DE10043760B4 - Limiter for an accessory of an internal combustion engine and associated method - Google Patents
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Abstract
Begrenzer
für ein
Zusatzgerät
einer Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Abgasturbolader, mit
a)
einem ersten Sensor (1.1) zur Messung einer ersten Betriebsgröße des Zusatzgeräts, oder
alternativ einem ersten Eingang, der eine erste aus einem Modell
ermittelte Betriebsgröße einliest
(1.1),
b) einem zweiten Sensor (1.2) zur Messung einer zweiten Betriebsgröße des Zusatzgeräts oder
alternativ einem Eingang, der die zweite aus einem Modell ermittelte
Betriebsgröße einliest
(1.2),
c) einem dritten Sensor (1.3) zur Messung einer dritten
Betriebsgröße des Zusatzgeräts oder
alternativ einem Eingang, der die dritte aus einem Modell ermittelte
Betriebsgröße einliest
(1.2),
d) einer Auswertungseinheit (4–9), die ein Steuersignal (FAC1)
zur Begrenzung des Zusatzgeräts
erzeugt, wobei die Auswertungseinheit (4–9) eingangsseitig mit den
drei Sensoren/Eingängen
(1.1, 1.2) verbunden ist und das Steuersignal (FAC1) in Abhängigkeit
von den drei Betriebsgrößen bestimmt,
dadurch
gekennzeichnet,
e) dass die erste Betriebsgröße der Druckquotient
(PQ0) zwischen dem Eingang und dem Ausgang
des...Limiter for an accessory of an internal combustion engine, in particular for an exhaust gas turbocharger, with
a) a first sensor (1.1) for measuring a first operating variable of the auxiliary device, or alternatively a first input, which reads in a first operating variable determined from a model (1.1),
b) a second sensor (1.2) for measuring a second operating variable of the auxiliary device or alternatively an input which reads in the second operating variable determined from a model (1.2),
c) a third sensor (1.3) for measuring a third operating variable of the auxiliary device or alternatively an input reading the third operating variable determined from a model (1.2),
d) an evaluation unit (4-9) which generates a control signal (FAC1) for limiting the auxiliary device, wherein the evaluation unit (4-9) is connected on the input side to the three sensors / inputs (1.1, 1.2) and the control signal (FAC1) determined depending on the three operating variables,
characterized,
e) that the first operating variable the pressure quotient (PQ 0 ) between the input and the output of the ...
Description
Die Erfindung betrifft einen Begrenzer für ein Zusatzgerät einer Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Abgasturbolader, gemäß den Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a limiter for an accessory of a Internal combustion engine, in particular for an exhaust gas turbocharger, according to the preamble of Claim 1.
Turbolader für Brennkraftmaschinen können bekanntermassen in verschiedenen Betriebspunkten arbeiten, die sich durch die Drehzahl, den geförderten Masse- bzw. Volumenstrom und das Druckverhältnis zwischen Eingang und Ausgang am Verdichter des Abgasturboladers unterscheiden. Der technisch realisierbare Betriebsbereich am Verdichter des Abgasturboladers wird hierbei durch drei Kennlinien begrenzt, die im folgenden beschrieben werden.turbocharger for internal combustion engines can be known work in different operating points, which are affected by the speed, the subsidized Mass or volume flow and the pressure ratio between input and Differentiate output at the compressor of the turbocharger. The technical realizable operating range at the compressor of the exhaust gas turbocharger is limited by three characteristics, which are described below become.
Zum einen wird der Betriebsbereich am Verdichter des Abgasturboladers durch eine Drehzahlgrenze begrenzt, welche der technisch maximal zulässigen Drehzahl des Abgasturboladers entspricht.To the one becomes the operating range at the compressor of the exhaust gas turbocharger limited by a speed limit, which is technically maximum permissible Speed of the exhaust gas turbocharger corresponds.
Zum anderen weist der Verdichter des Abgasturboladerkennfeldes eine sog. Stopfgrenze auf, die das Druckverhältnis zwischen Eingang und Ausgang des Verdichters des Abgasturboladers nach unten begrenzt.To the another, the compressor of the exhaust gas turbocharger map has a so-called Stopfgrenze, the pressure ratio between input and Output of the compressor of the turbocharger down limited.
Entscheidend ist jedoch die sog. Pumpgrenze des Abgasturboladers, die bei kleinen Volumen- bzw. Masseströmen und hohen Druckverhältnissen zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Verdichters des Abgasturboladers den Betriebsbereich des Abgasturboladers begrenzt. Die technisch-physikalische Ursache der Pumpgrenze liegt darin, dass sich die Strömung in dem Abgasturbolader bei kleinen Volumen- bzw. Masseströmen und hohen Druckverhältnissen zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Abgasturboladers von den Verdichterschaufeln ablösen und anschließend rückwärts durch den Abgasturbolader strömen kann. Nach einer derartigen Strömungsablösung stabilisieren sich die Druckverhältnisse wieder und es baut sich erneut ein Druck auf, bis es wiederholt zu einer Strömungsablösung und einer Rückströmung kommt, was sich in erster Linie durch Geräusche bemerkbar macht.critical However, the so-called. Pumping limit of the exhaust gas turbocharger, which at small Volume or mass flows and high pressure ratios between the inlet and the outlet of the compressor of the exhaust gas turbocharger limits the operating range of the exhaust gas turbocharger. The technical-physical The cause of the surge line is that the flow in the exhaust gas turbocharger with small volume or mass flows and high pressure conditions between the inlet and the outlet of the exhaust gas turbocharger from the Detach compressor blades and subsequently backwards through the Turbocharger flow can. Stabilize after such flow separation the pressure conditions again and it builds up a pressure again until it repeats to a flow separation and a backflow comes which is primarily noticeable by noise.
Nachteilig an den bekannten Abgasturboladern ist also die Tatsache, das deren Betriebsbereich insbesondere durch die sog. Pumpgrenze eingeschränkt ist. Bei bekannten Abgasturboladern wird dieser Begrenzung dadurch Rechnung getragen, dass durch eine entsprechende konstruktive Auslegung des Abgasturboladers und der Brennkraftmaschine ein breiter Sicherheitsabstand zu der Pumpgrenze eingehalten wird, um die vorstehend beschriebenen Rückströmungseffekte beim Überschreiben der Pumpgrenze zu vermeiden. Der breite Sicherheitsabstand zu der Pumpgrenze schränkt jedoch den nutzbaren Betriebsbereich des Abgasturboladers weiter ein.adversely on the known exhaust gas turbochargers is therefore the fact that their Operating range is limited in particular by the so-called surge limit. In known exhaust gas turbochargers this limitation is thereby account worn by a corresponding constructive interpretation of the Exhaust gas turbocharger and the internal combustion engine a wide safety distance is adhered to the surge limit to those described above Backflow effects when overwriting to avoid the surge line. The wide safety distance to the Pump limit limits However, the usable operating range of the exhaust gas turbocharger on one.
Aus
Schließlich ist
aus
Ferner
ist aus
Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, bei einem Abgasturbolader mit einem vorgegebenen Betriebsbereich eine größtmögliche Ausnutzung des Betriebsbereichs bis an die Pumpgrenze heran zu ermöglichen bzw. die genaue Kenntnis der Betriebsgrenzen des Verdichters für Steuerungs- und Regelungszwecke zur Verfügung zu stellen.Of the The invention is therefore the object of an exhaust gas turbocharger with a given operating range the greatest possible utilization of the operating range to the pump limit to zoom in or the exact knowledge the operating limits of the compressor for control purposes to disposal to deliver.
Die Erfindung wird, ausgehend von einem Begrenzer für einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gelöst.The Invention is, starting from a limiter for an exhaust gas turbocharger according to the preamble of claim 1.
Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, im Betrieb des Abgasturboladers den aktuellen Betriebspunkt zu erfassen und den Abstand zu der Pumpgrenze, der Stopfgrenze und/oder der Drehzahlgrenze zu ermitteln, um einerseits ein Überschreiten der Grenzen zu verhindern und andererseits möglichst nahe an die Grenzen herangehen zu können, bzw. die genaue Kenntnis der Betriebsgrenzen des Verdichters für Steuerungs- und Regelungszwecke zur Verfügung zu stellen.The The invention comprises the general technical teaching, in operation of the Exhaust gas turbocharger to capture the current operating point and the Distance to the pumping limit, the stuffing limit and / or the speed limit to determine, on the one hand, an excess to prevent the borders and on the other hand as close as possible to the borders be able to approach or the exact knowledge of the operating limits of the compressor for control and regulatory purposes to deliver.
Die Erfindung ist nicht auf die Begrenzung eines Abgasturboladers beschränkt, sondern auch bei anderen Zusatzgeräten für eine Brennkraftmaschine anwendbar, wie beispielsweise bei einem Kompressor oder einem G-Lader. Entscheidend ist lediglich, dass der Betriebsbereich des Zusatzgerätes durch mehrere technisch-physikalische Grenzen beschränkt ist.The Invention is not limited to the limitation of an exhaust gas turbocharger, but also with other accessories for one Internal combustion engine applicable, such as in a compressor or a G-loader. The only thing that matters is that the operating area of the attachment is limited by several technical-physical limits.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass der Betriebsbereich nicht nur durch die Pumpgrenze, die Stopfgrenze oder die Drehzahlgrenze beschränkt sein kann. Vielmehr können auch andere Betriebsgrößen des Zusatzgerätes technisch-physikalische Grenzwerte aufweisen, die den Betriebsbereich des Zusatzgerätes einschränken.Farther is to mention that the operating range not only by the surge limit, the stuffing limit or the speed limit may be limited can. Rather, you can also other company sizes of the accessory have technical-physical limits that are the operating range of the attachment limit.
Der aktuelle Betriebspunkt des Zusatzgeräts der Brennkraftmaschine kann durch verschiedene gemessene bzw. modellgestützte Größen beschrieben werden.Of the current operating point of the auxiliary device of the internal combustion engine can be described by various measured or model-based variables.
Eine gängige Beschreibung des Zusatzgeräts der Brennkraftmaschine – hier exemplarisch der Verdichter eines Abgasturboladers – erfolgt unter anderem durch die folgenden drei physikalischen Größen:
- a) auf Druck und Temperatur vor Verdichter normierter Massenstrom bzw. Volumenstrom,
- b) das Druckverhältnis vom Druck nach Verdichter zu dem Druck vor Verdichter,
- c) die Verdichter-, d.h. im angegebenen Fallbeispiel die Abgasturbolader-Drehzahl.
- a) mass flow or volume flow normalized to pressure and temperature upstream of the compressor,
- b) the pressure ratio from the pressure to the compressor to the pressure before the compressor,
- c) the compressor, ie in the given case the exhaust gas turbocharger speed.
In der bevorzugten Ausführungsform werden dem Begrenzer die oben genannten drei Eingangsgrößen zur Verfügung gestellt oder alternativ durch Sensoren gemessen.In the preferred embodiment the limiter will be given the above three inputs disposal or alternatively measured by sensors.
Vorzugsweise ist hierbei eine Zuordnungseinheit vorgesehen, die dem Betriebswert einer der drei Betriebsgrößen Grenzwerte für die beiden anderen Betriebsgrößen zuordnet, wobei die Zuordnung modellgestützt erfolgt.Preferably In this case, an allocation unit is provided which corresponds to the operating value one of the three operating limits for the assigns to both other company sizes, where the assignment is model-based he follows.
Weiterhin ist vorzugsweise eine Auswertungseinheit vorgesehen, die aus den von der Zuordnungseinheit ermittelten Grenzwerten und den aktuellen Betriebswerten für mindestens einen der beiden anderen Betriebsgrößen ein Steuersignal für die Begrenzung des Zusatzgeräts bestimmt.Farther an evaluation unit is preferably provided which consists of the determined by the allocation unit limits and the current Operating values for at least one of the two other operating variables a control signal for the limitation of the attachment certainly.
Bei Verwendung eines Sensors zur Erfassung der ersten Betriebsgröße des Zusatzgerätes kann es sich beispielsweise um einen Drehzahlsensor, zwei Drucksensoren, einen Volumenstromsensor oder einen Massestromsensor handeln. Dabei müssen der gemessene Volumenstrom und die Abgasturboladerdrehzahl entsprechend der typischen Verdichterkennfelderdarstellung im Begrenzer auf Referenztemperatur standardisiert werden. Bei der Verwendung des gemessenen Massenstroms durch Verdichter muss gemäß der Ähnlichkeitsgesetze eine Temperatur und Druck-Standardisierung erfolgen. Alternativ können die Eingangsgrößen modellgestützt (z.B. in der Motorsteuerung) ermittelt und dem Begrenzer zur Verfügung gestellt werden. Eine Standardisierung der dem Begrenzer zur Verfügung gestellten Eingangsgrößen kann dann vor Bereitstellung erfolgen.at Use of a sensor for detecting the first operating size of the auxiliary device can it is for example a speed sensor, two pressure sensors, a volume flow sensor or a mass flow sensor act. It must be the measured volume flow and the exhaust gas turbocharger speed accordingly the typical compressor map display in the limiter to reference temperature be standardized. When using the measured mass flow by compressor must according to the laws of similarity a temperature and pressure standardization respectively. Alternatively you can the input quantities are model-based (e.g. in the engine control) and provided to the limiter become. A standardization of the limiter provided Input variables can then done before deployment.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:Other advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims or will be discussed below together with the description of the preferred Embodiment described in more detail. Show it:
Bei
dem in
Die Drehzahlgrenze entspricht hierbei der technisch-physikalisch maximal zulässigen Drehzahl des Abgasturboladers, wobei aus der Lage der Drehzahlgrenze innerhalb des Kennfeldes ersichtlich ist, dass mit zunehmender Drehzahl des Abgasturboladers grundsätzlich sowohl das Druckverhältnis zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Turboladers als auch der geförderte Volumenstrom zunimmt.The Speed limit corresponds to the maximum technical-physical permissible Speed of the exhaust gas turbocharger, taking from the position of the speed limit within the map it can be seen that with increasing speed the exhaust gas turbocharger in principle both the pressure ratio between the input and the output of the turbocharger as well as the funded Volume flow increases.
Die durch rautenförmige Datenpunkte dargestellte Stopfgrenze begrenzt dagegen das Druckverhältnis zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Abgasturboladers nach unten.The by diamond-shaped On the other hand, the stuffing limit represented by data points limits the pressure ratio between the inlet and the outlet of the turbocharger down.
Entscheidend für den Betrieb des Abgasturboladers ist jedoch die durch dreieckige Datenpunkte dargestellte Pumpgrenze, deren technische Ursache darin liegt, dass es bei kleinen Volumenströmen und hohen Druckverhältnissen zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Verdichters des Abgasturboladers in Abhängigkeit von der Drehzahl des Turboladers zu einer Strömungsablösung an den Verdichterschaufeln und einer Rückströmung kommen kann. Nach einer derartigen Strömungsablösung stabilisieren sich die Druckverhältnisse wieder und es baut sich erneut ein Druck auf, bis wiederholt eine Strömungsablösung erfolgt, was sich durch eine störende Geräuschentwicklung bemerkbar macht.critical for the However, operation of the exhaust gas turbocharger is represented by triangular data points Pumping limit whose technical cause is that it is small volume flows and high pressure conditions between the inlet and the outlet of the compressor of the exhaust gas turbocharger dependent on from the speed of the turbocharger to a flow separation on the compressor blades and come backflow can. Stabilize after such flow separation the pressure conditions again and it builds up a pressure until repeated one Flow separation takes place, which is due to a disturbing noise makes noticeable.
Der
in
Ausgangsseitig
ist der Drehzahlsensor/-eingang
Ausgangsseitig
sind die beiden Kennlinienglieder
Die
beiden Subtrahierer
Schließlich sind
die beiden Multiplizierer ausgangsseitig mit einem Addierer
Aus
dieser Größe a ermittelt
ein dem Addierer
Das
in
Die
Besonderheit des in
Auch
das in
Die
Besonderheit des in
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen denkbar, die von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen.The The invention is not limited to the embodiments described above limited. Rather, a variety of variants and modifications is conceivable who make use of the concept of the invention and therefore in the Protection range fall.
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