BRPI0811256B1

BRPI0811256B1 - Método e sistema para controlar um motor vtg de combistão interna

Info

Publication number: BRPI0811256B1
Application number: BRPI0811256-8A
Authority: BR
Inventors: Fredrik Swartling; Mikael Hansson; Mikael Persson; Mats Jennische
Original assignee: Scania Cv Ab
Priority date: 2007-05-16
Filing date: 2008-05-06
Publication date: 2020-09-15
Also published as: US8423260B2; RU2426896C1; US20100198479A1; SE532264C2; DE112008001317T5; BRPI0811256A2; DE112008001317B4; WO2008140402A1; SE0701206L; RU2009146548A

Abstract

método para controlar um motor vtg. ao controlar um motor possuindo uma geometria de turbina variável (vtg) a vtg e fechada por algum período de tempo previsto antes de uma mudança de marcha superior ser desempenhada. isto é vantajoso porque quando a mudança de marcha começa a ruptura do motor já este maximizada e toda a ruptura de motor pode ser obtida durante a operação inteira de mudança de marcha.

Description

CAMPO DA TÉCNICA

A presente invenção refere-se a um método e um sistema para controlar um motor de combustão para a propulsão de um veículo automóvel. Em particular, a presente invenção refere-se a um método e equipamentos para controlar um veículo automóvel equipado com um motor empregando Tecnologia de Geometria de Turbina Variável (VTG).

FUNDAMENTO

Um motor utilizado em caminhões pode ser provido com uma Geometria de Turbina Variável (VTG) também denominada Turbocompressor de Geometria Variável ou Turbina de Geometria Variável (VGT). Uma razão para empregar a tecnologia VTG é que ela facilita a execução de exigências de emissão para motores a diesel i.a.

Como é o caso, em todas as mudanças de marcha existe um desejo de minimizar o tempo requerido para realizar a mudança de marcha. Isto é porque durante a mudança de marcha não deveria haver qualquer torção na linha de unidade. A mudança de marcha está também descrita no pedido de patente internacional possuindo o número de publicação internacional WO 03/018974. Adicionalmente, na Patente US No. 6,089,018 está descrito um método de controlar uma VTG durante a mudança de marcha.

Por conseguinte, existe uma necessidade por um método e um sistema que seja capaz de prover uma mudança de marcha rápida.

SUMÁRIO

É um objeto da presente invenção prover um método e um sistema que seja capaz de prover uma mudança de marcha rápida.

É um outro objeto da presente invenção prover um método e um sistema que seja capaz de prover um retardo rápido da velocidade do motor durante a mudança de marcha.

Estes objetos e outros são obtidos através do método, sistema e produto de programa de computação como definido nas reivindicações em anexo. Desse modo, fechando a VTG em uma posição máxima fechada aceitável e mantendo a VTG em tal posição durante a mudança de marcha permitirá um rápido retardo da velocidade do motor.

A fim de obter uma rápida desaceleração da velocidade do motor quando deslocando para cima, a VTG pode ser ajustada para agir como um dispositivo de ruptura do motor. Por conseguinte, criando uma alta pressão de gás de escape a montante a turbina VTG que pressiona irá aumentar a perda de bombeamento do motor, por conseguinte serve para desacelerar a velocidade do motor. Em tal operação, quanto mais fechada a VTG, mais perda da bomba terá que ser superada pelo motor e como um resultado a velocidade do motor irá desacelerar rapidamente. Portanto, a VTG pode sustentar apenas um certo salto de pressão. Por conseguinte, a diferença de pressão sobre a VTG pode não ser permitida para exceder um valor inerente específico para cada tipo de VTG.

Conhecendo a diferença de pressão máxima permitida sobre a VTG e controlando a VTG para ser fechada o quanto possível sem exceder a pressão máxima permitida, a VTG irá agir para desacelerar a velocidade do motor tão rapidamente quanto possível sem arriscar a VTG. O resultado de tal estratégica de controle é uma desaceleração muito rápida da velocidade do motor e como uma conseqüência a mudança de marcha pode ser feita mais rapidamente.

Em uma modalidade, a VTG é fechada por algum período de tempo antes de uma mudança de marcha ser desempenhada com base em uma predição de uma mudança de marcha superior futura. Isto é vantajoso porque quando a mudança de marcha inicia a ruptura do motor já está maximizada e a ruptura total do motor pode ser obtida durante a operação inteira de mudança de marcha.

Em uma modalidade, a ruptura máxima de VTG é obtida controlando a pressão de gás de escape para um valor máximo de pressão permitido sem arriscar a Geometria de Turbina Variável. Isto é vantajoso porque permite para um controle robusto da VTG que não depende de um modelo. Isto pode ser vantajoso em algumas circunstâncias.

Em uma modalidade, o sistema de controle é adaptado para determinar a área de fluxo eficaz para a Geometria de Turbina Variável, e para determinar a posição máxima fechada permitida para a Geometria de Turbina Variável a partir da área de fluxo eficaz da Geometria de Turbina Variável. Pelo presente, um cálculo rápido da posição de VTG ótima pode ser obtido como o método de controle pode ser feito rápido e preciso.

Em uma modalidade, o sistema de controle possui acesso a um mapa armazenado das posições de Geometria de Turbina Variável para diferentes áreas de fluxo eficazes por meio da qual a posição máxima da Geometria de Turbina Variável fechada pode ser diretamente determinada para ser a posição correspondente à área de fluxo eficaz do mapa, mesmo que acelere ainda mais o tempo requerido para encontrar a posição de VTG ótima.

Em uma modalidade, o sistema de controle é adaptado para atualizar repetidamente a posição máxima fechada permitida para a Geometria de Turbina Variável durante a mudança de marcha. Pelo presente, é assegurado que a posição fechada ótima é aplicada para o período de tempo inteiro quando a mudança de marcha estiver em progresso. Também, é assegurado que a VTG é fechada em uma posição onde a VTG não esteja em perigo.

Em outra modalidade, as propriedades de ruptura de motor de uma VTG são com-binadas com um dispositivo de ruptura de motor de gás de escape convencional, tal como uma ruptura de escape localizada a jusante da turbina.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

A presente invenção irá agora descrever em mais detalhes por meio de exemplos não-limitantes e com referência aos desenhos que acompanham, nos quais:

A Figura 1a é uma vista parcial geral de uma linha de unidade compreendendo um motor incluindo um turbocompressor com VTG,

A Figura 1b é uma vista ilustrando o fluxo de gás de escape do motor na Figura 1a em mais detalhes,

A Figura 2 é um fluxograma ilustrando as etapas desempenhadas quando controla um motor com VTG utilizado para propulsão de um veículo automóvel de acordo com uma primeira modalidade, e

A Figura 3 é um fluxograma ilustrando as etapas desempenhadas quando controla um motor VTG utilizado para propulsão de um veículo automóvel de acordo com uma segunda modalidade.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Na Figura 1 partes selecionadas de uma linha de unidade 100 de um veículo automóvel 10 estão esquematicamente descritas. A linha de unidade descrita na Figura 1 pode, por exemplo, ser designada para ser parte de um caminhão ou qualquer outro veículo pesado tal como um ônibus ou os similares. A linha de unidade 100 compreende um motor 101, por exemplo, na forma de um motor a diesel. O motor 101 compreende um turbocompressor dirigido por uma turbina possuindo uma Geometria de Turbina Variável VTG 103. O motor é ainda conectado a uma caixa de marcha, por exemplo, uma caixa de marcha adaptada para mudança automática de marcha. O veículo 10 pode também ser provido com uma ruptura de escape como está mostrado na Figura 1b.

O motor 101 e a caixa de marcha 105 são controlados por pelo menos uma unidade de controle 107, tal como uma unidade de controle eletrônico (ECU). A unidade de controle é adaptada para receber sinais de sensor provenientes de diferentes partes do veículo, incluindo, mas não limitado a, sinais utilizados para controlar a caixa de Box e o motor. A unidade de controle 107 é também para prover sinais de controle para partes e componentes diferentes do veículo tal como, por exemplo, o motor e a caixa de marcha.

O controle das partes e componentes diferentes do veículo é governado através de instruções pré-programadas armazenadas na unidade de controle. As instruções pré- programadas são tipicamente na forma de um programa de computador executado pela unidade de controle. Trocando as instruções, o veículo pode ser feito para se comportar diferentemente em uma situação específica. Tipicamente, as instruções programadas do computador são providas na forma de um produto de programa de computador armazenado 110 em um meio de armazenamento digital legível 108, tal como cartão de memória, uma Memória Somente para Leitura (ROM), uma Memória de Acesso Aleatório (RAM), uma EPROM, uma EEPROM ou uma memória flash.

Na Figura 1b o fluxo de gás de escape do motor descrito na Figura 1a é mostrado em mais detalhes, onde as setas indicam a direção do fluxo de gás de escape. Desse modo, a jusante do motor é localizada a VTG 103. A montante da VTG, por exemplo, no início do sistema de gás de escape, é localizado um primeiro sensor de pressão 115. Um segundo sensor de pressão 116 é localizado a jusante da VTG 103. Além disso, pode existir uma ruptura do gás de escape 117 provida adicionalmente a jusante do segundo sensor de pressão 116.

Na Figura 2, é mostrado um fluxograma ilustrando algumas etapas de procedimento desempenhadas quando controla um motor com VTG de um veículo automóvel de acordo com uma modalidade da presente invenção. Desse modo, em uma primeira etapa 201, a unidade de controle calcula a posição máxima fechada permitida para a VTG utilizando as leituras atuais provenientes dos sensores de pressão antes e depois da VTG.

A pressão a jusante da turbina pode também ser aproximada à pressão externa ou, por exemplo, utilizando o modelo abaixo para o salto da pressão no sistema de escape.

A posição VTG fechada pode, por exemplo, ser calculada utilizando os seguintes cálculos de predição:

resolver a equação (1) para A dá Acomo uma função das seguintes variáveis.

Utilizando os valores de referência para os valores de pressão, e valores medidos para fluxo de massa e temperatura de gás de escape, a equação (3) dá a área de fluxo eficaz para a VTG que corresponde ao salto de pressão desejado sobre a turbina. Uma vez que a área de fluxo eficaz é uma função da posição de VTG, as posições de VTG que correspondem a uma certa área de fluxo eficaz são armazenadas em um mapa (f2) na ECU. Posição de VTG =

Descrição de variáveis mt = fluxo de massa através da turbina At = turbina da área de fluxo eficaz Ar = área secional cruzada de percurso do fluxo Cd = coeficiente de fluxo Kres = parâmetro de modelo turbinável Tem = temperatura de gás de escape Patm = pressão atmosférica Pat = pressão após turbina Pbt = pressão antes da turbina Cp = Capacidade de aquecimento específico à pressão constante Cv = Capacidade de aquecimento específico a volume constante R = Gás constante ideal

Os cálculos desempenhados na etapa 201 são continuamente renovados para que a unidade de controle em todos os tempos possua acesso a um valor previsto atualizado para a posição de VTG. Quando uma mudança de marcha é para ser desempenhada e a marcha atual for desengatada é desejado reduzir rapidamente a velocidade do motor para uma velocidade sincronizada com a próxima marcha após a qual a próxima marcha pode ser engajada. Uma alta pressão do gás de escape irá contribuir para reduzir a velocidade do motor mais rapidamente e, por conseguinte reduzir o tempo necessário para aguardar após a próxima marcha poder ser engajada. Portanto, é benéfico aplicar uma alta pressão de gás de escape quando uma mudança de marcha estiver para ocorrer.

Desse modo, quando uma mudança de marcha for iniciada em uma segunda etapa 203 este evento é sinalizado para a unidade de controle. O sinal pode, por exemplo, ser um sinal de acionamento proveniente de outra unidade de controle controlando a caixa de marcha, que ao iniciar uma mudança de marcha também sinaliza à unidade de controle controlando a posição de VTG. A unidade de controle possui acesso ao dado referente à posição máxima atual de VTG fechada e pode emitir um sinal de controle ajustando a VTG à posição correspondente, portanto maximizando a pressão de gás de escape em uma terceira etapa 205. Por isso, o procedimento verifica se a mudança de marcha foi completa em uma quarta etapa 207. Caso a mudança de marcha tenha sido completada o procedimento finaliza em uma quinta etapa 209 e o controle da VTG é desempenhado de acordo com qualquer que seja a estratégia de controle a unidade de controle é programada para funcionar.

Se, por outro lado, a mudança de marcha não tiver sido completada na etapa 207, o procedimento continua em uma sexta etapa 211, onde os cálculos de VTG, como descritos acima, são atualizados para que a VTG possa continuar a ser controlada para uma posição máxima fechada. O procedimento então retorna à etapa 205 onde a VTG é novamente ajustada a uma posição correspondente ao resultado dos cálculos de VTG.

Na Figura 3 um fluxograma ilustrando algumas etapas de procedimentos desempe-nhados é mostrado quando controlando a VTG de um veículo, de acordo com outra modalidade da presente invenção.

Devido a isto, é desejado que a pressão de gás de escape seja tão alta quanto possível durante a fase de mudança de marcha e a construção de uma alta pressão de gás de escape leva tempo, pode ser vantajoso começar a construção de uma alta pressão de gás de escape antes da mudança de marcha atual ser iniciada. Tal procedimento de controle é mostrado na Figura 3.

Desse modo, primeiro em uma primeira etapa 301, a unidade de controle calcula a posição máxima fechada permitida para a VTG utilizando a leitura atual proveniente dos sensores de pressão a montante e a jusante da VTG. A pressão após a turbina pode também ser aproximada à pressão externa ou alguma outra aproximação.

A posição de VTG fechada pode, por exemplo, ser calculada utilizando os cálculos como definido acima em conjunto com a Figura 2. Os cálculos desempenhados na etapa 301 são continuamente renovados para que a unidade de controle em todos os tempos tenha acesso a um valor previsto atualizado para a posição de VTG fechada. Quando uma mudança de marcha está para ser desempenhada e a marcha atual for desengatada é desejado reduzir rapidamente a velocidade do motor para uma velocidade sincronizada com a próxima marcha após a qual a próxima marcha pode ser engajada. Uma alta pressão do gás de escape irá contribuir para reduzir a velocidade do motor mais rápido e, por conseguinte reduzir o tempo necessário para aguardar antes da próxima marcha poder ser engajada. Portanto, é benéfico aplicar uma alta pressão exatamente antes de uma mudança de marcha ocorrer para que uma alta pressão de gás de escape poder ser gerada e aplicada imediatamente quando uma mudança de marcha começar.

Desse modo, um evento fazendo isso de modo que uma mudança de marcha aconteça no futuro próximo ocorre em uma segunda etapa 303, a unidade de controle possui acesso aos dados referentes à posição máxima de VTG fechada e pode emitir um sinal de controle ajustando a VTG para a posição correspondente pelo presente maximizando a pressão de gás de escape em uma terceira etapa 305. Em outra modalidade, ao invés de abrir o controle da posição de VTG, um controle de malha fechada da pressão de gás de escape pode ser empregado. Por conseguinte, ao invés de fechar a VTG para a posição prevista, a pressão de gás de escape é controlada para uma pressão máxima na qual a VTG é estimada para sustentar sem sofrer qualquer prejuízo a fim de assegurar que a VTG não está prejudicada.

O evento de acionamento do fechamento da VTG pode, por exemplo, ser uma de- manda de torção reduzida ou qualquer outro evento sinalizando que uma mudança de marcha está provável a ocorrer no futuro próximo.

Por isso, o procedimento verifica se a mudança de marcha foi completada em uma quarta etapa 307. Também, se o fechamento da VTG foi acionado e nenhuma mudança de marcha foi desempenhada na etapa 307 também tempos em tempos entre o evento de aci-onamento e a iniciação da mudança da marcha atual. Se não existe mudança de marcha para algum período de tempo predeterminado um temporizador na etapa 307 entra em tempo de espera. Se a mudança de marcha tiver sido completada ou o temporizador na etapa 307 entrar em tempo de espera, o procedimento finaliza em uma quinta etapa 309 e o controle da VTG é desempenhado de acordo com qualquer que seja a estratégia de controle, a unidade de controle está programada para executar.

Se, por outro lado, a mudança de marcha não tiver sido completada e o temporizador não entrou em tempo de espera na etapa 307, o procedimento continua para a etapa 311, onde os cálculos de VTG como descrito acima são atualizados para que a VTG continue a ser controlada à posição máxima de VTG fechada. O procedimento então retorna à etapa 305 onde a VTG é novamente ajustada para uma posição correspondente ao resultado dos cálculos de VTG.

Adicionalmente, devido a isso é provável que a demanda de potência proveniente do motor seja alta após completar uma mudança de marcha, manter a pressão de gás de escape alta por algum período de tempo após a conclusão de uma mudança de marcha pode ser vantajoso.

Desse modo, manter a VTG fechada por algum tempo após completar a mudança de marcha irá manter uma alta pressão de gás de escape antes da turbina que pode ser utilizada para potencializar o turbocompressor e por meio desse aumentar a potência gerada pelo motor imediatamente após uma mudança de marcha.

Os métodos para prover o retardo rápido do motor em conjunto com uma mudança de marcha, como descrito aqui, pode também ser combinado com uma ruptura de escape convencional se este acontecer para ser vantajoso em alguma aplicação.

Utilizando a VTG para obter um retardo rápido da velocidade do motor é vantajoso para um número de razões diferentes. Existe, por exemplo, menor ruído associado à construção de uma alta pressão de gás de escape. A VTG é ainda relativamente fácil de controlar. Além disso, uma alta pressão de gás de escape antes da turbina permite uma alta potência ao turbocompressor.

Claims

1. Método para controlar um motor de combustão interna (100) tendo um tur-bocompressor compreendendo uma geometria de turbina variável (103) potencializando um veículo automóvel (10), o veículo automóvel compreendendo uma caixa de marcha (105), CARACTERIZADO pelas etapas de: - determinar uma área de fluxo eficaz para a geometria de turbina variável, - determinar (301) uma posição máxima fechada permitida para a geometria de turbina variável a partir da área de fluxo eficaz determinada da geometria de turbina variável, - detectar (303) que um indicativo de evento de uma mudança de marcha do veículo automóvel seja provável no futuro próximo, - controlar (305) a geometria de turbina variável para a posição fechada máxima permitida quando detectar um indicativo de evento de uma provável mudança de marcha.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pela etapa de: - controlar a pressão de gás de escape para um valor máximo de pressão permitido sem arriscar a geometria de turbina variável.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelas etapas de: - armazenar um mapa das posições da geometria de turbina variável para diferentes áreas de fluxo eficazes, - determinar a posição máxima da geometria de turbina variável fechada para ser a posição correspondente à área de fluxo eficaz do mapa.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pela etapa de: - atualizar a posição máxima fechada permitida para a geometria de turbina variável repetidamente durante a mudança de marcha.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pela etapa de: - determinar que uma demanda de torção reduzida seja um indicativo de evento de uma provável mudança de marcha.

6. Sistema para controlar um motor de combustão interna (100) tendo um tur-bocompressor compreendendo uma geometria de turbina variável (103) potencializando um veículo automóvel (10), o veículo automóvel compreendendo uma caixa de marcha (105), CARACTERIZADO por - dispositivos (107) para detectar que um indicativo de evento de uma mudança de marcha do veículo automóvel seja provável em um futuro próximo, - dispositivos para determinar a área de fluxo eficaz para a geometria de turbina variável, - dispositivos para determinar a posição máxima fechada permitida para a geometria de turbina variável a partir da área de fluxo eficaz determinada da geometria de turbina variável, - dispositivos (107) para controlar a geometria de turbina variável para a posição máxima fechada permitida quando detectar um indicativo de evento de uma provável mudança de marcha.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO por: - dispositivos para controlar a pressão de gás de escape para um valor de pressão máximo permitido sem arriscar a geometria de turbina variável.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, CARACTERIZADO por: - dispositivos para armazenar um mapa de posições da geometria de turbina variável para diferentes áreas de fluxo eficazes, - dispositivos para determinar a posição máxima da geometria de turbina variável fechada permitida para ser a posição correspondente à área de fluxo eficaz do mapa.

9. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, CARACTERIZADO por: - dispositivos para atualizar a posição máxima fechada permitida para a geometria de turbina variável repetidamente durante a mudança de marcha.

10. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 9, CARACTERIZADO pela etapa de: - determinar que uma demanda de torção reduzida seja um indicativo de evento de uma provável mudança de marcha.