DE102008018133A1

DE102008018133A1 - Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasturboladeranordnung sowie Brennkraftmaschine mit Abgasturboladeranordnung

Info

Publication number: DE102008018133A1
Application number: DE102008018133A
Authority: DE
Inventors: Simon Petrovic
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2008-04-10
Filing date: 2008-04-10
Publication date: 2010-03-18
Also published as: CN201424973Y

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine (10a, 10b, 10c, 10d) mit einer Abgasturboladeranordnung mit einem ersten Abgasturbolader (19) und wenigstens einem zweiten Abgasturbolader (23) und wenigstens einem in einem Frischluftzweig (14) oder einem Abgaszweig (16) angeordneten Abschaltventil (30, 32, 34) sowie eine Brennkraftmaschine (10a, 10b, 10c, 10d). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zur Detektion einer Fehlfunktion des wenigstens einen Abschaltventils (30, 32, 34) Signale wenigstens einer der Abgasturboladeranordnung zugeordneten Komponente aus der Gruppe Luftmassensensor (40), Drehzahlsensor (42), Drucksensor (38), Temperatursensor (36) ausgewertet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasturboladeranordnung mit einem ersten Abgasturbolader und wenigstens einem zweiten Abgasturbolader und eine Brennkraftmaschine mit Abgasturboladeranordnung.
Bei Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Otto- oder Dieselmotoren, werden in den letzten Jahren zunehmend mehrere strömungstechnisch parallel geschaltete Turbolader zur Leistungssteigerung und zur Reduzierung der Emissionen eingesetzt. Eine derartige Anordnung von Abgasturboladern wird auch als Registeraufladung bezeichnet und umfaßt einen ersten – gegebenenfalls mit einem kleinem Turbinenvolumen ausgebildeten – Abgasturbolader sowie wenigstens einen zweiten, strömungstechnisch parallel zum ersten geschalteten – gegebenenfalls mit größerem Turbinenvolumen ausgebildeten – Abgasturbolader. Der erste Abgasturbolader dient dazu, bereits bei geringen Drehzahlen der Brennkraftmaschine und damit einhergehenden kleinen Abgasvolumenströmen einen ausreichenden Ladedruck bereitzustellen. Der zweite Abgasturbolader kann die bei höheren Drehzahlen auftretenden großen Abgasvolumenströmen effizient ausnutzen und entsprechend große Frischluftströme für die Brennkraftmaschine bereitstellen.
Zur Steuerung einer derartigen Anordnung von Abgasturboladern ist üblicherweise wenigstens ein Abgasabschaltventil vorgesehen, das vorzugsweise zur Drosselung oder Abschaltung eines Abgaszustroms an den zweiten Abgasturbolader dient. Ergänzend oder alternativ können Abschaltventile zur Lenkung der Frischgasvolumenströme eines oder beider Abgasturbolader vorgesehen werden. Die Leistungsfähigkeit der Brennkraftmaschine mit einer derartigen Abgasturboladeranordnung basiert darauf, dass in jedem Betriebszustand durch Zu- oder Abschaltung des zweiten Abgasturboladers – gegebenenfalls in Kombination mit einer Verstellung der Turbinengeometrie wenigstens eines der Abgasturbolader – stets ein optimaler Frischluftzustrom für die Brennkraftmaschine gewährleistet wird. Dies setzt jedoch ein exaktes Steuern oder Regeln der von den Abgasturboladern geförderten Frischluftströme voraus, die maßgeblich von dem wenigstens einen Abschaltventil beeinflußt werden.
Zur Detektion von Fehlfunktionen des oder der Abschaltventile ist es bekannt, eine Überwachung der Ventilstellung vorzunehmen. Diese Überwachung erfordert jedoch die Integration entsprechender Detektionsmittel an den Abschaltventilen. Zudem müssen die von den Detektionsmitteln ermittelten Signale an eine Steuereinheit übertragen und dort ausgewertet werden. Insbesondere die Ermittlung eines geringen Ventilöffnungszustands für das oder die Abschaltventile hat sich angesichts eines damit einhergehenden geringen Ventilstellwegs als schwierig erwiesen. Jedoch kann bereits eine geringe, von den Detektionsmitteln nicht detektierbare Ventilöffnung zu einer erheblichen Funktionsbeeinträchtigung der Brennkraftmaschine führen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht vor diesem Hintergrund darin, ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei denen eine vereinfachte Überwachung der Abschaltventile gewährleistet ist, um die Funktionssicherheit der Brennkraftmaschine zu verbessern.
Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Dabei ist vorgesehen, dass zur Detektion einer Fehlfunktion des wenigstens einen Abschaltventils Signale wenigstens einer der Abgasturboladeranordnung zugeordneten Komponente aus der Gruppe Luftmassensensor, Drehzahlsensor, Drucksensor, Temperatursensor ausgewertet werden. Auf eine Detektion der Stellung des Abschaltventils kann damit verzichtet werden, vielmehr findet eine Detektion von Gasströmungen und von den Gasströmungen hervorgerufenen Zuständen im Abgaszweig und/oder im Frischluftzweig der Brennkraftmaschine statt. Aus den Gasströmungen oder den Zuständen kann eine Fehlfunktion des wenigstens einen Abschaltventils geschlossen werden. Die dazu vorgesehenen Komponenten sind im Frischluftzweig und/oder im Abgaszweig stromauf oder stromab des oder der Abgasturbolader oder im Falle des Drehzahlsensors unmittelbar am Abgasturbolader angebracht. Eine Fehlermeldung als Folge einer Auswertung wenigstens eines Signals einer der Komponenten wird ausgelöst, wenn ein Signalpegel in einem bestimmten Betriebszustand der Brennkraftmaschine von einem für diesen Betriebszustand vorgegebenen Pegelwertebereich abweicht.
In Ausgestaltung des Verfahrens bewirkt ein Signal eines stromab des zweiten Abgasturboladers im Abgaszweig angeordneten Temperatursensors eine Fehlermeldung, wenn eine vom Temperatursensor gemessene Abgastemperatur bei gesperrtem Abschaltventil einen vorgegebenen Temperaturwert überschreitet, und/oder bei geöffnetem Abschaltventil einen vorgegebenen Temperaturwert unterschreitet. Bereits bei einer geringen Abweichung in der Gasströmung, die durch ein fehlerhaftes, nicht vollständig geöffnetes oder geschlossenes Abschaltventil hervorgerufen wird, tritt eine zuverlässig meßbare, signifikante Temperaturabweichung gegenüber dem eigentlich angestrebten Zustand ein. Eine Temperaturermittlung zur Detektion einer Fehlfunktion des Abschaltventils ist besonders zuverlässig, wenn der Temperatursensor stromab des zweiten Abgasturboladers im Abgaszweig angeordnet ist, da sich an dieser Stelle zwischen den unterschiedlichen Betriebszuständen, insbesondere bei strömendem oder nicht strömendem Abgas, besonders große und daher gut meßbare Temperaturdifferenzen einstellen. Alternativ kann der Temperatursensor auch zwischen Turbine und Abschaltventil angeordnet sein. Die erfindungsgemäße Funktion ist jedenfalls immer dann gewährleistet, wenn der Temperatursensor stromab des Abschaltventils angeordnet ist.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens bewirkt ein Signal eines am zweiten Abgasturbolader angeordneten Drehzahlsensors eine Fehlermeldung, wenn eine vom Drehzahlsensor gemessene Drehzahl bei gesperrtem Abschaltventil einen vorgegebenen Wert überschreitet und/oder bei geöffnetem Abschaltventil einen vorgegebenen Wert unterschreitet. Die Ermittlung einer Drehzahl wenigstens eines Abgasturboladers kann ohnehin als Regelungsparameter für die Abgasturbo laderanordnung vorgesehen sein. Die Auswertung des Signals des wenigstens einen Drehzahlsensors gibt in einfacher Weise und mit einer nur geringen zeitlichen Verzögerung nach Durchführung eines Stellvorgangs für das wenigstens eine Abschaltventil Auskunft darüber, ob der gewünschte Stellvorgang, insbesondere ein zumindest teilweises Öffnen oder Schließen des Abschaltventils, auch in dem von der Steuereinheit, insbesondere der Motorsteuerung, vorgegebenen Umfang stattgefunden hat. Die Drehzahl des zweiten stromab des Abschaltventils angeordneten Abgasturboladers ist direkt mit dem Volumenstrom des in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine und von der Stellung des Abschaltventils durch das Abschaltventil strömenden Abgasstroms korreliert.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens bewirkt ein Signal eines stromab des zweiten Abgasturboladers in einem Frischluftzweig angeordneten Drucksensors eine Fehlermeldung, wenn ein vom Drucksensor gemessene Druck bei gesperrtem Abschaltventil einen vorgegebenen Wert überschreitet. Der im Frischluftzweig angeordnete Drucksensor kann angesichts der dort vorherrschenden geringen Temperaturen kostengünstig gestaltet werden und ermöglicht in einfacher Weise die Ermittlung einer Fehlfunktion eines Abschaltventils.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens bewirkt ein Signal eines stromab des zweiten Abgasturboladers in einem Frischluftzweig angeordneten Luftmassensensors eine Fehlermeldung, wenn eine vom Luftmassensensor gemessene Luftmasse bei gesperrtem Abschaltventil einen vorgegebenen Wert überschreitet und/oder bei geöffnetem Abschaltventil einen vorgegebenen Wert unterschreitet. Der Luftmassensensor kann aufgrund seiner Anordnung im thermisch unkritischen Frischluftzweig kostengünstig aufgebaut werden. Mit Hilfe des Luftmassensensors kann eine besonders zuverlässige Bestimmung des Gasstroms im Frischluftzweig stromab des zweiten Abgasturboladers erfolgen, so dass auch Zwischenstellungen des Abschaltventils präzise bestimmt und mit entsprechenden Sollstellungen abgeglichen werden können.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird die Auswertung der Temperatur stromab des zweiten Abgasturboladers im Abgaszweig nach einer Zustandsände rung des Abschaltventils erst nach Ablauf einer vorgebbaren Zeitdauer vorgenommen. Dadurch wird der zeitlichen Verzögerung der Temperaturänderung, die sich bei der Zu- oder Abschaltung des im Abgaszweig durch den zweiten Abgasturbolader strömenden Abgases aufgrund der Wärmekapazitäten der entsprechenden Abschnitte der Abgasturboladeranordnung und des dort geführten Abgasstroms ergibt, Rechnung getragen. Sowohl bei der Umschaltung von einem Abgasturbolader auf wenigstens zwei Abgasturbolader als auch bei der entgegengesetzten Umschaltung von wenigstens zwei Abgasturboladern auf einen Abgasturbolader treten derartige Verzögerungseffekte auf, die durch eine entsprechende Verzögerungszeit bzw. mehrere für die unterschiedlichen Umschaltsituationen unterschiedlichen Verzögerungszeiten berücksichtigt werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 vorgesehen.
Zur Detektion einer Fehlfunktion des Abschaltventils ist wenigstens einem der Abgasturbolader wenigstens eine zur Detektion einer Fehlfunktion des Abschaltventils einsetzbare Komponente aus der Gruppe Luftmassensensor, Drehzahlsensor, Drucksensor, Temperatursensor zugeordnet. Dadurch liegen an der Brennkraftmaschine die Voraussetzungen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Patentansprüche 1 bis 6 vor. Die wenigstens eine Komponente ist mit einem Steuergerät, insbesondere einer Motorsteuerung, gekoppelt, in der die Auswertung der von der oder den Komponenten bereitgestellten Signale stattfindet und die im Fehlerfall auch eine Fehlermeldung ausgibt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist wenigstens ein, insbesondere der erste, Abgasturbolader eine variable Abgasturbinengeometrie auf. Dadurch kann eine vorteilhafte, insbesondere drehzahlabhängige, Anpassung der von der Abgasturboladeranordnung bereitgestellten Frischluftmenge an die Bedürfnisse der Brennkraftmaschine erfolgen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Temperatursensor stromab des zweiten Abgasturboladers im Abgaszweig angeordnet. Durch diese Anordnung kann bei Fehlstellung des Abschaltventils eine signifikante Abweichung zwischen einer vorgegebenen, von der Betriebssituation der Brennkraftmaschine abhängigen Soll-Temperatur und einer tatsächlich vorliegenden Ist-Temperatur ermittelt werden, um daraus bei Überschreiten eines vorgebbaren Temperaturabweichungs-Schwellwerts eine Fehlermeldung zu erzeugen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Luftmassensensor im Frischluftzweig stromab des zweiten Abgasturboladers angeordnet. Dies ermöglicht eine kostengünstige Aufbauweise des durch die erfindungsgemäße Anordnung thermisch gering belasteten Luftmassensensors.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Drucksensor im Frischluftzweig stromab des zweiten Abgasturboladers angeordnet. Dies ermöglicht eine kostengünstige Aufbauweise des durch die erfindungsgemäße Anordnung thermisch gering belasteten Drucksensors.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Drehzahlsensor dem zweiten Abgasturbolader zugeordnet. Der zweite Abgasturbolader wird durch die Zu- und Abschaltung des Abgasstroms mittels des wenigstens einen Abschaltventils stark in seiner Drehzahl beeinflußt. Bei einer Fehlstellung des Abschaltventils in der Abschaltstellung strömt weiterhin Abgas zum zweiten Abgasturbolader, so dass dessen Drehzahl größer ist, als dies bei völliger Abschaltung des Abgasstroms zu erwarten wäre. Somit kann eine Drehzahldifferenz zwischen Soll-Drehzahl und Ist-Drehzahl ermittelt werden, die bei Überschreitung eines vorgebbaren Drehzahldifferenz-Schwellwerts zu einer Fehlermeldung führt.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, das anhand der Zeichnungen dargestellt ist. Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Brennkraftmaschine mit Abgasturboladeranordnung,
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Brennkraftmaschine mit Abgasturboladeranordnung,
3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Brennkraftmaschine mit Abgasturboladeranordnung,
4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform einer Brennkraftmaschine mit Abgasturboladeranordnung.
Die in den 1 bis 4 dargestellten Brennkraftmaschinen 10a, 10b, 10c und 10d unterscheiden sich in der Anordnung von Sensoren, die unter Anderem zur Detektion von Fehlfunktionen von Abschaltventilen herangezogen werden können. Der übrige Aufbau der Brennkraftmaschinen 10a, 10b, 10c und 10d unterscheidet sich nicht, so dass für funktionsgleiche Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet werden.
Die Brennkraftmaschinen 10a, 10b, 10c und 10d umfassen jeweils einen Hubkolbenmotor 12, der von einem Frischgaszweig 14 mit einem Frischgasstrom versorgt wird und dem ein Abgaszweig 16 zum Abführen des bei Verbrennung entstehenden Abgasstroms zugeordnet ist.
In den Frischgaszweig 14 und in den Abgaszweig 16 sind Kompressoren 20, 24 bzw. Abgasturbinen 18, 22 zweier Abgasturbolader 19, 23 kommunizierend eingeschleift, die über Turbinenwellen 26, 28 miteinander gekoppelt sind und die gemeinsam die Abgasturboladeranordnung bilden. Im Frischgaszweig ist stromab der Kompressoren 20, 24 ein Ladeluftkühler zur Abkühlung des komprimierten Frischgases vor dem Einströmen in den Hubkolbenmotor 12 angeordnet.
Die Abgasturbinen 18, 22 werden von dem Abgasstrom im Abgaszweig 16 angetrieben und treiben ihrerseits über die Turbinenwellen 26, 28 die Kompressoren 20, 24 an. Die Kompressoren 20, 24 verdichten die im Frischgaszweig bereitgestellte Frischluft und stellen diese dem Hubkolbenmotor 12 zur Verfügung.
Die Verwendung zweier Abgasturbolader 19, 23 ermöglicht eine rasche Bereitstellung von Frischgas bei geringen Drehzahlen des Hubkolbenmotors 12 und eine Bereitstellung großer Volumenströme von Frischgas bei hohen Drehzahlen des Hubkolbenmotors 12. Um für jeden Betriebszustand der Brennkraftmaschinen 10a, 10b, 10c, 10d, insbesondere bei hoher Last und geringe Drehzahl und bei geringer Last und hoher Drehzahl, jeweils die günstigste Frischgasmenge bereitstellen zu können, sind in der Abgasturboladeranordnung als Proportionalventile 30, 32, 34 ausgebildete Abschaltventile angeordnet, die von einer nicht dargestellten Motorsteuerung in Abhängigkeit vom Lastzustand und der Drehzahl des Hubkolbenmotors 12 angesteuert werden können.
Das Proportionalventil 30 dient dazu, einen Teil des Abgasstroms abhängig vom Lastzustand des Hubkolbenmotors 12 auf die Abgasturbine 22 des zweiten Abgasturboladers 23 zu leiten oder eine Bereitstellung von Abgas an die Abgasturbine 22 zu unterbinden.
Das Proportionalventil 32 ermöglicht die unmittelbare Bereitstellung eines vom Kompressor 24 des zweiten Abgasturboladers 23 geförderten Frischluftstroms an den Hubkolbenmotor 12.
Das Proportionalventil 34 ermöglicht die Bereitstellung eines vom Kompressor 24 des zweiten Abgasturboladers 23 geförderten Frischluftstroms an die Einlässe des Kompressors 20 des ersten Abgasturboladers 19 und des Kompressors 24 des zweiten Abgasturboladers 23 und wird während eines Umschaltvorgangs zwischen einem ausschließlichen Betrieb des ersten Abgasturboladers 19 und einem Betrieb beider Abgasturbolader 19, 23 zeitweilig freigegeben.
Im jeweils dargestellten Betriebszustand fließende Gasströme sind in den 1 bis 4 mit durchgezogenen Pfeilen dargestellt, Strompfade ohne Gasströmung sind mit gestrichelten Pfeilen dargestellt. Die im Zusammenhang mit der nachfolgenden Beschreibung der einzelnen Ausführungsformen angesprochenen Betriebszustände der Brennkraftmaschine 10a, 10b, 10c und 10d und die damit verbundenen Gasströme treten jeweils in gleicher Weise auch bei den jeweils anderen Ausführungsformen der Brennkraftmaschinen 10a, 10b, 10c und 10d auf.
Bei der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform einer Brennkraftmaschine 10a ist stromab der Abgasturbine 22 im Abgaszweig des zweiten Abgasturboladers 23 ein Temperatursensor 36 angeordnet, der die Ermittlung einer Temperatur im Abgaszweig unmittelbar hinter der Abgasturbine 22 ermöglicht. In der Darstellung der 1 befindet sich die Brennkraftmaschine 10a in einem Betriebszustand mit geringer Drehzahl und geringer Last. Aus diesem Grund sind alle Proportionalventile 30, 32, 34 geschlossen, so dass bei korrekter Funktion der Proportionalventile 30, 32, 34 kein Abgas an die Abgasturbine 22 des zweiten Abgasturboladers 23 bereitgestellt wird und dessen Kompressor 24 somit auch keine Frischluft in den Frischluftzweig 14 fördert. Vielmehr wird der gesamte Abgasstrom an die Abgasturbine 18 des ersten Abgasturboladers 19 zur Verfügung gestellt, der mit mittlerer Drehzahl rotiert und eine entsprechende Frischluftmenge bereitstellt. Die vom Temperatursensor 36 ermittelte Temperatur im Abgaszweig 16 stromab unmittelbar hinter der Abgasturbine 22 ist bei korrekter Funktion des Proportionalventils 30 gering, da in diesen Bereich des Abgaszweigs kein heißes Abgas zugeführt wird. Liegt hingegen eine Fehlfunktion des Proportionalventils 30 vor, so strömt heißes Abgas durch das Proportionalventil 30 und die Abgasturbine 22 des zweiten Abgasturboladers 19 und ruft eine höhere Temperatur im Abgaszweig 16 stromab unmittelbar hinter der Abgasturbine 22 hervor. Diese erhöhte Temperatur wird vom Temperatursensor 36 ermittelt und als Meßsignal die nicht dargestellte Motorsteuerung weitergeleitet. Diese vergleicht das Meßsignal mit einem für diesen Betriebszustand unter Berücksichtigung äußerer Einflüsse wie der Umgebungstemperatur und der Kühlwassertemperatur vorgegebenen Sollwert und kann bei Auftreten einer zu großen Temperaturdifferenz eine Fehlermeldung erzeugen, die auf eine Fehlfunktion des Proportionalventils 30 hinweist.
Bei der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform einer Brennkraftmaschine 10b ist der Abgasturbine 22 ein Drehzahlsensor 42 zugeordnet. Die Brennkraftmaschine 10b befindet sich ausgehend von einer niedrigen Drehzahl in einem Betriebszustand mit mittlerer Drehzahl und mittlerer Last. Um hierfür eine ausrei chende Fischgasversorgung zu gewährleisten, wird das Proportionalventil 30 geöffnet, so dass Abgas in die Abgasturbine 22 des zweiten Abgasturboladers 23 gelangen kann und diesen in Rotation versetzt. Über die Turbinenwelle 28 wird der Kompressor 24 von der Abgasturbine 22 in Rotation versetzt und komprimiert Frischgas. Das komprimierte Frischgas wird unmittelbar nach öffnen des Proportionalventils 30 über das kurzzeitig geöffnete Proportionalventil 34 an den Einlaß des Kompressors 24 rückgeführt, um ein rasches Hochlaufen des zweiten Abgasturboladers 23 auf eine Zieldrehzahl zu gewährleisten. Sobald die Zieldrehzahl für die Abgasturbine 22 und den Kompressor 24 erreicht ist, wird das Proportionalventil 34 wieder geschlossen und das Proportionalventil 32 wird geöffnet, so dass die komprimierte Frischluft an den Hubkolbenmotor 12 weitergeleitet werden kann. Diese Situation ist in der 2 dargestellt. Wird die von der Drehzahl des Hubkolbenmotors 12 und dem dadurch hervorgerufenen Abgasstrom abhängige Zieldrehzahl für die Abgasturbine 22 bei geöffnetem Proportionalventil 30 nicht erreicht, so kann dies durch den Drehzahlsensor 42 detektiert werden und die Motorsteuerung kann hieraus eine Fehlermeldung ableiten, sofern. eine ermittelte Drehzahldifferenz einen Schwellwert überschreitet. Analog kann eine Fehlermeldung erzeugt werden, wenn bei geschlossenem Proportionalventil 30 eine Drehzahl der Abgasturbine 22 vorliegt, die oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts liegt.
Bei der in 3 dargestellten dritten Ausführungsform einer Brennkraftmaschine 10c ist stromab des Kompressors 24 im Frischluftzweig des zweiten Abgasturboladers 23 ein Drucksensor 38 angeordnet. Die Brennkraftmaschine 10c befindet sich in einem Betriebszustand mit voller Last und großer Drehzahl. Beide Abgasturbolader 19, 23 werden für die Bereitstellung von Frischluft an den Hubkolbenmotor 12 genutzt. Eine Regelung des Frischluftstroms kann alternativ oder ergänzend durch die Verstellung der mit einer variablen Turbinengeometrie ausgestatteten ersten Abgasturbine 18 und/oder mit der Beeinflussung der Gasströme mittels der Proportionalventile 30, 32 und 34 erfolgen. Mit Hilfe des Drucksensors 38 kann der Druck des komprimierten Frischgases ermittelt werden, wodurch zumindest ein Rückschluß auf die Funktion aller Proportionalventile 30, 32 und 34 vorgenommen werden kann. Eine Abweichung eines Istdruckwerts von einem Soll druckwert am Drucksensor 38 kann darauf zurückzuführen sein, dass entweder eines oder auch mehrere der Proportionalventile 30, 32 und 34 nicht korrekt funktionieren und nicht die gewünschte Stellung erreicht haben, so dass im dargestellten Betriebszustand eine unerwünschte Drosselung von Gasströmen erfolgen würde.
Bei der in 4 dargestellten vierten Ausführungsform einer Brennkraftmaschine 10d ist stromab des Kompressors 24 im Frischluftzweig des zweiten Abgasturboladers 23 ein Luftmassensensor 40 angeordnet. Die Brennkraftmaschine 10d befindet sich in einem Übergangszustand zwischen voller Last und voller Drehzahl und einem Schubbetrieb bei hoher Drehzahl ohne Lastanforderung. Die Abgaszufuhr zur Abgasturbine 22 wird durch Verschließen des Proportionalventils 30 unterbrochen, ebenso wird die Förderung von Frischgas durch den Kompressor 24 durch Verschließen des Proportionalventils 32 unterbrochen. Um Druckstöße im Frischgaszweig zu vermindern, wird das Proportionalventil 34 kurzzeitig geöffnet, so dass das vom Kompressor 24 komprimierte Frischgas noch kurzzeitig an den Kompressor 24 zurückgeführt werden kann, bis dessen Drehzahl gegen Null geht; dieser Übergangszustand ist in der 4 dargestellt. Der Luftmassensensor 40 bestimmt den Frischluftvolumenstrom im Frischgaszweig stromab des Kompressors 24 und ermöglicht dadurch, insbesondere bei vollständiger Sperrung oder vollständiger Öffnung der Proportionalventile 30, 32 und 34, eine Überwachung des Frischgasvolumenstroms des Kompressors 24 und kann bei Abweichungen des Frischgasvolumenstroms von einem Sollwert eine Fehlermeldung hervorrufen.
Bei weiteren, nicht dargestellten Ausführungsformen von Brennkraftmaschinen können Kombinationen der vorstehend genannten Sensoren vorgesehen werden, um eine noch präzisere Bestimmung von Fehlfunktionen der Proportionalventile zu ermöglichen.

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine (10a, 10b, 10c, 10d) mit einer Abgasturboladeranordnung mit einem ersten Abgasturbolader (19) und wenigstens einem zweiten Abgasturbolader (23) und wenigstens einem in einem Frischluftzweig (14) oder einem Abgaszweig (16) angeordneten Abschaltventil (30, 32, 34), dadurch gekennzeichnet, dass zur Detektion einer Fehlfunktion des wenigstens einen Abschaltventils (30, 32, 34) Signale wenigstens einer der Abgasturboladeranordnung zugeordneten Komponente aus der Gruppe Luftmassensensor (40), Drehzahlsensor (42), Drucksensor (38), Temperatursensor (36) ausgewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signal eines stromab des zweiten Abgasturboladers (23) im Abgaszweig (16) angeordneten Temperatursensors (36) eine Fehlermeldung bewirkt, wenn eine vom Temperatursensor (36) gemessene Abgastemperatur a) bei gesperrtem Abschaltventil (30, 32, 34) einen vorgegebenen Temperaturwert überschreitet, und/oder b) bei geöffnetem Abschaltventil (30, 32, 34) einen vorgegebenen Temperaturwert unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signal eines am zweiten Abgasturbolader (23) angeordneten Drehzahlsensors (42) eine Fehlermeldung bewirkt, wenn eine vom Drehzahlsensor (42) gemessene Drehzahl a) bei gesperrtem Abschaltventil (30, 32, 34) einen vorgegebenen Wert überschreitet und/oder b) bei geöffnetem Abschaltventil (30, 32, 34) einen vorgegebenen Wert unterschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signal eines stromab des zweiten Abgasturboladers (23) in einem Frischluftzweig (14) angeordneten Drucksensors (38) eine Fehlermeldung bewirkt, wenn ein vom Drucksensor (38) gemessene Druck bei gesperrtem Abschaltventil (30, 32, 34) einen vorgegebenen Wert überschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signal eines stromab des zweiten Abgasturboladers (23) in einem Frischluftzweig (14) angeordneten Luftmassensensors (40) eine Fehlermeldung bewirkt, wenn eine vom Luftmassensensor (40) gemessene Luftmasse a) bei gesperrtem Abschaltventil (30, 32, 34) einen vorgegebenen Wert überschreitet und/oder b) bei geöffnetem Abschaltventil (30, 32, 34) einen vorgegebenen Wert unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung der Temperatur stromab des zweiten Abgasturboladers (23) im Abgaszweig (16) nach einer Zustandsänderung des Abschaltventils (30, 32, 34) erst nach Ablauf einer vorgebbaren Zeitdauer vorgenommen wird.
Brennkraftmaschine (10a, 10b, 10c, 10d) mit einem ersten Abgasturbolader (19) und wenigstens einem zweiten Abgasturbolader (23), der strömungstechnisch parallel zum ersten Abgasturbolader (19) geschaltet ist, wobei Kompressoren (20, 24) der Abgasturbolader (19, 23) jeweils in einem Frischluftzweig (14) eingekoppelt sind und Abgasturbinen (18, 22) der Abgasturbolader (19, 23) jeweils in einen Abgaszweig (23) eingekoppelt sind und in dem wenigstens einen Frischluftzweig (14) oder dem wenigstens einen Abgaszweig (16) wenigstens ein Abschaltventil (30, 32, 34) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einem der Abgasturbolader (19, 23) wenigstens eine zur Detektion einer Fehlfunktion des Abschaltventils (30, 32, 34) einsetzbare Komponente aus der Gruppe Luftmassensensor (40), Drehzahlsensor (42), Drucksensor (38), Temperatursensor (36) zugeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein, insbesondere der erste, Abgasturbolader (19, 23) eine variable Abgasturbinengeometrie aufweist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (36) im Abgaszweig stromab des zweiten Abgasturboladers (23) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftmassensensor (40) im Frischluftzweig (14) stromab des zweiten Abgasturboladers (23) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (38) im Frischluftzweig (14) stromab des zweiten Abgasturboladers (23) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlsensor (42) dem zweiten Abgasturbolader (23) zugeordnet ist.