SE526009C2 - Förfarande och anordning för reglering av laddningstrycket hos åtminstone två kompressorer till en förbränningsmotor - Google Patents

Description

j... ft f rn w,,_ V _; o; man: . , 0 ' 0 ' ' ° ' o o \..» -_,. J s.. . :n :Og 1,' 2 2, 2 'Ä I " .- 2 Särskilt fördelaktigt är det om som utgående storhet för de åtminstone två kompres- sorna väljs ett turbinvarvtal. På detta sätt säkerställes att turbinvarvtalet hos de åt- minstone två kompressorema är väsentligen lika och att en skada på en turbin till en kompressor på grund av mycket olika turbinvarvtal hos de åtminstone två kompres- sorema kan undvikas.

Det är även fördelaktigt om börvärdet för den utgående storheten korrigeras, utgå- ende från ett modellvärde i beroende av regleringsavvikelsen. På detta sätt är det möjligt att genomföra en íörreglering av börvärdet för den utgående storheten och att höja dynamiken hos laddningstrycksregleringen.

Särskilt fördelaktigt är det dessutom om modellvärdet anpassas i beroende av den genomförda korrigeringen. På detta sätt är det möjligt att åstadkomma en förbättring av förregleringen av börvärdet för den utgående storheten och därmed en ytterligare höjning av dynamiken hos laddningstrycksregleringen.

Ritning Ett utföringsexempel av uppfinningen visas på ritningen och förklaras närmare i ef- terfölj ande beskrivning.

Fig. 1 är ett blockschema av en förbränningsmotor med två avgasturboladdare och en laddningstrycksreglering, och Fig. 2 är ett blockschema av en anordning för laddningstrycksreglering enligt upp- finningen.

Beskrivning av utföringsexemplet F ig. l visas en förbränningsmotor 105 med två cylinderblock l och 2. Vartdera av dessa båda cylinderblock 1 och 2 är utrustat med varsin avgasturboladdare 3 resp. 4. o o nano 0 o 00000 o 0 ' ' . . ° . . , ' , , . o a oo Avgasturboladdaren 3 har en turbín 5 i avgaskanalen till det första cylinderblocket och en därmed hopkopplad kompressor 6 i insugningspartiet. På samma sätt är en turbin 7 till den andra avgasturboladdaren 4 anordnad i avgaskanalen till det andra cylinderblocket 2, och en därmed hopkopplad kompressor 8 är anordnad i insug- ningspartiet. Turbinerna 5 och 7 hos de båda turboladdarna 3 och 4 är på känt sätt vardera utrustad med varsin bypassventil 9 resp. 10. Via dessa bypassventiler 9 och finns det möjlighet att reglera det från vardera av avgasturboladdarna 3, 4 alstra- de laddningstrycket till ett önskat värde. Kompressorerna 6 och 8 till de båda re- spektive turboladdama 3 och 4 matar in laddningsluft till en gemensam insugnings- kanal 11, i vilken finns ett strypspjäll 12 och en lufttryckssensor 13 för mätning av ett laddningstrycksärvärde plär. I utloppet från strypspjället 12 förgrenar sig insug- ningskanalen 11 till de båda cylinderblocken 1 och 2. Den beskrivna anordningen är känd genom den redan inledningsvis nämnda DE-Cl-198 32 020. Därvid är dessut- om ett ställorgan 14 anordnat, t.ex. en taktventil, som samtidigt reglerar de båda by- passventilerna 9 och 10 till avgasturboladdarna 3 resp. 4. Laddningstrycket hos de ~ båda avgasturboladdarna 3 och 4 är i stället för med bypassventilerna 9 och 10 även reglerbara via geometrin hos turbinerna 5 resp. 6. Vid felfri funktion hos de båda av- gasturboladdama 3 och 4 är en första laddningstrycksregulator 17 förbunden med inloppet till ställorganet 14. Laddningstrycket hos de båda avgasturboladdarna 3 och 4 regleras i detta felfria fall således av en sluten reglerkrets med den första ladd- ningstrycksregulatorn 17, som exempelvis kan vara utformad som en PID-regulator.

Den första laddningstrycksregulatom 17 erhåller som ingående signal avvikelsen mellan det laddningstrycksärvärde plär, som uppmäts av lufttryckssensorn 13 och ett laddningstrycksbörvärde plbör, som fastställs av en börvärdesgivare 18. Börvärdes- givaren 18 är en karakteristik som beror av strypspjällets läge DK eller gaspedallä- get och motorvarvtalet N. I kopplingspunkten 19 fastställs avvikelsen mellan ladd- ningstrycksärvärdet plär och laddnings-trycksbörvärdet plbör.

Genom spridning mellan de båda bypassventilema 9 och 10 och olika tryckförhål- landen hos turbinema 5 och 7 uppträder en olikfonnig belastning på turbinerna 5 r* r~ f n W.

OI. Û grep J k, e, f' = :o I 0 0 OO OO 4 och 7. Detta kan få till foljd att en av turbinema uppnår ett turbinvarvtal, vid vilket den skadas.

Enligt fig. 2 visas nu i fonn av ett blockschema en anordning 100 enligt uppfinning- en for reglering av laddningstrycket hos de båda kompressorema 6, 8. Anordningen 100 är därvid uppdelad i ett första reglersteg 110 och ett andra reglersteg 115. I det forsta reglersteget 110 är en subtraherare 203 anordnad, som bildar en forsta diffe- rens Al ur bör-laddningstrycket plbör och är-laddningstrycket plär enligt folj ande: Al = plbör - plär.

Därvid fastställs bör-laddningstrycket plbör exempelvis på det föreskrivna sättet med hjälp av börvärdesgivaren 18 enligt fig. l. Är-laddningstrycket plär kan likaså mätas enligt det tidigare beskrivna sättet av lufitryckssensom 13 enligt fig. l. Den forsta differensen A1 avges till en andra laddningstrycksregulator 205. Den andra laddningstrycksregulatorn 205 alstrar ur den forsta differensen Al en korrigerings- signal dntus för turbinbörvarvtalet hos de båda avgasturboladdarna 3, 4. Korriger- ingssignalen dntus bildas därvid av den andra laddningstrycksregulatom 205 i syfte att minimera den forsta differensen Al och därmed laddningstrycksregleringsavvi- kelsen, varigenom laddningstrycksärvärdet plär kan närma sig laddningstryckbör- värdet plbör. En adderare 210 bildar ur korrigeringssignalen dntus ett turbinbör- varvtal ntus for de båda tubinernaS och 7, genom att den till korrigeringssignalen dntus adderar ett forreglerings-börvarvtal ntusvst. Turbinbörvarvtalet ntus är ett for de båda avgasturboladdama 3, 4 gemensamt börvärde for turbinvarvtalet som utgå- ende storhet hos de båda kompressorerna 6, 8. Förreglerings-börvarvtalet ntusvst utgör ett modellvärde for turbinvarvtal och beräknas i en karakteristik 208 i beroen- _ de av laddningstrycksbörvärdet plbör och andra storheter, som exempelvis ett bör- luftvolyrnflöde vlbör. Bör-luftvolymflödet vlbör kan dessutom på känt sätt beräknas ur ett temperatur- och tryckkorrigerat bör-luftmasseflöde, som beräknas av en i fig. 1 och 2 icke visad motorregulator med hjälp av ett exempelvis i beroende av forar- . o none n . . a a nu önskemål bildat utgående motorbörmoment och genom lämplig inställning av stryp- spjället 12.

Som en ytterligare storhet för beräkning av förreglerings-börvarvtalet ntusvst kan ' avgasmasseflödet hos de båda avgasturboladdarna 3, 4 användas.

Genom förreglering medelst förreglerings-börvarvtalet ntusvst är det möjligt att på- skynda regleringsförloppet för laddningstrycksregleringen och därmed höja dynami- ken hos densamma.

Enligt fig. 2 omfattar det första reglersteget 110 en subtraherare 203, en karakteri- stik 208, en andra laddningstrycksregulator 205 och en adderare 210. Utgångssig- nalen från adderaren 210 är som beskrivits turbinbörvarvtalet ntus och matas till ett andra reglersteg 115. Det andra reglersteget 115 omfattar en första del 214 för den första avgasturboladdaren 3 och en andra del 215 för den andra avgasturboladdaren 4. Turbinbörvarvtalet ntus avges i den första delen 214 till en subtraherare 212 och i den andra delen 215 till en subtraherare 213. 'lill subtraheraren 212 matas dessutom ett turbinärvarvtal ntuil för den första avgasturboladdaren 3, vilket exempelvis kan fastställas medelst en i fig. 1 icke visad mätanordning. Subtraheraren 212 bildar en andra differens A2 = ntus - ntuil. Den andra differensen A2 matas till en första varvtalsregulator 216 i den första delen 214. Subtraheraren 213 tillförs dessutom ett andra turbinärvarvtal ntui2 för den andra avgasturboladdaren 4, vilket likaså kan fastställas medelst en i fig. 1 icke visad mätanordning. Subtraheraren 213 bildar en tredje differens A3 = ntus - ntui2. Den tredje differensen A3 matas till en andra varvtalsregulator 217 i den andra delen 215 hos det andra reglersteget 115. I bero- ende av den andra differensen A2 avger den första varvtalsregulatom 216 en första Ä ställsignal S1 till ett första ställorgan 220. Det första ställorganet 220 är därvid by- passventilen 9 till den första avgasturboladdaren 3, varvid den första ställsignalen S1 som ställstorhet överför bypassventilens 9 öppningsgrad. Bypassventilens 9 öpp- ningsgrad förutbestäms därvid av den första varvtalsregulatorn 216 på så sätt att den andra differensen A2 och därmed varvtalsregleringsavvikelsen hos den första avgas- turboladdaren 3 minimeras eller regleras mot noll. På detta vis är det möjligt att in- reglera turbinvarvtalet ntus för den första avgasturboladdaren 3. På motsvarande sätt avger den andra varvtalsregulatorn 217 en andra ställsignal S2 till ett andra ställor- gan 221. Det andra ställorganet 221 är därvid bypassventilen 10 hos den andra av- gasturboladdaren 4. Ställstorheten för den andra ställsignalen S2 är bypassventilens öppnjngsgrad. Denna bildas i beroende av den tredje differensen A3 i den andra varvtalsregulatom 217 med målet att den tredje differensen A3 och dänned varvtals- regleringsavvikelsen hos den andra avgasturboladdaren 4 minimeras eller regleras mot noll. På detta sätt är det även för den andra avgasturboladdaren 4 möjligt att in- reglera turbinbörvarvtalet ntus.

Som utgångsstorhet för det första ställorganet 220 i den forsta delen 214 av det andra reglersteget 215 erhålles med utgångspunkt från den första ställsignalen S1 och den därmed förbundna öppningsgraden hos bypassventilen 9, det första turbin- ärvarvtalet ntuil. I utgången från det andra ställorganet 221 erhålles, på grund av den medelst den andra ställsignalen S2 bildade öppningsgraden hos bypassventilen , det andra turbinärvarvtalet ntui2. Med utgångspunkt från det första turbinär- varvtalet ntuil erhålles ett första del-laddningstrycksärvärde och med utgångspunkt från det andra turbinärvarvtalet ntui2 erhålles ett andra del-laddningstrycksärvärde.

Omvandlingen av de båda turbinärvarvtalen ntui 1, ntui2 till de respektive del-ladd- t ningstrycksäivärdena och deras överlagring på laddningstrycksärvärdet plär visas i block 222 i tig. 2. Block 222 beskriver luftsystemet hos förbränningsmaskinen 105, i vilken, i beroende av turbinärvarvtalen ntui 1 , ntui2 hos avgasturboladdama 3, 4, del-laddningstrycksärvärdena ställs in. De via varsin axel med tillhörande turbin 5 resp. 7 förbundna kompressorerna 6 och 8 komprimerar insugen luft som samman- p förs före strypspjället 12. På detta sätt inställs ärladdningstrycket plär som summan av de båda del-laddningstrycksärvärdena.

F' M _r\ fy f\ vrM--f x. 2:. 2'._- 7 En förbättring av förfarandet enligt uppfinningen är möjlig om med korrigeringssig- nalen dntus åstadkommes en anpassning av förregleringsbörvarvtalet ntusvst, som i fig. 2 visas genom avgivning av korrigeringssignalen dntus från den andra ladd- ningstrycksregulatorn 205 till karakteristiken 208. På detta sätt är det möjligt att be- stämma förregleringsbörvarvtalet ntusvst ännu noggrarmare för att åstadkomma det erfordrade laddningstrycksbörvärdet plbör så att laddningstrycksregleringen påskyn- das ytterligare och dynamiken hos laddningstrycksregleringen kan ökas ytterligare.

I stället för laddningstrycksbörvärdet plbör kan karakteristiken 208 även tillföras ett börvärde för ett kompressortrycksförhållande. Kompressortrycksförhållandet är där- vid förhållandet mellan trycket i den gemensamma insugningskanalen 11 före stryp- spjället 12 och trycket i strömningsriktningen före kompressorerna 6, 8 i luftsyste- met, som i fig. l är betecknat med hänvisningssiffran 300. Därvid kan börvärdet för kompressortrycksförhållandet likaså bestämmas ur en karakteristik i beroende av strypspjällsläget DK och motorvarvtalet N.

Enligt en alternativ utföringsform är det även möjligt att utesluta karakteristiken 20.8 och utforma den andra laddningstrycksregulatorn 215 på så sätt, att den själv avger turbinbörvarvtalet ntus i beroende av den första differensen Al i syfte att minimera den första differensen A1 eller reglera densarmna mot noll och därmed låta ladd- ningstrycksärvärdet plär närma sig laddningstrycksbörvärdet plbör.

Anordningen 100 åskådliggör en kaskadreglering, som i det första reglersteget 110 åstadkommer en för båda avgasturboladdarna 3, 4 gemensamt överordnad ladd- ningstrycksreglering och bestämmer turbinbörvarvtalet ntus som utgångsstorhet hos båda kompressorema 6, 8 för det efterföljande andra reglersteget 115 och därvaran- de varvtalsregulatorer 216, 217.

Utföringsexemplet har beskrivits med hjälp av en förbränningsmotor med två av- gasturboladdare. På motsvarande sätt kan även fler än två avgasturboladdare vara 0 coon o "Hr mn'- g c IQ . ° ' ' . ' , . . n Q o: anordnade, exempelvis om flera än tvâ cylinderblock föreligger eller avgasturbolad- dama är anordnade individuellt för varje cylinder. För varje avgasturboladdare ut- förs därvid i det andra reglersteget 115 en varvtalsreglering, som exempelvis har beskrivits med hjälp av den första delen 214 och den andra delen 215. Laddnings- trycken hos samtliga avgasturboladdare sammanförs sedan på beskrivet sätt i ström- ningsriktningen före strypspjället 12 i block 22 additivt till laddningstrycksärvärdet plär. “

Claims (10)

1. 0 15 20 Patentkrav .

2. Förfarande for reglering av laddningstrycket hos åtminstone två kompressorer (6, 8), särskilt avgasturboladdare till en forbränningsmotor, kännetecknat av att i ett forsta steg av laddningstrycksregleringen fastställs, i beroende av en regle- ringsavvikelse, ett börvärde (ntus) tor en utgående storhet hos de åtminstone två kompressorema (6, 8) i syfte att åstadkomma en minimering av regleringsavvi- kelsen och att i ett andra steg av laddningstrycksregleringen bildas, for varje kompressor (6, 8), i beroende av en differens mellan börvärdet (ntus) for den utgående storheten och ettiärvärde för den utgående storheten, en ställstorhet för inställning av börvärdet (ntus) for den utgående storheten. .

3. Förfarande enligt krav l, kännetecknat av att for bestämning av regleringsavvi- kelsen i det första steget bildas en differens mellan ett börladdningstryckvärde (plbör) och ett ärladdningstryckvärde (plär). , Förfarande enligt något av tidigare krav, kännetecknat av att som utgående storhet for de åtminstone två kompressorema väljs ett turbinvarvtal (ntu). .

4. Förfarande enligt något av de tidigare kraven, kännetecknat av att vid utform- ning av de åtminstone två kompressorerna (6, 8) som avgasturboladdare väljs, som ställstorhet, för vardera avgasturboladdaren, öppningsgraden hos en bypass- ventil. .

5. F örfarande enligt något av de tidigare kraven, kännetecknat av att börvärdet (ntus) for den utgående storheten korrigeras, med utgångspunkt från ett modell- värde (ntusvst), i beroende av regleringsavvikelsen. .

6. Förfarande enligt krav 5, kännetecknat av att modellvärdet beräknas i beroende av börladdningstrycket (plbör) och av ett börluftvolymflöde (vlbör). 0 c a u o n n 10 .

7. Förfarande enligt krav 5 eller 6, kännetecknat av att vid utfornming av de åt- minstone två kompressorerna (6, 8) som avgasturboladdare beräknas modellvär- det i beroende av avgasmassaflödet från de åtminstone två avgasturboladdama. .

8. Förfarande enligt något av krav 5-7, kännetecknat av att modellvärdet (ntusvst) anpassas i beroende av den genomförda korrigeringen. .

9. Anordning (100) för reglering av laddningstrycket hos åtminstone två kompres- 00 O 0000 000 0 0 0 0 00 bl 0! 0 0 0 0 I 0 000 0 0000 l 000 0 00 0 0 I I

10. I O O I I 00 00 00 0; 0000 10 0 I 0 0 0 0 0 sorer (6, 8), särskilt avgasturboladdare till en förbränningsmotor (105), känne- tecknad av att ett första reglersteg (110) föreligger, i vilket, i beroende av en re- gleringsavvikelse, ett börvärde (ntus) fastställs för en utgående storhet hos de åtminstone två kompressorema (6, 8) i syfte att åstadkomma en minimering av regleringsavvikelsen och att ett andra reglersteg (115) föreligger, i vilket, för varje kompressor (6, 8) bildas, i beroende av en differens mellan börvärdet (ntus) för den utgående storheten och ett ärvärde för den utgående storheten, en ställ- storhet för inställning av börvärdet (ntus) för den utgående storheten.