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Die
Erfindung geht von einem Verfahren und von einer Vorrichtung zum
Betreiben einer Brennkraftmaschine nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
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Verfahren
zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Verdichter zur
Verdichtung der der Brennkraftmaschine zugeführten Luft sind bereits bekannt.
Dabei wird eine Drehzahl des Verdichters von einem Sensor erfasst.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben
demgegenüber
den Vorteil, dass die charakteristische Größe für die Drehzahl des Verdichters
aus mindestens einer Größe der Brennkraftmaschine
modelliert wird und dass ein abhängig
von einem vom Sensor erfassten Wert für die charakteristische Größe gebildeter
Wert mit einem abhängig
von einem modellierten Wert für
die charakteristische Größe gebildeten
Wert verglichen wird und dass abhängig vom Vergleichsergebnis
auf einen Fehler geschlossen wird. Auf diese Weise ist eine Überwachung
der Funktionsfähigkeit
des Sensors zur Erfassung der charakteristischen Größe für die Drehzahl
des Verdichters möglich.
Auf diese Weise lässt
sich die Zuverlässigkeit
der Funktion des Sensors erhöhen.
Entsprechend ist auf diese Weise auch eine Überwachung von Komponenten
zur Aufladung der Brennkraftmaschine sowie eine Überwachung der Erfassung von
Betriebsgrö ßen der
Brennkraftmaschine möglich
und auch eine Überwachung auf
Leckagen in der Luftzufuhr oder einem Saugrohr der Brennkraftmaschine.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch
angegebenen Verfahrens möglich.
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Eine
einfache Realisierung der Überwachungsfunktion
besteht dabei darin, dass für
den Fall, dass der abhängig
von dem vom Sensor erfassten Wert für die charakteristische Größe gebildete
Wert um mehr als einen vorgegebenen Betrag vom abhängig von
dem modellierten Wert für
die charakteristische Größe gebildeten
Wert abweicht, ein Fehler bei der Erfassung der charakteristischen
Größe durch den
Sensor erkannt wird.
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Die
Aussagekraft und die Zuverlässigkeit
der beschriebenen Überwachung
wird erhöht,
wenn als Betriebsgröße der Brennkraftmaschine
zur Modellierung der charakteristischen Größe mindestens eine Größe gewählt wird,
die das Verhalten des Verdichters beeinflusst, bspw. ein Ladedruck,
ein Luftmassenstrom und/oder eine Ansteuergröße für die Verdichtung.
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Als
Ansteuergröße für die Verdichtung
eignet sich besonders eine Stellgröße einer Steuerung oder Regelung
der Verdichtung, insbesondere eine Stellgröße zur Ansteuerung eines Bypassventils
oder zur Verstellung einer Turbinengeometrie bei Verwendung eines
Abgasturboladers mit variabler Turbinengeometrie.
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Die
Zuverlässigkeit
der Überwachung
wird erhöht,
wenn als Betriebsgrößen der
Brennkraftmaschine zur Modellierung der charakteristischen Größe zusätzlich eine
Motordrehzahl, ein Saugrohrdruck und/oder eine Drosselklappenstellung
gewählt
werden.
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Die
Modellierung der charakteristischen Größe aus der mindestens einen
Betriebsgröße kann
besonders einfach unter Verwendung mindestens eines Kennfeldes und/oder
mindestens einer Kennlinie erfolgen.
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Entsprechendes
gilt für
die Verwendung eines physikalischen Modells zur Modellierung der charakteristischen
Größe aus der
mindestens einen Betriebsgröße.
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Die
Zuverlässigkeit
der Überwachung
kann weiter dadurch erhöht
werden, dass auf den Fehler nur dann geschlossen wird, wenn der
abhängig
von dem vom Sensor erfassten Wert für die charakteristische Größe gebildete
Wert vom abhängig
von dem modellieren Wert für
die charakteristische Größe gebildeten
Wert um mehr als den vorgegebenen Betrag für mindestens eine vorgegebene
Zeit abweicht.
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Vorteilhaft
ist weiterhin, wenn nach erkanntem Fehler der Verdichter in einem
Fehlerbetriebsmodus betrieben wird. Auf diese Weise können Beschädigungen
des Verdichters oder der Brennkraftmaschine bei erkanntem Fehler
der Erfassung der charakteristischen Größe für die Drehzahl des Verdichters
vermieden werden.
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Eine
besonders einfache Realisierung der Erfindung ergibt sich, wenn
als abhängig
von dem vom Sensor erfassten Wert für die charakteristische Größe gebildeter
Wert der vom Sensor erfasste Wert für die charakteristische Größe und als
abhängig
von dem modellierten Wert für
die charakteristische Größe gebildeter
Wert der modellierte Wert für
die charakteristische Größe gewählt werden.
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Eine
im Hinblick auf eine Ausgangsgröße der Brennkraftmaschine
möglichst
neutrale Realisierung der Erfindung ist möglich, wenn als abhängig von dem
vom Sensor erfassten Wert für
die charakteristische Größe gebildeter
Wert eine Änderung
des vom Sensor erfassten Wertes für die charakteristische Größe und als
abhängig
von dem modellierten Wert für
die charakteristische Größe gebildeter
Wert eine Änderung
des modellierten Wert für
die charakteristische Größe gewählt werden.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigen
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1 eine
schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine,
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2 eine
Luftseite eines typischen Abgasturboladers mit den Schaufeln eines
Verdichters und
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3 ein
Funktionsdiagramm zur Erläuterung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
und der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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In 1 kennzeichnet 15 eine
Brennkraftmaschine, die bspw. ein Fahrzeug antreiben kann. Die Brennkraftmaschine 15 ist
bspw. als Ottomotor oder als Dieselmotor ausgebildet. Im Folgenden
soll beispielhaft angenommen werden, dass die Brennkraftmaschine 15 als
Ottomotor ausgebildet ist. Über eine
Luftzufuhr 55 wird einem oder mehreren Zylindern eines
Motorblocks 85 Frischluft zugeführt. In der Luftzufuhr 55 ist
dabei ein Luftmassenmesser 65, bspw. in Form eines Heißfilm-Luftmassenmessers angeordnet,
der den Luftmassenstrom ml zum Motorblock 85 misst und
das Messergebnis an eine Motorsteuerung 105 weiterleitet.
Die Strömungsrichtung der
Frischluft in der Luftzufuhr 55 ist in 1 durch Pfeile
gekennzeichnet. Stromab des Luftmassenmessers 65 ist in
der Luftzufuhr 55 ein Verdichter 1 angeordnet,
der die dem Motorblock 85 zugeführte Luft verdichtet. Im Beispiel
nach 1 ist der Verdichter 1 über eine
Welle 25 von einer Turbine 20 in einem Abgasstrang 95 der
Brennkraftmaschine 15 angetrieben. Verdichter 1,
Turbine 20 und Welle 25 bilden dabei einen Abgasturbolader.
Der Verdichter 1 könnte
alternativ auch durch einen Elektromotor oder als Kompressor vom
Motorblock 85 selbst über
eine Kurbelwelle des Motorblocks 85 in dem Fachmann bekannter
Weise angetrieben werden. Ein Sensorelement 10 im Bereich
des Verdichters 1 erfasst eine charakteristische Größe für die Drehzahl
des Verdichters 1, bspw. die Drehzahl nVmess des Verdichters 1 selbst
und leitet den Messwert an die Motorsteuerung 105 weiter.
Als charakteristische Größe für die Drehzahl
des Verdichters 1 kann im Falle der Verwendung des Abgasturboladers
gemäß 1 auch die
Drehzahl der Welle 25 oder die Drehzahl der Turbine 20 durch
einen geeigneten Drehzahlsensor gemessen und das Messergebnis an
die Steuerung 105 weitergeleitet werden. Im Folgenden soll
jedoch beispielhaft und wie in 1 dargestellt
angenommen werden, dass als charakteristische Größe für die Drehzahl des Verdichters 1 die
Drehzahl nVmess des Verdichters 1 selbst vom Sensorelement 10 gemessen
und an die Steuerung 105 weitergeleitet wird. Stromab des
Verdichters 1 ist in der Luftzufuhr 55 ein Ladedrucksensor 70 angeordnet,
der den Ladedruck pl stromab des Verdichters 1 misst und
den Messwert an die Steuerung 105 weiterleitet. Stromab
des Ladedrucksensors 70 ist gemäß 1 eine Drosselklappe 80 in
der Luftzufuhr 55 angeordnet, deren Öffnungsgrad von der Motorsteuerung 105 eingestellt wird.
Ein Sensor im Bereich der Drosselklappe 80, bspw. in Form
eines Potentiometers, misst den Öffnungsgrad α der Drosselklappe 80 und
leitet diesen Messwert an die Motorsteue rung 105 weiter.
Der Sensor für
die Erfassung der Stellung bzw. des Öffnungsgrades der Drosselklappe 80 ist
in 1 aus Gründen
der Übersichtlichkeit
nicht dargestellt. Der Teil der Luftzufuhr 55 stromab der
Drosselklappe 80 wird auch als Saugrohr bezeichnet und
ist in 1 mit dem Bezugszeichen 60 gekennzeichnet.
Stromab der Drosselklappe 80 ist im Saugrohr 60 ein
Saugrohrdrucksensor 75 angeordnet, der den Druck im Saugrohr 60,
mit anderen Worten den Saugrohrdruck ps misst und den Messwert an
die Steuerung 105 weiterleitet. Im Bereich des Motorblocks 85 ist
ein Drehzahlsensor 90 angeordnet, der in dem Fachmann bekannter
Weise die Motordrehzahl n der Brennkraftmaschine 5 ermittelt
und an die Motorsteuerung 105 weiterleitet. Das bei der
Verbrennung im Motorblock 85 entstehende Abgas wird in
den Abgasstrang 95 ausgestoßen und treibt dort die Turbine 20 an.
Zur Steuerung oder Regelung des Ladedruckes pl kann wie in 1 dargestellt
der Öffnungsgrad
eines Bypassventils 30 in einem Bypass 100 um
die Turbine 20 im Abgasstrang 95 durch ein geeignetes Ansteuersignal
AS von der Motorsteuerung 105 in dem Fachmann bekannter
Weise eingestellt bzw. verändert
werden. Weist die Turbine 20 eine variable Turbinengeometrie
auf, so kann der Ladedruck pl auch dadurch geregelt oder gesteuert
werden, dass mittels eines zweiten Ansteuersignals AS' die Turbinengeometrie
der Turbine 20 in dem Fachmann bekannter Weise geeignet
eingestellt bzw. verändert wird.
Dies ist in 1 durch einen gestrichelten
Pfeil dargestellt. Die Steuerung oder Regelung des Ladedruckes pl
kann in dem Fachmann bekannter Weise auch durch Ansteuerung eines
Bypassventils 1000, auch als Schubumluftventil bezeichnet,
in einem Bypass 1100 um den Verdichter 1 in der
Luftzufuhr 55 erfolgen, wobei diese Ansteuerung wiederum
von der Motorsteuerung 105 durchgeführt wird. Die Strömungsrichtung
der Luft im Bypass 1100, sofern dieser je nach Öffnungsgrad
des Schubumluftventils 1000 zumindest teilweise geöffnet ist,
ist in 1 durch Pfeile gekennzeichnet.
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Aufgabe
des Abgasturboladers ist es, die Luftfüllung des Motorblocks mit einem
gewünschten Überdruck
bereitzustellen. Dazu wird der Ladedruck pl durch den Ladedrucksensor 70 gemessen
und bspw. in einem geschlossenen Regelkreis gesteuert. Der geschlossene
Regelkreis ist dabei software- und/oder hardwaremäßig in der
Motorsteuerung 105 implementiert. Der Abgasturbolader und
das durch die Luftzufuhr 55 und das Saugrohr 60 gebildete
Luftsystem besitzen eine ausgeprägte
Zeitkonstante, die die Regelung des Ladedruckes pl erschwert. Vorteilhaft
wäre es
daher, eine Zustandsgröße des zu
regelnden Systems zu erfassen. Besonders geeignet dafür ist die
Drehzahl des Verdichters 1 bzw. allgemein eine charakteristische
Größe für die Drehzahl des
Verdichters 1. Die Drehzahl nVmess des Verdichters 1 wird
wie beschrieben vom Sensorelement 10 erfasst und an die
Motorsteuerung 105 weitergeleitet. Vorteile ergeben sich
dann auch für
die Überwachung
des Abgasturboladers, die ein Überschreiten
einer vorgegebenen maximalen Drehzahl des Verdichters sicher verhindern
muss.
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Eine
technische Ausführung
für die
Erfassung der Drehzahl des Verdichters 1 zeigt 2. 2 zeigt
die Luftseite eines typischen Abgasturboladers, mit anderen Worten
den Verdichter 1 des Abgasturboladers. Erkennbar sind dabei
in 2 die Schaufeln 110 des Verdichters 1.
Die Erfassung der Drehzahl des Verdichters 1 durch das
Sensorelement 10 hat gegenüber der Erfassung der Drehzahl der
Turbine 20 den Vorteil, dass die Temperaturen auf der Luftseite
des Abgasturboladers, also sprich im Bereich der Luftzufuhr 55 im
Vergleich zu den Temperaturen im Abgasstrang 95 niedriger
sind und in einem Bereich liegen, der auch für Halbleiterschaltungen geeignet
ist. Der zur Erfassung der Drehzahl des Verdichters 1 verwendete
Drehzahlsensor besteht bspw. aus zwei Sensorelementen. Ein erstes Sensorelement 5 ist
ein Dauermagnet, der sich auf einer Welle 115 des Verdichters
befindet. Das kann vorzugsweise das Ende der Welle 115 sein.
Dieser Dauermagnet 5 ist mit mindestens einem Polpaar magnetisiert.
Ein zweites Sensorelement, das bereits zuvor eingeführte Sensorelement 10,
ist der eigentliche Geber und enthält ein Messelement auf der
Basis bspw. des GMR-Effekts (Giant Magneto Resistance), ein magneto-resistiver
Effekt, bei dem sich der elektrische Widerstand spezieller Schichten
des Messelements mit der Richtung eines einwirkenden Magnetfeldes,
hier des Dauermagneten 5, ändert.
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Weiterhin
bekannt ist alternativ die Verwendung des Wirbelstromprinzips. In
diesem Fall enthält das
zweite Sensorelement 10 bspw. einen elektrischen Schwingkreis
aus Spule und Kondensator. Die metallischen Schaufeln 110 des
Verdichters 1 bedämpfen
periodisch diesen Schwingkreis abhängig von der Drehzahl der Verdichters 1.
Durch entsprechende Auswertung der Schwingkreisspannung lässt sich
somit die Drehzahl des Verdichters 1 ermitteln. Ein Magnet
und damit das erste Sensorelement 5 ist dann nicht erforderlich.
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In
allen beschriebenen Fällen
sitzt das zweite Sensorelement 10 bspw. an der in 2 dargestellten
Stelle im Bereich der Außenwand
der Luftzufuhr 55 auf gleicher Ebene wie das erste Sensorelement 5 bzw.
bei Ausnutzung des Wirbelstromprinzips auf gleicher Ebene wie die
metallischen Schaufeln 110.
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Erfindungsgemäß geht es
um die Überwachung
der Funktionsfähigkeit
des Drehzahlsensors, der bei Verwendung des GMR-Effektes die beiden Sensorelemente 5, 10 umfasst
und der bei Verwendung des Wirbelstromprinzips lediglich das zweite Sensorelement 10 umfasst,
das dann den elektrischen Schwingkreis umfasst und kein Messelement zur
Ermittlung der GMR-Effektes aufweisen muss. Der Einfachheit halber
wird daher im Folgenden stellvertretend für den Drehzahlsensor zur Erfassung
der Verdichterdrehzahl das zweite Sensorelement 10 als Drehzahlgeber
betrachtet. Erfindungsgemäß geht es somit
im Folgenden um die Überwachung
der Funktionsfähigkeit
des Drehzahlgebers 10. Dabei wird erfindungsgemäß die charakteristische
Größe für die Drehzahl
des Verdichters 1, in diesem Ausführungsbeispiel die Drehzahl
des Verdichters 1 selbst, aus mindestens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine 15 modelliert.
Ein vom Drehzahlgeber 10 erfasster Wert für die charakteristische
Größe, hier
die Drehzahl des Verdichters 1, wird mit einem modellierten
Wert für
die charakteristische Größe, hier
die Drehzahl des Verdichters 1 selbst, verglichen. Abhängig vom
Vergleichsergebnis wird auf einen Fehler geschlossen. Im hier beschriebenen
Ausführungsbeispiel
soll also die Überwachung
der Funktionsfähigkeit
des Drehzahlgebers 10 durch Vergleich der gemessenen Drehzahl
nVmess des Verdichters 1 aus dem Ausgangssignal des Drehzahlgebers 10 mit einer
modellierten Drehzahl nVmod des Verdichters 1 erfolgen.
Die Modellierung der Drehzahl des Verdichters 1 erfolgt
dabei unter Berücksichtigung
des Betriebspunktes der Brennkraftmaschine 15. Dieser Betriebspunkt
wird durch die mindestens eine Betriebsgröße der Brennkraftmaschine 15 repräsentiert. Als
Betriebsgröße der Brennkraftmaschine 15 zur Modellierung
der charakteristischen Größe, in diesem
Beispiel der Drehzahl des Verdichters 1, wird dabei vorteilhafterweise
mindestens eine Größe gewählt, die
das Verhalten des Verdichters 1 beeinflusst. Dabei kann
es sich bspw. um den Ladedruck pl, den Luftmassenstrom ml und/oder
eine Ansteuergröße für die Verdichtung
handeln. Als Ansteuergröße für die Verdichtung
kann dabei eine Stellgröße der Steuerung
oder Regelung der Verdichtung verwendet werden, in diesem Beispiel
eine Stellgröße für die Steuerung
bzw. Regelung des Ladedruckes pl. Bei dieser Stellgröße kann
es sich bspw. um eine Stellgröße zur Ansteuerung
des Bypassventils 30, oder wie in 1 gestrichelt
dargestellt zur Verstellung der Turbinengeometrie für den Fall
handeln, dass die Turbine 22 eine variable Turbinengeometrie
aufweist. Als Stellgröße für die Steuerung
oder Regelung der Verdichtung kann auch eine Stellgröße zur Ansteuerung
eines in 1 nicht dargestellten Bypassventils eines
in 1 ebenfalls nicht dargestellten Bypasses um den
Verdichter 1 in der Luftzufuhr 55 verwendet werden.
Im Folgenden soll bspw. angenommen werden, dass als Stellgröße das Ansteuersignal
AS zur Ansteuerung des Bypassventils 30 gewählt wird.
Um die Modellierung der Drehzahl des Verdichters 1 und damit
die Überwachung
der Funktionsfähigkeit
des Drehzahlgebers 10 zuverlässiger zu machen, kann es weiterhin
vorgesehen sein, dass als Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 15 zur
Modellierung der charakteristischen Größe, in diesem Ausführungsbeispiel
der Drehzahl der Verdichters 1 selbst, zusätzlich die
Motordrehzahl n, der Saugrohrdruck ps und/oder die Drosselklappenstellung α gewählt werden.
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In 3 ist
ein Funktionsdiagramm zur Erläuterung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
und der erfindungsgemäßen Vorrichtung
dargestellt. Das Funktionsdiagramm ist dabei mit dem Bezugszeichen 40 gekennzeichnet
und stellt die erfindungsgemäße Vorrichtung
dar. Es kann software- und/oder hardwaremäßig in der Motorsteuerung 105 implementiert
sein. Einer Modellierungseinheit 35 sind vom Ladedrucksensor 70 der
gemessene Ladedruck pl, vom Luftmassenmesser 65 der gemessene
Luftmassenstrom ml und von der Ladedruckregelung der Motorsteuerung 105 das
Ansteuersignal AS zugeführt.
Optional und wie in 3 gestrichelt dargestellt kann
der Modellierungseinheit 35 noch die Motordrehzahl n vom
Drehzahlsensor 90, die Drosselklappenstellung α von dem
in 1 nicht dargestellten Potentiometer der Drosselklappe 80 und/oder
vom Saugrohrdrucksensor 75 der Saugrohrdruck ps zugeführt werden.
Mindestens eine der genannten Betriebsgrößen pl, ml, n, α und ps kann
auch statt von einem Sensor gemessen auch in dem Fachmann bekannter
Weise aus anderen Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 15 modelliert
werden. Die Modellierungseinheit 35 modelliert aus den
zugeführten Eingangsgrößen einen
Wert nVmod für
die Drehzahl des Verdichters 1.
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Die
Modellierungseinheit 35 kann gemäß einer ersten Alternative
ein Kennfeld oder eine Verknüpfung
mehrerer Kennfelder umfassen, die die modellierte Drehzahl nVmod
des Verdichters 1 abhängig
von den genannten Eingangsgrößen ausgibt. Dabei
sind verschiedene Werte für
die modellierte Drehzahl nVmod des Verdichters 1 für verschiedene Betriebspunkte
der Brennkraftmaschine 15 abhängig von den genannten Eingangsgrößen der
Modellierungseinheit 35 in dem Kennfeld oder in der Verknüpfung der
Kennfelder gespeichert. Das Kennfeld bzw. die Kennfelder selbst
können
bspw. auf einem Motoren prüfstand
appliziert werden. Das Kennfeld bzw. die Verknüpfung der Kennfelder wird dabei
so eingestellt, dass für
den jeweils zugeordneten Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 15 die
vom Drehzahlgeber 10 gemessene Drehzahl nVmess des Verdichters 1 mit
der vom Kennfeld bzw. der Verknüpfung
der Kennfelder ausgegebenen modellierten Drehzahl nVmod des Verdichters 1 übereinstimmt.
Der Begriff Kennfeld umfasst hier auch die Kennlinie als eindimensionales
Kennfeld sowie Kennfelder mit zwei und mehr Eingangsgrößen.
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Gemäß einer
zweiten Alternative wird die Modellierungseinheit 35 als
physikalisches Modell der Verdichterdrehzahl in der Motorsteuerung 105 gespeichert.
In diesem Fall wird die Verdichterdrehzahl aus den genannten Eingangsgrößen der
Modellierungseinheit 35 berechnet, wobei die berechnete Verdichterdrehzahl
am Ausgang der Modellierungseinheit 35 dann die modellierte
Drehzahl nVmod ist.
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Wird
die modellierte Drehzahl nVmod durch die Modellierungseinheit 35 lediglich
aus einer einzigen Eingangsgröße der Modellierungseinheit 35 gewonnen,
bspw. aus dem Ansteuersignal AS oder dem Ladedruck pl oder dem Luftmassenstrom
ml, so kann die Modellierungseinheit 35 auch als Kennlinie
ausgebildet sein oder wie beschrieben auch als physikalisches Modell
mit einer einzigen Eingangsgröße. Bei Verwendung
der Kennlinie kann diese ebenfalls auf einem Motorenprüfstand geeignet
appliziert werden, und zwar so, dass für verschiedene Werte der Eingangsgröße der Kennlinie
die Ausgangsgröße der Kennlinie,
also die modellierte Drehzahl nVmod des Verdichters 1,
der vom Drehzahlgeber 10 gemessenen Drehzahl nVmess des
Verdichters 1 entspricht.
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Der
vom Drehzahlgeber 10 gemessene Wert nVmess für die Drehzahl
des Verdichters 1 und der von der Modellierungseinheit 35 modellierte
Wert nVmod für
die Drehzahl des Verdichters 1 werden gemäß dem Funktionsdiagramm
nach 3 einer Vergleichseinheit 45 zugeführt. Die
Vergleichseinheit 45 vergleicht die gemessene Drehzahl
nVmess mit der modellierten Drehzahl nVmod des Verdichters 1 bspw.
durch Differenzbildung. Die Vergleichseinheit 45 gibt somit
die Differenz Δ =
nVmess – nVmod
an eine Fehlerdetektionseinheit 50 ab. Die Fehlerdetektionseinheit 50 vergleicht
den Betrag der Differenz Δ mit
einem vorgegebenen Betrag. Überschreitet
der Betrag der Differenz Δ den
vorgegebenen Betrag, so wird ein Fehler bei der Erfassung der charakteristischen
Größe, hier
der Drehzahl der Verdichters 1 selbst, durch den Drehzahlgeber 10 erkannt.
Dieser Fehler kann dabei sowohl im zweiten Sensorelement 10 als
auch im ersten Sensorelement 5 liegen, sofern das erste
Sensorelement 5 verwendet wird, bspw. bei Ausnutzung des
GMR-Effektes für
die Drehzahlmessung. Der vorgegebene Betrag kann dabei so gewählt werden,
dass ein Überschreiten
des vorgegebenen Betrages durch den Betrag der Differenz Δ nur durch
einen Fehler bei der Erfassung der Drehzahl des Verdichters 1 resultieren
kann und nicht durch Messungenauigkeiten oder Einbautoleranzen der Sensorelemente 5, 10.
Die Zuverlässigkeit
der Überwachung
der Drehzahlmessung wird dabei erhöht, wenn der Fehler von der
Fehlerdetektionseinheit 50 nur dann erkannt wird, wenn
der vom Drehzahlgeber 10 erfasste Wert nVmess für die charakteristische Größe, hier
die Drehzahl des Verdichters 1 selbst, um mehr als den
vorgegebenen Betrag vom modellierten Wert nVmod für die charakteristische
Größe, hier
die Drehzahl des Verdichters 1 selbst, für mindestens eine
vorgegebene Zeit abweicht. Der Betrag für die Differenz Δ muss also
den vorgegebenen Betrag um mindestens die vorgegebene Zeit überschreiten,
damit ein Fehler bei der Erfassung der Verdichterdrehzahl erkannt
wird. Die vorgegebene Zeit kann dabei so geeignet gewählt werden,
dass kurzfristige Überschreitungen
des vorgegebenen Betrages durch den Betrag der Differenz Δ bspw. aufgrund
von sich überlagernden
kurzfristigen Störsignalen
noch nicht zur Detektion eines Fehler bei der Erfassung der Verdichterdrehzahl
führen.
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Der
vorgegebene Betrag sollte allerdings auch nicht zu groß gewählt werden,
um sicherzustellen, dass eine fehlerhafte Verdichterdrehzahlerfassung
auch tatsächlich
erkannt werden kann. Wird der vorgegebene Betrag zu groß gewählt, dann
kann ein unter diesem vorgegebenen Betrag liegender Betrag der Differenz Δ, der sich
aufgrund einer fehlerhaften Verdichterdrehzahlerfassung ergibt,
fälschlicherweise
von der Fehlerdetektionseinheit 50 nicht erkannt werden.
Gleiches gilt für
die Wahl der vorgegebenen Zeit. Wird diese zu groß gewählt, dann
kann eine temporäre Überschreitung
des vorgegebenen Betrages durch den Betrag der Differenz Δ aufgrund
einer fehlerhaften Verdichterdrehzahlerfassung unentdeckt bleiben.
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Weiterhin
kann es vorgesehen sein, dass nach erkanntem Fehler bei der Verdichterdrehzahlerfassung
der Verdichter 1 anschließend in einem Fehlerbetriebsmodus
betrieben wird. In einem solchen Fehlerbetriebsmodus kann das Ansteuersignal
AS bzw. AS' bspw.
so gewählt
werden, dass die Verdichterdrehzahl auf einen vorgegebenen Maximalwert begrenzt
wird, bei dem sichergestellt ist, dass es nicht zu einer Beschädigung des
Ver dichters 1 oder der Brennkraftmaschine 15 kommen
kann. Eine fehlerhafte Messung der Verdichterdrehzahl hätte in diesem
Fall keine schädigenden
Auswirkungen auf den Verdichter 1 oder sonstige Komponenten
der Brennkraftmaschine 15.
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Für die beschriebene
Detektion einer fehlerhaften Verdichterdrehzahlerfassung ist es
erforderlich, dass die Erfassung der Eingangsgrößen der Modellierungseinheit 35 als
fehlerfrei vorausgesetzt werden kann. Ebenfalls muss die Ansteuerung
des Bypassventils 30 mittels des Ansteuersignals AS als fehlerfrei
vorausgesetzt werden. Eine solche Fehlerfreiheit bei der Signalerfassung
der Eingangsgrößen der
Modellierungseinheit 35 bzw. bei der Ansteuerung des Bypassventils 30 kann
beispielsweise aufgrund dem Fachmann bekannter Plausibilisierungsverfahren
festgestellt werden.
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Dies
bedeutet aber im Umkehrschluss, dass das erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Vorrichtung
bei vorausgesetzter Fehlerfreiheit der Verdichterdrehzahlerfassung
auch zur Ermittlung eines Fehlers bei der Erfassung der Eingangsgrößen der
Modellierungseinheit 35 inklusive der Ansteuerung des Bypassventils 30 in
entsprechender Weise verwendet werden kann. Bis auf die zu überprüfende Größe müssen alle übrigen Größen dabei
als fehlerfrei vorausgesetzt werden können.
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Für den Fall
einer bekannten korrekten Verdichterdrehzahlerfassung kann das erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Vorrichtung in
der beschriebenen Weise also beispielsweise auch dazu verwandt werden,
die Ansteuerung des Bypassventils 30 auf Fehler zu überprüfen. Für eine bestimmte
vorgegebene Ansteuerung des Bypassventils 30 mittels des
Ansteuersignals AS ermittelt die Modellierungseinheit 35 unter
Berücksichtigung
der übrigen
als fehlerfrei vorausgesetzten verwendeten Eingangsgrößen der
Modellierungseinheit 35 wie zuvor beschrieben die modellierte
Drehzahl nVmod des Verdichters 1. Erkennt nun die Fehlerdetektionseinheit 50 in
der zuvor beschriebenen Weise einen Fehler, so ist dieser auf eine
fehlerhafte Ansteuerung des Bypassventils 30 zurückzuführen. Als
Fehler- oder Notlaufmaßnahme
kann dann beispielsweise die Steuerung oder Regelung des Abgasturboladers
in einen geeigneten Betriebsmodus umgeschaltet werden, beispielsweise
mit einer Verdichterdrehzahlbegrenzung. In letzter Konsequenz kann
die Brennkraftmaschine auch abgeschaltet werden.
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Wird
als Stellgröße für die Steuerung
bzw. Regelung des Ladedruckes eine Stellgröße zur Verstellung der Turbinengeometrie
oder eine Stellgröße zur Ansteuerung
des Schubumluftventils 1000 im optional vorgesehenen Bypass 1100 um
den Verdichter 1 gewählt,
so kann in ganz entsprechender Weise ein Fehler bei der Ansteuerung
der Turbinengeometrie bzw. bei der Ansteuerung des Schubumluftventils 1000 im
Bypass 1100 um den Verdichter 1 erkannt werden.
Die Verwendung des Schubumluftventils 1000 ermöglicht beim
Schließen
der Drosselklappe 80 der Luft eine Öffnung des Bypasses 1100 zum Verdichter 1 und
verhindert somit unerwünschtes Verdichterpumpen.
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Basierend
auf dem beschriebenen Verfahren zur Erkennung einer fehlerhaften
Ansteuerung des Bypassventils 30 lässt sich eine Erweiterung dieses Verfahrens
dadurch realisieren, dass durch eine Änderung des Ansteuersignals
AS zur Ansteuerung des Bypassventils 30 und gleichzeitige Überwachung
der Drehzahl des Verdichters 1 in der zuvor beschriebenen
Weise auf eine fehlerhafte oder fehlerfreie Ansteuerung des Bypassventils 30 geschlossen
werden kann. Für
das Bypassventil 30 wird das Ansteuersignal AS aus dem
Ladedruckregelkreis für
eine vorgegebene Zeit um einen vorgegebenen Betrag verändert. Zweckmäßigerweise
wird der Ladedruckregelkreis dabei abgeschaltet. Da jede Änderung
des Querschnitts des Bypasses 100 mit großer Dynamik und
damit sehr schnell im Vergleich zur Zeitkonstante des Ladedruckregelkreises
in eine entsprechende Änderung
der Drehzahl des Verdichters 1 umgesetzt wird, kann der
vorgegebene Betrag möglichst
gering bzw. auch eine möglichst
kurze Zeit der veränderten Ansteuerung
des Bypassventils 30 gewählt werden. Somit ist die Auswirkung
dieser Änderung
der Ansteuerung des Bypassventils 30 auf das von der Brennkraftmaschine 15 abgegebene
Drehmoment vernachlässigbar.
Der vorgegebene Betrag und die vorgegebene Zeit sollten andererseits
wiederum genügend
groß gewählt werden,
um überhaupt
einen Effekt bei der Drehzahl des Verdichters 1 messen
zu können.
Der vorgegebene Betrag und die vorgegebene Zeit können beispielsweise
auf einem Prüfstand
geeignet zur Erfüllung
der genannten Anforderungen gewählt
werden. Entsprechendes lässt
sich analog auch für
das ggf. vorhandene Schubumluftventil 1000 im ggfs. vorhandenen
Bypass 1100 um den Verdichter 1 realisieren.
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Das
von der Brennkraftmaschine 15 abgegebene Drehmoment kann
beispielsweise bei der Änderung
des Ansteuersignals AS konstant gehalten werden, indem eine geeignete
andere Stellgröße der Brennkraftmaschine,
z.B. der Zündwinkel
oder die Menge des ein gespritzten Kraftstoffes, durch die Motorsteuerung 105 synchron
zur Änderung
des Ansteuersignals AS beeinflusst wird. Eine Erhöhung des
von der Brennkraftmaschine 15 abgegebenen Drehmoments durch
eine Änderung
des Ansteuersignals AS zur Betätigung
des Bypassventils 30 in Schließrichtung und damit zur Verringerung
des Öffnungsquerschnittes
des Bypasses 100 kann beispielsweise durch eine Zündwinkelspätverstellung und/oder
durch Drosselung der Kraftstoffzufuhr seitens der Motorsteuerung 105 in
dem Fachmann bekannter Weise kompensiert werden. Somit lässt sich die
Erfindung im Hinblick auf eine Ausgangsgröße der Brennkraftmaschine 15,
hier des Drehmoments, möglichst
neutral realisieren.
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Während der
Veränderung
des Ansteuersignals AS wird die Änderung
der Drehzahl des Verdichters 1 durch die Motorsteuerung 105 vom
Sensorelement 10 anhand des Signals nVmess erfasst. Wird z.B.
das Ansteuersignal AS zur Vergrößerung des Öffnungsquerschnitts
des Bypasses 100 verändert, so
nimmt die Drehzahl des Verdichters 1 um einen entsprechenden
Betrag ab. Die Änderung
der Drehzahl des Verdichters 1 wird dabei von der Vergleichseinheit 45 zum
einen aus dem Signal nVmess des Sensorelementes 10 als
ein gemessener Änderungswert
und zum anderen aus dem Signal nVmod der Modellierungseinheit 35 als
ein modellierter Änderungswert
bestimmt, wobei die Vergleichseinheit 45 den gemessenen Änderungswert
mit dem modellierten Änderungswert
vergleicht. Die Differenz zwischen der gemessenen und der modellierten Änderung
ist in 3 als δ gekennzeichnet
und wird an die Fehlerdetektionseinheit 50 weitergeleitet.
Die Fehlerdetektionseinheit 50 wertet dann zur Fehlererkennung
die Differenz δ in
der zuvor zur Differenz Δ beschriebenen
Weise aus. Erkennt also beispielsweise die Fehlerdetektionseinheit 50,
dass der gemessene Änderungswert
vom modellierten Änderungswert
um mehr als einen geeignet applizierten Toleranzbetrag und/oder über mehr
als eine geeignet applizierte Toleranzzeit abweicht, so wird die
Ansteuerung des Bypassventils 30 als fehlerhaft erkannt.
Der Toleranzbetrag und/oder die Toleranzzeit können beispielsweise auf einem
Prüfstand
so geeignet appliziert werden, dass auf der einen Seite Mess- und
Modellungenauigkeiten noch nicht zur Fehlerdetektion führen, auf
der anderen Seite aber Fehler in der Ansteuerung des Bypassventils 30 sicher
erkannt werden.
-
Fehler
bei der Ansteuerung des Bypassventils 30 können sich
dabei insbesondere durch ein fehlerhaftes Ansteuersignal AS oder
durch eine fehlerhafte Aktuatorik zur Umsetzung des Ansteuersignals AS
in einen entsprechenden Ventilöffnungsgrad
des Bypassventils 30 ergeben.
-
Im
von der Fehlerdetektionseinheit 50 erkannten Fehlerfall
werden dann beispielsweise wieder die beschriebenen Fehler- oder
Notlaufmaßnahmen
eingeleitet.
-
Basierend
auf dem beschriebenen Verfahren zur Erkennung einer fehlerhaften
Ansteuerung des Bypassventils 30 lässt sich eine Erweiterung dieses Verfahrens
dadurch realisieren, dass durch eine Änderung des Ansteuersignals
AS zur Ansteuerung des Bypassventils 30 und gleichzeitige Überwachung
der Drehzahl des Verdichters 1 in der zuvor beschriebenen
Weise auf eine fehlerhafte oder fehlerfreie Ansteuerung des Bypassventils 30 geschlossen
werden kann. Für
das Bypassventil 30 wird das Ansteuersignal AS für eine vorgegebene
Zeit um einen vorgegebenen Betrag verändert. Üblich ist das Öffnen des Bypassventils 30 bei
Reduzierung der Motorlast. Da jede Änderung des Querschnitts des
Bypasses 100 mit großer
Dynamik und damit sehr schnell im Vergleich zur Zeitkonstante des
Ladedruckregelkreises in eine entsprechende Änderung der Drehzahl des Verdichters 1 umgesetzt
wird, kann der vorgegebene Betrag möglichst gering bzw. auch eine
möglichst kurze
Zeit der veränderten
Ansteuerung des Bypassventils 30 gewählt werden. Der vorgegebene
Betrag und die vorgegebene Zeit sollten andererseits wiederum genügend groß gewählt werden,
um überhaupt
einen Effekt bei der Drehzahl des Verdichters 1 messen
zu können.
Der vorgegebene Betrag und die vorgegebene Zeit können beispielsweise
auf einem Prüfstand
geeignet zur Erfüllung
der genannten Anforderungen gewählt
werden.
-
Während der
Veränderung
des Ansteuersignals AS wird die Änderung
der Drehzahl des Verdichters 1 durch die Motorsteuerung 105 vom
Sensorelement 10 anhand des Signals nVmess erfasst. Wird z.B.
das Ansteuersignal AS zur Vergrößerung des Öffnungsquerschnitts
des Bypasses 100 verändert, so
nimmt die Drehzahl des Verdichters 1 um einen entsprechenden
Betrag ab. Die Änderung
der Drehzahl des Verdichters 1 wird dabei von der Vergleichseinheit 45 zum
einen aus dem Signal nVmess des Sensorelementes 10 als
ein gemessener Änderungswert
und zum anderen aus dem Signal nVmod der Modellierungseinheit 35 als
ein modellierter Änderungswert
bestimmt, wobei die Vergleichseinheit 45 den gemessenen Änderungswert
mit dem modellierten Änderungswert
vergleicht. Die Differenz zwischen der gemessenen und der modellierten Änderung
ist in 3 als δ gekennzeichnet
und wird an die Fehlerdetektionseinheit 50 weitergeleitet.
Die Fehlerdetektionseinheit 50 wertet dann zur Fehlererkennung
die Differenz δ in
der zuvor zur Differenz Δ beschriebenen
Weise aus. Erkennt also beispielsweise die Fehlerdetektionseinheit 50,
dass der gemessene Änderungswert
vom modellierten Änderungswert
um mehr als einen geeignet applizierten Toleranzbetrag und/oder über mehr
als eine geeignet applizierte Toleranzzeit abweicht, so wird die
Ansteuerung des Bypassventils 30 als fehlerhaft erkannt.
Der Toleranzbetrag und/oder die Toleranzzeit können beispielsweise auf einem
Prüfstand
so geeignet appliziert werden, dass auf der einen Seite Mess- und
Modellungenauigkeiten noch nicht zur Fehlerdetektion führen, auf
der anderen Seite aber Fehler in der Ansteuerung des Bypassventils 30 sicher
erkannt werden.
-
Fehler
bei der Ansteuerung des Bypassventils 30 können sich
dabei insbesondere durch ein fehlerhaftes Ansteuersignal AS oder
durch eine fehlerhafte Aktuatorik zur Umsetzung des Ansteuersignals AS
in einen entsprechenden Ventilöffnungsgrad
des Bypassventils 30 ergeben.
-
Im
von der Fehlerdetektionseinheit 50 erkannten Fehlerfall
werden dann beispielsweise wieder die beschriebenen Fehler- oder
Notlaufmaßnahmen
eingeleitet.
-
Das
beschriebene Verfahren zur Auswertung der Differenz δ zwischen
gemessenem und modelliertem Änderungswert
kann wiederum in entsprechender Weise zur Detektion von Fehlern
bei der Verdichterdrehzahlerfassung oder bei der Erfassung der Eingangsgrößen der
Modellierungseinheit 35 verwendet werden, unter der Voraussetzung
der angenommenen oder geprüften
Fehlerfreiheit derjenigen zur Fehlerdetektion benötigten Größen, die
gerade nicht Gegenstand der Überwachung
durch die Fehlerdetektionseinheit 50 sind.
-
In
einer Erweiterung der Erfindung kann auch auf eine Leckage in der
Luftzufuhr 55 oder im Saugrohr 60 stromab des
Verdichters 1 geschlossen werden.
-
Bei
vergleichsweise kleinen Luftmassenstrom ml und/oder kleinem Ladedruck
pl kann der geforderte einzustellende Sollladedruck durch die Ladedruckregelung
eingestellt werden und die gemessene Drehzahl nVmess des Verdichters 1 entspricht bei
Fehlerfreiheit der Verdichterdrehzahlerfassung, der Ansteuerung
des Bypassventils 30 und der Erfassung der übrigen verwendeten
Eingangsgrößen der Modellierungseinheit 35 der
model lierten Drehzahl nVmod des Verdichters 1, so dass Δ = 0, bzw.
der gemessene Änderungswert
entspricht bei Fehlerfreiheit der Verdichterdrehzahlerfassung, der
Ansteuerung des Bypassventils 30 und der Erfassung der übrigen verwendeten
Eingangsgrößen der
Modellierungseinheit 35 dem modellierten Änderungswert,
so dass δ = 0.
-
Wird
dann ein vergleichsweise großer
Luftmassenstrom ml und/oder ein vergleichsweise hoher Ladedruck
pl von der Motorsteuerung 105 eingestellt und steigt die
gemessene Drehzahl nVmess des Verdichters 1 über die
modellierte Drehzahl nVmod des Verdichters 1 um mehr als
den dafür
vorgegebenen Betrag an, so kann die Fehlerdetektionseinheit 50 als Fehler
auf eine Leckage in der Luftzufuhr 55 oder im Saugrohr 60 stromab
des Verdichters 1 schließen. Entsprechendes gilt, wenn
die Fehlerdetektionseinheit 50 einen gemessenen Änderungswert
detektiert, der den modellierten Änderungswert um mehr als den
dafür vorgegebenen
Toleranzbetrag überschreitet.
-
Die
obigen Betrachtungen geltend entsprechend für die Verwendung der Stellgröße zur Verstellung
der Turbinengeometrie, sofern verstellbar, bzw. für die Verwendung
der Stellgröße zur Ansteuerung des
ggfs. vorhandenen Schubumluftventils 1000 in dem ggfs.
vorhandenen Bypass 1100 um den Verdichter 1.
-
Entsprechend
ist durch das erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Überwachung
von Komponenten zur Aufladung der Brennkraftmaschine 15,
insbesondere der Ansteuerung und Aktuatorik des Bypassventils 30,
die Ansteuerung und Aktuatorik einer Verstellung der ggfs. verstellbaren
Turbinengeometrie und/oder die Ansteuerung und Aktuatorik des ggfs.
vorhandenen Schubumluftventils 1000 in dem ggfs. vorhandenen Bypass 1100 um
den Verdichter 1, sowie eine Überwachung der Erfassung von
Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine,
die als Eingangsgrößen der Modellierungseinheit 35 vorgesehen
sind, möglich und
auch eine Überwachung
auf Leckagen in der Luftzufuhr 55 oder dem Saugrohr 60 der
Brennkraftmaschine 15.
-
Die
beschriebene Aktuatorik kann in dem Fachmann bekannter Weise beispielsweise
elektro-pneumatisch oder aber rein elektrisch gesteuert werden.