BRPI0811461B1

BRPI0811461B1 - Método e sistema para controlar um motor vtg de combustão interna

Info

Publication number: BRPI0811461B1
Application number: BRPI0811461-7A
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: WO2008140401A1; DE112008001299T5; RU2009146549A; BRPI0811461A2; US20100131159A1; US8478505B2; SE532265C2; SE0701205L; RU2425991C1

Abstract

método para controlar um motor vtg. ao controlar um motor provido com geometria de turbina variável (vtg), a vtg é fechada para uma posição fechada maximamente aceitável sem criar risco para a vtg ao realizar uma troca para uma marcha mais alta. a vtg é mantida em uma posição como esta durante a troca de marcha que, possibilita uma rápida desaceleração da velocidade do motor.

Description

CAMPO TÉCNICO

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

FUNDAMENTO

Um motor usado em caminhões pode ser provido com uma Geometria de Turbina Variável (em inglês, VTG) também denominado turbocompressor de Geometria Variável ou Turbina de Geometria Variável (em inglês, VGT). Uma razão para empregar a tecnologia VTG é que ela facilita atender às exigências de emissão para motores diesel i.a.

Como ocorre para toda troca de marcha, existe um desejo de minimizar o tempo necessário para realizar a troca de marcha. Isto ocorre porque durante troca de marcha não deve existir qualquer torque na transmissão. A troca de marcha também é descrita no pedido de patente internacional com número de publicação internacional WO 03/018974. Ademais, na patente U.S. 6,089,018 é descrito um método de controlar uma VTG durante troca de marcha.

Consequentemente, existe a necessidade de um método e um sistema que possa prover uma rápida troca de marcha.

SUMÁRIO

É um objeto da presente invenção prover um método e um sistema que possa prover uma rápida troca de marcha.

É outro objeto da presente invenção prover um método e um sistema que possa prover uma rápida desaceleração da velocidade do motor durante troca de marcha.

Estes objetos e outros obtidos pelo método, sistema e produto de programa de computador como expresso nas reivindicações apensas. Desse modo, fechando a VTG para uma posição fechada maximamente aceitável e mantendo a VTG neste tipo de posição durante a troca de marcha permitirá uma rápida desaceleração da velocidade do motor.

Para obter uma rápida desaceleração da velocidade do motor ao trocar para uma marcha mais alta, a VTG pode ser regulada para atuar como um dispositivo de frenagem do motor. Consequentemente, criando uma alta pressão de gás de exaustão à montante da turbina VTG, essa pressão aumentará as perdas de bombeamento do motor consequentemente esforçando-se para desacelerar a velocidade do motor. Em uma operação desse tipo, quanto mais fechada a VTG, mais perdas de bombeamento terá que ser superada pelo motor e, como resultado, a velocidade do motor desacelerará mais rápido. Entretanto, a VTG somente pode sustentar uma certa queda de pressão. Consequentemente, a diferença de pressão sobre uma VTG não pode ser permitida exceder um valor inerente particular para cada tipo de VTG.

Conhecendo a diferença de pressão maximamente permitida da VTG e controlando a VTG para ficar o mais fechada possível sem exceder a pressão maximamente permitida, a VTG atuará para desacelerar a velocidade do motor o mais rápido possível sem criar risco para a VTG. O resultado de uma estratégia de controle como essa é uma desaceleração muito rápida da velocidade do motor e, como conseqüência, a troca de marcha pode ser feita mais rapidamente.

Em uma forma de realização, o sistema de controle é adaptado para determinar a área de fluxo efetiva para a Geometria de Turbina Variável, e para determinar a posição fechada maximamente permitida para a Geometria de Turbina Variável a partir da área de fluxo efetiva determinada da Geometria de Turbina Variável. Dessa maneira, um rápido cálculo da posição da VTG ótima pode ser obtido através do qual o método de controle pode ser feito de modo rápido e preciso.

Em uma forma de realização, o sistema de controle tem acesso a um mapa armazenado das posições da Geometria de Turbina Variável para diferentes áreas de fluxo efetivas através do qual a posição da Geometria de Turbina Variável maximamente fechada diretamente pode ser determinada para ser a posição correspondente à área de fluxo efetiva do mapa, o que acelera ainda mais o tempo necessário para encontrar a posição da VTG ótima.

Em uma forma de realização, o sistema de controle é adaptado para atualizar repe-tidamente a posição fechada maximamente permitida para a Geometria de Turbina Variável durante a troca de marcha. Dessa maneira, assegura-se que a posição fechada ótima é aplicada para o período de tempo total quando a troca de marcha está ocorrendo. Também, fica assegurado que VTG fica fechada em uma posição em que a VTG não esteja em risco.

Em uma forma de realização, a VTG é fechada algum período de tempo antes de uma troca de marcha ser realizada. Isto é vantajoso porque quando a troca de marcha começa, a frenagem do motor já está maximizada e é possível obter frenagem total do motor durante toda operação de troca de marcha.

Em outra forma de realização, as propriedades de frenagem de motor de uma VTG são combinadas com um dispositivo de frenagem de motor de gás de exaustão, tal como um freio de exaustão.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A presente invenção será descrita agora mais detalhadamente por meio de exemplo não limitativos e fazendo-se referência aos desenhos anexos, em que:

A fig. 1a é uma vista parcial geral de uma transmissão compreendendo um motor incluindo um turbocompressor com VTG.

A fig. 1b é uma vista ilustrando o fluxo de gás de exaustão do motor da fig. 1a mais detalhadamente.

A fig. 2 é urn fluxograma ilustrando etapas realizadas ao controlar urn motor com VTG usado para impelir um veículo motorizado de acordo com uma primeira forma de realização.

A fig. 3 é urn fluxograma ilustrando etapas realizadas ao controlar urn motor VTG usado para impelir um veículo motorizado de acordo com uma segunda forma de realização.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Na fig. 1a partes selecionadas de uma transmissão 100 de um veículo motorizado 10 são esquematicamente ilustradas. A transmissão ilustrada na fig. 1, por exemplo, pode ser projetada para fazer parte de um caminhão ou qualquer outro veículo pesado, tal como um ônibus ou semelhante. A transmissão 100 compreende um motor 101, por exemplo, na forma de motor diesel. O motor 101 compreende um turbocompressor acionado por uma turbina tendo uma Geometria de Turbina Variável VTG 103. O motor também está conectado a uma caixa de câmbio 105, por exemplo, uma caixa de câmbio adaptada para troca de marcha automática. O veículo 10 também pode ser provido com um freio de exaustão, como é mostrado na fig. 1b.

O motor 101 e a caixa de câmbio 105 são controlados por pelo menos uma unidade de controle 107, tal como uma unidade de controle eletrônica (em inglês, ECU). A unidade de controle é adaptada para receber sinais de sensor de diferentes partes do veículo, incluindo, mas não limitados a, sinais usados para controlar a caixa de câmbio e o motor. A unidade de controle 107 também é adaptada para prover sinais de controle para diferentes partes e componentes do veículo, tal como, por exemplo, o motor e caixa de câmbio.

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

Na fig. 1b, o fluxo de gás de exaustão do motor ilustrado na fig. 1a é mostrado mais detalhadamente, onde as setas indicam o sentido do fluxo de gás de exaustão. Desse modo, à jusante do motor, a VTG 103 fica localizada. À montante da VTG, por exemplo, no início do sistema de gás de exaustão, um primeiro sensor de pressão 115 fica localizado. Um segundo sensor de pressão 116 fica localizado à jusante da VTG 103. Além disso, pode existir um freio de gás de exaustão 117 provido mais à jusante do segundo sensor de pressão 116.

Na fig. 2, um fluxograma ilustrando algumas etapas processuais realizadas ao controlar um motor com VTG de um veículo é mostrado um motor de acordo com uma forma de 5 realização da presente invenção. Desse modo, em uma primeira etapa 201, a unidade de controle calcula a posição fechada maximamente permitida para a VTG usando as leituras correntes provenientes dos sensores de pressão antes e depois da VTG.

A pressão à jusante da turbina também pode ser aproximada com a pressão externa ou, por exemplo, usando o modelo abaixo para a queda de pressão no sistema de exaus- 10 tão.

A posição de VTG fechada pode ser calculada, por exemplo, usando os seguintes cálculos de previsão:

Equação de resolução (1) para At dá At como uma função das seguintes variáveis.

Usando valores de referência para os valores de pressão, e valores medidos para 15 fluxo de massa e temperatura de gás de exaustão, a equação (3) dá a área de fluxo efetiva para a VTG que corresponde à queda de pressão desejada sobre a turbina. Considerando que a área de fluxo efetiva é uma função da posição da VTG, as posições da VTG que cor- respondem a uma certa área de fluxo efetiva são armazenadas em um mapa (f2) na ECU. Posição da VTG = f2 (At) Descrição de variáveis mt = fluxo de massa através de turbina At = área de fluxo efetiva de turbina Ar = área transversal de via de fluxo Cd = coeficiente de fluxo K res= parâmetro de modelo sintonizável Tem = temperatura de gás de exaustão Patm = pressão atmosférica Pat= Pressão após turbina Pbt= pressão antes de turbina Cp = Capacidade de calor especifica a pressão constante Cv= Capacidade de calor específica a volume constante R = Constante de gás ideal

Os cálculos realizados na etapa 201 são renovados continuamente de modo que a unidade de controle a todo tempo tenha acesso a um valor de previsão atualizado para a posição de VTG fechada. Quando uma troca de marcha precisa ser realizada e a marcha presente é desengatada, é desejável reduzir a velocidade do motor para uma velocidade sincronizada com a próxima marcha após o que a próxima marcha pode ser engatada. Uma alta pressão de gás de exaustão contribuirá para reduzir mais rapidamente a velocidade do motor e, consequentemente, o tempo necessário para esperar que a próxima marcha possa ser engatada. Por isso, é benéfico aplicar uma alta pressão de gás de exaustão quando uma troca de marcha está para acontecer.

Desse modo, quando uma troca de marcha é iniciada em uma segunda etapa 203 este evento é sinalizado para a unidade de controle. O sinal pode ser, por exemplo, um sinal de disparo de outra unidade de controle controlando a caixa de câmbio, que logo após iniciar uma troca de marcha também sinaliza para a unidade de controle que controla a posição da VTG. A unidade de controle tem acesso a dados relativos à posição da VTG máxima fechada atual e pode emitir um sinal de controle ajustando a VTG para a posição correspondente, maximizando, desta maneira, a pressão de gás de exaustão em uma terceira etapa 205. Logo a seguir, o procedimento verifica se a troca de marcha foi completada em uma quarta etapa 207. Se a troca de marcha foi completada, o procedimento termina em uma quinta etapa 209 e o controle da VTG é realizado de acordo com qualquer uma estratégia de controle que a unidade de controle esteja programada para executar.

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

Na fig. 3 é mostrado um fluxograma ilustrando algumas etapas processuais realizadas ao se controlar a VTG de um veículo de acordo com outra forma de realização da presente invenção.

Devido a ser desejável que a pressão de gás de exaustão seja a mais alta possível durante a fase de troca de marcha e desenvolver uma alta pressão de gás de exaustão levar tempo, pode ser vantajoso começar a desenvolver uma alta pressão de gás de exaustão antes da troca de marcha real ser iniciada. Um procedimento de controle deste tipo é mostrado na fig. 3.

Desse modo, em uma primeira etapa 301, a unidade de controle calcula a posição fechada maximamente permitida para a VTG usando as leituras correntes a partir dos sensores de pressão situados à montante e à jusante da VTG. A pressão após a turbina também pode ser aproximada com a pressão externa ou alguma outra aproximação.

A posição da VTG fechada pode ser calculada, por exemplo, usando os cálculos estabelecidos acima em conjunto com a fig. 2. Os cálculos realizados na etapa 301 são revisados continuamente, de modo que a unidade de controle a todo tempo tenha acesso a um valor de previsão atualizado para a posição da VTG fechada. Quando uma troca de marcha deve ser realizada e a presente marcha está engatada, é desejável reduzir rapidamente a velocidade do motor para uma velocidade sincronizada com a próxima marcha após o que a próxima marcha pode ser engatada. Uma alta pressão de gás de exaustão contribuirá para reduzir a velocidade do motor mais rapidamente e, consequentemente, reduzir o tempo de espera necessário antes que a próxima marcha possa ser engatada. Portanto, é benéfico aplicar uma alta pressão de gás de exaustão pouco antes de ocorrer uma troca de marcha, de modo que uma alta pressão de gás de exaustão possa ser gerada e aplicada imediatamente quando uma troca de marcha se inicia.

Desse modo, quando um evento tornando provável que uma troca de marcha que ocorrerá no futuro próximo ocorre em uma segunda etapa 303, a unidade de controle tem acesso aos dados relativos à posição da VTG fechada máxima atualmente e pode emitir um sinal de controle ajustando a VTG para uma posição correspondente, maximizando, dessa maneira, a pressão de gás de exaustão em uma terceira etapa 305. Em outra forma de realização em vez de controle aberto da posição da VTG, um controle de ciclo fechado da pressão de gás de exaustão pode ser empregado. Consequentemente, em vez de fechar a VTG para a posição prevista, a pressão de gás de exaustão é controlada para uma pressão máxima que a VTG é estimulada a sustentar sem sofrer qualquer dano, a fim de garantir que a VTG não sofra risco.

O evento disparando o fechamento da VTG pode ser, por exemplo, uma demanda de torque reduzida ou qualquer outro evento sinalizando que uma troca de marcha é provável ocorrer no futuro próximo.

Logo a seguir, o procedimento verifica se a troca de marcha foi completada em uma quarta etapa 307. Também, se o fechamento da VTG foi disparado e se nenhuma troca de marcha foi realizada na etapa 307, também, cronometra o tempo entre o evento de disparo e o inicio da troca de marcha real. Se não ocorrer troca de marcha dentro de um certo período de tempo pré-determinado, um temporizador na etapa 307 para. Se a troca de marcha foi completada ou o temporizador na etapa 307 para, o procedimento termina em uma quinta etapa 309 e o controle da VTG é realizado de acordo com qualquer uma estratégia de controle que a unidade de controle esteja programada para executar.

Se, por outro lado, a troca de marcha não tiver sido completada e o temporizador não parou na etapa 307, o procedimento continua para uma sexta etapa 311, onde os cálculos da VTG conforme descritos acima são atualizados, de modo que a VTG pode continuar a ser controlada para a posição fechada máxima. O procedimento então retorna para a etapa 305 onde a VTG é novamente ajustada para uma posição correspondente ao resultado dos cálculos da VTG.

Ademais, devido a ser provável que a demanda de potência do motor será alta após completar uma troca de marcha, mantendo a pressão de gás de exaustão alta por certo período de tempo após conclusão de uma troca de marcha pode ser vantajoso. Desse modo, mantendo a VTG fechada por algum tempo após completar uma troca de marcha manterá uma alta pressão de gás de exaustão antes da turbina que pode ser usada para energizar o turbocompressor e aumentar, desta maneira, a potência gerada pelo motor imediatamente após uma troca de marcha.

Os métodos de prover desaceleração de motor rápida em conjunto com uma troca de marcha como descritos neste documento também podem ser combinados com um freio de exaustão convencional se isto se mostrar vantajoso em algumas aplicações.

Usando a VTG para obter uma rápida desaceleração da velocidade do motor é van-tajoso por uma variedade de diferentes razões. Existe, por exemplo, pouco ruído associado com desenvolvimento de uma alta pressão de gás de exaustão. A VTG é ainda relativamente fácil de controlar. Além disso, uma alta pressão de gás de exaustão antes da turbina possibilita uma alta potência para o turbo compressor.

Claims

1. Método de controlar um motor de combustão interna (100) compreendendo um turbocompressor com uma Geometria de Turbina Variável (103) energizando um veículo motorizado (10), o veículo motorizado compreendendo uma caixa de câmbio (105), CARACTERIZADO pelas etapas de - determinar uma área de fluxo efetiva para a Geometria de Turbina Variável, - determinar uma posição fechada maximamente permitida para a Geometria de Turbina Variável a partir da área de fluxo efetiva determinada da Geometria de Turbina Variável, - detectar (203) quando uma troca para uma marcha mais alta do veículo motorizado é iniciada, - determinar (201) uma posição fechada maximamente permitida para a Geometria de Turbina Variável, e - controlar (205) a Geometria de Turbina Variável para a posição fechada maximamente permitida ao se detectar uma troca de marcha.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelas etapas de - armazenar um mapa de posições da Geometria de Turbina Variável para diferentes áreas de fluxo efetivas, - determinar a posição da Geometria de Turbina Variável maximamente fechada para ser a posição correspondente à área de fluxo efetiva do mapa.

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pela etapa de - atualizar a posição fechada maximamente permitida para a Geometria de Turbina Variável repetidamente durante a troca de marcha.

4. Sistema para controlar um motor de combustão interna (100) compreendendo um turbocompressor com uma Geometria de Turbina Variável (103) energizando um veículo motorizado (10), o veículo motorizado compreendendo uma caixa de câmbio (103), CARACTERIZADO por - meio para determinar a área de fluxo efetiva para a Geometria de Turbina Variável, - meio para determinar a posição fechada maximamente permitida para a Geometria de Turbina Variável a partir da área de fluxo efetiva determinada da Geometria de Turbina Variável, - meio (107) para detectar quando uma troca para uma marcha mais alta do veículo motorizado é iniciada, - meio (107) para determinar uma posição fechada maximamente permitida para a Geometria de Turbina Variável, e - meio (107) para controlar a Geometria de Turbina Variável para a posição fechada maximamente permitida ao detectar uma troca de marcha.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO por compreender - meio para armazenar um mapa de posições da Geometria de Turbina Variável, em que as posições da Geometria de Turbina Variável possuem áreas de fluxo de efetivida- de variável, - meio para determinar a posição da Geometria de Turbina Variável maximamente fechada para uma posição no mapa que corresponde a uma área de fluxo efetiva em particular.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, CARACTERIZADO por - meio para atualizar a posição fechada maximamente permitida para a Geometria de Turbina Variável repetidamente durante a troca de marcha.