DE102010021432A1

DE102010021432A1 - System und Verfahren für den Betriebsartübergang für einen sequentiellen Zweistufenreihen-Turbolader

Info

Publication number: DE102010021432A1
Application number: DE102010021432A
Authority: DE
Inventors: Zhiping Canton Liu; Ping Northville Township Ge; Anupam MRC Nagar Gangopadhyay
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-05-29
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2011-01-13
Anticipated expiration: 2030-05-26
Also published as: US8096123B2; DE102010021432B4; CN101900042A; CN101900042B; US20100300087A1

Abstract

Ein Verfahren zum Steuern eines Reihenturboladers für einen Motor und ein Steuersystem für denselben enthält ein Ladedruckbestimmungsmodul, das einen ersten vorhergesagten Ladedruck für eine erste Position einer Turbine mit variabler Geometrie bestimmt, wenn ein Hochdruckturbinen-Umgehungsventil in einer offenen Position ist. Das Ladedruckbestimmungsmodul bestimmt einen zweiten Ladedruck für eine zweite Position der variablen Geometrie, wenn das Hochdruckturbinen-Umgehungsventil in der offenen Position ist. Ein Modul für den gewünschten Ladedruck bestimmt einen gewünschten Ladedruck. Ein Vergleichsmodul bestimmt, wann das Signal für den gewünschten Ladedruck zwischen dem ersten vorhergesagten Ladedruck und dem zweiten vorhergesagten Ladedruck liegt. Ein Umgehungsventilsteuermodul schließt das Hochdruckturbinen-Umgehungsventil, wenn das Signal für den gewünschten Ladedruck zwischen dem ersten vorhergesagten Ladedruck und dem zweiten vorhergesagten Ladedruck liegt.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Verbrennungsmotoren und insbesondere auf Systeme und Verfahren zum Steuern eines sequentiellen Zweistufen-Turboladers des Verbrennungsmotors.
HINTERGRUND
Die hier gegebene Hintergrundbeschreibung dient zur allgemeinen Darstellung des Kontexts der Offenbarung. Arbeit der vorliegend genannten Erfinder in dem Umfang, in dem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, sowie Aspekte der Beschreibung, die nicht auf andere Weise als Stand der Technik zum Zeitpunkt der Einreichung berechtigen können, sind weder explizit noch implizit als Stand als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung anerkannt.
Die Erhöhung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit ist ein wünschenswertes Ziel für Fahrzeughersteller. Verbraucher wünschen hohe Kraftstoffwirtschaftlichkeit, ohne Leistung zu opfern. Die Turboladung schafft ein Verfahren zum Erhöhen der Leistung während anspruchsvoller Bedingungen, während die Gesamtkraftstoffwirtschaftlichkeit des Fahrzeugs verringert wird, da ein Motor mit kleinerem Hubraum verwendet werden kann.
Ein Typ eines Turboladesystems ist ein sequentieller Zweistufenreihen-Turbolader. In einem solchen Zweistufensystem sind eine Hochdruckturbine und eine Niederdruckturbine in Reihe vorgesehen. Wenn der Motor bei hoher Last und/oder bei hoher Drehzahl arbeitet, kann das Turboladesystem nur die Niederdruckturbine verwenden, während es die Hochdruckturbine umgeht. Diese Betriebsart wird als Betriebsart A bezeichnet.
Wenn die Motorlast und -drehzahl nicht hoch sind, arbeiten die Hochdruckturbine und die Niederdruckturbine in Reihe zusammen. Dies wird als Betriebsart B bezeichnet.
Die Bereitstellung eines gleichmäßigen Übergangs zwischen den Betriebsarten A und B ist für das Antriebsverhalten des Fahrzeugs wichtig. Es kann die Bereitstellung einer Kalibrierung für die Umschaltung zwischen den Betriebsarten ausgeführt werden. Allerdings kann die Umschaltbedingung auf der Betankung, auf der Motordrehzahl oder auf anderen Bedingungen beruhen. Ein solcher Kalibrierungsaufwand kann äußerst groß und somit kostspielig sein. Eine Kalibrierung kann nur für Ein-Konfigurations-Teilsysteme gültig sein. Somit müsste die gesamte Kalibrierung wiederholt werden, falls eines der Teilsysteme geändert wird. Ferner könnte die Kalibrierung wegen Toleranzen der Teile, wegen Toleranzen, Alterung der Teile und anderen unvorhergesehenen Bedingungen nicht optimal sein.
ZUSAMMENFASSUNG
Daher schafft die vorliegende Offenbarung ein System und ein Verfahren für den gleichmäßigen Übergang zwischen dem Niederdruckturbinenbetrieb und dem Betrieb der Reihenkombination der Hochdruckturbine und der Niederdruckturbine.
In einem Aspekt der Offenbarung umfasst ein Verfahren zum Steuern eines Motors mit einem Turboladesystem mit einem Hochdruckturbolader und mit einem Niederdruckturbolader das Bestimmen eines potentiellen Ladedrucks, der einem Hochdruckturbinen-Umgehungsventil in einer geschlossenen Position entspricht, wenn es in einer weit offenen Position ist, und das Schließen des Umgehungsventils, sodass ein Hochdruckverdichter mit dem potentiellen Ladedruck in einem gewünschten Hochdruckarbeitsbereich arbeitet, sodass ein gewünschter Ladedruck erhalten wird, und das Halten des Hochdruckturbinen-Umgehungsventils in einer offenen Position.
In einem weiteren Aspekt der Offenbarung umfasst ein Verfahren zum Steuern eines Motors das Öffnen des Hochdruckturbinen-Umgehungsventils eines Turboladesystems, das Bestimmen eines ersten vorhergesagten Ladedrucks, wenn das Hochdruckturbinen-Umgehungsventil in einer offenen Position ist, für eine erste Position einer Turbine mit variabler Geometrie, das Bestimmen eines zweiten Ladedrucks, wenn das Hochdruckturbinen-Umgehungsventil in der offenen Position ist, für eine zweite Position der variablen Geometrie, das Bestimmen eines gewünschten Ladedrucks und das Schließen des Hochdruckturbinen-Umgehungsventils, wenn das Signal für den gewünschten Ladedruck zwischen dem ersten vorhergesagten Ladedruck und dem zweiten vorhergesagten Ladedruck liegt.
In einem nochmals anderen Aspekt der Offenbarung enthält ein Steuersystem ein Ladedruckbestimmungsmodul, das einen ersten vorhergesagten Ladedruck bestimmt, wenn das Hochdruckturbinen-Umgehungsventil in einer offenen Position ist, für eine erste Position einer Turbine mit variabler Geometrie, wenn ein Hochdruckturbinen-Umgehungsventil in einer geschlossenen Position ist. Das Ladedruckbestimmungsmodul bestimmt einen zweiten Ladedruck, wenn das Hochdruckturbinen-Umgehungsventil in der offenen Position ist, für eine zweite Position der variablen Geometrie, wenn das Hochdruckturbinen-Umgehungsventil in der geschlossenen Position ist. Ein Modul für den gewünschten Ladedruck bestimmt einen gewünschten Ladedruck. Ein Vergleichsmodul bestimmt, wann das Signal für den gewünschten Ladedruck zwischen dem ersten vorhergesagten Ladedruck und dem zweiten vorhergesagten Ladedruck liegt. Ein Umgehungsventilsteuermodul schließt das Hochdruckturbinen-Umgehungsventil, wenn das Signal für den gewünschten Ladedruck zwischen dem ersten vorhergesagten Ladedruck und dem zweiten vorhergesagten Ladedruck liegt.
Weitere Bereiche der Anwendbarkeit gehen aus der hier gegebenen Beschreibung hervor. Selbstverständlich sind die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur zur Veranschaulichung bestimmt und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird umfassender verständlich aus der ausführlichen Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, in denen:
1 ein Funktionsblockschaltplan eines Motorsystems ist, das ein Ladesystem gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält;
2 ein Verdichterkennfeld ist, das ein Druckverhältnis und ein korrigiertes Luftströmungsverhältnis für den Hochdruckverdichter darstellt;
3 ein Funktionsblockschaltplan des Controllers aus 1 ist; und
4a–4c ein Ablaufplan sind, der Schritte darstellt, die von dem System gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft und soll die Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungen in keiner Weise einschränken. Der Klarheit halber sind in den Zeichnungen zur Angabe ähnlicher Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet. Wie der Ausdruck wenigstens eines von A, B und C hier verwendet wird, soll er ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht ausschließenden logischen Oder bedeuten. Es ist festzustellen, dass Schritte innerhalb eines Verfahrens in anderer Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu ändern.
Wie er hier verwendet wird, bezieht sich der Begriff Modul auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), auf eine elektronische Schaltung, auf einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und auf Speicher, die eines oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, auf eine Kombinationslogikschaltung und/oder auf andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
In 1 enthält ein Motor 10 einen Zylinderblock 12, der verschiedene Anzahlen von Zylindern aufweist, einen Einlasskrümmer 14 und einen oder mehrere Auslasskrümmer 16. Der Einlasskrümmer enthält einen Lufteinlass 18. Der Auslasskrümmer 16 weist einen Abgasauslass 20 auf. Der Motor 10 steht in Verbindung mit einem Luftladesystem 22. Das Ladesystem 22 kann ein sequentieller Zweistufenreihen-Turbolader sein. Die Einlassdrosselklappe 24 kann eine Einlassdrosselklappe von Lamellen- oder Absperrklappentyp sein. Eine Drosselklappe vom Steuerwalzentyp kann ebenfalls verwendet werden. Die Einlassdrosselklappe 24 ist ein Ventil, das einen Durchlassquerschnitt aufweist, der gemäß einem wie im Folgenden beschrieben Steuersystem und -verfahren erhöht oder verringert werden kann.
Ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) 32 steuert die Abgasströmung zur Emissionsverringerung von dem Abgasauslass 20 zu dem Einlass 18. Das AGR-Ventil 32 weist ebenfalls einen steuerbaren Durchlassquerschnitt auf, der gemäß einem Steuersystem und -verfahren erhöht oder verringert werden kann. Die Einlassluftströmung von dem AGR-Ventil 32 und von der Einlassdrosselklappe 24 vereinigt sich, um eine Gesamteinlassluftströmung in den Motor 10 zu bilden.
Das Abgasrückführungsventil kann in Reihe mit einem Abgasrückführungskühler 28 sein. Ein AGR-Umgehungsventil 30 kann verwendet werden, um das AGR-Ventil 32 und den AGR-Kühler 28 zu umgehen. Das AGR-Umgehungsventil 30 ist parallel zu der Reihenschaltung des AGR-Ventils 32 und des AGR-Kühlers 28.
Das Ladesystem 22 weist einen Auslass auf, der für einen Ladeluftkühler (CAC) 34 vorgesehen ist. Der Ladekühler 34 kühlt die Einlassluftströmung vor dem Einlasskrümmer 14. Wie oben erwähnt wurde, kann das Ladesystem 22 einen sequentiellen Zweistufenreihen-Turbolader 36 enthalten. Der sequentielle Zweistufenreihen-Turbolader 36 kann einen Niederdruckverdichter (NDV) 38 enthalten, der direkt mit einer Niederdruckturbine (NDT) 40 gekoppelt ist. Außerdem kann der sequentielle Zweistufenreihen-Turbolader 36 einen Hochdruckverdichter (HDV) 42 in direkter Verbindung mit einer Hochdruckturbine (HDT) 44 enthalten. Die Hochdruckturbine 44 kann eine Turbine mit variabler Geometrie sein. Die Niederdruckturbine 40 kann eine Turbine mit fester Geometrie sein. Beide Turbinen 40, 44 werden durch Abgase von dem Abgasauslass 20 angetrieben.
Ein Hochdruckturbinen-Umgehungsventil 46 kann verwendet werden, um die Hochdruckturbine 44 zu umgehen. Die Hochdruckturbine wird durch Öffnen des Ventils im Wesentlichen umgangen. In der geschlossenen Position drängt das Umgehungsventil 46 die Abgase durch die Hochdruckturbine 44. Ein Ladedruckregelventil 48 kann verwendet werden, um die Niederdruckturbine 40 zu umgehen. Üblicherweise arbeitet das Ladedruckregelventil 48 nur unter äußersten Druckbedingungen als eine Sicherheit. Der Hochdruckverdichter 42 und der Niederdruckverdichter 38 werden verwendet, um Einlassluft von dem NDV-Einlass zu verdichten. Ein Umgehungsventil 50, das zwischen dem Auslass des Niederdruckverdichters 38 und dem Auslass des Hochdruckverdichters 42 angeordnet ist, wird zum Umgehen des Hochdruckverdichters verwendet. Luft, die durch das Umgehungsventil 50 läuft, verlässt das Ladesystem 22 und wird an den Ladeluftkühler 34 geliefert.
Ein Luftmassenströmungssensor 62 erzeugt ein Luftmassenströmungssignal, das der Masse der Luft in dem Einlass des Systems entspricht.
Ein innerhalb des Einlasskrümmers 14 angeordneter Krümmerabsolutdrucksensor 64 erzeugt ein Krümmerdrucksignal. Das Krümmerabsolutdrucksignal kann verwendet werden, um das Druckverhältnis des Ladesystems zu bestimmen.
Ein Abgaskrümmer-Drucksensor 66 kann ein Drucksignal erzeugen, das dem Druck der Abgase in dem Abgaskrümmer entspricht. Der Abgaskrümmerdruck kann auch von anderen Sensoren 68 abgeleitet werden, die an einem Motor üblicherweise zu finden sind. Die anderen Sensoren 68 können einen Motordrehzahlsensor, ein Signal für die geforderte Kraftstoffmenge, ein Signal für die geforderte Einspritzzeiteinstellung, einen Einlasskrümmer-Temperatursensor und einen Motorkühlmittel-Temperatursensor enthalten. Der Einfachheit halber sind die anderen Sensoren alle in dem Block 68 für andere Sensoren dargestellt.
Ein Steuermodul 70 steht in Kommunikation mit dem Luftmassenströmungssensor 62, mit dem Krümmerabsolutdruck 64, mit dem Abgaskrümmer-Drucksensor 66, mit dem AGR-Ventil 32, mit dem Umgehungsventil 46 und mit der Einlassdrosselklappe 24. Wie im Folgenden beschrieben wird, steuert das Steuermodul 70 das Umgehungsventil 46 und die Einlassdrosselklappe 24 unabhängig.
In 2 ist nun ein Verdichterkennfeld dargestellt, das eine graphische Darstellung des Druckverhältnisses gegenüber der korrigierten Luftströmung aufweist. Die vorliegende Offenbarung schafft eine gleichmäßigen Übergang von der Betriebsart A, in der der Ladedruck nur durch den Niederdruckverdichter erzeugt wird, und der Betriebsart B, in der der Ladedruck durch den Hochdruckverdichter in Reihe mit dem Niederdruckverdichter erzeugt wird. Wenn der Turbolader in der Betriebsart A arbeitet, ist das Hochdruckturbinen-Umgehungsventil 46 aus 1 in einer weit offenen Position und ist das Hochdruckverdichter-Umgehungsventil 50 vollständig offen. Die Turbine mit variabler Geometrie der Hochdruckturbine 44 und der Hochdruckverdichter arbeiten in der Leerlaufbetriebsart.
Während die Motordrehzahl und -last abnehmen, schließt sich das Hochdruckturbinen-Umgehungsventil, sodass die Turbine in die Betriebsart B zurückkehrt. In der vorliegenden Offenbarung wird eine Vorhersage ausgeführt, sodass der Hochdruckverdichter innerhalb eines gewünschten Verdichterarbeitsbereichs 210 arbeitet, wenn das Hochdruckturbinen-Umgehungsventil 46 geschlossen wird und der Hochdruckverdichter Ladedruck zu erzeugen beginnt. Wenn daraufhin das Hochdruckturbinen-Umgehungsventil 46 geschlossen wird, wird der Punkt B als ein akzeptabler Zielpunkt angesehen und werden die Punkte B1 und B2 nicht als akzeptable Punkte angesehen, da der Hochdruckverdichter in einem Bereich mit sehr niedrigem Wirkungsgrad, in einem Drosselungsbereich, in einem Schwingungsbereich oder in einem Überdrehzahlbereich arbeiten würde. Falls der Hochdruckverdichter nicht in dem gewünschten Bereich 210 arbeitet, nachdem das Umgehungsventil geschlossen worden ist, sind Einstellungen erforderlich. Es wird versucht, das Hochdruckturbinen-Umgehungsventil erneut zu öffnen, wobei der Übergang in beiden Richtungen wegen Leistung oder Emissionen nicht akzeptabel sein kann.
Wie im Folgenden dargelegt ist, verwendet die vorliegende Offenbarung ein Modell, das ein Energieausgleichskonzept zur Berechnung des vermeintlichen oder potentiellen Ladedrucks verwendet, wenn das Hochdruckturbinen-Umgehungsventil 46 geschlossen würde. Wenn das Hochdruckturbinen-Umgehungsventil 46 in einer vollständig oder zum größten Teil geöffneten Position ist, berechnet das Modell den potentiellen Ladedruck unter der Annahme, dass das Hochdruckturbinen-Umgehungsventil 46 geschlossen würde und die Position der Turbine mit variabler Geometrie innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt. Wenn das Modell ermittelt, dass das Hochdruckturbinen-Umgehungsventil geschlossen wurde, würde eine vernünftige Position der Turbine mit variabler Geometrie den Ladedruck auf den gewünschten Wert zurück bringen und würde der Hochdruckverdichter in einem gewünschten Bereich arbeiten, woraufhin das Hochdruckturbinen-Umgehungsventil bereit sein kann geschlossen zu werden. Falls die obigen Bedingungen nicht erfüllt sind, ermöglicht das Verfahren erst, dass das Hochdruckturbinen-Umgehungsventil 46 geschlossen wird, wenn eine Umschaltbedingung erfüllt ist.
In 3 ist nun das Steuermodul 70 in größerer Einzelheit dargestellt. Ein Turboladerbedingungs-Vorhersagemodul 310 sagt die Bedingungen für den Hochdruck- und für den Niederdruck-Turbolader vorher, um zu bestimmen, wann das Umgehungsventil 46 aus 1 zu öffnen ist. Das Turboladerbedingungs-Vorhersagemodul 310 wird für eine Turbine mit variabler Geometrie (VGT) ausgeführt. Die Bestimmungen, die in dem Turboladerbedingungs-Vorhersagemodul 310 vorgenommen werden, werden bei verschiedenen Positionen der Turbine mit variabler Geometrie ausgeführt, sodass ein Modul 312 für die Position der Turbine mit variabler Geometrie ermöglicht, dass verschiedene Turbinenpositionen getestet werden. In dieser Ausführungsform werden eine maximale Position der Turbine mit variabler Geometrie und eine minimale Position der Turbine mit variabler Geometrie verwendet. Ein Eintrittsbedingungsmodul 314 bestimmt die Eintrittsbedingung des Systems. Das Eintrittsbedingungsmodul 314 kann z. B. die Position des Hochdruckturbinen-Umgehungsventils 46 aus 1 bestimmen. Das vorliegende Beispiel wird für den Übergang von der Betriebsart A zur Betriebsart B dargelegt, der ein Übergang von der Niederdruckturbine, die allein wirkt, zu der Niederdruckturbine und zu der Hochdruckturbine, die in Reihe wirken, ist.
Das Turboladerbedingungs-Vorhersagemodul 310 kann ein Hochdruckturbinen-Kennfeld 316 und ein Niederdruckturbinen-Kennfeld 318 enthalten. Das Hochdruckturbinen-Kennfeld und das Niederdruckturbinen-Kennfeld können die Druckverhältnisse und Luftströmungen der Niederdruckturbine bzw. der Hochdruckturbine korrelieren. Das Druckverhältnis ist das Verhältnis des Einlassdrucks und des Auslassdrucks der Turbine.
Ein Hochdruckturbinen-Druckverhältnismodul 320 bestimmt unter Verwendung des Hochdruckturbinen-Verhältniskennfelds und der Position der Turbine mit variabler Geometrie das Hochdruckturbinen-Druckverhältnis. Ein korrigiertes Durchflussmengensignal von einem Modul 322 für die korrigierte Durchflussmenge kann in dem Hochdruckturbinen-Druckverhältnismodul ebenfalls verwendet werden.
Ein Hochdruckturbinen-Wirkungsgradmodul 324 bestimmt unter Verwendung des Hochdruckturbinen-Kennfelds und der Position der Turbine mit variabler Geometrie den Hochdruckturbinen-Wirkungsgrad.
Ein Temperaturabfallmodul 326 bestimmt den Hochdruckturbinen-Temperaturabfall über die Hochdruckturbine. Die Hochdruckturbinen-Auslasstemperatur ist eine Funktion des Druckverhältnisses von dem Hochdruckturbinen-Druckverhältnismodul 320, der Hochdruckturbinen-Einlasstemperatur und des Turbinenwirkungsgrads von dem Hochdruckturbinen-Wirkungsgradmodul 324.
Ein Niederdruckturbinen-Druckverhältnismodul 330 verwendet das Niederdruckturbinen-Kennfeld 318 zum Berechnen des Druckverhältnisses über die Niederdruckturbine. Die Ausgabe des Moduls 322 für den korrigierten Durchfluss wird in dieser Bestimmung ebenfalls verwendet. Der Temperaturabfall über das Hochdruckturbinenmodul ist der Einlasstemperaturabfall zu der Niederdruckturbine. Die Temperatur wird an ein Modul 332 für die potentielle Turbinenenergie geliefert, das die potentielle Turbinenenergie sowohl der Niederdruckturbine als auch der Hochdruckturbine bestimmt. Das Modul 332 für die potentielle Turbinenenergie empfängt ein Hochdruckturbinen-Druckverhältnissignal von dem Hochdruckturbinen-Druckverhältnismodul 320 und ein Niederdruckturbinen-Druckverhältnissignal von dem Niederdruckturbinen-Druckverhältnismodul 330. Die Abgastemperaturen, Drücke und Strömungsinformationen werden verwendet, um die potentielle Hochdruckturbinen- und Niederdruckturbinenenergie zu bestimmen. Das heißt, wenn die potentielle Turbinenenergie sowohl für die Hochdruckturbine als auch für die Niederdruckturbine bestimmt wird, sollte ein Umschalten von der Betriebsart A (Niederdruckturbine allein) in die Betriebsart B (sowohl Hochdruckturbine als auch Niederdruckturbine) stattfinden.
Ein Niederdruckturbinen-Wirkungsgradmodul 334 erzeugt auf der Grundlage des Niederdruckturbinen-Kennfelds 318 einen Niederdruckturbinen-Wirkungsgrad.
Eine Energie zu dem Niederdurchlass-Verdichtermodul 336 erzeugt auf der Grundlage des Niederdruckturbinen-Wirkungsgradmodul-Signals 334 und der Energie, die von der Niederdruckturbine geliefert werden kann, ein Energiesignal, das der Energie entspricht, die an den Niederdruckverdichter übertragen wird.
Ein Modul 338 für das Druckverhältnis über den Niederdruckverdichter erzeugt ein Druckverhältnis, das dem Druckverhältnis über den Niederdruckverdichter entspricht. Das Energiesignal von dem Niederdruckverdichtermodul 336 wird zum Bestimmen des Druckverhältnisses des Niederdurchlassverdichters verwendet.
Ein Niederdruckverdichter-Auslasstemperatur-Bestimmungsmodul 340 bestimmt auf der Grundlage der Niederdruckverdichter-Einlasstemperatur, die von dem Einlasstemperaturmodul 342 erhalten werden kann, die Auslasstemperatur des Niederdruckverdichters. Zur Bestimmung der Einlasstemperatur zu dem Fahrzeug kann ein Sensor verwendet werden. Bei der Bestimmung können das im Signal vom Block 338 bestimmte Druckverhältnis und das Wirkungsgradsignal von dem Niederdrucktemperatur- oder Turbinenwirkungsgradmodul 334 verwendet werden.
Um ein Hochdruckverdichter-Druckverhältnis zu erzeugen, kann ein Hochdruckverdichter-Druckkennfeld 350 in Verbindung mit einem Hochdruckverdichter-Druckverhältnismodul 352 verwendet werden. Sowohl das Hochdruckverdichter- als auch das Niederdruckverdichter-Druckverhältnis kann bei einer maximalen Position der Turbine mit variabler Geometrie und bei einer minimalen Position der Turbine mit variabler Geometrie berechnet werden. Um den maximalen und den minimalen Ladedruck unter Verwendung der Positionen der Turbine mit variabler Geometrie zu bestimmen, kann ein Ladedruckbestimmungsmodul 360 verwendet werden.
Ein Vergleichsmodul 362 vergleicht verschiedene Parameter, um unter Verwendung des Ventilsteuermoduls 364 zu bestimmen, ob das Ventil offen bleiben sollte oder nicht oder bereit zum Schließen ist. Der Vergleich erfolgt in dem Vergleichsmodul 362. Die in dem Vergleichsmodul 362 vorgenommenen Vergleiche können bestimmen, ob der gewünschte Ladedruck von einem Modul 366 für den gewünschten Ladedruck innerhalb des in dem Ladedruckbestimmungsmodul 360 bestimmten Bereichs des maximalen Ladedrucks und des minimalen Ladedrucks liegt. Wenn der gewünschte Ladedruck bei den zwei Extrempositionen innerhalb des Bereichs des maximalen und des minimalen Ladedrucks liegt und wenn es eine Überlappung zwischen dem gewünschten Hochdruckverdichter-Arbeitsbereich und dem maximalen und dem minimalen Hochdruckverdichter-Druckverhältnis unter der maximalen und der minimalen Position der Turbine mit variabler Geometrie gibt, ist das in 1 dargestellte Umgehungsventil 46 bereit geschlossen zu werden. Falls einer der oben erwähnten Vergleiche nicht wahr ist, ist das Ventil nicht bereit geöffnet zu werden.
In 4a–4c ist nun ein Verfahren zum Betreiben der vorliegenden Offenbarung dargelegt. In Schritt 410 werden die Eintrittsbedingungen bestimmt. In diesem Beispiel sind die Eintrittsbedingungen, wenn das Hochdruckturbinen-Umgehungsventil in einer offenen Position ist und wenn das Hochdruckverdichter-Umgehungsventil offen ist. Die vorliegende Offenbarung bestimmt, ob das Hochdruckturbinen-Umgehungsventil 46 aus 1 bereit ist, geschlossen zu werden. Wenn bestimmt wird, ob das Hochdruckturbinen-Umgehungsventil in einer offenen Position ist, kann die Position als eine ”weit” offene Position bezeichnet werden, wenn die offene Position vollständig offen oder nahezu vollständig offen ist. Mehr als etwa 75% können als eine weit offene Position angesehen werden.
In Schritt 412 wird die Motorabgastemperatur geschätzt. Die Abgastemperatur ist die Abgaskrümmertemperatur, die, wie im Folgenden beschrieben ist, zum Berechnen der Turbinenenergie und des korrigierten Abgasdurchflusses verwendet wird. Die Motorabgastemperatur kann unter Verwendung verschiedener Parameter aus einem Modell berechnet werden. Natürlich kann ein direkter Messwert der Abgaskrümmertemperatur unter Verwendung eines Sensors bestimmt werden. Unter Verwendung eines Modells werden andere dem Motor zugeordnete Sensoren verwendet. Zum Beispiel können ein Motordrehzahlsensor, eine geforderte Kraftstoffmenge, eine geforderte Einspritzzeiteinstellung, ein Einlasskrümmer-Temperatursensor, ein Luftmassenströmungssensor und eine Motorkühlmitteltemperatur zusammen, in Kombination oder in Unterkombination verwendet werden, um die Abgaskrümmertemperatur zu bestimmen.
In Schritt 414 werden eine maximale und eine minimale Position der Turbine mit variabler Geometrie definiert. Die Positionen werden verwendet, um zwei mögliche Ladedrücke zu berechnen, wenn das Hochdruckturbinen-Umgehungsventil 46 geschlossen ist. Wenn der gewünschte Ladedruck zwischen den zwei Drücken liegt und sich die Hochdruckverdichterverhältnisse innerhalb der zwei Positionen mit variabler Geometrie mit dem in 2 dargestellten Arbeitsbereich 210 überlappen, wird zugelassen, dass sich das Umgehungsventil schließt. In Schritt 416 wird angenommen, dass die VGT-Position eine minimale Position ist. Die folgenden Berechnungen werden auch für eine maximale Position ausgeführt. In Schritt 418 wird ein Druckverhältnis über die Hochdruckturbine mit einem korrigierten Durchfluss bestimmt. In der Berechnung des Druckverhältnisses werden das Hochdruckturbinen-Kennfeld und die Flügelgeometrieturbinenposition verwendet. In der Berechnung wird ein korrigierter Durchfluss verwendet.
In Schritt 420 wird unter Verwendung des Hochdruckturbinen-Kennfelds und der Position der Turbine mit variabler Geometrie der Hochdruckturbinen-Wirkungsgrad bestimmt. Das Druckverhältnis über die Hochdruckturbine aus Schritt 418 und der Hochdruckturbinen-Wirkungsgrad aus 420 werden verwendet, um den Temperaturabfall über die Hochdruckturbine zu berechnen, sodass in Schritt 422 die unterstromige Temperatur der Hochdruckturbine bestimmt werden kann. Die Hochdruckturbinen-Auslasstemperatur ist eine Funktion des Druckverhältnisses, der Hochdruckturbinen-Einlasstemperatur und des Turbinenwirkungsgrads. In Schritt 424 wird das Niederdruckturbinen-Kennfeld verwendet, um das Druckverhältnis über die Niederdruckturbine zu berechnen. Außerdem wird in Schritt 424 ein korrigierter Durchfluss verwendet.
In Schritt 426 wird die Energie berechnet, die durch die Hochdruckturbine bei einer angenommenen Position der Turbine mit variabler Geometrie geliefert werden kann. Dies wird unter Verwendung der obigen Temperatur, des obigen Drucks und der obigen Strömung sowie einer Energiegleichung zur Berechnung der Energie ausgeführt. Die Abgastemperatur, der Druck, die Strömung und die Energiegleichung werden verwendet, um die Energie zu berechnen, die die Niederdruckturbine liefern könnte. In Schritt 430 wird ein Niederdruckturbinen-Kennfeld verwendet, um den Niederdruckturbinen-Wirkungsgrad zu berechnen. In Schritt 432 werden die Energie von der Niederdruckturbine und der Wirkungsgrad der Niederdruckturbine, die in den Schritten 428 und 430 bestimmt wurden, in Schritt 432 zur Berechnung der an den Niederdruckverdichter übertragenen Energie verwendet. In Schritt 434 wird unter Verwendung der von der Niederdruckturbine erhaltenen Energie das Druckverhältnis über den Niederdruckverdichter bestimmt. In Schritt 436 wird auf der Grundlage der Niederdruckverdichter-Einlasstemperatur, des Druckverhältnisses und des Wirkungsgrads die Niederdruckverdichter-Auslasstemperatur bestimmt. In Schritt 438 werden die korrigierte Strömung und das Hochdruckverdichter-Kennfeld verwendet, um das Druckverhältnis über den Hochdruckverdichter zu berechnen.
In Schritt 440 wird bestimmt, ob der Prozess mit allen Positionen der Turbine mit variabler Geometrie abgeschlossen ist oder nicht. Wenn in Schritt 440 nicht alle Berechnungen abgeschlossen sind, bestimmt das Verfahren in Schritt 442 Berechnungen für die Turbine mit variabler Geometrie, die bei einer maximalen Ventilposition eingestellt ist. Daraufhin werden die Schritte 418 bis 438 für die maximale Position berechnet, die mit den zuvor ausgeführten Mimimalpositionen der Turbine mit variabler Geometrie gegenübergestellt wird.
Wenn in Schritt 440 die Berechnungen für alle Positionen der Turbine mit variabler Geometrie abgeschlossen sind, wird der Schritt 444 ausgeführt. In Schritt 444 werden der maximale und der minimale Ladedruck bei den Positionen der Turbine mit variabler Geometrie bei der maximalen und bei der minimalen Position berechnet.
In Schritt 446 wird bestimmt, ob der gewünschte Ladedruck innerhalb der zwei Extrempositionen der variablen Geometrie innerhalb des Bereichs des maximalen Ladedrucks und des minimalen Ladedrucks liegt. Falls der gewünschte Ladedruck innerhalb des Bereichs mit einem maximalen Ladedruck und mit einem minimalen Ladedruck der zwei Extrempositionen liegt, bestimmt der Schritt 448, ob es zwischen dem Hochdruckverdichter-Arbeitsbereich und dem maximalen und dem minimalen Hochdruckverdichter-Druckverhältnis unter der maximalen Position und der minimalen Position der Turbine mit variabler Geometrie eine Überlappung gibt. Mit anderen Worten, wenn das Hochdruckturbinen-Umgehungsventil geschlossen ist, gibt es eine zulässige Position der Turbine mit variabler Geometrie, um den Hochdruckverdichter in dem in 2 dargestellten gewünschten Arbeitsbereich 210 arbeiten zu lassen. Wenn das der Fall ist, schließt der Schritt 450 das Umgehungsventil.
Wenn, wieder zurück zu den Schritten 446 und 448, der gewünschte Ladedruck nicht innerhalb des Bereichs des maximalen Ladedrucks und des minimalen Ladedrucks der zwei Extrempositionen der Turbine mit variabler Geometrie liegt, lässt der Schritt 452 nicht zu, dass das Hochdruckturbinen-Umgehungsventil geschlossen wird. Außerdem bestimmt Schritt 448, wann das Hochdruckturbinen-Umgehungsventil geschlossen werden kann, wobei der Schritt 452 nicht zulässt, dass das Umgehungsventil geschlossen wird, falls es keine zulässige Position der Turbine mit variabler Geometrie gibt, um den Hochdruckverdichter in dem gewünschten Arbeitsbereich 210 aus 2 arbeiten zu lassen.
Der Fachmann auf dem Gebiet kann nun aus der vorstehenden Beschreibung würdigen, dass die umfassenden Lehren der vorliegenden Offenbarung in einer Vielzahl von Formen implementiert werden können. Obgleich diese Offenbarung in Verbindung mit besonderen Beispielen davon beschreiben worden ist, soll der wahre Umfang der Offenbarung somit darauf nicht beschränkt sein, da für den erfahrenen Praktiker bei Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche andere Änderungen sichtbar werden.

Claims

Steuersystem, das umfasst: ein Ladedruckbestimmungsmodul, das einen ersten vorhergesagten Ladedruck für eine erste Position einer Turbine mit variabler Geometrie bestimmt, wenn ein Hochdruckturbinen-Umgehungsventil in einer offenen Position ist, und das einen zweiten Ladedruck für eine zweite Position der variablen Geometrie bestimmt, wenn das Hochdruckturbinen-Umgehungsventil in der offenen Position ist; ein Modul für den gewünschten Ladedruck, das einen gewünschten Ladedruck bestimmt; ein Vergleichsmodul, das bestimmt, wann das Signal für den gewünschten Ladedruck zwischen dem ersten vorhergesagten Ladedruck und dem zweiten vorhergesagten Ladedruck liegt; und ein Umgehungsventil-Steuermodul, das das Hochdruckturbinen-Umgehungsventil schließt, wenn das Signal für den gewünschten Ladedruck zwischen dem ersten vorhergesagten Ladedruck und dem zweiten vorhergesagten Ladedruck liegt.
Steuersystem nach Anspruch 1, bei dem der erste vorhergesagte Ladedruck auf einer potentiellen Niederdruckturbinenenergie beruht.
Steuersystem nach Anspruch 1, bei dem der erste vorhergesagte Ladedruck auf einem Hochdruckverdichter-Druckverhältnis und auf einem Niederdruckverdichter-Druckverhältnis beruht.
System, das umfasst: einen Motor; einen Hochdruckturbolader, der eine Hochdruckturbine mit variabler Geometrie und einen Hochdruckverdichter aufweist; einen Niederdruckturbolader in Reihe mit dem Hochdruckturbolader, der eine Niederdruckturbine und einen Niederdruckverdichter aufweist; ein Hochdruckturbinen-Umgehungsventil, das die Hochdruckturbine umgeht; das Steuersystem nach Anspruch 1.
System nach Anspruch 4, bei dem die erste Position der Hochdruckturbine mit variabler Geometrie einer minimalen Position entspricht und bei dem die zweite Position der Hochdruckturbine mit variabler Geometrie einer maximalen Position entspricht.