WO2024033163A1 - Verfahren zum betreiben einer einen ladeluftverdichter aufweisenden leistungserzeugungsvorrichtung, steuervorrichtung zur durchführung eines solchen verfahrens und leistungserzeugungsvorrichtung mit einer solchen steuervorrichtung - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer einen ladeluftverdichter aufweisenden leistungserzeugungsvorrichtung, steuervorrichtung zur durchführung eines solchen verfahrens und leistungserzeugungsvorrichtung mit einer solchen steuervorrichtung Download PDF

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power generating
generating device
air compressor
operating parameter
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Tobias Schmid
Moritz Röthlingshöfer
Erika SCHÄFER
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Rolls-Royce Solutions GmbH
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    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/001—Testing thereof; Determination or simulation of flow characteristics; Stall or surge detection, e.g. condition monitoring
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    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/301—Pressure
    • F05D2270/3013—Outlet pressure

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a power generating device having a charge air compressor, a control device for carrying out such a method and a power generating device with such a control device.
  • compressor pumping pumps for short.
  • the compressor wheel and surrounding structures such as stationary guide vanes suffer greatly from pumping, which shortens the service life of the charge air compressor. The compressor wheel can even be destroyed, which can cause further problems and, in particular, great danger for people in the area.
  • the invention is therefore based on the object of creating a method for operating a power generating device having a charge air compressor, a control device for carrying out such a method and a power generating device with such a control device, the disadvantages mentioned being at least reduced, preferably avoided.
  • the object is achieved in particular by creating a method for operating a power generating device having a charge air compressor.
  • a charge air pressure downstream of the charge air compressor is recorded - in particular continuously - and checked for a pressure drop.
  • at least one further operating parameter of the power generating device that is correlated with the charge air pressure is recorded - in particular continuously.
  • the at least one further operating parameter is evaluated - in particular continuously - for the plausibility of a pumping event as the cause of a pressure drop in the charge air pressure, and a pumping event of the charge air compressor is recognized when a drop in the detected charge air pressure is detected and a pumping event based on the evaluation of the at least one further operating parameter assessed as plausible as the cause of the pressure drop in the charge air pressure, that is, recognized as a plausible cause for the pressure drop in the charge air pressure.
  • compressor pumping can be detected very reliably in this way, so that both the number of false-positive and false-negative results can at least be reduced, with preferably false results and assignments of events being completely avoided.
  • the pressure drop in the charge air pressure is at least not always a sufficient criterion for the reliable diagnosis of compressor pumps.
  • the reliability of the detection can be significantly increased. This in turn makes it possible to take targeted, appropriate measures to at least reduce the adverse effects of pumping events.
  • the charge air pressure downstream of the charge air compressor is continuously recorded during operation of the power generating device and checked for a pressure drop.
  • the detection of a pressure drop it is possible for the detection of a pressure drop to initiate or trigger the further method steps, in which case in this embodiment in particular the at least one further operating parameter is only recorded and evaluated if a pressure drop in the charge air pressure is previously detected.
  • the at least one further operating parameter is also continuously recorded and, in particular, continuously evaluated.
  • the detection of the at least one further operating parameter and in particular its evaluation takes place regardless of whether a pressure drop is detected.
  • the condition of the pressure drop on the one hand and the evaluation of the at least one further operating parameter on the other hand are considered together, in particular linked to one another by a logical AND.
  • a pressure drop in the charge air pressure is detected when a second time derivative of the charge air pressure falls below a predetermined negative derivative limit value. This represents a particularly reliable criterion for detecting a pressure drop that is particularly relevant with regard to a pumping event.
  • a pumping event of the charge air compressor is always detected, that is to say every time, when a drop in the detected charge air pressure is detected and, in addition, the evaluation of the at least one further operating parameter returns a pumping event as a plausible cause for the pressure drop in the charge air pressure.
  • a pumping event is assessed as plausible as the cause of the pressure drop based on the evaluation of the at least one further operating parameter if no other cause for the pressure drop in charge air pressure is determined by the evaluation.
  • a pumping event of the charge air compressor is recognized when a drop in the detected charge air pressure is detected and the evaluation of the at least one further operating parameter does not reveal any other cause for this pressure drop in the charge air pressure. In particular, detection occurs by excluding other possible causes.
  • a pumping event is assessed as plausible as the cause of the pressure drop if the evaluation determines at least a specific time course or a specific behavior of the at least one further operating parameter, in particular the specific time course or that certain behavior of the at least one further operating parameter suggests a pumping event or is characteristic of a pumping event. In this case, in particular, a positive identification of a pumping event occurs.
  • a key figure is determined which indicates how many pumping events are detected within a predetermined time window, with at least a first measure being initiated when the determined key figure exceeds a predetermined first key figure limit value.
  • the key figure is continuously recorded during operation of the power generating device.
  • the key figure is recorded for the predetermined time window, then for a subsequent predetermined time window, etc., that is, in particular, from time window to time window.
  • the key figure is counted up within a time window and reset at the end of the time window, in particular set to zero.
  • the key figure is determined as a sliding value.
  • the key figure indicates at each current point in time the number of pumping events in a period of time that extends into the past starting from the current point in time by subtracting the predetermined time window.
  • the determined key figure is continuously used in the operation of the
  • no measure is initiated if the determined key figure does not exceed the predetermined first key figure limit value.
  • At least one second measure is initiated when the determined key figure exceeds a predetermined second key figure limit value, the predetermined second key figure limit value being greater than the predetermined first key figure limit value.
  • the determined key figure is continuously compared with the predetermined second key figure limit value during operation of the power generating device. This means that the second measure can be initiated quickly and in a targeted manner.
  • a check is made as to whether the power generating device is operated within a predetermined operating range, with a pumping event only being recognized if - in particular in addition to the other criteria mentioned - the power generating device is operated within the predetermined operating range.
  • This can advantageously save resources, in particular computing power, in particular by not detecting a pumping event when the power generating device is operating outside the predetermined operating range and thus in particular in an operating range in which the occurrence of compressor pumping is impossible or at least unlikely.
  • the accuracy of the detection is increased by expressly excluding such operating ranges for the detection of pumping events. In particular, no pumping event is detected if the power generating device is not operated within the predetermined operating range.
  • the predetermined operating range is defined in particular in a map, in particular as a predetermined map range.
  • the characteristic map is in particular spanned by a speed and a torque of the power generating device.
  • the characteristic map is spanned by an electrical voltage and an electrical current of the power generating device.
  • a check is made as to whether a transient operating state exists for the power generating device, with a pumping event only being recognized if - in particular in addition to the other criteria mentioned - there is no transient operating state for the power generating device.
  • This is based on the idea that compressor pumping cannot be reliably detected in a transient operating range, particularly in the event of a drop in power or load shedding.
  • the at least one first measure is selected from a group consisting of a first alarm, a change in a flow cross section of a compressor bypass path around the charge air compressor, and a change in a flow cross section of a charging path in which the charge air compressor is arranged.
  • a first alert is understood to mean in particular a first, in particular less urgent, warning to an operator of the power generating device, in particular a yellow alarm, in particular a request for checking.
  • the first warning can be issued acoustically, visually, haptically or in any other suitable manner as well as in combinations of the above-mentioned ways.
  • the flow cross section in the compressor bypass path is changed in particular by changing a flap position or valve position of a bypass path adjusting device in the compressor bypass path.
  • the compressor bypass path is in particular a compressor bypass.
  • a bypass path adjusting device in particular a bypass valve or a bypass flap, is arranged in the compressor bypass, via which the flow cross section of the compressor bypass path can be changed.
  • the flow cross section in the loading path is changed in particular by changing a flap position or valve position of a loading path adjusting device in the loading path.
  • the charging path is in particular an air path or charge air path of the power generating device in which the charge air compressor is arranged.
  • a charging path adjusting device in particular a throttle valve or a throttle flap, is arranged in the charging path, via which the flow cross section of the charging path can be changed.
  • the at least one second measure is selected from a group consisting of a second alarm and switching off the power generating device.
  • the measures to be taken can therefore advantageously be escalated depending on the frequency of occurrence of pumping events, with the higher escalation level, in particular switching off the power generating device, only being achieved if the pumping events occur at the predetermined, higher frequency.
  • a second alarm is understood to mean in particular a second, in particular more urgent warning, in particular a request to take measures, to an operator of the power generation device, in particular a red alarm.
  • the second warning can be issued acoustically, visually, haptically or in any other suitable manner as well as in combinations of the above-mentioned ways.
  • a compressor of an exhaust gas turbocharger of the power generating device is operated as the charge air compressor, with an operating parameter being used as the at least one further operating parameter is correlated - in particular positively - with an exhaust gas mass flow of the power generating device.
  • the exhaust gas mass flow in particular via a turbine that is effectively connected to the charge air compressor drive is a highly suitable criterion for being able to accurately detect compressor pumps. This is advantageously exploited by evaluating the operating parameter that is correlated - in particular positively - with the exhaust gas mass flow.
  • an operating parameter is used as the at least one further operating parameter, which is functionally linked to the exhaust gas mass flow of the power generating device, either such that the exhaust gas mass flow depends on the operating parameter, or such that the operating parameter depends on the exhaust gas mass flow.
  • an operating parameter is used as the at least one further operating parameter, the value of which increases when the exhaust gas mass flow increases and whose value decreases when the exhaust gas mass flow decreases. In particular, the value of the operating parameter remains the same if the exhaust gas mass flow remains the same.
  • a torque of the power generating device is recorded as the at least one further operating parameter, in particular if the power generating device is designed as an internal combustion engine.
  • the torque of the power generating device represents a particularly suitable further operating parameter in order to be able to detect the presence of compressor pumping.
  • the torque is correlated - in particular positively - with the exhaust gas mass flow via the turbine of the exhaust gas turbocharger.
  • the torque is measured at the power generating device.
  • the torque is calculated in particular from operating data of the power generating device, in particular in a control device.
  • the torque can be calculated based on injection data from the power generating device, in particular a fuel pressure and an opening duration of an injector.
  • an output power of the power generation device and/or an electrical current output by the power generation device may be recorded as the at least one further operating parameter, in particular if the power generating device is designed as a fuel cell.
  • the output power or electrical current is correlated - in particular positively - with an exhaust gas mass flow of the fuel cell.
  • the at least one further operating parameter in particular the torque, the output power or the output electrical current
  • a pumping event as the cause of the pressure drop in the charge air pressure is assessed as plausible if it is determined that the at least one further operating parameter does not drop.
  • there is no cause other than a pumping event for the pressure drop so that a pumping event can be concluded with a high degree of certainty.
  • the at least one further operating parameter in particular the torque, the output power or the output electrical current
  • the at least one further operating parameter in particular the torque, the output power or the output electrical current
  • another cause for the pressure drop other than a pumping event can be almost certainly ruled out.
  • an increase in the charge air pressure must actually be expected. If the charge air pressure drops in such a situation, there must almost certainly be a pumping event.
  • the evaluation of the at least one further operating parameter is implicitly included in the test for transient operation. This means in particular that a pumping event is assessed as plausible as the cause of the pressure drop if no transient operation is detected. If, on the other hand, transient operation is detected for the power generating device, it is assumed that there is no pumping event, since the transient operation is a possible cause of the pressure drop.
  • control device for a power generation device which is set up to carry out a method according to the invention or a method according to one or more of the above described embodiments.
  • control device In connection with the control device, there are in particular those advantages that have already been explained previously in connection with the method.
  • the object is also achieved by creating a power generating device which has a charging path in which a charge air compressor is arranged.
  • the power generating device also has a control device according to the invention or a control device according to one or more of the previously described embodiments.
  • a control device according to the invention or a control device according to one or more of the previously described embodiments.
  • the control device is in particular operatively connected to a charge air pressure sensor arranged in the charging path downstream of the charge air compressor.
  • control device is set up to detect and evaluate the at least one further operating parameter.
  • control device is operatively connected to at least one operating parameter sensor in order to detect the at least one further operating parameter.
  • control device is set up to calculate the at least one further operating parameter.
  • the charge air compressor is operatively connected to a turbine arranged in an exhaust gas path of the power generating device.
  • the charge air compressor is designed as a compressor of an exhaust gas turbocharger of the power generating device.
  • the power generating device is designed as an internal combustion engine.
  • the power generating device is designed as a fuel cell.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a power generation device with an exemplary embodiment of a control device
  • Figure 2 shows a first schematic representation of an embodiment of a method for operating the power generating device according to Figure 1
  • Figure 3 shows a second schematic representation of an embodiment of the method.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a power generating device 1 with an exemplary embodiment of a control device 3.
  • the power generating device 1 has a charging path 5 in which a charge air compressor 7 is arranged.
  • the charge air compressor 7 is in particular part of an exhaust gas turbocharger 9 of the power generating device 1 and is operatively connected to a turbine 13 arranged in an exhaust gas path 11 of the power generating device 1.
  • the power generating device 1 is designed in particular as an internal combustion engine and has an engine block 15. In another exemplary embodiment, not shown, it is possible for the power generating device 1 to be designed as a fuel cell.
  • the control device 3 is in particular operatively connected to a first charge air pressure sensor 17 arranged in the charging path 5 downstream of the charge air compressor 7 in order to be able to detect the charge air pressure in the charging path 5 downstream of the charge air compressor 7.
  • the control device 3 is additionally operatively connected to a second charge air pressure sensor 19 arranged in the charging path 5 upstream of the charge air compressor 7 in order to be able to detect the charge air pressure in the charging path 5 also upstream of the charge air compressor 7. This can advantageously contribute in particular to a higher accuracy or plausibility of detection of a pressure drop in the charge air pressure downstream of the charge air compressor 7.
  • control device 3 is also set up to control at least one further operating parameter
  • the control device 3 is operatively connected to an operating parameter sensor 21.
  • the control device 3 it is possible for the control device 3 to be set up to calculate the at least one further operating parameter, in particular based on additional parameters recorded on the power generating device 1 and in particular on the engine block 15.
  • An operating parameter which is positively correlated with an exhaust gas mass flow in the exhaust gas path 11 of the power generating device 1 is preferably used as the at least one further operating parameter.
  • a torque of the power generating device 1 is detected, in particular measured or calculated, in particular checking whether the torque decreases or increases, and in particular a pumping event is assessed as plausible as the cause of the pressure drop in the charge air pressure, if it is determined that the torque is not falling, or when it is determined that the torque is increasing.
  • control device 3 is also set up to change a flow cross section in a compressor bypass path 23.
  • it is in particular operatively connected to a bypass flap 25 in order to change a flap position of the bypass flap 25 as a bypass path adjusting device in the compressor bypass path 23.
  • control device 3 it is possible, in a manner not explicitly shown here, for the control device 3 to be set up to change a flow cross section in the charging path 5, in particular by changing a flap position or valve position of a charging path adjusting device, not shown, in the charging path 5.
  • the control device 3 is in particular set up to carry out a method described below.
  • Fig. 2 shows a first schematic representation of an embodiment of the method for operating the power generating device 1 according to Fig. 1. Identical and functionally identical elements are provided with the same reference numerals in all figures, so that reference is made to the previous description.
  • the charge air pressure downstream of the charge air compressor 7 is detected by means of the first charge air pressure sensor 17 and checked for a pressure drop, with at least one further operating parameter of the power generating device correlated with the charge air pressure - in particular by means of the operating parameter sensor 21 - being detected.
  • the at least one further operating parameter is evaluated for the plausibility of a pumping event as the cause of a pressure drop in the charge air pressure, and a pumping event of the charge air compressor 7 is recognized when a drop in the detected charge air pressure is detected and based on the evaluation of the at least one further operating parameter, a pumping event is identified as the cause the pressure drop in charge air pressure is assessed as plausible.
  • this makes it possible to detect compressor pumping very reliably, so that both a number of false-positive and false-negative results can at least be reduced, and preferably incorrect assignments of events can be completely avoided.
  • a check for a pumping event of the charge air compressor 7 is carried out continuously.
  • the first computing module A continuously, in particular time-clocked, outputs a first variable a, which indicates whether a pumping event is currently being detected, in particular in the current time cycle. For example, variable a can have the value “0” if no pumping event is detected, whereas variable a can take the value “1” if a pumping event is detected.
  • the check for a pumping event which is carried out by the first computing module A, is shown in more detail:
  • the computing module A checks whether the following conditions are currently met, in particular in the current time cycle: There is a pressure drop in the charge air pressure determined, there is no transient operating state, a temporal torque gradient M of the power generating device 1 is greater than a predetermined torque gradient limit value M limit ⁇ > and the operation of the power generating device 1 is in a predetermined operating range.
  • a pressure drop in the charge air pressure is detected when a second time derivative of the charge air pressure falls below a predetermined negative derivative limit value.
  • a key figure is determined which indicates how many pumping events are detected within a predetermined time window.
  • the pumping events are counted in a second computing module B, the second computing module B outputting the value of a counter b as a second variable and as the key figure, the counter b indicating the number of detected pumping events.
  • the counter b is always incremented when the variable a indicates the detection of another pumping event, that is, for example, when it changes from the value “0” to the value “1”.
  • the counter b it is possible for the counter b to always be reset by the second computing module B after a predetermined time window At has elapsed, that is to say in particular to be set to the value “0”.
  • the second computing module B assigns a time stamp to the individual pumping events and always decrements the value of the counter b after the predetermined time window At has expired, calculated from the time stamp of each pumping event.
  • the counter b therefore indicates a sliding time average of the pumping events over the predetermined time window At at each point in time.
  • a third computing module C the counter b is compared on the one hand with a predetermined first key figure limit value b1 and on the other hand with a predetermined second key figure limit value b2.
  • the predetermined second key figure limit value b2 is in particular greater than the predetermined first key figure limit value b1.
  • the third calculation module C outputs a third variable c.
  • a fourth calculation module D various measures are initiated depending on the value of the third variable c.
  • at least a first measure is initiated when the counter b exceeds the predetermined first key figure limit value b 1.
  • at least a second measure is initiated when the counter b exceeds the predetermined second key figure limit value b2.
  • no measure is initiated if the counter b does not exceed the predetermined first key figure limit value b1.
  • the at least one first measure is preferably selected from a group consisting of a first alarm, a change in the flow cross section of the compressor bypass path 23, and a change in the flow cross section of the charging path 5.
  • the at least one second measure is preferably selected from a group consisting of a second alarm and switching off the power generating device 1.
  • Fig. 3 shows a second schematic representation of an embodiment of the method.
  • a counter nP which indicates the number of detected pumping events as the key figure, is initialized with the value zero, at the same time a time variable t is initialized with zero, and a time measurement with which the time variable t is incremented is started.
  • a check for a pumping event is carried out, in particular the same test being carried out that is also carried out in the first computing module A explained in connection with FIG. 2, in particular at b).
  • the second step S2 it is checked whether the following conditions are currently met, in particular in a current time cycle: a pressure drop in the charge air pressure is detected, there is no transient operating state, a temporal torque gradient M of the power generating device 1 is greater than a predetermined one Torque gradient limit value Mlimit ⁇ > and the operation of the power generating device 1 is in a predetermined operating range.
  • These conditions are all linked together by a logical AND, so that a pumping event is only recognized if each of the enumerated conditions is met, with no pumping event being recognized if at least one of the enumerated conditions is not met.
  • step S4 the counter nP is incremented. Subsequently, in a sixth step S6, it is checked whether the current value of the time variable t exceeds the predetermined time limit value tiim is reached or exceeded. If this is the case, the method jumps back to the first step S1, otherwise the method is continued in a seventh step S7.
  • step S7 it is checked whether the counter nP reaches or exceeds a predetermined first pumping event limit value nPumi, the first predetermined pumping event limit value nPumi being in particular equal to the first characteristic number limit value bl. If the counter nP does not reach or exceed the predetermined first pumping event limit nPiimi, the method jumps back to the second step S2 and the check for a pumping event is carried out again.
  • an eighth step S8 checks whether the counter nP additionally reaches or exceeds a predetermined second pumping event limit value nPiim2, the second predetermined pumping event limit value nPiim2 being in particular equal to that second key figure limit value b2.
  • the at least one first measure is initiated in a ninth step S9, and the method then jumps back to the second step S2. If, on the other hand, the test in the eighth step S8 shows that the counter nP also reaches or exceeds the predetermined second pumping event limit value nPiim2, the at least one second measure is initiated in a tenth step S10, whereupon the method preferably ends, in particular if the power generating device 1 is eliminated due to the second measure.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer einen Ladeluftverdichter (7) aufweisenden Leistungserzeugungsvorrichtung (1), wobei ˗ ein Ladeluftdruck stromabwärts des Ladeluftverdichters (7) erfasst und auf einen Druckabfall geprüft wird, wobei - mindestens ein weiterer mit dem Ladeluftdruck korrelierter Betriebsparameter der Leistungserzeugungsvorrichtung (1) erfasst wird, wobei ˗ der mindestens eine weitere Betriebsparameter auf Plausibilität eines Pumpereignisses als Ursache für einen Druckabfall des Ladeluftdrucks ausgewertet wird, wobei ˗ ein Pumpereignis des Ladeluftverdichters (7) erkannt wird, wenn ein Abfall des erfassten Ladeluftdrucks erkannt und anhand der Auswertung des mindestens einen weiteren Betriebsparameters ein Pumpereignis als Ursache für den Druckabfall des Ladeluftdrucks als plausibel bewertet wird.

Description

Rolls-Royce Solutions GmbH
BESCHREIBUNG
Verfahren zum Betreiben einer einen Ladeluftverdichter aufweisenden Leistungserzeugungsvorrichtung, Steuervorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens und Leistungserzeugungsvorrichtung mit einer solchen Steuervorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer einen Ladeluftverdichter aufweisenden Leistungserzeugungsvorrichtung, eine Steuervorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens und eine Leistungserzeugungsvorrichtung mit einer solchen Steuervorrichtung.
Im Betrieb eines Ladeluftverdichters kann es aufgrund verschiedener Einflüsse zu einem Strömungsabriss an Verdichterradschaufeln kommen, was auch als Verdichterpumpen oder kurz Pumpen bezeichnet wird. Dies führt zu kritischen Zuständen für eine den Ladeluftverdichter aufweisende Leistungserzeugungsvorrichtung, beispielsweise zu einem Einbruch des Ladeluftdrucks, zu Geräuschbildung, Aufheizung eines Ladepfads, gegebenenfalls bis hin zur Flammenbildung in kritischen Bauteilen wie beispielsweise einem Luftfilter. Des Weiteren leiden das Verdichterrad und auch dieses umgebende Strukturen wie stationäre Leitschaufeln stark unter dem Pumpen, wodurch die Lebensdauer des Ladeluftverdichters verkürzt wird. Das Verdichterrad kann sogar zerstört werden, was weitere Probleme und insbesondere große Gefahren für sich in der Umgebung aufhaltende Personen nach sich ziehen kann. Da es kaum möglich erscheint, dass Auftreten von Verdichterpumpen generell auszuschließen, erscheint es umso wichtiger, solche Zustände sicher erkennen zu können. Dies hat sich jedoch als schwierig erwiesen, wobei es sowohl nachteilig ist, tatsächlich auftretende Pumpereignisse nicht zu erkennen (falsch-negatives Ergebnis), als auch fehlerhaft auf ein Pumpereignis zu schließen, wenn kein Verdichterpumpen auftritt (falsch-positives Ergebnis). Im ersten Fall leidet der Ladeluftverdichter und es ergeben sich die bereits beschriebenen Probleme, im zweiten Fall ist es möglich, dass die Leistungserzeugungsvorrichtung aufgrund fehlerhafter erkannten Verdichterpumpens suboptimal betrieben wird, was sich negativ auf deren Wirkungsgrad sowie gegebenenfalls die Emissionen auswirkt. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer einen Ladeluftverdichter aufweisenden Leistungserzeugungsvorrichtung, eine Steuervorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens und eine Leistungserzeugungsvorrichtung mit einer solchen Steuervorrichtung zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest reduziert, vorzugsweise vermieden sind.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten bevorzugten Ausführungsformen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben einer einen Ladeluftverdichter aufweisenden Leistungserzeugungsvorrichtung geschaffen wird. Es wird ein Ladeluftdruck stromabwärts des Ladeluftverdichters - insbesondere fortlaufend - erfasst und auf einen Druckabfall geprüft. Außerdem wird mindestens ein weiterer mit dem Ladeluftdruck korrelierter Betriebsparameter der Leistungserzeugungsvorrichtung - insbesondere fortlaufend - erfasst. Der mindestens eine weitere Betriebsparameter wird - insbesondere fortlaufend - auf Plausibilität eines Pumpereignisses als Ursache für einen Druckabfall des Ladeluftdrucks ausgewertet, und es wird ein Pumpereignis des Ladeluftverdichters erkannt, wenn ein Abfall des erfassten Ladeluftdrucks erkannt und anhand der Auswertung des mindestens einen weiteren Betriebsparameters ein Pumpereignis als Ursache für den Druckabfall des Ladeluftdrucks als plausibel bewertet, das heißt als plausible Ursache für den Druckabfall des Ladeluftdrucks erkannt wird. Vorteilhaft kann auf diese Weise ein Verdichterpumpen sehr zuverlässig erkannt werden, sodass sowohl die Anzahl falsch-positiver als auch falsch-negativer Ergebnisse zumindest reduziert werden kann, wobei vorzugsweise falsche Ergebnisse sowie Zuordnungen von Ereignissen vollständig vermieden werden. Insoweit ist erkannt worden, dass der Druckabfall des Ladeluftdrucks für sich genommen zumindest nicht stets ein hinreichendes Kriterium für die sichere Diagnose von Verdichterpumpen ist. Indem aber der mindestens eine weitere mit dem Ladeluftdruck korrelierte Betriebsparameter zusätzlich erfasst und ausgewertet wird, kann die Zuverlässigkeit der Erkennung deutlich gesteigert werden. Dies wiederum erlaubt es, zielgerichtet geeignete Maßnahmen zu treffen, um zumindest die nachteiligen Auswirkungen von Pumpereignissen zu verringern. In einer Ausführungsform wird der Ladeluftdruck stromabwärts Ladeluftverdichters fortlaufend während des Betriebs der Leistungserzeugungsvorrichtung erfasst und auf einen Druckabfall hin geprüft.
In einer Ausführungsform ist es möglich, dass die Erkennung eines Druckabfalls die weiteren Verfahrensschritte auslöst oder triggert, wobei in dieser Ausführungsform insbesondere der mindestens eine weitere Betriebsparameter nur erfasst und ausgewertet wird, wenn zuvor ein Druckabfall des Ladeluftdrucks festgestellt wird.
In einer anderen Ausführungsform wird auch der mindestens eine weitere Betriebsparameter fortlaufend erfasst und insbesondere fortlaufend ausgewertet. Die Erfassung des mindestens einen weiteren Betriebsparameters und insbesondere auch dessen Auswertung erfolgt also unabhängig davon, ob ein Druckabfall erkannt wird. Um auf ein Pumpereignis zu schließen, werden allerdings die Bedingung des Druckabfalls einerseits und die Auswertung des mindestens einen weiteren Betriebsparameters andererseits gemeinsam betrachtet, insbesondere miteinander durch ein logisches UND verknüpft.
In einer Ausführungsform wird ein Druckabfall des Ladeluftdrucks erkannt, wenn eine zweite zeitliche Ableitung des Ladeluftdrucks einen vorbestimmten negativen Ableitungs-Grenzwert unterschreitet. Dies stellt ein besonders sicheres Kriterium dar, um einen insbesondere mit Blick auf ein Pumpereignis relevanten Druckabfall zu erkennen.
Insbesondere wird ein Pumpereignis des Ladeluftverdichters immer, das heißt jedes Mal dann erkannt, wenn ein Abfall des erfassten Ladeluftdrucks erkannt und zusätzlich die Auswertung des mindestens einen weiteren Betriebsparameters ein Pumpereignis als plausible Ursache für den Druckabfall des Ladeluftdrucks zurückgibt.
In einer Ausführungsform wird anhand der Auswertung des mindestens einen weiteren Betriebsparameters ein Pumpereignis als Ursache für den Druckabfall als plausibel bewertet, wenn durch die Auswertung keine andere Ursache für den Druckabfall des Ladeluftdrucks festgestellt wird. Insbesondere wird in dieser Ausgestaltung ein Pumpereignis des Ladeluftverdichters erkannt, wenn ein Abfall des erfassten Ladeluftdrucks erkannt und die Auswertung des mindestens einen weiteren Betriebsparameters keine andere Ursache für den Druckabfall des Ladeluftdrucks zurückgibt. Es erfolgt also insbesondere eine Erkennung durch Ausschluss anderer möglicher Ursachen.
Alternativ oder zusätzlich wird anhand der Auswertung des mindestens einen weiteren Betriebsparameters ein Pumpereignis als Ursache für den Druckabfall als plausibel bewertet, wenn die Auswertung mindestens einen bestimmten zeitlichen Verlauf oder ein bestimmtes Verhalten des mindestens einen weiteren Betriebsparameters feststellt, wobei insbesondere der bestimmte zeitliche Verlauf oder das bestimmte Verhalten des mindestens einen weiteren Betriebsparameters auf ein Pumpereignis schließen lassen oder für ein Pumpereignis charakteristisch sind. In diesem Fall erfolgt insbesondere eine positive Identifizierung eines Pumpereignisses.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Kennzahl ermittelt wird, die angibt, wie viele Pumpereignisse innerhalb eines vorbestimmten Zeitfensters erkannt werden, wobei mindestens eine erste Maßnahme eingeleitet wird, wenn die ermittelte Kennzahl einen vorbestimmten ersten Kennzahl-Grenzwert überschreitet. Dies ermöglicht es vorteilhaft, zielgerichtet Maßnahmen zu ergreifen, um insbesondere die Auswirkungen mit höherer zeitlicher Frequenz auftretender Pumpereignisse verringern zu können.
Insbesondere wird die Kennzahl fortlaufend im Betrieb der Leistungserzeugungsvorrichtung erfasst. In einer Ausführungsform wird die Kennzahl für das vorbestimmte Zeitfenster, danach für ein nachfolgendes vorbestimmtes Zeitfenster, usw., das heißt insbesondere von Zeitfenster zu Zeitfenster, erfasst. Dabei wird die Kennzahl insbesondere innerhalb eines Zeitfensters hochgezählt und am Ende des Zeitfensters zurückgesetzt, insbesondere auf null gesetzt. In einer anderen Ausführungsform wird die Kennzahl als gleitender Wert ermittelt. Insbesondere ist es dabei möglich, dass die Kennzahl bei Auftreten ein Pumpereignisses inkrementiert wird, wobei die Zeit, zu der das Pumpereignis aufgetreten ist, gemerkt wird, und wobei die Kennzahl im zeitlichen Abstand eines vorbestimmten Zeitfensters zu dem Pumpereignis wieder dekrementiert wird. In dieser Ausgestaltung gibt die Kennzahl zu jedem momentanen Zeitpunkt die Anzahl der Pumpereignisse in einem Zeitraum an, der sich ausgehend von dem momentanen Zeitpunkt durch Abzug des vorbestimmten Zeitfensters in die Vergangenheit erstreckt. Insbesondere wird die ermittelte Kennzahl fortlaufend im Betrieb der
Leistungserzeugungsvorrichtung mit dem vorbestimmten ersten Kennzahl -Grenzwert verglichen.
Somit kann die erste Maßnahme zielgerichtet und schnell eingeleitet werden.
Insbesondere wird keine Maßnahme eingeleitet, wenn die ermittelte Kennzahl den vorbestimmten ersten Kennzahl-Grenzwert nicht überschreitet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eine zweite Maßnahme eingeleitet wird, wenn die ermittelte Kennzahl einen vorbestimmten zweiten Kennzahl -Grenzwert überschreitet, wobei der vorbestimmte zweite Kennzahl-Grenzwert größer ist als der vorbestimmte erste Kennzahl -Grenzwert. Somit können vorteilhafterweise verschieden gravierende Fälle des Auftretens von Pumpereignissen unterschieden werden, wobei abhängig davon, mit welcher Frequenz die Pumpereignisse auftreten, verschiedene Maßnahmen, insbesondere verschieden scharfe oder gravierende Maßnahmen, getroffen werden können, um negative Folgen des Verdichterpumpens nach Möglichkeit ab zumildem oder abzuwenden.
Insbesondere wird die ermittelte Kennzahl fortlaufend im Betrieb der Leistungserzeugungsvorrichtung mit dem vorbestimmten zweiten Kennzahl-Grenzwert verglichen. Somit kann die zweite Maßnahme zielgerichtet und schnell eingeleitet werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass geprüft wird, ob die Leistungserzeugungsvorrichtung innerhalb eines vorbestimmten Betriebsbereichs betrieben wird, wobei ein Pumpereignis nur erkannt wird, wenn - insbesondere zusätzlich zu den anderen genannten Kriterien - die Leistungserzeugungsvorrichtung innerhalb des vorbestimmten Betriebsbereichs betrieben wird. Vorteilhaft können hierdurch insbesondere Ressourcen, insbesondere Rechenleistung, geschont werden, indem insbesondere die Erkennung eines Pumpereignisses nicht erfolgt, wenn die Leistungserzeugungsvorrichtung außerhalb des vorbestimmten Betriebsbereichs und damit insbesondere in einem Betriebsbereich arbeitet, in dem das Auftreten von Verdichterpumpen unmöglich oder zumindest unwahrscheinlich ist. Zugleich wird dadurch auch die Genauigkeit der Erkennung erhöht, indem solche Betriebsbereiche für die Erkennung von Pumpereignissen ausdrücklich ausgeschlossen werden. Insbesondere wird kein Pumpereignis erkannt, wenn die Leistungserzeugungsvorrichtung nicht innerhalb des vorbestimmten Betriebsbereichs betrieben wird.
Der vorbestimmte Betriebsbereich ist insbesondere in einem Kennfeld definiert, insbesondere als ein vorbestimmter Kennfeldbereich. Das Kennfeld ist insbesondere aufgespannt durch eine Drehzahl und ein Drehmoment der Leistungserzeugungsvorrichtung. Alternativ ist das Kennfeld aufgespannt durch eine elektrische Spannung und einen elektrischen Strom der Leistungserzeugungsvorrichtung.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass geprüft wird, ob ein transienter Betriebszustand für die Leistungserzeugungsvorrichtung vorliegt, wobei ein Pumpereignis nur erkannt wird, wenn - insbesondere zusätzlich zu den anderen genannten Kriterien - kein transienter Betriebszustand für die Leistungserzeugungsvorrichtung vorliegt. Dem liegt der Gedanke zugrunde, dass ein Verdichterpumpen in einem transienten Betriebsbereich, insbesondere bei einem Leistungsabfall oder Lastabwurf, nicht sicher erkannt werden kann. Indem transiente Betriebszustände für die Erkennung von Pumpereignissen ausgeschlossen werden, wird somit vorteilhaft weiterhin die Genauigkeit der Erkennung erhöht.
Insbesondere wird kein Pumpereignis erkannt, wenn ein transienter Betrieb für die Leistungserzeugungsvorrichtung vorliegt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine erste Maßnahme ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer ersten Alarmierung, einer Veränderung eines Strömungsquerschnitts eines Verdichter-Umgehungspfads um den Ladeluftverdichter, und einer Veränderung eines Strömungsquerschnitts eines Ladepfads, in dem der Ladeluftverdichter angeordnet ist.
Unter einer ersten Alarmierung wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine erste, insbesondere weniger dringliche Warnung an einen Betreiber der Leistungserzeugungsvorrichtung, insbesondere ein Gelbalarm, insbesondere eine Aufforderung zur Überprüfung, verstanden. Die erste Warnung kann akustisch, optisch, haptisch oder in jeder anderen geeigneten Weise sowie in Kombinationen der genannten Weisen ausgegeben werden. Der Strömungsquerschnitt in dem Verdichter-Umgehungspfad wird insbesondere verändert, indem eine Klappenposition oder Ventilstellung einer Umgehungspfad-Stellvorrichtung in dem Verdichter-Umgehungspfad geändert wird. Der Verdichter-Umgehungspfad ist insbesondere ein Verdichter-Bypass. In dem Verdichter-Bypass ist insbesondere eine Umgehungspfad- Stellvorrichtung, insbesondere ein Bypassventil oder eine Bypassklappe, angeordnet, über welche der Strömungsquerschnitt des Verdichter-Umgehungspfads verändert werden kann.
Der Strömungsquerschnitt in dem Ladepfad wird insbesondere verändert, indem eine Klappenposition oder Ventil Stellung einer Ladepfad-Stellvorrichtung in dem Ladepfad geändert wird. Der Ladepfad ist insbesondere ein Luftpfad oder Ladeluftpfad der Leistungserzeugungsvorrichtung, in welchem der Ladeluftverdichter angeordnet ist. In dem Ladepfad ist insbesondere eine Ladepfad-Stellvorrichtung, insbesondere ein Drosselventil oder eine Drosselklappe, angeordnet, über welche der Strömungsquerschnitt des Ladepfads verändert werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine zweite Maßnahme ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer zweiten Alarmierung und einem Abstellen der Leistungserzeugungsvorrichtung. Somit können die zu ergreifenden Maßnahmen vorteilhaft abhängig von der Frequenz des Auftretens von Pumpereignissen eskaliert werden, wobei die höhere Eskalationsstufe, insbesondere ein Abstellen der Leistungserzeugungsvorrichtung, nur erreicht wird, wenn die Pumpereignisse mit der vorbestimmten, höheren Frequenz auftreten.
Unter einer zweiten Alarmierung wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine zweite, insbesondere dringlichere Warnung, insbesondere eine Aufforderung zur Ergreifung von Maßnahmen, an einen Betreiber der Leistungserzeugungsvorrichtung, insbesondere ein Rotalarm, verstanden. Die zweite Warnung kann akustisch, optisch, haptisch oder in jeder anderen geeigneten Weise sowie in Kombinationen der genannten Weisen ausgegeben werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als der Ladeluftverdichter ein Verdichter eines Abgasturboladers der Leistungserzeugungsvorrichtung betrieben wird, wobei als der mindestens eine weitere Betriebsparameter ein Betriebsparameter verwendet wird, der mit einem Abgasmassenstrom der Leistungserzeugungsvorrichtung - insbesondere positiv - korreliert ist. Zusätzlich zu dem Druckabfall im Ladepfad ist dabei insbesondere der Abgasmassenstrom über eine mit dem Ladeluftverdichter antrieb swirkverbundene Turbine ein hochgradig geeignetes Kriterium, um zielsicher Verdichterpumpen erkennen zu können. Dies wird vorteilhaft durch Auswertung des mit dem Abgasmassenstrom - insbesondere positiv - korrelierten Betriebsparameters ausgenutzt.
Insbesondere wird ein Betriebsparameter als der mindestens eine weitere Betriebsparameter verwendet, der mit dem Abgasmassenstrom der Leistungserzeugungsvorrichtung funktional verknüpft ist, entweder derart, dass der Abgasmassenstrom von dem Betriebsparameter abhängt, oder derart, dass der Betriebsparameter von dem Abgasmassenstrom abhängt. In einer Ausführungsform wird ein Betriebsparameter als der mindestens eine weitere Betriebsparameter verwendet, dessen Wert steigt, wenn der Abgasmassenstrom steigt, und dessen Wert fällt, wenn der Abgasmassenstrom fällt. Insbesondere bleibt der Wert des Betriebsparameters gleich, wenn der Abgasmassenstrom gleichbleibt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als der mindestens eine weitere Betriebsparameter ein Drehmoment der Leistungserzeugungsvorrichtung erfasst wird, insbesondere wenn die Leistungserzeugungsvorrichtung als Brennkraftmaschine ausgebildet ist. Das Drehmoment der Leistungserzeugungsvorrichtung stellt einen besonders geeigneten weiteren Betriebsparameter dar, um das Vorliegen eines Verdichterpumpens erkennen zu können. Insbesondere ist das Drehmoment mit dem Abgasmassenstrom über die Turbine des Abgasturboladers - insbesondere positiv - korreliert. In einer Ausführungsform wird das Drehmoment an der Leistungserzeugungsvorrichtung gemessen. In einer anderen Ausführungsform wird das Drehmoment insbesondere aus Betriebsdaten der Leistungserzeugungsvorrichtung, insbesondere in einer Steuervorrichtung, berechnet. Insbesondere kann das Drehmoment anhand von Einspritzdaten der Leistungserzeugungsvorrichtung, insbesondere einem Brennstoffdruck und einer Öffnungsdauer eines Injektors, berechnet werden.
Alternativ ist es möglich, dass als der mindestens eine weitere Betriebsparameter eine abgegebene Leistung der Leistungserzeugungsvorrichtung, und/oder ein durch die Leistungserzeugungsvorrichtung abgegebener elektrischer Strom erfasst wird, insbesondere wenn die Leistungserzeugungsvorrichtung als Brennstoffzelle ausgebildet ist. In diesem Fall ist die abgegebene Leistung oder der abgegebene elektrische Strom - insbesondere positiv - korreliert mit einem Abgasmassenstrom der Brennstoffzelle.
Insbesondere wird geprüft, ob der mindestens eine weitere Betriebsparameter, insbesondere das Drehmoment, die abgegebene Leistung oder der abgegebene elektrische Strom, abfällt. Insbesondere wird anhand der Auswertung des mindestens einen weiteren Betriebsparameters ein Pumpereignis als Ursache für den Druckabfall des Ladeluftdrucks als plausibel bewertet, wenn festgestellt wird, dass der mindestens eine weitere Betriebsparameter nicht abfällt. Insbesondere liegt in diesem Fall kein Leistungs- oder Drehmomenteinbruch vor, was ansonsten den Druckabfall des Ladeluftdrucks auch ohne Pumpereignis erklären würde. Somit liegt insbesondere keine andere Ursache als ein Pumpereignis für den Druckabfall vor, sodass mit hoher Sicherheit auf ein Pumpereignis geschlossen werden kann.
Zusätzlich oder alternativ wird geprüft, ob der mindestens eine weitere Betriebsparameter, insbesondere das Drehmoment, die abgegebene Leistung oder der abgegebene elektrische Strom, ansteigt. Dabei kann insbesondere bei einem Anstieg des mindestens einen weiteren Betriebsparameters eine andere Ursache für den Druckabfall außer einem Pumpereignis nahezu sicher ausgeschlossen werden. Insbesondere muss in einem solchen Fall bei Abwesenheit von Verdichterpumpen eigentlich ein Anstieg des Ladeluftdrucks erwartet werden. Fällt daher in einer solchen Situation der Ladeluftdruck ab, muss mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit ein Pumpereignis vorliegen.
In einer Ausführungsform ist die Auswertung des mindestens einen weiteren Betriebsparameters implizit in der Prüfung auf transienten Betrieb inkludiert. Dies bedeutet insbesondere, dass ein Pumpereignis als Ursache für den Druckabfall als plausibel bewertet wird, wenn kein transienter Betrieb festgestellt wird. Wird dagegen ein transienter Betrieb für die Leistungserzeugungsvorrichtung festgestellt, wird angenommen, dass kein Pumpereignis vorliegt, da der transiente Betrieb als Ursache für den Druckabfall infrage kommt.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Steuervorrichtung für eine Leistungserzeugungsvorrichtung geschaffen wird, die eingerichtet ist zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens oder eines Verfahrens nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. In Zusammenhang mit der Steuervorrichtung ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Leistungserzeugungsvorrichtung geschaffen wird, die einen Ladepfad aufweist, in dem ein Ladeluftverdichter angeordnet ist. Die Leistungserzeugungsvorrichtung weist außerdem eine erfmdungsgemäße Steuervorrichtung oder eine Steuervorrichtung nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auf. In Zusammenhang mit der Leistungserzeugungsvorrichtung ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Verfahren oder der Steuervorrichtung erläutert wurden.
Die Steuervorrichtung ist insbesondere mit einem in dem Ladepfad stromabwärts des Ladeluftverdichters angeordneten Ladeluftdruck-Sensor wirkverbunden.
Insbesondere ist die Steuervorrichtung eingerichtet, um den mindestens einen weiteren Betriebsparameter zu erfassen und auszuwerten. In einer Ausführungsform ist hierzu die Steuervorrichtung mit mindestens einem Betriebsparameter-Sensor wirkverbunden, um den mindestens einen weiteren Betriebsparameter zu erfassen. Alternativ oder zusätzlich ist die Steuervorrichtung eingerichtet, um den mindestens einen weiteren Betriebsparameter zu berechnen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ladeluftverdichter mit einer in einem Abgaspfad der Leistungserzeugungsvorrichtung angeordneten Turbine antriebswirkverbunden ist. Insbesondere ist der Ladeluftverdichter als Verdichter eines Abgasturboladers der Leistungserzeugungsvorrichtung ausgebildet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leistungserzeugungsvorrichtung als Brennkraftmaschine ausgebildet ist. Alternativ ist die Leistungserzeugungsvorrichtung als Brennstoffzelle ausgebildet.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Leistungserzeugungsvorrichtung mit einem Ausführungsbeispiel einer Steuervorrichtung;
Figur 2 eine erste schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben der Leistungserzeugungsvorrichtung gemäß Figur 1, und
Figur 3 eine zweite schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Leistungserzeugungsvorrichtung 1 mit einem Ausführungsbeispiel einer Steuervorrichtung 3.
Die Leistungserzeugungsvorrichtung 1 weist einen Ladepfad 5 auf, in dem ein Ladeluftverdichter 7 angeordnet ist. Der Ladeluftverdichter 7 ist insbesondere Teil eines Abgasturboladers 9 der Leistungserzeugungsvorrichtung 1 und mit einer in einem Abgaspfad 11 der Leistungserzeugungsvorrichtung 1 angeordneten Turbine 13 antriebs wirkverbunden.
Die Leistungserzeugungsvorrichtung 1 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel insbesondere als Brennkraftmaschine ausgebildet und weist einen Motorblock 15 auf. In einem anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass die Leistungserzeugungsvorrichtung 1 als Brennstoffzelle ausgebildet ist.
Die Steuervorrichtung 3 ist insbesondere mit einem in dem Ladepfad 5 stromabwärts des Ladeluftverdichters 7 angeordneten ersten Ladeluftdruck-Sensor 17 wirkverbunden, um den Ladeluftdruck in dem Ladepfad 5 stromabwärts des Ladeluftverdichters 7 erfassen zu können. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Steuervorrichtung 3 zusätzlich mit einem in dem Ladepfad 5 stromaufwärts des Ladeluftverdichters 7 angeordneten zweiten Ladeluftdruck-Sensor 19 wirkverbunden, um den Ladeluftdruck in dem Ladepfad 5 auch stromaufwärts des Ladeluftverdichters 7 erfassen zu können. Dies kann vorteilhaft insbesondere zu einer höheren Genauigkeit oder Plausibilisierung einer Erkennung eines Druckabfalls des Ladeluftdrucks stromabwärts des Ladeluftverdichters 7 beitragen.
Die Steuervorrichtung 3 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel außerdem eingerichtet, um mindestens einen weiteren Betriebsparameter der
Leistungserzeugungsvorrichtung 1, insbesondere der Brennkraftmaschine und ganz besonders des Motorblocks 15, zu erfassen und auszuwerten. Hierzu ist die Steuervorrichtung 3 mit einem Betriebsparameter-Sensor 21 wirkverbunden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Steuervorrichtung 3 eingerichtet ist, um den mindestens einen weiteren Betriebsparameter zu berechnen, insbesondere anhand von zusätzlichen, an der Leistungserzeugungsvorrichtung 1 und insbesondere an dem Motorblock 15 erfassten Parametern.
Als der mindestens eine weitere Betriebsparameter wird vorzugsweise ein Betriebsparameter verwendet, der mit einem Abgasmassenstrom in dem Abgaspfad 11 der Leistungserzeugungsvorrichtung 1 positiv korreliert ist. Vorzugsweise wird als der mindestens eine weitere Betriebsparameter ein Drehmoment der Leistungserzeugungsvorrichtung 1 erfasst, insbesondere gemessen oder berechnet, wobei insbesondere geprüft wird, ob das Drehmoment abfällt oder ansteigt, und wobei insbesondere ein Pumpereignis als Ursache für den Druckabfall des Ladeluftdrucks als plausibel bewertet wird, wenn festgestellt wird, dass das Drehmoment nicht abfällt, oder wenn festgestellt wird, dass das Drehmoment ansteigt.
Die Steuervorrichtung 3 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel außerdem eingerichtet, um einen Strömungsquerschnitt in einem Verdichter-Umgehungspfad 23 zu verändern. Hierzu ist sie insbesondere mit einer Bypassklappe 25 wirkverbunden, um eine Klappenposition der Bypassklappe 25 als einer Umgehungspfad-Stellvorrichtung in dem Verdichter-Umgehungspfad 23 zu verändern.
Alternativ oder zusätzlich ist es in hier nicht explizit dargestellter Weise möglich, dass die Steuervorrichtung 3 eingerichtet ist, um einen Strömungsquerschnitt in dem Ladepfad 5 zu verändern, insbesondere indem eine Klappenposition oder Ventil Stellung einer nicht dargestellten Ladepfad-Stellvorrichtung in dem Ladepfad 5 geändert wird.
Die Steuervorrichtung 3 ist insbesondere eingerichtet zur Durchführung eines im Folgenden beschriebenen Verfahrens.
Fig. 2 zeigt eine erste schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben der Leistungserzeugungsvorrichtung 1 gemäß Fig. 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern jeweils auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
Insbesondere wird mittels des ersten Ladeluftdruck- Sensors 17 der Ladeluftdruck stromabwärts des Ladeluftverdichters 7 erfasst und auf einen Druckabfall geprüft wird, wobei mindestens ein weiterer mit dem Ladeluftdruck korrelierter Betriebsparameter der Leistungserzeugungsvorrichtung - insbesondere mittels des Betriebsparameter-Sensors 21 - erfasst wird. Der mindestens eine weitere Betriebsparameter wird auf Plausibilität eines Pumpereignisses als Ursache für einen Druckabfall des Ladeluftdrucks ausgewertet, und es wird ein Pumpereignis des Ladeluftverdichters 7 erkannt, wenn ein Abfall des erfassten Ladeluftdrucks erkannt und anhand der Auswertung des mindestens einen weiteren Betriebsparameters ein Pumpereignis als Ursache für den Druckabfall des Ladeluftdrucks als plausibel bewertet wird. Dies ermöglicht es insbesondere, ein Verdichterpumpen sehr zuverlässig zu erkennen, sodass sowohl eine Anzahl falsch-positiver als auch falsch-negativer Ergebnisse zumindest reduziert werden kann, wobei vorzugsweise falsche Zuordnungen von Ereignissen vollständig vermieden werden können.
In Zusammenhang mit Figur 2 wird bei a) im Folgenden eine Ausführungsform des Verfahrens anhand von Rechenmodulen erläutert; die verschiedenen Rechenmodule müssen nicht notwendig tatsächlich voneinander als separate Hardware- oder Software-Komponenten abgrenzbar sein, insofern dient die Darstellung anhand der Rechenmodule lediglich der Erläuterung der Funktionsweise dieser Ausführungsform des Verfahrens, ohne Beschränkung der Allgemeinheit. Es ist allerdings durchaus eine Umsetzung des Verfahrens denkbar, bei der die verschiedenen Rechenmodule beispielsweise als separate Software-Funktionen ausgestaltet sind.
In einem ersten Rechenmodul A erfolgt fortlaufend eine Prüfung auf ein Pumpereignis des Ladeluftverdichters 7. Das erste Rechenmodul A gibt fortlaufend, insbesondere zeitlich getaktet, eine erste Variable a aus, die angibt, ob momentan, insbesondere in dem momentanen Zeittakt, ein Pumpereignis erkannt wird. Beispielweise kann die Variable a den Wert „0“ haben, wenn kein Pumpereignis erkannt wird, wobei die Variable a den Wert „1“ annehmen kann, wenn ein Pumpereignis erkannt wird. Bei b) ist die Prüfung auf ein Pumpereignis, die durch das erste Rechenmodul A durchgeführt wird, detaillierter dargestellt: Insbesondere wird in dem Rechenmodul A geprüft, ob momentan, insbesondere in dem momentanen Zeittakt, folgende Bedingungen erfüllt sind: Es wird ein Druckabfall des Ladeluftdrucks festgestellt, es liegt kein transienter Betriebszustand vor, ein zeitlicher Drehmomentgradient M der Leistungserzeugungsvorrichtung 1 ist größer als ein vorbestimmter Drehmomentgradient-Grenzwert Mgrenz ■> und der Betrieb der Leistungserzeugungsvorrichtung 1 ist in einem vorbestimmten Betriebsbereich. Diese Bedingungen werden in dem ersten Rechenmodul A alle durch ein logisches UND miteinander verknüpft, sodass das erste Rechenmodul A nur dann ein Pumpereignis erkennt, beispielsweise für die Variable a den Wert „1“ ausgibt, wenn jede einzelne der aufgezählten Bedingungen erfüllt ist, wobei das erste Rechenmodul A kein Pumpereignis erkennt, und beispielsweise für die Variable a den Wert „0“ ausgibt, wenn mindestens eine der aufgezählten Bedingungen nicht erfüllt ist.
Insbesondere wird ein Druckabfall des Ladeluftdrucks erkannt, wenn eine zweite zeitliche Ableitung des Ladeluftdrucks einen vorbestimmten negativen Ableitungs-Grenzwert unterschreitet.
Insbesondere wird eine Kennzahl ermittelt, die angibt, wie viele Pumpereignisse innerhalb eines vorbestimmten Zeitfensters erkannt werden.
Insbesondere werden zurückkommend auf die Darstellung bei a) die Pumpereignisse in einem zweiten Rechenmodul B gezählt, wobei das zweite Rechenmodul B den Wert eines Zählers b als eine zweite Variable und als die Kennzahl ausgibt, wobei der Zähler b die Anzahl der detektierten Pumpereignisse angibt. Insbesondere wird der Zähler b stets dann inkrementiert, wenn die Variable a die Erkennung eines weiteren Pumpereignisses anzeigt, das heißt wenn sie beispielsweise von dem Wert „0“ auf den Wert „1“ wechselt.
In einer Ausgestaltung ist es möglich, dass der Zähler b durch das zweite Rechenmodul B stets nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitfensters At zurückgesetzt, das heißt insbesondere auf den Wert „0“ gesetzt wird. In einer anderen Ausgestaltung teilt das zweite Rechenmodul B den einzelnen Pumpereignissen jeweils einen Zeitstempel zu und dekrementiert den Wert des Zählers b stets nach Ablauf des vorbestimmten Zeitfensters At jeweils gerechnet von dem Zeitstempel eines jeden Pumpereignisses an. Somit gibt der Zähler b zu jedem Zeitpunkt quasi ein gleitendes Zeitmittel der Pumpereignisse über das vorbestimmte Zeitfenster At an.
In einem dritten Rechenmodul C wird der Zähler b einerseits mit einem vorbestimmten ersten Kennzahl -Grenzwert bl und andererseits mit einem vorbestimmten zweiten Kennzahl -Grenzwert b2 verglichen. Der vorbestimmte zweite Kennzahl-Grenzwert b2 ist insbesondere größer als der vorbestimmte erste Kennzahl-Grenzwert bl. Abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs gibt das dritte Rechenmodul C eine dritte Variable c aus. Diese kann beispielsweise den Wert „0“ annehmen, wenn der Zähler b nicht größer ist als der vorbestimmte erste Kennzahl -Grenzwert bl, wobei sie den Wert „1“ annehmen kann, wenn der Zähler b größer ist als der vorbestimmte erste Kennzahl-Grenzwert bl, jedoch nicht größer als der vorbestimmte zweite Kennzahl- Grenzwert b2, wobei sie den Wert „2“ annehmen kann, wenn der Zähler b größer ist als der vorbestimmte zweite Kennzahl-Grenzwert b2.
In einem vierten Rechenmodul D werden abhängig von dem Wert der dritten Variable c verschiedene Maßnahmen eingeleitet. Insbesondere wird mindestens eine erste Maßnahme eingeleitet, wenn der Zähler b den vorbestimmten ersten Kennzahl-Grenzwert b 1 überschreitet. Vorzugsweise wird mindestens eine zweite Maßnahme eingeleitet, wenn der Zähler b den vorbestimmten zweiten Kennzahl-Grenzwert b2 überschreitet. Insbesondere wird keine Maßnahme eingeleitet, wenn der Zähler b den vorbestimmten ersten Kennzahl-Grenzwert bl nicht überschreitet.
Die mindestens eine erste Maßnahme ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer ersten Alarmierung, einer Veränderung des Strömungsquerschnitts des Verdichter- Umgehungspfads 23, und einer Veränderung des Strömungsquerschnitts des Ladepfads 5.
Die mindestens eine zweite Maßnahme ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer zweiten Alarmierung und einem Abstellen der Leistungserzeugungsvorrichtung 1.
Insbesondere arbeiten das erste Rechenmodul A, das zweite Rechenmodul B, das dritte Rechenmodul C und das vierte Rechenmodul D nicht nacheinander, sondern gleichzeitig, wobei sie ihre j eweiligen internen Zustände insbesondere in Abhängigkeit ihrer jeweiligen Berechnungen, insbesondere in Abhängigkeit der jeweiligen Eingangsvariablen, ändern. Fig. 3 zeigt eine zweite schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens.
In einem ersten Schritt S1 wird ein Zähler nP, der als die Kennzahl die Anzahl erfasster Pumpereignisse angibt, mit dem Wert Null initialisiert, zugleich wird eine Zeitvariable t mit Null initialisiert, und eine Zeitmessung, mit der die Zeitvariable t hochgezählt wird, wird gestartet.
In einem zweiten Schritt S2 wird eine Prüfung auf ein Pumpereignis durchgeführt, wobei insbesondere dieselbe Prüfung durchgeführt wird, die auch in dem in Zusammenhang mit Figur 2, insbesondere bei b), erläuterten ersten Rechenmodul A durchgeführt wird. Insbesondere wird in dem zweiten Schritt S2 geprüft, ob momentan, insbesondere in einem momentanen Zeittakt, folgende Bedingungen erfüllt sind: Es wird ein Druckabfall des Ladeluftdrucks festgestellt, es liegt kein transienter Betriebszustand vor, ein zeitlicher Drehmomentgradient M der Leistungserzeugungsvorrichtung 1 ist größer als ein vorbestimmter Drehmomentgradient- Grenzwert Mgrenz ■> und der Betrieb der Leistungserzeugungsvorrichtung 1 ist in einem vorbestimmten Betriebsbereich. Diese Bedingungen werden alle durch ein logisches UND miteinander verknüpft, sodass nur dann ein Pumpereignis erkannt wird, wenn jede einzelne der aufgezählten Bedingungen erfüllt ist, wobei kein Pumpereignis erkannt wird, wenn mindestens eine der aufgezählten Bedingungen nicht erfüllt ist.
In einem dritten Schritt S3 wird das Ergebnis aus der Prüfung des zweiten Schritts S2 geprüft: Wird ein Pumpereignis erkannt, wird das Verfahren in einem vierten Schritt S4 fortgesetzt, wird dagegen kein Pumpereignis erkannt, wird in einem fünften Schritt S5 geprüft, ob der momentane Wert der Zeitvariable t einen vorbestimmten Zeit-Grenzwert tiim erreicht oder überschreitet, wobei der vorbestimmte Zeit-Grenzwert tiim insbesondere der zeitlichen Länge des vorbestimmten Zeitfensters At, gerechnet vom Zeitpunkt t = 0 an, entspricht. Erreicht oder überschreitet der momentan Wert der Zeitvariable t den vorbestimmten Zeit-Grenzwert tiim, springt das Verfahren zurück in den ersten Schritt Sl, andernfalls springt das Verfahren zurück in den zweiten Schritt S2, und die Prüfung auf ein Pumpereignis wird erneut durchgeführt.
In dem vierten Schritt S4 wird der Zähler nP inkrementiert. Anschließend wird in einem sechsten Schritt S6 geprüft, ob der momentane Wert der Zeitvariable t den vorbestimmten Zeit-Grenzwert tiim erreicht oder überschreitet. Ist dies der Fall, springt das Verfahren zurück in den ersten Schritt Sl, andernfalls wird das Verfahren in einem siebten Schritt S7 fortgesetzt.
In dem siebten Schritt S7 wird geprüft, ob der Zähler nP einen vorbestimmten ersten Pumpereignis-Grenzwert nPumi erreicht oder überschreitet, wobei der erste vorbestimmte Pumpereignis-Grenzwert nPumi insbesondere gleich dem ersten Kennzahl-Grenzwert bl ist. Erreicht oder überschreitet der Zähler nP den vorbestimmten ersten Pumpereignis-Grenzwert nPiimi nicht, springt das Verfahren zurück in den zweiten Schritt S2, und die Prüfung auf ein Pumpereignis wird erneut durchgeführt. Erreicht oder überschreitet der Zähler nP den vorbestimmten ersten Pumpereignis-Grenzwert nPiimi dagegen, wird in einem achten Schritt S8 geprüft, ob der Zähler nP zusätzlich einen vorbestimmten zweiten Pumpereignis-Grenzwert nPiim2 erreicht oder überschreitet, wobei der zweite vorbestimmte Pumpereignis-Grenzwert nPiim2 insbesondere gleich dem zweiten Kennzahl-Grenzwert b2 ist.
Ergibt die Prüfung in dem achten Schritt S8, dass der Zähler nP den vorbestimmten zweiten Pumpereignis-Grenzwert nPiim2 nicht erreicht oder überschreitet, wird in einem neunten Schritt S9 die mindestens eine erste Maßnahme eingeleitet, anschließend springt das Verfahren zurück in den zweiten Schritt S2. Ergibt die Prüfung in dem achten Schritt S8 dagegen, dass der Zähler nP auch den vorbestimmten zweiten Pumpereignis-Grenzwert nPiim2 erreicht oder überschreitet, wird in einem zehnten Schritt S10 die mindestens eine zweite Maßnahme eingeleitet, woraufhin vorzugsweise das Verfahren endet, insbesondere wenn die Leistungserzeugungsvorrichtung 1 aufgrund der zweiten Maßnahme abgestellt wird.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Betreiben einer einen Ladeluftverdichter (7) aufweisenden Leistungserzeugungsvorrichtung (1), wobei ein Ladeluftdruck stromabwärts des Ladeluftverdichters (7) erfasst und auf einen Druckabfall geprüft wird, wobei
- mindestens ein weiterer mit dem Ladeluftdruck korrelierter Betriebsparameter der Leistungserzeugungsvorrichtung (1) erfasst wird, wobei der mindestens eine weitere Betriebsparameter auf Plausibilität eines Pumpereignisses als Ursache für einen Druckabfall des Ladeluftdrucks ausgewertet wird, wobei ein Pumpereignis des Ladeluftverdichters (7) erkannt wird, wenn ein Abfall des erfassten Ladeluftdrucks erkannt und anhand der Auswertung des mindestens einen weiteren Betriebsparameters ein Pumpereignis als Ursache für den Druckabfall des Ladeluftdrucks als plausibel bewertet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Kennzahl (b, nP) ermittelt wird, die angibt, wie viele Pumpereignisse innerhalb eines vorbestimmten Zeitfensters (At) erkannt werden, und wobei mindestens eine erste Maßnahme eingeleitet wird, wenn die ermittelte Kennzahl (b, nP) einen vorbestimmten ersten Kennzahl-Grenzwert (bl, nPiimi) überschreitet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei mindestens eine zweite Maßnahme eingeleitet wird, wenn die ermittelte Kennzahl (b, nP) einen vorbestimmten zweiten Kennzahl -Grenzwert (b2, nPiinu) überschreitet, wobei der vorbestimmte zweite Kennzahl-Grenzwert (b2, nPiinu) größer ist als der vorbestimmte erste Kennzahl -Grenzwert (bl, nPiimi).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei geprüft wird, ob die Leistungserzeugungsvorrichtung (1) innerhalb eines vorbestimmten Betriebsbereichs betrieben wird, wobei ein Pumpereignis nur erkannt wird, wenn die Leistungserzeugungsvorrichtung (1) innerhalb des vorbestimmten Betriebsbereichs betrieben wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei geprüft wird, ob ein transienter Betriebszustand für die Leistungserzeugungsvorrichtung (1) vorliegt, wobei ein Pumpereignis nur erkannt wird, wenn kein transienter Betriebszustand für die Leistungserzeugungsvorrichtung (1) vorliegt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine erste Maßnahme ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: Einer ersten Alarmierung, einer Veränderung eines Strömungsquerschnitts eines Verdichter-Umgehungspfads (23) um den Ladeluftverdichter (7), und einer Veränderung eines Strömungsquerschnitts eines Ladepfads (5), in dem der Ladeluftverdichter (7) angeordnet ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine zweite Maßnahme ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: Einer zweiten Alarmierung und einem Abstellen der Leistungserzeugungsvorrichtung (1).
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als der Ladeluftverdichter (7) ein Ladeluftverdichter (7) eines Abgasturboladers (9) der Leistungserzeugungsvorrichtung (1) betrieben wird, und wobei als der mindestens eine weitere Betriebsparameter ein Betriebsparameter verwendet wird, der mit einem Abgasmassenstrom der Leistungserzeugungsvorrichtung (1) positiv korreliert ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als der mindestens eine weitere Betriebsparameter ein Drehmoment der Leistungserzeugungsvorrichtung (1) erfasst wird, wobei insbesondere geprüft wird, ob das Drehmoment abfällt, und wobei insbesondere ein Pumpereignis als Ursache für den Druckabfall des Ladeluftdrucks als plausibel bewertet wird, wenn festgestellt wird, dass das Drehmoment nicht abfällt.
10. Steuervorrichtung (3) für eine Leistungserzeugungsvorrichtung (1), eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
11. Leistungserzeugungsvorrichtung (1) mit einem Ladepfad, in dem ein Ladeluftverdichter (7) angeordnet ist, und mit einer Steuervorrichtung (3) nach Anspruch 10.
12. Leistungserzeugungsvorrichtung (1) nach Anspruch 11, wobei der Ladeluftverdichter (7) mit einer in einem Abgaspfad (11) der Leistungserzeugungsvorrichtung (1) angeordneten Turbine (13) antriebswirkverbunden ist.
13. Leistungserzeugungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei die
Leistungserzeugungsvorrichtung (1) als Brennkraftmaschine oder als Brennstoffzelle ausgebildet ist.
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