschine (1) zum Öffnen angesteuert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Verdichter (5) einen Bestandteil eines Abgasturboladers (6) bildet.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Verdichter (5) einen Bestandteil eines Abgasturboladers (6) bildet und dass beim Überschreiten des Grenzwerts eine Leitschaufelstelleinrichtung (21) einer Turbine (8) des Abgasturboladers (6) zum Öffnen der Leit- schaufeln angesteuert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass beim Überschreiten des Grenzwerts die Einspritzmenge der Brennkraftmaschine (1) reduziert wird.
9.- Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Ansaugtrakt (2) , in dem ein Verdichter (5) zur Erzeugung von Ladeluft und ein Luftströmungssensor (4) zur Ermittlung eines mit der Ansaugluftströmung korrelierenden AusgangsSignals angeordnet sind, mit einer Motorsteuereinheit (16) , die mit dem Luftströmungssensor (4) kommuniziert und zum Steuern und/oder Regeln der Brennkraftmaschine (1) das Aus- gangssignal heranzieht, mit einer Verdichtersteuereinheit (15) , die in Abhängigkeit einer das Verhalten des Verdichters (5) beschreibenden Zustandsgroße den Verdichter (5) regelt und/oder steuert, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verdichtersteuereinheit (15) mit dem LuftStrömungssensor (4) kommuniziert und zum Steuern und/oder Regeln des Verdichters (5) als Zustandsgroße das Ausgangssignal des Luftströmungssensors (4) verwendet.
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