DE102008014681A1 - Charge pressure drop preventing method for turbocharger, involves determining values based on pressure drop to increase performance of turbine, and supplying air mass flow, and adjusting turbine performance adjusted based on values - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entgegenwirken des Abfalls eines Ladedrucks, wenn beispielsweise ein Vordrall bei einem Turbolader erzeugt wird, zum Verhindern eines Pumpes des Verdichters. Des Weiteren betriff die Erfindung einen Turbolader mit einer Steuerungseinrichtung zum Durchführen des Verfahrens.The The invention relates to a method for counteracting the waste a boost pressure when, for example, a pre-swirl in a turbocharger is generated to prevent a pump of the compressor. Furthermore The invention relates to a turbocharger with a control device to perform of the procedure.
Der Verdichter eines Abgasturboladers kennzeichnet sich durch ein Kennfeld in dem sich, bei gewissen Turboladerdrehzahlen und Massenströmen, ein eindeutig zugeordneter Druck erzeugen lässt. Dieses Kennfeld wird bei großen Massenströmen durch die sog. Stopfgrenze limitiert. Bei kleinen Massenströmen wird das Kennfeld durch die Pumpgrenze limitiert. Diese sog. Pumpgrenze tritt aufgrund eines Strömungsabriss am Verdichterradeintritt bzw. am Verdichterradaustritt oder bei beiden auf.Of the Compressor of an exhaust gas turbocharger is characterized by a map in which, at certain turbocharger speeds and mass flows, a produce uniquely assigned pressure. This map is included in huge mass flows limited by the so-called Stopfgrenze. At low mass flows is the map is limited by the surge limit. This so-called surge limit occurs due to a stall at the compressor wheel inlet or at the compressor wheel outlet or at both up.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass sich mittels des Vordralls die Pumpgrenze im Verdichterkennfeld zu kleineren Massenströmen hin verschieben lässt. Dabei kann es jedoch zu einem Abfall des Ladedrucks kommen, wenn der Vordrall durch eine zugeführte Zapfluft erzeugt wird, die von der Druckseite des Verdichters abgezweigt wird.Out The prior art is known that by means of the pre-swirl the surge line in the compressor map to smaller mass flows out can be moved. However, there may be a drop in boost pressure, if the Vordrall by an added Bleed air is generated, which branches off from the pressure side of the compressor becomes.
Demnach ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit welchem das Abfallen des Ladedrucks verhindert oder zumindest reduziert werden kann.Therefore it is the object of the present invention to provide a method with which prevents the drop of the boost pressure or at least can be reduced.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by a method having the features of the patent claim 1 solved.
Demgemäß wird erfindungsgemäß ein Verfahren bereitgestellt, zur Verhinderung eines Abfallens des Ladedrucks bei einem Turbolader mit den Schritten:
- a) Bestimmen, ob im Betrieb ein Pumpen des Verdichters auftritt bzw. bevorsteht,
- b) Wird festgestellt, dass ein Pumpen auftritt bzw. bevorsteht:
- c) Bestimmen eines dem Verdichter zuzuführenden Luftmassenstroms, der ausreichend ist um einen Vordrall vor dem Verdichter zu erzeugen, um ein Pumpen des Verdichters zumindest zu reduzieren oder im Wesentlichen zu verhindern, und
- d) Bestimmen des sich ergebenden Abfalls des Ladedrucks beim Zuführen des Luftmassenstroms und Bestimmen eines Werts basierend auf dem Ladedruckabfall, um den die Leistung der Turbine bzw. des damit verbundenen Verdichters erhöht werden muss, um den Ladedruckabfall zumindest zu reduzieren oder im Wesentlichen zu verhindern und
- e) Zuführen des Luftmassenstroms und Einstellen der Turbinenleistung auf Basis dieses Werts.
- a) determining whether a pumping of the compressor occurs or is imminent in operation,
- b) If it is determined that pumping is occurring or is imminent:
- c) determining an air mass flow to be supplied to the compressor sufficient to produce a pre-whirl prior to the compressor to at least reduce or substantially prevent pumping of the compressor, and
- d) determining the resulting drop in boost pressure upon delivery of the mass air flow and determining a value based on the boost pressure drop by which the power of the turbine or associated compressor must be increased to at least reduce or substantially prevent the boost pressure drop;
- e) supplying the air mass flow and adjusting the turbine power based on this value.
Das Verfahren hat den Vorteil, dass einerseits dem Auftreten eines Pumpens bei dem Verdichter entgegengewirkt werden kann, indem ein Luftmassenstrom dem Verdichter zugeführt wird, welcher einen geeigneten Vordrall erzeugt. Andererseits kann ein Abfall des Ladedrucks aufgrund des Abblasen des Luft verhindert oder zumindest reduziert werden, indem der Ladedruckabfall bestimmt wird, der sich aufgrund des Abblasens der Luft ergibt und entsprechend die Turbinenleistung erhöht werden.The Method has the advantage that on the one hand the occurrence of a pump in which the compressor can be counteracted by an air mass flow supplied to the compressor which produces a suitable pre-whirl. On the other hand can prevents a drop in the boost pressure due to the blowing off of the air or at least reduced by determining the boost pressure drop which results from the blow-off of the air and accordingly increases the turbine power become.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.advantageous Refinements and developments of the invention will become apparent the dependent claims and the description with reference to the drawings.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine Ventilanordnung bereitgestellt, über welche der Luftmassenstrom über einen Ausströmkanal dem Verdichter zuführbar ist, zum Erzeugen eines Vordralls bei einem Verdichter des Turboladers. Die Ventilanordnung kann hierbei beispielsweise ein Zapfluftventil aufweisen, mit einem variablen Querschnitt. Ein solches Ventil hat den Vorteil, dass sich ein vorbestimmter Luftmassenstrom einfach einstellen lässt, der dem Verdichter zugeführt wird, um einen ausreichenden Vordrall zu erzeugen. Dabei kann das Zapfluftventil beispielsweise einen Kegelventilsitz aufweisen, wobei über die Steigung des Kegelventilsitzes und den Vorschub der Querschnitt des Zapfluftventils geeignet eingestellt werden kann und damit der abzublasende Luftmassenstrom. Statt eines Kegelventilsitzes kann jedoch auch ein anders geformter Ventilsitz vorgesehen werden, um einen vorbestimmten Luftmassenstrom abzublasen.In an embodiment of the invention a valve arrangement is provided, via which the air mass flow via a outflow can be fed to the compressor is to generate a pre-whirl in a compressor of the turbocharger. The valve arrangement can in this case, for example, a bleed air valve have, with a variable cross-section. Such a valve has the advantage that a predetermined air mass flow easy lets set, fed to the compressor is to produce a sufficient pre-twist. It can do that For example, bleed valve have a conical valve seat, wherein over the Slope of the cone valve seat and the feed of the cross section the bleed air valve can be suitably adjusted and thus the bleed air mass flow. Instead of a cone valve seat can However, a differently shaped valve seat can be provided to to blow off a predetermined mass air flow.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Leistung der Turbine beispielsweise über eine Einrichtung zum Verändern der Leistung der Turbine angepasst. Die Einrichtung zum Verändern der Leistung der Turbine kann beispielsweise ein Wastegate, eine variable Turbinengeometrie mit beweglichen Leitschaufeln und/oder eine Schiebehülse aufweisen. Über einen entsprechenden Aktuator, wird hierbei beispielsweise eine Wastegate-Klappe des Wastegates entsprechend angesteuert oder ein Stellglied zur Versstellung der Leitschaufeln bzw. der Schiebehülse. Als Aktuator kann hierbei, beispielsweise ein elektrischer bzw. elektromechanischer und/oder elektromagnetischer Aktuator eingesetzt werden. Beispielsweise auch ein Schrittmotor. Dieser hat den Vorteil, dass er sich sehr genau ansteuern lässt.In a further embodiment according to the invention, the power of the turbine is adapted, for example, via a device for varying the power of the turbine. The device for varying the power of the turbine may, for example, have a wastegate, a variable turbine geometry with movable guide vanes and / or a sliding sleeve. By way of a corresponding actuator, in this case, for example, a wastegate flap of the wastegate is correspondingly activated or an actuator for the verse Position of the vanes or the sliding sleeve. As an actuator, in this case, for example, an electrical or electromechanical and / or electromagnetic actuator can be used. For example, a stepper motor. This has the advantage that it can be controlled very accurately.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the schematic figures the drawings specified embodiments explained in more detail. It demonstrate:
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.In all figures are the same or functionally identical elements and devices - if nothing else is stated - with the same reference numerals have been provided.
In
Im
vorliegenden Fall, wie er in
Die
Ausführungen
zu dem Turbolader
Wie
in dem Beispiel in
In
dem Verdichtergehäuses
Damit
es nun zu einem Druckaufbau am Verdichter kommt, wird das Wastegate
durch den Wastegate-Aktuator
Zum „Pumpen” kann es
am Verdichterrad
Hierbei
ergibt sich, dass das Druckverhältnis
bzw. der Quotient PQ = P2/P1 sehr groß werden kann. Bei zu hohen
Druckverhältnissen
und zu geringen Massenströmen
kann es dabei zum sog. Pumpen kommen. Das heißt es kommt zu Strömungsabrissen
an den Verdichterschaufeln
Die
Steuerungseinrichtung STG
Wird
nun also festgestellt, dass ein Pumpen am Verdichter auftritt, so
kann die Steuerungseinrichtung STG
Beispiele
für die
Ausgestaltung des Ausströmkanals
Beim Öffnen des
Zapfluftventils
Eine
Ladedruckregelung, die beispielsweise das Wastegate an der Turbine
bzw. die Wastegate-Klappe
Eine normale gängige Ladedruckregelung, zum Beispiel eine PID-Regelungseinrichtung mit einem proportionalen (P), integralen (I) und diffenrentialen (D) Anteil, die Teil der Steuerungseinrichtung ist, kann diesen Druckabfall bei dem Ladedruck P2 ausgleichen.A normal common Boost pressure control, for example, a PID control device with a proportional (P), integral (I) and diffenrential (D) Proportion that is part of the controller may account for this pressure drop compensate for the boost pressure P2.
Es bedarf jedoch erst einer gewissen Abweichung, damit der Proportionale (P)-Anteil der PID-Regelungseinrichtung aktiv wird bzw. einer gewissen Zeit bis der Integrale (I)-Anteil der PID-Regelungseinrichtung die Regelabweichung vollkommen ausgeglichen hat. Dabei kann es allerdings – je nach Güte der Regelung – trotzdem zu einem mehr oder weniger starken Einbruch des Ladedrucks P2 kommen.It However, it requires a certain deviation, so that the proportional (P) portion of the PID control device is active or a certain Time until the integral (I) portion of the PID controller the Control deviation has completely compensated. However, it can - depending on Goodness of Regulation - anyway come to a more or less severe collapse of the boost pressure P2.
Die Erfindung sieht nun vor, dass einem möglichen Abfallen des Ladedrucks aufgrund des Abblasens von Luft am Verdichter frühzeitig entgegengewirkt werden kann, so dass ein starkes Abfallen des Ladedrucks beispielsweise schon im voraus verhindert werden kann. Dabei wird jedoch gleichzeitig sichergestellt, dass über das Abblasen der Luft ein geeigneter Vordrall am Verdichter erzeugt werden kann, der ein Pumpen des Verdichters vorzugsweise im Wesentlichen verhindert.The invention now provides that a possible drop in boost pressure due to the blowing off of air at the compressor can be counteracted early on, so that a strong drop in the boost pressure, for example, can be prevented in advance. At the same time, however, it is ensured that By blowing off the air, a suitable pre-whirl can be generated at the compressor, which preferably substantially prevents pumping of the compressor.
Hierzu
findet gemäß der Erfindung
durch die Steuerungseinrichtung
Gemäß der Erfindung
wird die – von
der Steuerungseinrichtung STG
Hierbei
kann die bekannte Störgröße, d. h.
der Ladedruck P2 bzw. dessen Abfallen, für eine Vorsteuerung genutzt
werden zur Unterstützung
der Steuerungseinrichtung
Entsprechend
Parametern, wie beispielsweise dem Ladedruck P2 hinter dem Verdichter
bzw. am Verdichterradaustritt und des Drucks P1 vor dem Verdichter
bzw. am Verdichterradeintritt, der Ansaugtemperatur des Volumenstroms
durch den Verdichter und/oder der Menge der abgeblasenen Luft, wird
ein Wert bzw. eine korrektive Vorsteuergröße bestimmt und an die entsprechende,
zugeordnete Steuerungseinrichtung
Die
additive Turbinen- bzw. Verdichterleistung ist die zusätzliche
Turbinen- bzw. Verdichterleistung die aufgebracht werden muss, um
einen Abfall des Ladedrucks P2 zu reduzieren oder im Wesentlichen
ganz zu verhindern, der entsteht, wenn Luft über den Ausströmkanal abgeblasen
wird, um einen Vordrall zu erzeugen, der einem Pumpen des Verdichters
entgegenwirkt. Entsprechend der zusätzlich notwendigen Turbinen-
bzw. Verdichterleistung wird dann das Wastegate bzw. der Wastegate-Kanal
Entsprechend wird auch die Schiebehülse verschoben, um die Turbinenleistung geeignet zu erhöhen.Corresponding is also the sliding sleeve shifted to increase the turbine power suitable.
Neben
der additiven Turbinen- bzw. Verdichterleistung kann des Weiteren
die Menge der abgeblasenen Zapfluft direkt bestimmt und an die Steuerungseinrichtung
Mit
andere Worten, gemäß der Erfindung
kann der zu erwartende Abfall des Drucks P2 bestimmt oder abgeschätzt werden,
der durch das Abblasen von Luft zum Verhindern des Pumpens verursacht
wird. Anhand des zuvor berechneten bzw. abgeschätzten Druckabfalls wird eine
entsprechende korrektive Vorsteuergröße bestimmt, beispielsweise
eine zusätzliche
Turbinenleistung bzw. Verdichterleistung die erbracht werden muss, um
das Absinken des Ladedrucks P2 im Wesentlichen zu verhindern oder
zumindest zu reduzieren. Als Vorsteuergröße kann auch beispielsweise
direkt eine Ansteuergröße für die Wastegate-Klappe
Die Bestimmung der Menge der Zapfluft, die zugeführt wird, um einen geeigneten Vordrall zu erzeugen und damit ein Pumpen zu verhindern kann beispielsweise durch eine geeignete Messung(en) erfolgen oder durch eine Berechnung zum Beispiel nach der St. Venant-Gleichung oder durch eine andere geeigneten Modellbildung, wie beispielsweise ein Kennfeld.The Determining the amount of bleed air that is supplied to a suitable For example, to create pre-twist and thus prevent pumping by a suitable measurement (s) or by calculation for example, according to the St. Venant equation or by another appropriate modeling, such as a map.
Die St. Venant-Gleichungen lautet wie folgt: bei einer kritischen Strömung (wenn der Luftfluss in der Drossel Schallgeschwindigkeit erreicht, engl. choked flow): The St. Venant equations are as follows: at a critical flow (when the air flow in the throttle reaches the speed of sound, choked flow):
Dabei ist:
- CD:
- Durchflusskoefizient
- AT:
- die Fläche der Drosselstelle
- P0:
- Druck vor der Drosselstelle
- PT:
- Druck nach der Drosselstelle
- T0:
- Temperatur vor der Drosselstelle
- R:
- ideale Gaskonstante
- γ:
- Isentropenkoeffizient
- ṁreal:
- Massenstrom über die Drossel
- C D :
- Durchflusskoefizient
- A T :
- the area of the throttle point
- P 0 :
- Pressure in front of the throttle point
- P T :
- Pressure after the throttle point
- T 0 :
- Temperature in front of the throttle point
- R:
- ideal gas constant
- γ:
- Isentropenkoeffizient
- real :
- Mass flow through the throttle
Der Massenstrom der von der Verdichterseite abgezweigt wird und als Zapfluft tangential in die Anströmung des Verdichers eingebracht wird kann dabei Größenordnungen von 0% bis 50% annehmen (wobei alle Zwischenwerte mit eingeschlossen sind) und vorzugsweise beispielsweise einen Wert von etwa 25% des Verdichtermassenstroms an der Pumpgrenze betragen.Of the Mass flow is diverted from the compressor side and as Bleed air tangentially into the flow of the compressor can be introduced orders of magnitude of 0% to 50% assume (where all intermediate values are included) and Preferably, for example, a value of about 25% of the compressor mass flow at the surge limit.
Der erfinderische Schritt liegt in der Verkettung der beiden Regeleingriffe, Abblasen der Zapfluft und Änderung der Ansteuerung der Turbine. Gemäß der Erfindung wird die Regelung der Turbine nicht sich selbst überlassen und auf das Einbrechen des Ladedrucks gewartet. Stattdessen wird die Regelung der Turbine unterstützt mit den Informationen, die beispiels weise sowieso zur Verfügung stehen, wie zum Beispiel dem zuzuführenden Zapfluftstrom und damit dem damit verbundenen Druckabfall des Drucks P2.Of the innovative step lies in the concatenation of the two control interventions, Blow off the bleed air and change the control of the turbine. According to the invention the regulation of the turbine is not left to itself and to the breaking in maintained the charge pressure. Instead, the regulation of the turbine supports with the information that is available anyway, such as the one to be supplied Bleed air flow and thus the associated pressure drop of the pressure P2.
Im folgenden werden die beiden Verfahren kurz erläutert, anhand derer ein Pumpen des Verdichter bestimmt werden kann und wobei ein entsprechender Luftmassenstrom über den Ausströmkanal abgeblasen wird, um dem Pumpen des Verdichters entgegenzuwirken.in the The following two methods are briefly explained, by means of which a pump the compressor can be determined and wherein a corresponding Air mass flow over the discharge channel is blown off to counteract the pumping of the compressor.
In
einem ersten Schritt wird beispielsweise der Druck P2 hinter dem
Verdichteraustritt bestimmt. Alternativ kann aber auch ein Druck
der Luftmassenströmung
vor und/oder hinter dem Verdichter bzw. hinter dem Diffusoraustritt
und/oder vor dem Diffusoreintritt gemessen werden. In einem nächsten Schritt
wird bestimmt, ob der Verlauf des Drucks P2 die Pumpgrenze erreicht.
In diesem Fall kommt es im Wesentlichen zu periodischen Schwankungen
des Drucks P2, d. h. es tritt ein Rotating Stall auf. Dieser Rotating
Stall ist ein Vorbote des Pumpens, bei diesem kommt es zu einem
Abriss der Strömung
und damit zu einem Zusammenbruch des Luftstroms in einem Kanal des
Verdichterrades. Dieser Effekt wandert im Verdichterrad von einem
Kanal zum Nächsten
und bewirkt Druckschwankungen mit hoher Frequenz, aber kleiner Amplitude. Übersteigt
die Druckschwankung des Drucks P2 bzw. deren Amplitude beispielsweise
in einem angepassten Frequenzbereichs ein vorbestimmtes Grenzmaß, ab welchem
ein Rotating Stall des Verdichter erkannt wird und somit klar ist
dass ein Pumpen unmittelbar bevorsteht, so wird in einem nächsten Schritt
Luft über
ein Zapfluftventil
In
dem zweiten Verfahren wird wenigstens ein Kennfeld verwendet mit
dem Betriebsbereich eines Turboladers
Anhand
des Kennfeldes kann bestimmt werden, ob ein Turbolader während des
Betriebs die Pumpgrenze erreicht bzw. ein Pumpen auftritt. Beim
Auftreten eines Pumpens kann wiederum ein Zapfluftventil
Das
Zapfluftventil
In einer weiteren Ausführungsform kann die Ventilöffnung über eine umgestellte St. Venant Gleichung bestimmt werden.In a further embodiment Can the valve opening via a converted St. Venant equation can be determined.
Das
Zapfluftventil
Der
Ausströmkanal
In
einer weiteren Ausführungsform,
wie sie in
Grundsätzlich ist
die Erfindung aber nicht auf diese Ausführungsformen des Ausströmkanals
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen sind dabei miteinander kombinierbar, insbesondere einzelne Merkmale davon.Even though the present invention above based on the preferred embodiments It is not limited to this, but in many ways and modifiable. The embodiments described above are combined with each other, in particular individual features thereof.
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102008014681A DE102008014681A1 (en) | 2008-03-18 | 2008-03-18 | Charge pressure drop preventing method for turbocharger, involves determining values based on pressure drop to increase performance of turbine, and supplying air mass flow, and adjusting turbine performance adjusted based on values |
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Family Applications (1)
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DE102008014681A Ceased DE102008014681A1 (en) | 2008-03-18 | 2008-03-18 | Charge pressure drop preventing method for turbocharger, involves determining values based on pressure drop to increase performance of turbine, and supplying air mass flow, and adjusting turbine performance adjusted based on values |
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Country | Link |
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Effective date: 20130830 |