DE102007013251B4

DE102007013251B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102007013251B4
Application number: DE102007013251.6A
Authority: DE
Inventors: Uwe Kassner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2019-08-29
Anticipated expiration: 2027-03-21
Also published as: US8024103B2; DE102007013251A1; US20080234887A1; FR2915773A1

Abstract

Verfahren zur Überwachung eines Abgasturboladers (1, 5, 10) einer Brennkraftmaschine (15), bei dem in mindestens einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine (15) eine für die Drehzahl des Abgasturboladers (1, 5, 10) charakteristische Größe ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass für den mindestens einen Betriebszustand ein Betriebszustand gewählt wird, der durch eine Änderung des Abgasmassenstroms charakterisiert ist, die mit einer Änderung der für die Drehzahl des Abgasturboladers (1, 5, 10) charakteristischen Größe innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches verknüpft ist, und dass ein Fehler erkannt wird, wenn in dem gewählten Betriebszustand für die Änderung der für die Drehzahl des Abgasturboladers (1, 5, 10) charakteristischen Größe ein oder mehrere Werte außerhalb des vorgegebenen Toleranzbereiches festgestellt werden, wobei für den mindestens einen Betriebszustand ein Betriebszustand gewählt wird, in dem der Abgasturbolader (1, 5, 10) ausläuft.

Description

Stand der Technik
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Überwachung eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
Verfahren und Vorrichtungen zur Überwachung eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine, bei dem in mindestens einem Betriebszustand einer Brennkraftmaschine eine für die Drehzahl des Abgasturboladers charakteristische Größe ermittelt wird, sind bereits bekannt.
So offenbart z. B. die DE 10 2004 047 116 A1 eine Drehzahlmessung mit einem sogenannten Wirbelstromsensor. Dabei wird die Änderung der Induktivität einer von Wechselstrom durchflossenen Spule durch die Relativbewegung der leitfähigen Schaufeln des Verdichterrades des Turboladers in Bezug zur Spule ausgewertet.
Die DE 101 34 543 A1 offenbart ein Verfahren zur Erkennung von Fehlern an einem Abgasturbolader. Abgasturbolader für Brennkraftmaschinen unterliegen mechanischem Verschleiß, der unter anderem zu erhöhter Reibung in der Lagerung führt. Erfindungsgemäß wird ein Fehler des Abgasturboladers für den stationären und den instationären Betrieb des Verdichters gesondert diagnostiziert. Im stationären Betrieb werden Turbinenleistung (POW_TUR) und Verdichterleistung (POW_CHA) miteinander verglichen. Im instationären Betrieb werden erwarteter Drehzahlgradient und tatsächlicher Drehzahlgradient miteinander verglichen.
Weiterhin ist es bekannt ein konstantes magnetisches Feld mit einem Permanentmagneten des Verdichterrades zu erzeugen und die entstehenden Wirbelströme in den Verdichterschaufeln indirekt auszuwerten. Indirekt heißt, dass der sich ändernde Wirbelstrom in den Verdichterschaufeln ein wechselndes Magnetfeld erzeugt. Die DE 196 23 236 A1 offenbart die Verwendung einer Spule als Sensor, in der durch das wechselnde Magnetfeld eine Wechselspannung induziert wird, deren Frequenz gleich dem Produkt aus Verdichterdrehzahl und Anzahl der Verdichterschaufeln ist.
Die US 2005/0017709 A1 beschreibt die Verwendung eines magnetoresistiven Sensorelementes für die Erfassung des beschriebenen magnetischen Wechselfeldes.
Das für die Drehzahl des Verdichters und damit des Abgasturboladers charakteristische Signal, das beispielsweise nach einem der beschriebenen Messprinzipien ermittelt wird, wird im Allgemeinen in einem Motorsteuergerät für die Regelung und Überwachung des Turboladers verwendet. Problematisch ist die Empfindlichkeit eines Abgasturboladers gegenüber Störungen der Ölversorgung. Die Ölversorgung sorgt für eine ausreichende Schmierung der Lager, die die Welle zwischen Turbine und Verdichter des Abgasturboladers abstützen, und erfolgt aus dem Ölkreislauf des Motors. Verschmutzungen des Öls bzw. der Leitungen führen zu einer reduzierten Ölversorgung des Abgasturboladers, infolge dessen die Lager beschädigt und der Abgasturbolader zerstört werden kann.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung des Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass für den mindestens einen Betriebszustand ein Betriebszustand gewählt wird, der durch eine Änderung des Abgasmassenstroms charakterisiert ist, die mit einer Änderung der für die Drehzahl des Abgasturboladers charakteristischen Größe innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes verknüpft ist, und dass ein Fehler erkannt wird, wenn in dem gewählten Betriebszustand für die Änderung der für die Drehzahl des Abgasturboladers charakteristischen Größe ein oder mehrere Werte außerhalb des vorgegebenen Toleranzbereiches festgestellt werden. Durch diese Auswertung der Änderung der für die Drehzahl des Abgasturboladers charakteristischen Größe lassen sich Rückschlüsse auf das Vorliegen einer eventuell erhöhten Reibung aufgrund einer unzureichenden Ölversorgung des Abgasturboladers ziehen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.
Vorteilhaft ist es, wenn als für die Drehzahl des Abgasturboladers charakteristische Größe die Drehzahl des Abgasturboladers oder eine durch die Drehung des Abgasturboladers induzierte elektrische Spannung oder ein durch die Drehung des Abgasturboladers gebildetes Magnetfeld gewählt wird. Diese Größen lassen sich einfach ermitteln und ermöglichen eine zuverlässige Fehlererkennung.
Vorteilhaft ist weiterhin wenn für den mindestens einen Betriebszustand ein Betriebszustand gewählt wird, in dem der Abgasturbolader ausläuft. Dieser Betriebszustand ist durch eine signifikante Änderung des Abgasmassenstroms und damit auch der Drehzahl des Abgasturboladers gekennzeichnet und eignet sich daher besonders gut für die Auswertung der Änderung der für die Drehzahl des Abgasturboladers charakteristischen Größe im Hinblick auf die Fehlererkennung. In einem solchen Betriebszustand ist daher die beschriebene Fehlererkennung besonders einfach und zuverlässig möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn als der mindestens eine Betriebszustand ein Betriebszustand gewählt wird, in dem die Brennkraftmaschine abgestellt wird oder in dem ein Übergang von einem gefeuerten Betrieb in einen Schubbetrieb erfolgt. In beiden Betriebszuständen läuft der Abgasturbolader aus. Das Vorliegen der beiden Betriebszustände lässt sich besonders einfach beispielsweise durch Auswertung der Position des Zündschalters oder des Fahrpedals erkennen.
Die beschriebene Fehlererkennung im Betriebszustand des Auslaufens des Abgasturboladers lässt sich besonders einfach dadurch realisieren, dass der vorgegebene Toleranzbereich durch einen vorgegebenen Schwellwert gebildet wird und dass ein Fehler erkannt wird, wenn in dem gewählten Betriebszustand für die Änderung der für die Drehzahl des Abgasturboladers charakteristischen Größe ein oder mehrere Werte unterhalb des vorgegebenen Schwellwertes festgestellt werden. In diesem Fall ist für die Vorgabe des Toleranzbereiches lediglich die Vorgabe eines einzigen Schwellwertes erforderlich.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die für die Änderung der für die Drehzahl des Abgasturboladers charakteristische Größe für mindestens eine vorgegebene Zeit während des gewählten Betriebszustandes, insbesondere bis zum Erreichen des Wertes 0 für die Drehzahl des Abgasturboladers, ermittelt wird. Auf diese Weise lässt sich bei geeigneter Wahl der vorgegebenen Zeit die beschriebene Fehlererkennung mit hoher Zuverlässigkeit durchführen.
Die Fehlererkennung kann besonders einfach dadurch durchgeführt werden, in dem als Wert für die Änderung der für die Drehzahl des Abgasturboladers charakteristischen Größe das Verhältnis einer Differenz aus zwei während dem gewählten Betriebszustand ermittelten Werten der für die Drehzahl des ermittelten Abgasturboladers charakteristischen Größe und einer Differenz der zugehörigen Zeitpunkte oder Kurbelwinkel für das Auftreten der beiden Werte oder ein zeitlicher Gradient der während des gewählten Betriebszustandes ermittelten für die Drehzahl des Abgasturboladers charakteristischen Größe gewählt wird.
Eine weitere Vereinfachung bei der Fehlererkennung ergibt sich, wenn als Wert für die Änderung der für die Drehzahl des Abgasturboladers charakteristischen Größe ein Quotient aus zwei während des gewählten Betriebszustandes ermittelten Werten der für die Drehzahl des Abgasturboladers charakteristischen Größe gewählt wird.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine,
2 ein Funktionsdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform,
3 einen Ausschnitt eines Funktionsdiagramms nach 2 zur Erläuterung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
4 einen Ablaufplan für einen beispielhaften Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens und
5 den zeitlichen Verlauf der Drehzahl eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine in einem Betriebszustand, in dem der Abgasturbolader ausläuft.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 kennzeichnet 15 eine Brennkraftmaschine, die beispielsweise als Ottomotor oder als Dieselmotor ausgebildet sein kann. Die Brennkraftmaschine 15 umfasst einen Zylinderblock 40, dem über eine Luftzufuhr 35 Frischluft zugeführt wird. In der Luftzufuhr 35 ist ein Verdichter 10 eines Abgasturboladers angeordnet, der die dem Zylinderblock 40 über die Luftzufuhr 35 zugeführte Luft verdichtet. Der Verdichter 10 wird über eine Welle 5 von einer Turbine 1 in einem Abgasstrang 45 der Brennkraftmaschine 15 angetrieben. Die Turbine 1 wird dabei vom Abgasmassenstrom des Zylinderblocks 40 angetrieben. Im Bereich des Verdichters 10 ist ein Drehzahlsensor 25 angeordnet, der eine charakteristische Größe für die Drehzahl des Abgasturboladers zeitlich kontinuierlich erfasst und ein entsprechendes Messsignal an eine Überwachungseinheit 20 weiterleitet. Der Überwachungseinheit 20 kann dabei Software- und/oder hardwaremäßig in eine Motorsteuerung der Brennkraftmaschine 15 implementiert sein. Der Überwachungseinheit 20 ist außerdem das Signal eines Fahrpedalmoduls 50 sowie das Signal eines Zündschalters 55 zugeführt. Der Abgasturbolader umfasst den Verdichter 10, die Welle 5 und die Turbine 1.
Die für die Drehzahl des Abgasturboladers charakteristische Größe kann wie in dem eingangs genannten Stand der Technik beschrieben beispielsweise als durch die Drehung des Abgasturboladers und damit des Verdichters 10 induzierte elektrische Spannung, als durch die Drehung des Abgasturboladers und damit des Verdichters 10 induzierter elektrischer Strom oder als durch die Drehung des Abgasturboladers und damit des Verdichters 10 gebildetes Magnetfeld gewählt werden. Alternativ kann als charakteristische Größe für die Drehzahl des Abgasturboladers auch die Drehzahl n des Abgasturboladers selbst gewählt werden, wobei die Drehzahl n des Abgasturboladers aus den folgenden Größen der induzierten elektrischen Spannung, des induzierten elektrischen Stroms oder des gebildeten Magnetfeldes gemäß dem eingangs genannten Stand der Technik abgeleitet werden kann. So offenbart beispielsweise die eingangs beschriebene DE 196 23 236 A1 , dass ein konstantes magnetisches Feld mit einem Permanentmagneten in der Nähe des Verdichterrades erzeugt wird und die entstehenden Wirbelströme in den Verdichterschaufeln indirekt ausgewertet werden. Indirekt heißt dabei, dass der sich ändernde Wirbelstrom in den Verdichterschaufeln ein wechselndes Magnetfeld erzeugt. Weiterhin wird eine Spule als Sensor verwendet, in der durch das wechselnde Magnetfeld eine Wechselspannung induziert wird, deren Frequenz gleich dem Produkt aus Verdichterdrehzahl und Anzahl der Verdichterschaufeln ist. Somit lässt sich aus der Frequenz der induzierten Wechselspannung bei bekannter Anzahl der Verdichterschaufeln die Drehzahl des Verdichters 10 und damit die Drehzahl des Abgasturboladers berechnen.
In entsprechender Weise kann die Drehzahl des Abgasturboladers auch durch Anordnung des Drehzahlsensors 25 in entsprechender Weise bei der Turbine 1 erfolgen, sodass dann in der beschriebenen Weise statt der Drehung des Verdichterrades mit den Verdichterschaufeln die Drehung des Turbinenrades der Turbine 1 mit den Turbinenschaufeln ausgewertet wird.
2 zeigt ein Funktionsdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Überwachungseinheit 20. Die Überwachungseinheit 20 kann dabei in Form des Funktionsdiagramms nach 2 Software- und/oder hardwaremäßig implementiert sein. Die Überwachungseinheit 20 kann dabei wie beschrieben in der Motorsteuerung der Brennkraftmaschine 15 oder einer beliebigen anderen Steuereinheit der Brennkraftmaschine 15 oder als selbständiges Software- und/oder Hardwaremodul implementiert sein.
Der Überwachungseinheit 20 wird das Signal des Fahrpedalmoduls 50, das Signal des Zündschalters 55 und das Signal des Drehzahlsensors 25 zugeführt. Das Signal des Fahrpedalmoduls 50 ist zeitlich kontinuierlich und gibt die Stellung bzw. die Position des Fahrpedals im Falle eines von der Brennkraftmaschine 15 angetriebenen Fahrzeugs an. Dieses Signal wird einer ersten Auswerteeinheit 60 zugeführt. Die erste Auswerteeinheit 60 prüft anhand des zugeführten Signals, ob das Fahrpedal aus einem betätigten Zustand heraus losgelassen wird, als in seine Nullstellung zurückgekehrt. Ist dies der Fall, so stellt die erste Auswerteeinheit 60 einen Übergang von einem gefeuerten Betrieb oder vom Zugbetrieb in den Schubbetrieb fest und setzt ihr Ausgangssignal, das andernfalls zurückgesetzt ist. Das Ausgangssignal der ersten Auswerteeinheit 60 bleibt während des Übergangs vom gefeuerten Betrieb bzw. dem Zugbetrieb in den Schubbetrieb gesetzt, wobei die Zeitdauer für diesen Übergang beispielsweise in einem Kennfeld abhängig vom aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 15 abgelegt sein kann, was in 2 der Übersicht halber nicht dargestellt ist. Das entsprechende Kennfeld ist dabei in der ersten Auswerteeinheit 60 angeordnet. Der aktuelle Betriebspunkt der Brennkraftmaschine kann beispielsweise abhängig von der Motordrehzahl der Brennkraftmaschine 15 und der Motorlast ermittelt werden, wobei die Motorlast beispielsweise abhängig von der Stellung einer in 1 nicht dargestellten Drosselklappe oder von der Dauer einer in 1 nicht dargestellten Kraftstoffeinspritzung ermittelt werden kann. Das entsprechende Kennfeld kann beispielsweise auf einem Prüfstand geeignet appliziert werden. Das Ausgangssignal der ersten Auswerteeinheit 60 wird einem ODER-Glied 70 zugeführt.
Die Position des Zündschalters 55 wird durch eine zweite Auswerteeinheit 65 ausgewertet, die ein Setzsignal an ihrem Ausgang abgibt, sobald ein Ausschalten der Zündung festgestellt wird. Das Ausgangssignal der zweiten Auswerteeinheit 65 bleibt dann so lange gesetzt, wie die Zündung ausgeschaltet bleibt. Das Ausgangssignal der zweiten Auswerteeinheit 65 wird ebenfalls dem ODER-Glied 70 zugeführt. Der Ausgang des ODER-Gliedes 70 ist gesetzt, solange mindestens einer seiner beiden Eingangssignale gesetzt ist. Das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 70 wird als Aktivierungssignal einer Abtasteinheit 75 zugeführt. Solange das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 70 gesetzt ist, wird somit die Abtasteinheit 75 aktiviert, bei rückgesetztem Ausgangssignal des ODER-Gliedes 70 ist die Abtasteinheit 75 deaktiviert und gibt an ihrem Ausgang kein Signal ab. Der Abtasteinheit 75 ist außerdem das zeitlich kontinuierliche Messsignal des Drehzahlsensors 25 zugeführt. Im vorliegenden Beispiel soll angenommen werden, dass es sich bei den vom Drehzahlsensor 25 abgegebenen Signalwerten um Werte für die Drehzahl n des Verdichters 10 und damit des Abgasturboladers handelt. In einem vorgegebenen Rechenzeitraster von beispielsweise einigen Millisekunden, beispielsweise von 100 ms oder in einem Rechenraster von einigen Grad Kurbelwellenwinkel, beispielsweise von 180° Kurbelwellenwinkel tastet die Abtasteinheit 75 das Drehzahlsignal des Drehzahlsensors 25 ab und leitet die Abtastwerte einerseits direkt an ein erstes Subtraktionsglied 90 und andererseits an ein erstes Zeitverzögerungsglied 80. Im Falle der Verwendung eines Rechenrasters aus dem Kurbelwellenwinkel ist die kontinuierliche Erfassung des Kurbelwellenwinkels durch einen entsprechenden Kurbelwellenwinkelsensor im Bereich des Zylinderblocks 40 und dessen Weiterleitung an die Abtasteinheit 75 empfehlenswert, um eine entsprechende Taktung der Abtasteinheit 75 für die Abtastung des Drehzahlsignals zur Verfügung zur stehen. Dies ist jedoch in den 1 und 2 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Das erste Zeitverzögerungsglied 80 verzögert das abgetastete Drehzahlsignal der Abtasteinheit 75 um einen zeitlichen Abstand oder Kurbelwellenwinkel, der dem zeitlichen Abstand oder Kurbelwellenwinkel zwischen zwei aufeinander folgenden Abtastwerten entspricht, also gemäß dem obigen Beispiel 100 ms oder 180° Kurbelwellenwinkel. Im ersten Subtraktionsglied 90 wird dann vom Ausgang der Abtasteinheit 75, der durch das erste Zeitverzögerungsglied 80 verzögerte Ausgang der Abtasteinheit 75 subtrahiert und die Differenz als Zähler einem ersten Divisionsglied 100 zugeführt. Als Nenner wird dem ersten Divisionsglied 100 von der Abtasteinheit 75 wiederum der zeitliche Abstand oder der Kurbelwellenwinkel zwischen zwei aufeinander folgenden Abtastwerten zugeführt, also gemäß dem obigen Beispiel 100 ms oder 180° Kurbelwellenwinkel. Der Ausgang C des ersten Divisionsgliedes 100 wird einer ersten Vergleichseinheit 115 zugeführt, der außerdem von einem ersten Schwellwertspeicher 105 ein erster Schwellwert SW1 zugeführt ist. Der Wert C berechnet sich dabei entsprechend den vorstehenden Angaben wie folgt: $C = (n_{k} - n_{k - 1}) / Δ t$
n_k ist dabei der Abtastwert des Drehzahlsignals zu einem Abtastzeitpunkt t_k und der Wert n_k-1 ist der Abtastwert des Drehzahlsignals zu einem Abtastzeitpunkt t_k-1 , wobei
t_k-1 < t_k und t_k - t_k-1 = Δt ist und somit Δt der zeitliche Abstand zwischen zwei zeitlich benachbarten Abtastwerten ist. Im Falle der oben alternativ beschriebenen kurbelwellenwinkel-synchronen Abtastung erfolgt die Abtastung wie beschrieben in einem vorgegebenen Kurbelwellenwinkelraster, bei der zwei benachbarte Abtastwerte um den Kurbelwellenwinkel Δϕ beabstandet sind und somit der Differenzwinkel Δϕ von der Abtasteinheit 75 als Nenner dem ersten Divisionsglied 100 zugeführt wird, so dass sich in diesem Fall der Ausgang C des ersten Divisionsgliedes 100 wie folgt bildet: $C = (n_{k} - n_{k - 1}) / Δϕ$
Der erste Schwellwert SW1 definiert einen Toleranzbereich für den nach Gleichung (1) oder Gleichung (2) ermittelten Differenzenquotienten C. Mit dem Setzen des Ausgangssignals des ODER-Gliedes 70 verknüpft ist ein Betriebszustand der Brennkraftmaschine 15, in dem der Abgasmassenstrom sich verringert. Dies hat zur Folge, dass der Abgasturbolader ausläuft und somit die Drehzahl des Verdichters 10 sich ebenfalls bis auf Null verringert. Der erste vorgegebene Schwellwert SW1 kann beispielsweise auf einen Prüfstand derart appliziert werden, dass er bei einer fehlerfreien Ölversorgung des Abgasturboladers und damit einer ausreichenden Schmierung der Lager, die die Welle 5 zwischen der Turbine 1 und dem Verdichter 10 abstützen, von dem Differenzenquotienten C gemäß Gleichung (1) bzw. Gleichung (2) nicht unterschritten wird. Der erste vorgegebene Schwellwert SW1 definiert somit einen vorgegebenen Toleranzbereich für den Differenzenquotienten C, der sich über alle Werte größer oder gleich dem ersten vorgegebenen Schwellwert SW1 erstreckt. Empfängt also die erste Vergleichseinheit 115 einen Differenzenquotienten C kleiner SW1, so gibt sie an ihrem Ausgang einen kurzen Setzimplus der Dauer kleiner Δt bzw. für einen überstrichenen Kurbelwellenwinkel kleiner Δϕ an einen Fehlerzähler 120 ab, der daraufhin um 1 inkrementiert wird. Dabei wird der Fehlerzähler 120 von einer steigenden Flanke am Ausgang des ODER-Gliedes 70 initialisiert, das heißt auf null gesetzt. Somit gibt der Zählerstand Z am Ausgang des Fehlerzählers 120 die seit dem Auftreten der positiven Flanke am Ausgang des ODER-Gliedes 70 und damit seit Detektion des Betriebszustandes des Auslaufens des Abgasturboladers auftretende Anzahl von Differenzenquotienten C unterhalb des ersten vorgegebenen Schwellwertes SW1 an. Der Zählerstand Z wird dann einer zweiten Vergleichseinheit 125 zugeführt und dort mit einem zweiten vorgegebenen Schwellwert SW2 aus einem zweiten Schwellwertspeicher 110 verglichen. Sobald der Zählerstand Z den zweiten vorgegebenen Schwellwert SW2 erreicht, gibt die zweite Vergleichseinheit 125 an ihrem Ausgang ein gesetztes Fehlersignal F ab, das in nicht dargestellter Weise beispielsweise zu einer optischen und/oder akustischen Wiedergabe an eine entsprechende Wiedergabeeinheit und/oder zur Ablage in einem Fehlerspeicher verwendet wird. Der zweite vorgegebene Schwellwert SW2 kann beispielsweise auf einem Prüfstand derart als Kompromisswert appliziert werden, dass er zum einen möglichst klein ist, um möglichst schnell einen Fehler in der Ölversorgung des Abgasturboladers detektieren zu können, und zum anderen möglichst groß ist, um eine ausreichende Zuverlässigkeit der Fehlerdiagnose zu erhalten. Als Mindestwert für den zweiten vorgegebenen Schwellwert SW2 kann der Wert 1 gewählt werden. In diesem Fall ist allerdings der Fehlerzähler 120 nicht erforderlich und das Ausgangssignal der ersten Vergleichseinheit 115 kann direkt als Fehlersignal verwendet werden, wobei der Fehler dann erkannt wird, wenn die erste Vergleichseinheit 115 den oben beschriebenen kurzen Setzimplus abgibt.
Anstelle des Differenzenquotienten C könnte bei einer zeitlich kontinuierlichen Auswertung auch direkt der zeitliche Gradient des vom Drehzahlsensor 25 gelieferten Drehzahlsignals verwendet werden, wobei dann statt der Abtasteinheit 75 ein Gradientenbildner einzusetzen wäre und auf den Block 140 in 2 verzichtet werden könnte. Der zeitliche Gradient des Drehzahlsignals ist dann als zeitlich kontinuierliches Signal das direkte Ausgangssignal des Gradientenbildners und wird der ersten Vergleichseinheit 115 anstelle des Differenzenquotienten C zugeführt werden. Die Werte für den ersten vorgegebenen Schwellwert SW1 und den zweiten vorgegebenen Schwellwert SW2 können dabei wie zuvor beschrieben appliziert werden. Der Block 140 umfasst das erste Zeitverzögerungsglied 80, das erste Subtraktionsglied 90 und das erste Divisionsglied 100. Der erste Schwellwertspeicher 105, der zweite Schwellwertspeicher 110, die erste Vergleichseinheit 115, die zweite Vergleichseinheit 125 und der Fehlerzähler 125 bilden eine Fehlererkennungseinheit 30.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform nach 3 wird statt des Blockes 140 der Block 145 verwendet. Ansonsten ist der Aufbau des Funktionsdiagramms gleich wie in 2. Bei der Ausführungsform nach 3 umfasst der Block 145 ein zweites Zeitverzögerungsglied 130 und ein zweites Divisionsglied 135. In diesem Fall werden die Abtastwerte am Ausgang der Abtasteinheit 75 durch das zweite Zeitverzögerungsglied 130 um Δt bzw. Δϕ verzögert und anschließend als Nenner dem zweiten Divisionsglied 135 zugeführt. Die abgetasteten Werte im Ausgang der Tasteinheit 75 werden außerdem direkt als Zähler dem zweiten Divisionsglied 135 zugeführt. Der Ausgang C des zweiten Divisionsgliedes 135, der wie in 2 auf die erste Vergleichseinheit 115 geführt wird, ergibt sich dann wie folgt: $C = n_{k} {/n}_{k - 1}$
Der erste Schwellwert SW1 muss dann als Schwellwert für den Drehzahlquotienten C gemäß Gleichung (3) appliziert werden. Der durch den ersten Schwellwert SW1 definierte Toleranzbereich für den Drehzahlquotienten C gemäß Gleichung (3) erstreckt sich dann auf alle Werte für diesen Drehzahlquotienten, die größer oder gleich dem ersten vorgegebenen Schwellwert SW1 sind. Der erste vorgegebene Schwellwert SW1 wird dann also beispielsweise derart appliziert, dass bei einer fehlerfreien Ölversorgung des Abgasturboladers der Drehzahlquotient C gemäß Gleichung (3) größer oder gleich dem ersten vorgegebenen Schwellwert SW1 und andernfalls kleiner dem ersten vorgegebenen Schwellwert SW1 ist. Der zweite vorgegebene Schwellwert SW2 kann wie oben beschrieben appliziert werden.
In 3 ist ein Ablaufplan für einen beispielhaften Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Nach dem Start des Programms bei eingeschalteter Zündung prüft die erste Auswerteeinheit 60 anhand des Signals des Fahrpedalmoduls 50, ob ein Übergang vom Zugbetrieb in den Schubbetrieb vorliegt. Weiterhin prüft die zweite Auswerteeinheit 65 anhand des Signals des Zündschalters 55, ob die Zündung ausgeschaltet wird. Sobald ein Übergang vom Zugbetrieb in den Schubbetrieb oder das Ausschalten der Zündung erkannt wird, wird das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 70 gesetzt und zu einem Programmpunkt 210 verzweigt. Andernfalls bleibt das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 70 zurückgesetzt und es wird zu einem Programmpunkt 205 verzweigt.
Bei Programmpunkt 205 wird für eine Abtastperiode Δt bzw. Δϕ gewartet und anschließend zu Programmpunkt 200 zurück verzweigt.
Bei Programmpunkt 210 wird der Fehlerzähler 120 initialisiert und auf Null gesetzt. Ferner wird ein Abtastwertzähler k auf Null gesetzt und der erste Abtastwert n_k = n₀ von der Abtasteinheit 75 ausgegeben. Anschließend wird zu einem Programmpunkt 215 verzweigt.
Bei Programmpunkt 215 wird der Zähler k um 1 inkrementiert, also k = k+1 gesetzt. Anschließend wird zu einem Programmpunkt 220 verzweigt.
Bei Programmpunkt 220 prüft die Abtasteinheit 75, ob der zuletzt abgetastete Drehzahlwert n_k-1 gleich null ist. Ist dies der Fall, so wird das Programm verlassen, andernfalls wird zu einem Programmpunkt 225 verzweigt.
Bei Programmpunkt 225 tastet die Abtasteinheit 75 eine Abtastperiode Δt bzw. Δϕ später den nächsten Drehzahlwert n_k aus dem Drehzahlsignal des Drehzahlsensors 25 ab. Anschließend wird zu einen Programmpunkt 230 verzweigt.
Bei Programmpunkt 230 bildet der Block 140 bzw. der Block 145 den Wert C gemäß einer der Gleichungen (1), (2), (3) wie beschrieben. Anschließend wird zu einem Programmpunkt 235 verzweigt.
Bei Programmpunkt 235 prüft die erste Vergleichseinheit 115, ob C kleiner SW1 ist. Ist dies der Fall, so wird zu einem Programmpunkt 240 verzweigt, andernfalls wird zu Programmpunkt 215 zurück verzweigt.
Bei Programmpunkt 240 wird der Fehlerzähler um 1 inkrementiert. Anschließend wird zu einem Programmpunkt 245 verzweigt.
Bei Programmpunkt 245 prüft die zweite Vergleichseinheit 125, ob der Zählerstand Z größer oder gleich dem zweiten vorgegebenen Schwellwert SW2 ist. Ist dies der Fall, so wird zu einem Programmpunkt 250 verzweigt, andernfalls wird zu Programmpunkt 215 zurück verzweigt.
Bei Programmpunkt 250 wird das Fehlersignal F gesetzt und eine optische und/oder akustische Wiedergabe des Fehlers und/oder eine Ablage des Fehlersignals F in einem Fehlerspeicher initiiert. Anschließend wird das Programm verlassen.
In 5 ist ein beispielhafter Verlauf des Drehzahlsignals n über der Zeit t dargestellt. Zu einem Zeitpunkt t₀ wird der Betriebszustand des Auslaufens des Abgasturboladers erreicht, indem die Zündung ausgeschaltet oder vom Zugbetrieb in den Schubbetrieb umgeschaltet wird. Somit fällt ab dem ersten Zeitpunkt t₀ die Drehzahl n des Abgasturboladers ab, um zu einem Endzeitpunkt t_E den Wert 0 zu erreichen. Im Falle des Abstellens der Brennkraftmaschine durch Ausschalten der Zündung wird die Zeit zwischen dem ersten Zeitpunkt t₀ und dem Endzeitpunkt t_E , in 5 durch das Bezugszeichen 150 gekennzeichnet, als Nachlaufzeit des Motorsteuergerätes bezeichnet. Der Endzeitpunkt t_E kann auch als Zeitpunkt des Erreichens des Schubbetriebes nach vorherigem Zugbetrieb interpretiert werden. Die Zeitdauer 150 ist dann allgemein diejenige Zeit, die für die Diagnose der Änderung der für die Drehzahl des Abgasturboladers charakteristischen Größe höchstens zur Verfügung steht. Beispielhaft sind zwei Abtastwerte n_k-1 und n_k in 5 eingetragen, die zu den Abtastzeitpunkten t_k-1 und t_k von der Abtasteinheit 75 abgetastet wurden, wobei t_k - t_k-1 = Δt ist.
Durch die beschriebene Vorrichtung und das beschriebene Verfahren wird somit eine präventive Überwachung der Ölversorgung des Abgasturboladers ermöglicht. Dabei wird in der beschriebenen Weise die Änderung der Drehzahl des Abgasturboladers bzw. der für die Drehzahl des Abgasturboladers charakteristischen Größe über der Zeit in Form des Wertes C oder des zeitlichen Gradienten der für die Drehzahl des Abgasturboladers charakteristischen Größe ausgewertet. Im Falle des Abschaltens der Zündung zum Zeitpunkt t₀ geht das Motorsteuergerät bzw. die Überwachungseinheit 20 in einen Zustand, in dem diese weiterhin in der beschriebenen Weise ihre Eingangssignale verarbeitet. Deshalb wird der Zeitraum 150 in diesem Fall als sogenannter Steuergerätenachlauf bezeichnet.
Die Zeitdauer 150 vom ersten Zeitpunkt t₀ bis zum Endzeitpunkt t_E steht für die betreffenden Betriebszustände, in denen der Abgasturbolader ausläuft, also in dem die Drehzahl n des Abgasturboladers auf Null absinkt, maximal für die Ermittlung der Abtastwerte des für die Drehzahl des Abgasturboladers charakteristischen Signals zur Diagnose der Ölversorgung zur Verfügung. Entsprechend sollte der zweite vorgegebene Schwellwert SW2 größer als die um 1 verringerte Anzahl der maximal möglichen Abtastzeitpunkte während der Zeitdauer 150 gewählt werden. Andernfalls ist die beschriebene Fehlerdiagnose unter Verwendung des Wertes C gemäß der Gleichung (1), (2), (3) nicht mehr möglich.
Die Mindestdauer für die Ermittlung der Abtastwerte darf Δt nicht unterschreiten, so dass mindestens zwei Abtastwerte an die Abtasteinheit 75 geliefert werden können, die mindestens erforderlich sind, um den Wert C gemäß Gleichung (1), Gleichung (2) oder Gleichung (3) berechnen zu können.
Zwischen dieser Mindestdauer und der Dauer 150 gemäß 5 kann jede beliebige Zeit vorgegeben werden, während der die Abtastwerte für die beschriebene Fehlerdiagnose aus dem zeitlichen Verlauf der Drehzahl n gewonnen werden können. Dabei kann diese vorgegebene Zeit auch für die Ermittlung der Abtastwerte beliebig innerhalb der Zeit 150 gemäß 5 angeordnet werden, sollte aber die Endzeit t_E nicht überschreiten.
Der Start der Abtastung kann dann beispielsweise durch ein zwischen dem Ausgang des ODER-Gliedes 70 und dem zugeordneten Eingang der Abtasteinheit 75 optional angeordnetes Zeitverzögerungsglied 160 entsprechend verzögert eingeleitet werden.
Die Zeit für die Ermittlung der Abtastwerte sollte generell so vorgegeben werden, dass sie zum einen nicht zu groß ist, um eine möglichst schnelle Diagnose der Ölversorgung zu ermöglichen und andererseits nicht zu klein ist, um eine möglichst zuverlässige Diagnose der Ölversorgung zu ermöglichen. Diese fest vorgegebene Zeit für die Ermittlung der Abtastwerte kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 70 einem Zeitglied 155 zugeführt ist, das ein zugeführtes Setzsignal spätestens nach Ablauf der vorgegebenen Zeit wieder zurücksetzt. Dieses optional vorgesehene Zeitglied 155 ist in 2 gestrichelt eingezeichnet. Das zuvor beschriebene und ebenfalls optional vorhandene Zeitverzögerungsglied 160, das die vorgegebene Zeit beliebig während der Zeitdauer 150 anordnet, ist in 2 in gestrichelter Weise angedeutet. Sowohl das Zeitglied 155 als auch das Zeitverzögerungsglied 160 können optional und unabhängig voneinander vorhanden sein.
Liegt der Wert C unterhalb des ersten vorgegebenen Schwellwertes SW1, so kann auf eine erhöhte Reibung in den Lagern des Abgasturboladers geschlossen werden. Der Fehler in der Ölversorgung wird dann erkannt, wenn diese Unterschreitung des ersten vorgegebenen Schwellwertes SW1 mindestens SW2 mal während der vorgegebenen Zeit für die Ermittlung der Abtastwerte festgestellt wird.
Als Beispiel für die vorgegebene Zeit zur Ermittlung der Abtastwerte kann gemäß 5 die Mindestzeitdauer Δt betrachtet werden, während der die beiden Abtastwerte n_k-1 und n_k ermittelt werden und die für eine vollständige Fehlerdiagnose mit SW2=1 ausreichen.
Ferner liegt diese vorgegebene Zeit dabei so innerhalb der Zeitdauer 150, dass sie weder die erste Zeit t₀ noch die Endzeit t_E mit umfasst, sondern etwa mittig während der Zeitdauer 150 angeordnet ist.
Nach Ablauf der Zeitdauer 150, also mit Erreichen des Endzeitpunktes t_E , wird im Falle des Steuergerätenachlaufs das Motorsteuergerät bzw. die Überwachungseinheit abgeschaltet.
Für die Ermittlung der Abtastwerte bzw. des beschriebenen zeitlichen Gradienten der für die Drehzahl des Abgasturboladers charakteristischen Größe kann prinzipiell jeder Betriebszustand gewählt werden, der durch eine Änderung des Abgasmassenstroms charakterisiert ist, die im fehlerfreien Fall mit einer Änderung der für die Drehzahl des Abgasturboladers charakteristischen Größe innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches verknüpft ist, so dass für den Fall, in dem ein oder mehrere Werte C gemäß den Gleichungen (1), (2) oder (3) bzw. der beschriebene zeitliche Gradient unterhalb des ersten vorgegebenen Schwellwertes SW1 liegen, ein Fehler der Ölversorgung bzw. der Schmierung der Lager der Welle 5 des Abgasturboladers erkannt wird.
Im Falle der Verwendung des zeitlichen Gradienten des Drehzahlsignals n des Abgasturboladers anstelle des Wertes C gemäß den Gleichungen (1), (2), (3) kann die vorgegebene Zeit für die Ermittlung dieses zeitlichen Gradienten aus dem Drehzahlsignal theoretisch beliebig klein gewählt werden, maximal der Zeitdauer 150 gemäß 5 entsprechen und ansonsten beliebig innerhalb dieser Zeitdauer 150 angeordnet sein. Dabei kann diese vorgegebene Zeit ebenfalls mit Hilfe des Zeitgliedes 155 und/oder des Zeitverzögerungsgliedes 160 in der beschriebenen Weise während der Zeitdauer 150 angeordnet werden.

Claims

Verfahren zur Überwachung eines Abgasturboladers (1, 5, 10) einer Brennkraftmaschine (15), bei dem in mindestens einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine (15) eine für die Drehzahl des Abgasturboladers (1, 5, 10) charakteristische Größe ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass für den mindestens einen Betriebszustand ein Betriebszustand gewählt wird, der durch eine Änderung des Abgasmassenstroms charakterisiert ist, die mit einer Änderung der für die Drehzahl des Abgasturboladers (1, 5, 10) charakteristischen Größe innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches verknüpft ist, und dass ein Fehler erkannt wird, wenn in dem gewählten Betriebszustand für die Änderung der für die Drehzahl des Abgasturboladers (1, 5, 10) charakteristischen Größe ein oder mehrere Werte außerhalb des vorgegebenen Toleranzbereiches festgestellt werden, wobei für den mindestens einen Betriebszustand ein Betriebszustand gewählt wird, in dem der Abgasturbolader (1, 5, 10) ausläuft.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als für die Drehzahl des Abgasturboladers (1, 5, 10) charakteristische Größe die Drehzahl des Abgasturboladers (1, 5, 10) oder eine durch die Drehung des Abgasturboladers (1, 5, 10) induzierte elektrische Spannung oder ein durch die Drehung des Abgasturboladers (1, 5, 10) gebildetes Magnetfeld gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als der mindestens eine Betriebszustand ein Betriebszustand gewählt wird, in dem die Brennkraftmaschine (15) abgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als der mindestens eine Betriebszustand ein Betriebszustand gewählt wird, in dem ein Übergang von einem gefeuerten Betrieb in einen Schubbetrieb erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Toleranzbereich durch einen vorgegebenen Schwellwert gebildet wird und dass ein Fehler erkannt wird, wenn in dem gewählten Betriebszustand für die Änderung der für die Drehzahl des Abgasturboladers (1, 5, 10) charakteristischen Größe ein oder mehrere Werte unterhalb des vorgegebenen Schwellwertes festgestellt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Änderung der für die Drehzahl des Abgasturboladers (1, 5, 10) charakteristische Größe für mindestens eine vorgegebene Zeit während des gewählten Betriebszustandes, insbesondere bis zum Erreichen des Wertes Null für die Drehzahl des Abgasturboladers (1, 5, 10), ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Wert für die Änderung der für die Drehzahl des Abgasturboladers (1, 5, 10) charakteristischen Größe das Verhältnis einer Differenz aus zwei während dem gewählten Betriebszustand ermittelten Werten der für die Drehzahl des Abgasturboladers (1, 5, 10) charakteristischen Größe und einer Differenz der zugehörigen Zeitpunkte oder Kurbelwinkel für das Auftreten der beiden Werte oder ein zeitlicher Gradient der während des gewählten Betriebszustandes ermittelten für die Drehzahl des Abgasturboladers (1, 5, 10) charakteristischen Größe gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Wert für die Änderung der für die Drehzahl des Abgasturboladers (1, 5, 10) charakteristischen Größe ein Quotient aus zwei während des gewählten Betriebszustandes ermittelten Werten der für die Drehzahl des Abgasturboladers (1, 5, 10) charakteristischen Größe gewählt wird.
Vorrichtung (20) zur Überwachung eines Abgasturboladers (1, 5, 10) einer Brennkraftmaschine (15), mit Mitteln (25), die in mindestens einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine (15) eine für die Drehzahl des Abgasturboladers (1, 5, 10) charakteristische Größe ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Betriebszustand ein Betriebszustand ist, der durch eine Änderung des Abgasmassenstroms charakterisiert ist, die mit einer Änderung der für die Drehzahl des Abgasturboladers (1, 5, 10) charakteristischen Größe innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches verknüpft ist, und dass Fehlererkennungsmittel (30) vorgesehen sind, die einen Fehler erkennen, wenn sie in dem gewählten Betriebszustand für die Änderung der für die Drehzahl des Abgasturboladers (1, 5, 10) charakteristischen Größe einen oder mehrere Werte außerhalb des vorgegebenen Toleranzbereiches feststellen, wobei für den mindestens einen Betriebszustand ein Betriebszustand gewählt wird, in dem der Abgasturbolader (1, 5, 10) ausläuft.