Bei einem Verdichter, insbesondere bei einem als Strömungsma- schine arbeitenden Verdichter, z. B. Abgasturbolader, ist der sinnvoll nutzbare Betriebsbereich bei kleinen Massen-bzw.

Volumenströmen durch das sogenannte"Verdichterpumpen"be- grenzt, bei dem im Verdichter eine Ablösung und Rückströmung der Luftströmung stattfindet. Mit dem Verdichterpumpen gehen ein Abfall des Ladedrucks sowie eine unerwünschte Geräusch- entwicklung einher. Insbesondere bei einer Anwendung des Ver- dichters im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine soll das Verdichterpumpen vermieden werden.

Aus der DE 100 07 669 AI ist ein Betriebsverfahren der ein- gangs genannten Art bekannt, bei dem eine das Verhalten des Verdichters beschreibende Zustandsgröße überwacht und für den Fall regelnd eingegriffen wird, dass die Zustandsgröße we- nigstens einen vorgegebenen oder vorgebbaren Grenzwert über- schreitet oder unterschreitet. Durch diese Maßnahmen kann der Verdichter in einem stabilen Arbeitsbereich knapp neben einer Pumpgrenze betrieben werden. Als zu betrachtende Zustandsgrö- ße können dabei Druck oder Temperatur sowohl stromauf als auch stromab des Verdichters ermittelt werden ; alternativ da- zu ist auch eine Betrachtung des Verdichtermassenstroms bzw.

Verdichtervolumenstroms möglich. Für eine Einrichtung, die das bekannte Verfahren ausführen kann, wird für die Überwa- chung der Zustandsgröße eine geeignete Messeinrichtung vorge- schlagen.

Aus der DE 36 23 696 Al ist ein Verdichter mit Einrichtungen zur Verhinderung des Pumpens bekannt, bei dem Messsensoren an Sollablösestellen angebracht sind, die im Hinblick auf eine Strömungsablösung besonders gefährdet und/oder geformt sind.

Diese Sollablösestellen können in Form von ganz oder teilwei- se stärker angestellten oder gewölbten Leitschaufeln oder Wandausbeulungen ausgebildet sein. Dadurch soll bei Annähe- rung des Verdichterbetriebs an die Pumpgrenze die Strömungs- grenzschicht zuerst an den Sollablösestellen abreißen. Dies kann durch die dort angeordneten Messsensoren erfaßt werden.

Eine entsprechende Regeleinrichtung kann dann geeignete Ge- genmaßnahmen ergreifen, bevor die Grenzschichtablösung an der gesamten Verdichterstufe auftritt. Das Verdichterpumpen kann somit vermieden werden. Die Ausbildung von Sollablösestellen im Verdichter ist mit einem erhöhten Aufwand verbunden, der zwar bei einem Verdichter eines Flugzeugtriebwerkes vertret- bar sein mag, jedoch für einen im Ansaugtrakt einer Brenn- kraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, angeordne- ten Verdichter nicht in Frage kommt.

Aus der DE 36 05 958 AI ist eine Vorrichtung zum Erfassen und Beheben von Ablöseschwingungen an Verdichterschaufeln be- kannt. Um mit einfachen Mitteln den Beginn des Verdichterpum- pens genau erfassen und rechtzeitig Gegenmaßnahmen einleiten zu können, wird dort als Sensor zur Feststellung des zum Ver- dichterpumpen führenden Betriebszustands des Verdichters ein in den Förderkanal eingesetzter, körperschallisoliert an ei- ner Kanalwand befestigter Schalldruckaufnehmer verwendet.

Dieser Schalldruckaufnehmer besteht vorzugsweise aus einem Mikrophon, das zur Aufnahme von akustischen Frequenzen im Förderfluid im Bereich von etwa 0, 1 Hz bis 1.000 Hz bei Schalldruckpegeln von 80 dB bis etwa 160 dB geeignet ist. Der Schalldruckaufnehmer bzw. das Mikrophon ist an einen Schall- diskriminator angeschlossen, der einen drehzahlgeregelten An- triebsmotor des Verdichters oder ein Bypass-Ventil für den vom Verdichter geförderten Massenstrom steuert. Die Anbrin- gung der verwendeten Schalldruckaufnehmer an geeigneten Stel- len innerhalb des Verdichters erfordert auch hier einen er- höhten Aufwand, der bei teuren Anlagen kaum ins Gewicht fällt. Die bekannte Vorrichtung ist daher in einen Verdichter einer Kraftwerksanlage integriert. Für eine Anwendung in ei- nem Verdichter, der zur Aufladung einer Brennkraftmaschine in deren Ansaugtrakt angeordnet wird, erscheint die bekannte Vorrichtung zu aufwendig.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Verdichter einen verbesserten Weg zur Vermeidung des Verdichterpumpens aufzuzeigen.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das Ver- halten des Verdichters mittels eines Ausgangssignals eines Luftströmungssensors zu überwachen, der im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine ohnehin vorhanden ist und zum ordnungsge- mäßen Betrieb der Brennkraftmaschine benötigt wird. Mit ande- ren Worten, die Erfindung greift auf einen bereits vorhande- nen Luftströmungssensor bzw. auf dessen Ausgangssignal zu, um das Verdichterverhalten zu überwachen. Die Erfindung nutzt dabei die Erkenntnis, dass das Ausgangssignal des Luftströ- mungssensors mit dem Luftmassenstrom bzw. mit dem Luftvolu- menstrom im Verdichter korreliert und somit eine das Verhal- ten des Verdichters beschreibende Zustandsgröße bildet. Da der Luftströmungssensor, in der Regel ein Luftmassenmesser in Form eines Heißfilmmessers, im Ansaugtrakt der Brennkraftma- schine ohnehin vorhanden ist, fallen bei der Integration der Erfindung kaum zusätzliche Kosten an, da lediglich das Aus- gangssignal des Luftströmungssensors an einer geeigneten Stelle abgegriffen werden muss. Die erfindungsgemäße Lösung ist daher besonders preiswert.

Es hat sich gezeigt, dass das Ausgangssignal des Luftströ- mungssensors ein charakteristisches Oszillationsverhalten zeigt, sobald Instabilitäten bei der Durchströmung des Ver- dichters auftreten. Beruhend auf dieser Erkenntnis werden bei einer bevorzugten Ausführungsform die Frequenz und/oder Amp- litude des Ausgangssignals überwacht.

Bei einer Weiterbildung erfolgt beim Überschreiten einer ers- ten Grenzamplitude ein anderer Eingriff als beim Überschrei- ten einer zweiten Grenzamplitude, die größer ist als die ers- te Grenzamplitude. Diese Weiterbildung beruht auf der Er- kenntnis, dass ein Vorstadium des Verdichterpumpens, nämlich das sogenannte Verdichterkreischen, ebenfalls durch Schwin- gungen im Ausgangssignal erkennbar ist, deren Amplitude je- doch geringer ist als bei den Schwingungen, die beim Verdich- terpumpen auftreten. Da sich das Verdichterkreischen im Un- terschied zum Verdichterpumpen nicht oder nur unwesentlich negativ auf den Ladedruck auswirkt, sondern lediglich eine unangenehme Geräuschentwicklung verursacht, sind beim Ver- dichterkreischen andere Gegenmaßnahmen zweckmäßig als beim Verdichterpumpen.

Zur Vermeidung des Verdichterpumpens bzw. des Verdichterkrei- schens kann das Betriebsverhalten des Verdichters zweckmäßig dadurch stabilisiert werden, dass beim Überschreiten des je- weiligen Grenzwerts in einen Regelkreis des Verdichters ein- gegriffen wird, derart, dass z. B. ein Soll-Ladedruck redu- ziert wird. Diese Maßnahme besticht durch ihre Einfachheit, da der an sich vorhandene Regelkreis des Verdichters unverän- dert genutzt werden kann. Die Veränderung des Sollwerts führt dann automatisch zu einer entsprechenden Änderung der vom Verdichter-Regelkreis beeinflußten Regelgrößen. Beispielswei- se besitzt ein Abgasturbolader an seiner Turbine eine ein- stellbare Turbinenleitschaufelgeometrie, die in Abhängigkeit des geforderten Ladedrucks vom Regelkreis eingestellt wird.

Durch die vorgeschlagene Beeinflussung des Soll-Ladedrucks ergibt sich dann über den Regelkreis automatisch eine geeig- nete Ansteuerung der Turbinenleitschaufeln.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nach- stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der je- weils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombi- nationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Be- schreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Bauteile beziehen.

Es zeigen, jeweils schematisch, Fig. 1 eine schaltplanartige Prinzipdarstellung eines Ver- dichters im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, Fig. 2 ein stark vereinfachtes Blockschaltbild einer Steue- rung zur Beeinflussung des Verdichterverhaltens.

Entsprechend Fig. 1 weist eine Brennkraftmaschine 1, z. B. ein Dieselmotor oder ein Benzinmotor, insbesondere eines Kraft- fahrzeuges, einen Ansaugtrakt 2 zur Frischluftzuführung und einen Abgastrakt 3 zur Abgasabführung auf. Im Ansaugtrakt 2 sind hintereinander ein Luftströmungssensor 4, ein Verdichter 5 eines Abgasturboladers 6 sowie ein Ladeluftkühler 7 ange- ordnet. Im Abgastrakt 3 ist eine Turbine 8 des Abgasturbola- ders 6 angeordnet, der ein Schalldämpfer 9 nachgeordnet ist.

Des Weiteren umfasst die Brennkraftmaschine 1 eine Abgasrück- führungseinrichtung 10 (AGR-Einrichtung 10), die über eine Abgasrückführungsleitung 11 (AGR-Leitung 11) Verbrennungsab- gase vom Abgastrakt 3 in den Ansaugtrakt 2 rückführt und dort stromab des Ladeluftkühlers 7 einleitet. Zum Einstellen der Abgasrückführungsrate (AGR-Rate) ist in der AGR-Leitung 11 ein Abgasrückführungsventil 12 (AGR-Ventil 12) angeordnet.

Außerdem weist die Brennkraftmaschine 1 eine Einspritzein- richtung 13 auf, die zur Einstellung der eingespritzten Kraftstoffmenge dient.

Ein Steuergerät 14 enthält eine Verdichtersteuereinheit 15, die z. B. eine Ladedruckregelung beinhalten kann, und/oder ei- ne Motorsteuereinheit 16. Zweckmäßigerweise ist die Verdich- tersteuereinheit 15 in die ohnehin vorhandene Motorsteuerein- heit 16 hardwaremäßig integriert bzw. softwaremäßig implemen- tiert. Dementsprechend können beide Steuereinheiten 15, 16 im selben Steuergerät 14 untergebracht sein.

Das Steuergerät 14 ist über eine erste Signalleitung 17 mit dem Luftströmungssensor 4 verbunden, so dass die vom Luft- strömungssensor 4 generierten Ausgangssignale dem Steuergerät 14 zur Verfügung stehen. Über eine zweite Signalleitung 18 ist das Steuergerät 14 mit einem Drucksensor 19 verbunden, der stromab des Verdichters 5 den Ladedruck P2 im Ansaugtrakt 2 mißt. Dementsprechend steht dem Steuergerät 14 auch ein Signalwert für den Ladedruck P2 zur Verfügung. Über eine ers- te Steuerleitung 20 ist das Steuergerät 14 mit einer Leit- schaufelstelleinrichtung 21 der Turbine 8 verbunden, mit de- ren Hilfe die nicht gezeigten Leitschaufeln der Turbine 8 hinsichtlich ihrer Anstellung gegenüber der Zuströmung ver- stellbar sind. Über eine zweite Steuerleitung 22 ist das Steuergerät mit dem AGR-Ventil 12 verbunden. Eine dritte Steuerleitung 23 verbindet das Steuergerät 14 mit der Ein- spritzeinrichtung 13.

Entsprechend Fig. 2 umfasst die Verdichtersteuereinheit 15 zusätzlich eine Auswerteeinheit 24 und eine Korrektureinheit 25, was durch eine geschweifte Klammer symbolisiert ist. Die Auswerteeinheit 24 erhält eingangsseitig verschiedene Signa- le, die mit unterschiedlichen Parametern bzw. Zustandsgrößen korrelieren. Eines der eingehenden Signale stammt vom Luft- strömungssensor 4, das im folgenden auch als HFM-Signal oder Ausgangssignal bezeichnet wird, da es sich beim Luftströ- mungssensor 4 vorzugsweise um einen sogenannten Heißfilmmes- ser handelt, der ein mit dem Luftmassenstrom und/oder Luftvo- lumenstrom im Ansaugtrakt korrelierendes Ausgangssignal (HFM- Signal) liefert. Dieses Ausgangssignal des Luftströmungssen- sors 4 wird dem Steuergerät 14 über die erste Signalleitung 17 zugeführt, wodurch es der Verdichtereinheit 15 und somit der Auswerteeinheit 24 zur Verfügung steht. Weitere der Aus- werteeinheit 24 zugeführte Signale können beispielsweise sein : eine Drehzahl n der Brennkraftmaschine 1, ein Druckver- hältnis P2/P1 zwischen Ladedruck P2 stromab des Verdichters 5 und Saugdruck P1 stromauf des Verdichters 5 sowie eine Ein- spritzmenge MI, mit welcher die Einspritzeinrichtung 13 die Brennkraftmaschine 1 momentan versorgt. Die Drehzahl n liegt dem Steuergerät 14 bzw. der Motorsteuereinrichtung 16 ohnehin vor, ebenso die Einspritzmenge MI. Das Druckverhältnis P2/P1 wird mit Hilfe des P2-Drucksensors 19 sowie eines nicht ge- zeigten P1-Drucksensors ermittelt, der stromauf des Verdich- ters 5 an den Ansaugtrakt 2 angeschlossen ist. In Abhängig- keit der eingehenden Signale generiert die Auswerteeinheit 24 wenigstens ein ausgehendes Signal, das an die Korrekturein- heit 25 weitergeleitet wird.

In der Korrektureinheit 25 werden in Abhängigkeit weiterer Parameter, wie z. B. Amplitude A, Haltezeit th und Abklinkver- halten z. B. entsprechend einem DT1-Übertragungsglied des je- weils verwendeten Regelglieds, Korrektursignale erzeugt, die bei einem Knoten 26 in einen Regelkreis 27 zur Regelung des Verdichters 51 eingeschleift werden. Vorzugsweise beeinflusst die Verdichtereinheit 15 den Sollladedruck P2-Soll und/oder das zur Betätigung der Leitschaufelstelleinrichtung 21 benö- tigte Tastverhältnis TV-ATL des Turboladers 6 und/oder das zur Ansteuerung des AGR-Ventils 12 benötigte Tastverhältnis TV-AGR des AGR-Ventils 12. Im Knoten 26 erfolgt die Verknüp- fung der eingehenden Steuergrößen mit den Korrekturgrößen der Korrektureinheit 25, wodurch entsprechende korrigierte Steu- erwerte gebildet werden : TV-AGRKorr, TV-ATLKorr und P2- SollKorr.

Die jeweiligen Korrekturgrößen können in der Korrektureinheit 25 parameterabhängig berechnet oder anhand von gespeicherten Kennfeldern ermittelt werden.

Erfindungsgemäß wird der Verdichter 5 vorzugsweise wie folgt betrieben : Im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 wird der Abgasturbolader 6 in Abhängigkeit der Betriebszustände der Brennkraftmaschine 1 betrieben. Je mehr Leistung die Brennkraftmaschine 1 abge- ben muss, desto höher ist der einzustellende Ladedruck P2.

Der Ladedruck P2 kann z. B. mit Hilfe der Leitschaufelstell- einrichtung 21 beeinflusst werden. Durch ein Schließen der Leitschaufeln wird der Staudruck stromauf der Turbine 8 er- höht, wodurch deren Antriebsleistung zunimmt, was zu einer Erhöhung des Ladedrucks P2 führt. Beim Öffnen der Leitschau- feln sinkt der Staudruck, so dass die abnehmende Turbinen- leistung den Ladedruck P2 reduziert.

Insbesondere bei relativ kleinen Drehzahlen der Brennkraftma- schine 1 kann bei zunehmendem Ladedruck P2 die Luftströmung im Verdichter 5 instabil werden. Dieser Zustand wird als Ver- dichterkreischen bezeichnet und ist eine Vorstufe des Ver- dichterpumpens, bei dem die Luftströmung im Verdichter ablöst und rückströmt.

Die Erfindung nutzt nun die Erkenntnis, dass das HFM-Signal, also das Ausgangssignal des Luftströmungssensors 4 mit dem Strömungsverhalten der Luftströmung im Verdichter 5 zumindest soweit korreliert, dass daran erkennbar ist, ob ein Verdich- terkreischen und/oder ein Verdichterpumpen vorliegt oder nicht. Während das HFM-Signal bei einer stabilen Durchströ- mung des Verdichters 5 quasi einen kontinuierlichen Verlauf zeigt, entsteht bei Auftreten des Verdichterkreischens ein oszillierendes Signal, das durch Frequenz und Amplitude cha- rakterisiert werden kann. Beim Übergang zum Verdichterpumpen steigt insbesondere die Amplitude des oszillierenden Aus- gangssignals deutlich an.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung überwacht die Ver- dichtersteuereinheit 15 den Verlauf des Ausgangssignals des Luftströmungssensors 4. Das Ausgangssignal des Luftströmungs- sensors 4 wird von der Motorsteuereinheit 16 ohnehin zum Be- trieb der Brennkraftmaschine 1 benötigt und liegt daher im Steuergerät 14 vor. Sobald dieses HFM-Signal bzw. Ausgangs- signal eine vorbestimmte Grenzamplitude und/oder eine vorbe- stimmte Grenzfrequenz übersteigt, geht die Verdichtersteuer- einheit 15 davon aus, dass ein Verdichterpumpen bzw. ein Ver- dichterkreischen beginnt. Zweckmäßig startet die Verdichter- steuereinrichtung 15 dann unverzüglich geeignete Gegenmaßnah- men.

Bei einer zweckmäßigen Weiterbildung leitet die Verdichter- steuereinheit 15 beim Verdichterkreischen andere Gegenmaßnah- men ein als beim Verdichterpumpen. Diese Ausführungsform be- ruht auf der Erkenntnis, dass im Unterschied zum Verdichter- pumpen beim Verdichterkreischen kein oder nur ein geringer Ladedruckabfall entsteht. Dementsprechend kann beim Verdich- terkreischen durch geeignete Gegenmaßnahmen gezielt die stö- rende Geräuschentwicklung bekämpft werden, möglichst ohne den Ladedruck P2 zu senken. Im Unterschied dazu soll mit Hilfe der zur Vermeidung bzw. zur Reduzierung des Verdichterpumpens durchgeführten Gegenmaßnahmen der Ladedruck P2 gesenkt wer- den, um die Strömung zu stabilisieren.

Die Ladedruckabsenkung erfolgt beispielsweise dadurch, dass die Verdichtersteuereinheit 15 in den durch den Ladedruck P2 geführten Regelkreis des Verdichters 5 eingreift und dort den einzustellenden Soll-Ladedruck reduziert. Diese Sollwertkor- rektur führt dann automatisch zu den geeigneten ladedrucksen- kenden Maßnahmen. Beispielsweise wird über den Verdichter- Regelkreis die Leitschaufelstelleinrichtung 21 der Turbine 8 angesteuert. Bei reduziertem Soll-Ladedruck wird die Leit- schaufelstelleinrichtung 21 vom Verdichterregelkreis in ent- sprechender Weise zum Öffnen der Leitschaufeln angesteuert.

Alternativ oder zusätzlich kann die Verdichtersteuereinheit 15 auch direkt die Leitschaufelstelleinrichtung 21 zum Öffnen der Leitschaufeln der Turbine 8 ansteuern. Üblicherweise wird die Leitschaufelstelleinrichtung 21 mit Hilfe eines pulswei- tenmodulierten Signals angesteuert. Das Takt-bzw. Tastver- hältnis dieses Signals kann zwischen 0 % und 100 % oder in einem anderen Prozent-Intervall variiert werden, wobei die Intervallgrenzen die Extremstellungen (maximal geöffnet bzw. maximal geschlossen) der Leitschaufeln einstellen. Zur Absen- kung des Ladedrucks P2 kann somit das Tastverhältnis der Leitschaufelstelleinrichtung 21 so verändert werden, dass sich der Staudruck stromauf der Turbine 8 reduziert, mit der Folge, dass über die reduzierte Turbinenleistung auch die Verdichterleistung und somit der erzielbare Ladedruck P2 ab- nehmen.

Zusätzlich oder alternativ kann die Verdichtersteuereinheit 15 zur Absenkung des Ladedrucks P2 durch eine entsprechende Variation des entsprechenden Tastverhältnisses das AGR-Ventil 12 zum Öffnen ansteuern. Durch den zunehmenden Öffnungsgrad des AGR-Ventils 12 kann mehr Abgas vom Abgastrakt 3 stromauf der Turbine 8 in den Ansaugtrakt 2 gelangen, wodurch der Staudruck stromauf der Turbine 8 abfällt. In der Konsequenz sinken dann die Turbinenleistung, die Verdichterleistung und der Ladedruck P2.

Eine weitere Maßnahme, die zusätzlich oder alternativ von der Verdichtersteuereinheit 15 veranlasst werden kann, wird darin gesehen, die Einspritzeinrichtung 13 zur Reduzierung der Ein- spritzmenge MI anzusteuern. Durch eine reduzierte Einspritz- menge wird der Druck im Abgas und somit der Staudruck strom- auf der Turbine 8 gesenkt, was wiederum zu einer Absenkung des Ladedrucks P2 führt.

Die genannten Gegenmaßnahmen sind zweckmäßig relativ kurzzei- tig wirksam, um die Rückwirkung auf den Betrieb der Brenn- kraftmaschine 1 möglichst klein zu halten.

Obwohl das dargestellte Ausführungsbeispiel den Verdichter 5 als Bestandteile eines Abgasturboladers 3 zeigt, ist die vor- liegende Erfindung nicht auf einen solchen Verdichter be- schränkt, sondern ist auch bei anderen Verdichtern, bei denen ein Pumpen bzw. Kreischen auftreten kann, nutzbar.