DE-102021200330-B4 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, Steuereinrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens und Brennkraftmaschine mit einer solchen Steuereinrichtung

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) mit mindestens zwei Abgasturboladern (7), wobei - einer ersten Brennraumgruppe (3.1) ein erster Abgasturbolader (7.1) zugeordnet ist, wobei - einer zweiten Brennraumgruppe (3.2) ein zweiter Abgasturbolader (7.2) zugeordnet ist, wobei - ein erster Verdichter (9.1) des ersten Abgasturboladers (7.1) und ein zweiter Verdichter (9.2) des zweiten Abgasturboladers (7.2) stromabwärts der Verdichter (9) strömungstechnisch miteinander verbunden sind, wobei - die erste Brennraumgruppe (3.1) einen ersten ersten Brennraum (5.1) und einen zweiten ersten Brennraum (5.2) aufweist, wobei - jedem Brennraum (5) der Mehrzahl von Brennräumen (5) mindestens ein Injektor zugeordnet ist, wobei - der erste erste Brennraum (5.1), insbesondere ein erster erster Injektor, auf einen Injektorausfall hin überwacht wird, wobei - mindestens ein erster Funktionsparameter des ersten Abgasturboladers (7.1) auf ein Verdichterpumpen hin überwacht wird, wobei - wenn ein Injektorausfall in dem ersten ersten Brennraum (5.1), insbesondere des ersten ersten Injektors, erkannt wird und zusätzlich der erste Funktionsparameter eine Verdichterpumpgrenze überschreitet, eine Kraftstoff-Einbringrate des zweiten ersten Brennraums (5.2) derart gewählt wird, dass ein Verdichterpumpen des ersten Abgasturboladers (7.1) vermieden wird.

Inventors

• Stefan Theis

Assignees

• Rolls-Royce Solutions GmbH

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20210114

Claims (14)

1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) mit mindestens zwei Abgasturboladern (7), wobei - einer ersten Brennraumgruppe (3.1) ein erster Abgasturbolader (7.1) zugeordnet ist, wobei - einer zweiten Brennraumgruppe (3.2) ein zweiter Abgasturbolader (7.2) zugeordnet ist, wobei - ein erster Verdichter (9.1) des ersten Abgasturboladers (7.1) und ein zweiter Verdichter (9.2) des zweiten Abgasturboladers (7.2) stromabwärts der Verdichter (9) strömungstechnisch miteinander verbunden sind, wobei - die erste Brennraumgruppe (3.1) einen ersten ersten Brennraum (5.1) und einen zweiten ersten Brennraum (5.2) aufweist, wobei - jedem Brennraum (5) der Mehrzahl von Brennräumen (5) mindestens ein Injektor zugeordnet ist, wobei - der erste erste Brennraum (5.1), insbesondere ein erster erster Injektor, auf einen Injektorausfall hin überwacht wird, wobei - mindestens ein erster Funktionsparameter des ersten Abgasturboladers (7.1) auf ein Verdichterpumpen hin überwacht wird, wobei - wenn ein Injektorausfall in dem ersten ersten Brennraum (5.1), insbesondere des ersten ersten Injektors, erkannt wird und zusätzlich der erste Funktionsparameter eine Verdichterpumpgrenze überschreitet, eine Kraftstoff-Einbringrate des zweiten ersten Brennraums (5.2) derart gewählt wird, dass ein Verdichterpumpen des ersten Abgasturboladers (7.1) vermieden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der erste erste Brennraum (5.1) fortlaufend auf einen Injektorausfall hin überwacht wird, wobei der erste Funktionsparameter des ersten Abgasturboladers (7.1) fortlaufend mit der Verdichterpumpgrenze verglichen wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei alle Brennräume (5), insbesondere alle Injektoren, auf ein Injektorausfall hin überwacht werden, wobei der erste Funktionsparameter aller Abgasturbolader (7) mit der Verdichterpumpgrenze verglichen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Funktionsparameter ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem Abgasdruck, einer Turbinenleistung und einer Verdichterleistung.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Verdichterpumpen erkannt wird, wenn der erste Funktionsparameter eine vorbestimmte Kennlinie, welche insbesondere als Verdichterpumpgrenze definiert ist, in einem Kennfeld überschreitet.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als das Kennfeld ein zweidimensionales Diagramm des ersten Funktionsparameters und eines Druckverhältnisses verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein zweiter Funktionsparameter, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Verbrennungsluftverhältnis, einer Abgastemperatur und einer Abgas-Schwärzung, ausgewertet wird.
8. Steuereinrichtung (11), eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
9. Brennkraftmaschine (1) mit - einer ersten Brennraumgruppe (3.1) und einer zweiten Brennraumgruppe (3.2), - einem ersten Abgasturbolader (7.1) und einen zweiten Abgasturbolader (7.2), und - einer Steuereinrichtung (11) nach Anspruch 8 , wobei - die erste Brennraumgruppe (3.1) und die zweite Brennraumgruppe (3.2) jeweils mindestens zwei Brennräume (5) aufweisen, wobei - der ersten Brennraumgruppe (3.1) der erste Abgasturbolader (7.1) zugeordnet ist, wobei - der zweiten Brennraumgruppe (3.2) der zweite Abgasturbolader (7.2) zugeordnet ist, wobei - ein erster Verdichter (9.1) des ersten Abgasturboladers (7.1) und ein zweiter Verdichter (9.2) des zweiten Abgasturboladers (7.2) stromabwärts der Verdichter (9) strömungstechnisch miteinander verbunden sind.
10. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 9 , wobei alle Verdichter (9) über einen Ladeluftkühler (13) stromabwärts der Verdichter (9) strömungstechnisch miteinander verbunden sind.
11. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 9 oder Anspruch 10 , mit - der ersten Brennraumgruppe (3.1), der zweiten Brennraumgruppe (3.2), einer dritten Brennraumgruppe (3.3) und einer vierten Brennraumgruppe (3.4), - dem ersten Abgasturbolader (7.1), dem zweiten Abgasturbolader (7.2), einem dritten Abgasturbolader (7.3) und einem vierten Abgasturbolader (7.4), wobei - der ersten Brennraumgruppe (3.1) der erste Abgasturbolader (7.1) zugeordnet ist, wobei - der zweiten Brennraumgruppe (3.2) der zweite Abgasturbolader (7.2) zugeordnet ist, wobei - der dritten Brennraumgruppe (3.3) der dritte Abgasturbolader (7.3) zugeordnet ist, wobei - der vierten Brennraumgruppe (3.4) der vierte Abgasturbolader (7.4) zugeordnet ist, wobei - der erster Verdichter (9.1) des ersten Abgasturboladers (7.1), der zweiter Verdichter (9.2) des zweiten Abgasturboladers (7.2), ein dritter Verdichter (9.3) des dritten Abgasturboladers (7.3) und ein vierter Verdichter (9.4) des vierten Abgasturboladers (7.4) stromabwärts der Verdichter (9) strömungstechnisch miteinander verbunden sind, wobei - ein erster Abgaspfad (17.1) der ersten Brennraumgruppe (3.1) und ein dritter Abgaspfad (17.3) der dritten Brennraumgruppe (3.3) miteinander strömungstechnisch verbunden sind, wobei - ein zweiter Abgaspfad (17.2) der zweiten Brennraumgruppe (3.2) und ein vierter Abgaspfad (17.4) der vierten Brennraumgruppe (3.4) miteinander strömungstechnisch verbunden sind.
12. Brennkraftmaschinen (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11 mit mindestens einer Fluidverbindung (21), welche den ersten Abgaspfad (17.1) der ersten Brennraumgruppe (3.1) mit dem zweiten Abgaspfad (17.2) der zweiten Brennraumgruppe (3.2) und/oder den dritten Abgaspfad (17.3) der dritten Brennraumgruppe (3.3) mit dem vierten Abgaspfad (17.4) der vierten Brennraumgruppe (3.4) strömungstechnisch verbindet.
13. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 12 , wobei die Fluidverbindung (21) ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer O-förmigen Abgasquerverbindung (27), einer U-förmigen Abgasquerverbindung (23), und einer H-förmigen Abgasquerverbindung (25).
14. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 13 , wobei mindestens einem Abgasturbolader (7) ein Luftfilter (15), welcher insbesondere stromaufwärts des Verdichters (9) des mindestens einen Abgasturboladers (7) angeordnet ist, zugeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Abgasturboladern, eine Steuereinrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens und eine Brennkraftmaschine mit einer solchen Steuereinrichtung. Bei einem Betrieb einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Abgasturboladern kann es in Abhängigkeit von einem Lastpunkt, einem Motortyp und den vorherrschenden Randbedingungen zu einem Verdichterpumpen von mindestens einem Abgasturbolader der mindestens zwei Abgasturbolader kommen. Dabei strömt heiße Luft pulsierend durch den Verdichter des mindestens einen Abgasturboladers zurück und erhitzt bzw. entzündet gegebenenfalls Filtermaterial eines vorgeschalteten Luftfilters. Eine Ursache für das Verdichterpumpen ist eine fehlende Leistung einer Turbine des mindestens einen Abgasturboladers, welche durch einen Ausfall eines der Turbine zugeordneten Brennraums der Brennkraftmaschine bewirkt wird. Bisher wird die Brennkraftmaschine bei einem Ausfall eines Brennraums unverändert weiter betrieben, und möglicherweise auftretende Schäden, insbesondere eine Entzündung eines Luftfilters, und ein damit verbundener Ausfall der Brennkraftmaschine werden in Kauf genommen. In der japanischen Patentanmeldung JP H11-350 966 A wird ein Verfahren zur Stabilisierung einer aufgeladenen Brennkraftmaschine offenbart. Dabei wird ein einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnetes direkt einspritzendes Kraftstoffeinspritzventil und eine Aufladevorrichtung der Brennkraftmaschine überwacht. Falls ein Fehler des Kraftstoffeinspritzventils festgestellt wird, wird ein Soll-Ladedruck reduziert. Zusätzlich wird die Einspritzung des Kraftstoffes anstatt mittels des direkt einspritzenden Kraftstoffeinspritzventils mittels eines Saugrohr-Injektors durchgeführt. Damit wird eine homogene Verbrennung sichergestellt. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass ein Verdichter der Aufladevorrichtung nicht hinsichtlich eines Verdichterpumpens überwacht wird. Damit ist das Verfahren nicht dafür ausgelegt, das Verdichterpumpen der Aufladevorrichtung zu vermeiden. In der deutschen Veröffentlichung DE 11 2008 001 300 T5 wird ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors mit einem Turbolader zum Antreiben eines Kraftfahrzeuges offenbart. Der Turbolader weist einen Verdichter auf, und der Motor weist ferner einen Pfad zum Rezirkulieren von Abgas zum Motor auf. Weiterhin ist die Menge an rezirkuliertem Abgas durch ein EGR-Ventil steuerbar, das durch eine Steuerungseinheit steuerbar ist. Bei dem Verfahren wird eine negative Kraftstoffrate erfasst, die einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Falls dies der Fall ist, wird der Verbrennungsmotor in einem Modus betrieben, bei dem das EGR-Ventil in eine weiter geöffnete Stellung gesteuert wird und die variable Turbinengeometrie in eine Stellung gesteuert wird, in der sie im Wesentlichen eine maximale Turbinendrehzahl erzeugt. Die deutsche Offenlegungsschrift DE 102 37 416 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Verdichters im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine. Dabei wird eine das Verhalten des Verdichters beschreibende Zustandsgröße überwacht. Für den Fall, dass die Zustandsgröße wenigstens einen vorgegebenen oder vorgebbaren Grenzwert überschreitet oder unterschreitet, wird regelnd und/oder steuernd eingegriffen, insbesondere wird eine Einspritzmenge reduziert. Als Zustandsgröße wird ein für die Regelung und/oder Steuerung der Brennkraftmaschine erzeugtes Ausgangssignal eines im Ansaugtrakt angeordneten Luftströmungssensors verwendet. Die US-amerikanische Patentanmeldung US 2019 / 0 093 586 A1 offenbart eine Motorsteuervorrichtung, die einen Motor mit einem Turbolader, einem Wastegate-Ventil, einem Luft-Bypass-Ventil und einem Hochdruckkraftstoffsystem steuert. Die Motorsteuervorrichtung umfasst eine Luft-Bypass-Ventil-Steuereinheit und eine Anomalie-Erkennungseinheit. Die Luft-Bypass-Ventil-Steuereinheit steuert das Luft-Bypass-Ventil. Die Anomalie-Erkennungseinheit erfasst eine Anomalie im Hochdruckkraftstoffsystem. Die Luft-Bypass-Ventil-Steuereinheit erhöht einen Öffnungsgrad des Luft-Bypass-Ventils in Übereinstimmung mit der Erkennung der Anomalie durch die Anomalie-Erkennungseinheit. In der US-amerikanischen Patentanmeldung US 2007 / 0 095 063 A1 wird ein Verfahren zum Verhindern eines Pumpereignisses in einem Motorsystem, das einen Turbolader und einen Dieselmotor umfasst, der bei mehreren diskreten Drehzahlen betrieben werden kann, offenbart. Dabei wird ein Betriebsparameter des Motorsystems erfasst, der eine Pumpgrenze bestimmt. Weiterhin wird bestimmt, ob eine Änderung des erfassten Betriebsparameters zu einer Überschreitung der Pumpgrenze führen kann. Zusätzlich wird eine Betriebseingabe in das Motorsystem gesteuert, um das Auftreten des Pumpereignisses zu verhindern. Die US-amerikanische Patentanmeldung US 2020 / 0 240 424 A1 offenbart ein Fahrzeug mit einem Motorsystem, das ein erwartetes Verdichterpumpen erkennen kann, während der Ve