DE102010048967A1

DE102010048967A1 - Turboladersteuerungssysteme und -verfahren für ein verbessertes Übergangsverhalten

Info

Publication number: DE102010048967A1
Application number: DE102010048967A
Authority: DE
Inventors: Ping Mich. Ge; Donald R. Mich. Meyer
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-10-23
Filing date: 2010-10-20
Publication date: 2011-07-14
Anticipated expiration: 2030-10-21
Also published as: DE102010048967B4; US8640459B2; CN102042080A; CN102042080B; US20110094221A1

Abstract

Ein Turboladersteuerungssystem für einen Hochdruck-Turbolader und einen Niederdruck-Turbolader umfasst ein Turbomodus-Bestimmungsmodul und ein Übergangssteuerungsmodul. Das Turbomodus-Bestimmungsmodul bestimmt einen Übergang von einem doppelten Turbomodus in einen einfachen Turbomodus. Der Hochdruck-Turbolader ist im doppelten Turbomodus aktiv und befindet sich im einfachen Turbomodus im Leerlauf. Das Übergangssteuerungsmodul bestimmt einen Turbinenwirkungsgrad des Hochdruck-Turboladers und steuert den Hochdruck-Turbolader während des Übergangs auf der Grundlage einer vorgegebenen Gleichung für den maximalen Turbinenwirkungsgrad.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Verbrennungsmotoren und insbesondere Turboladersteuerungssysteme.
HINTERGRUND
Die hier bereitgestellte Hintergrundbeschreibung dient dem Zweck einer allgemeinen Darstellung des Kontexts der Offenbarung. Die Arbeit der gegenwärtig genannten Erfinder, sofern sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, sowie Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt des Einreichens nicht anderweitig als Stand der Technik ausgewiesen sind, werden weder explizit noch implizit als Stand der Technik gegen die vorliegende Offenbarung anerkannt.
Ein Verbrennungsmotor kann einen Turbolader verwenden, um die Luftdichte und damit die Luftmenge zu erhöhen, welche in den Motor eintritt. Die erhöhte Luftmenge ermöglicht, dass mehr Kraftstoff in den Motor ein gespritzt wird, wodurch die Motorleistung erhöht wird. Ein Turbolader umfasst allgemein ein Turbine, einen Luftkompressor und eine gemeinsame Welle, die die Turbine mit dem Luftkompressor verbindet. Die Turbine wird durch Abgas angetrieben, das aus einem Auslasskrümmer herausströmt. Der Luftkompressor wird von der Turbine angetrieben, um die Luft zu verdichten, die in den Ansaugkrümmer eintritt.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Turboladersteuerungssystem für einen Hochdruck-Turbolader und einen Niederdruck-Turbolader umfasst ein Turbomodus-Bestimmungsmodul und ein Übergangssteuerungsmodul. Das Turbomodus-Bestimmungsmodul bestimmt einen Übergang von einem doppelten Turbomodus in einen einfachen Turbomodus. Der Hochdruck-Turbolader ist im doppelten Turbomodus aktiv und befindet sich im einfachen Turbomodus im Leerlauf. Das Übergangssteuerungsmodul bestimmt einen gewünschten Turbinenwirkungsgrad des Hochdruck-Turboladers und steuert den Hochdruck-Turbolader während des Übergangs auf der Grundlage des gewünschten Turbinenwirkungsgrads.
Bei einem Merkmal steuert das Übergangssteuerungsmodul eine Turbine des Hochdruck-Turboladers und ein Umgehungsventil während des Übergangs auf der Grundlage des gewünschten Turbinenwirkungsgrads.
Bei anderen Merkmalen ist der Hochdruck-Turbolader ein Turbolader mit variabler Geometrie (VGT). Der gewünschte Turbinenwirkungsgrad ist ein maximaler Turbinenwirkungsgrad auf der Grundlage einer gegebenen VGT-Position und eines gegebenen Druckverhältnisses entlang des Hochdruck-Turboladers. Die VGT-Position und das Druckverhältnis erfüllen eine vorgegebene Gleichung für einen maximalen Turbinenwirkungsgrad.
Ein Verfahren zum Betreiben eines Hochdruck-Turboladers und eines Niederdruck-Turboladers umfasst, dass: ein Übergang von einem doppelten Turbomodus in einen einfachen Turbomodus bestimmt wird, wobei der Hochdruck-Turbolader im doppelten Turbomodus aktiv ist und sich im einfachen Turbomodus im Leerlauf befindet; ein gewünschter Turbinenwirkungsgrad entlang des Hochdruck-Turboladers auf der Grundlage der Bestimmung des Übergangs bestimmt wird; und eine Turbine des Hochdruck-Turboladers und ein Umgehungsventil während des Übergangs auf der Grundlage des gewünschten Turbinenwirkungsgrads gesteuert werden.
Weitere Anwendungsgebiete ergeben sich aus der hier bereitgestellten Beschreibung. Es versteht sich, dass die Beschreibung und spezielle Beispiele nur zur Veranschaulichung gedacht sind und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht beschränken sollen.
ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zur Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung keinesfalls einschränken.
1 ist ein Blockdiagramm eines Motorsystems gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung;
2 ist ein Blockdiagramm eines Turboladersteuerungsmoduls gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung;
3 ist ein beispielhaftes Kennfeld des Turbinenwirkungsgrades eines Hochdruck-Turboladers;
4 ist eine graphische Darstellung einer beispielhaften Gleichung für einen maximalen Turbinenwirkungsgrad; und
5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Turboladersystems gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung.
GENAUE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und ist nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungsmöglichkeiten zu beschränken. Es versteht sich, dass einander entsprechende Bezugszeichen in den Zeichnungen gleiche oder einander entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Begriff ”Modul” eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Ein Turboladersteuerungssystem der vorliegenden Offenbarung verbessert ein Übergangsverhalten eines zweistufigen Turboladersystems, indem es einen maximalen Turbinenwirkungsgrad während eines Übergangs von einem doppelten Turbomodus in einen einfachen Turbomodus beibehält. Der maximale Turbinenwirkungsgrad wird beibehalten, indem ein Umgehungsventil und ein Volumendurchsatz durch eine Turbine eines Hochdruck-Turboladers gesteuert werden.
Mit Bezug auf 1 umfasst ein Motorsystem 10 einen Motor 12, einen Ansaugkrümmer 14 und einen Auslasskrümmer 16. Der Motor 12 kann ein Dieselmotor sein und enthält eine Vielzahl von Zylindern 18. Obwohl acht Zylinder 18 gezeigt sind, kann der Motor 12 eine beliebige Anzahl von Zylindern 18 enthalten, welche umfasst, aber nicht beschränkt ist auf 2, 4, 5, 6, 10 und 12. Oberstromig des Ansaugkrümmers 14 kann optional eine Drossel 20 bereitstellt sein. Luft kann durch die Drossel 20 in den Ansaugkrümmer 14 eingesaugt werden, der die Luft auf die Zylinder 18 verteilt. Wenn die Drossel 20 nicht vorgesehen ist, kann Luft direkt in den Ansaugkrümmer 14 eingesaugt werden. In die Zylinder 18 kann Kraftstoff durch ein (nicht gezeigtes) Einspritzsystem mit gemeinsamem Verteilerrohr (Common-Rail-Einspritzsystem) eingespritzt werden, um ein Luft-/Kraftstoff-Gemisch in den Zylindern 18 zu erzeugen. Die Wärme der Zylinder 18 kann das Luft-/Kraftstoff-Gemisch zünden, was zu einer Verbrennung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches führt. Die Verbrennung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches erzeugt eine Verbrennungskraft, um (nicht gezeigte) Kolben anzutreiben, welche eine (nicht gezeigte) Kurbelwelle drehend antreiben. Das Abgas tritt aus den Zylindern 18 durch den Auslasskrümmer 16 an ein (nicht gezeigtes) Abgassystem aus.
Ein zweistufiges Turboladersystem 22 kann mit der Drossel 20 und dem Auslasskrümmer 16 in Verbindung stehen, um eine optimale Steuerung des Abgases zur Rückführung und Erhöhung (d. h. Verstärkung) des Luftmassendrucks (MAP) bereitzustellen. Wenn die Drossel 20 nicht vorgesehen ist, kann das zweistufige Turboladersystem 22 mit dem Ansaugkrümmer 14 und dem Auslasskrümmer 16 in Verbindung stehen. Das zweistufige Turboladersystem 22 umfasst einen Hochdruck-Turbolader 24 und einen Niederdruck-Turbolader 26, die in Reihe verbunden sind. Der Hochdruck-Turbolader 24 ist mit Bezug auf die Richtung der Abgasströmung oberstromig zum Niederdruck-Turbolader 26 breitgestellt. Der Hochdruck-Turbolader 24 umfasst eine Hochdruckturbine 27 und einen Hochdruckkompressor 28, die über eine gemeinsame Welle 30 verbunden sind. Der Niederdruck-Turbolader 26 umfasst eine Niederdruckturbine 32 und einen Niederdruckkompressor 34, die über eine gemeinsame Welle 36 verbunden sind. Ein Umgehungsventil 38 ist an der Seite der Hochdruckturbine 27 des Hochdruck-Turboladers 24 bereitgestellt. Ein weiteres Umgehungsventil 39 ist bereitgestellt, um den Hochdruckkompressor 28 des Hochdruck-Turboladers 24 zu umgehen.
Das zweistufige Turboladersystem 22 kann in einem doppelten Turbomodus und einem einfachen Turbomodus betrieben werden. Im doppelten Turbomodus strömt das Abgas durch den Hochdruck-Turbolader 24 und den Niederdruck-Turbolader 26. Die Ansaugluft erfährt einen höheren Verdichtungsgrad, was zu einem höheren Verstärkungsgrad beim MAP führt. Im einfachen Turbomodus ist das Umgehungsventil 38 geöffnet und das Abgas umgeht den Hochdruck-Turbolader 24. Der Hochdruck-Turbolader 24 wird leerlaufen.
Insbesondere, wenn sich der Motor 12 in einem stationären Zustand befindet und mit einer relativ hohen Motordrehzahl und einem relativ hohen Motordrehmoment läuft oder wenn sich der Motor 12 in einer ”starken Beschleunigung” befindet, kann die Wellendrehzahl des Hochdruck-Turboladers 24 bis in die Nähe einer Entwurfgrenze erhöht sein. Eine ”starke Beschleunigung” bezeichnet eine Situation, in der ein erheblicher Lastbetrag während einer Beschleunigung auf den Motor 12 aufgebracht wird. Um die Wellendrehzahl des Hochdruck-Turboladers 24 zu verringern, wird der Abgasdruck entlang des Hochdruck-Turboladers 24 verringert. Der Abgasdruck wird verringert, indem ein Umgehungsventil 38 geöffnet wird, um zu ermöglichen, dass das Abgas den Hochdruck-Turbolader 24 umgeht und durch das Umgehungsventil 38 strömt. Wenn die Abgasströmung den Hochdruck-Turbolader 24 umgeht, wird der Hochdruck-Turbolader 24 leerlaufen. Folglich ist das Turboladersystem 22 in den ”einfachen Turbomodus” übergegangen.
Der Hochdruck-Turbolader 24 kann beispielsweise ein Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) 24 sein und kann in der Turbine 27 (nicht gezeigte) variable Einlassleitschaufeln enthalten. Wenn eine Position der Einlassleitschaufeln (d. h. eine VGT-Position) verändert wird, wird die Geometrie des VGT 24 verändert und damit der Volumendurchsatz durch die Turbine 27 des VGT 24. Im Folgenden wird der VGT 24 als der Hochdruck-Turbolader verwendet. Es versteht sich jedoch und ist festzustellen, dass beliebige andere Turboladertypen als der VGT verwendet werden können, wenn der Volumendurchsatz durch den Hochdruck-Turbolader verstellt werden kann.
Der Niederdruck-Turbolader 26 kann beispielsweise ein Turbolader mit einem (nicht gezeigten) internen Wastegate bzw. Ladedruckregelventil sein. Das Ladedruckregelventil ist an der Seite der Niederdruckturbine 32 bereitgestellt. Wenn das Ladedruckregelventil geöffnet ist, strömt überschüssiges Abgas in das (nicht gezeigte) Abgassystem, um den Verstärkungsdruck (d. h. den MAP) zu verringern. Der Verstärkungs- oder Schubdruck ist allgemein proportional zur Motordrehzahl. Wenn der Verstärkungsdruck bei einer gegebenen Motordrehzahl einen Schwellenwertdruck überschreitet, kann das Ladedruckregelventil zur Verringerung des Verstärkungsdrucks geöffnet werden, um den Motor 12 und den Turbolader vor einer Beschädigung zu schützen.
Ein Steuerungsmodul 60 kommuniziert mit einer Vielzahl von Sensoren und steuert den Motorbetrieb auf der Grundlage von Signalen von der Vielzahl von Sensoren. Die Vielzahl von Sensoren umfasst, ist aber nicht beschränkt auf einen Krümmerluftdrucksensor (MAP-Sensor) 42, einen Luftmassenstromsensor (MAF-Sensor) 44, einen Motordrehzahlsensor 46 und einen VGT-Positionssensor 54. Der MAP-Sensor 42 misst den MAP.
Der MAF-Sensor 44 misst den MAF in den Ansaugkrümmer 14 hinein. Der Motordrehzahlsensor 46 misst die Motordrehzahl (RPM). Der VGT-Positionssensor 54 ist an der Hochdruckturbine 27 bereitgestellt und misst die VGT-Position der Hochdruckturbine 27.
Das Steuerungsmodul 60 kann ein Turboladersteuerungsmodul 61 enthalten, das einen Betrieb des zweistufigen Turboladersystems 22 steuert. Das Turboladersteuerungsmodul 61 hält den Turbinenwirkungsgrad auf einem vorgegebenen Turbinenwirkungsgrad, wenn das Turboladersystem 22 aus dem doppelten Turbomodus in den einfachen Turbomodus übergeht. Der vorgegebene Turbinenwirkungsgrad ist ein maximaler Turbinenwirkungsgrad bei einer VGT-Position und einem Druckverhältnis. Daher wird das Übergangsverhalten des Turboladersystems 22 verbessert.
Mit Bezug nun auf 2 enthält das Turboladersteuerungsmodul 61 ein Turbomodus-Bestimmungsmodul 62, ein VGT-Steuerungsmodul 64, ein VGT-Positionsbestimmungsmodul 66, ein Druckverhältnis-Bestimmungsmodul 68, ein Übergangssteuerungsmodul 70 und ein Umgehungsventil-Steuerungsmodul 72.
Das Turbomodus-Bestimmungsmodul 62 bestimmt einen gewünschten Turbomodus auf der Grundlage des Motordrehmoments und der Motordrehzahl. Beispielsweise kann das Turbomodus-Bestimmungsmodul 62 einen einfachen Turbomodus bestimmen, wenn die Motordrehzahl gleich einer Schwellenwertdrehzahl ist oder darüber liegt. Der Hochdruck-Turbolader 24 ist im doppelten Turbomodus aktiv und befindet sich im einfachen Turbomodus im Leerlauf. Das Turbomodus-Bestimmungsmodul 62 bestimmt einen Übergang, wenn sich der gewünschte Turbomodus von einem aktuellen Turbomodus unterscheidet. Wenn ein Übergang von dem doppelten Turbomodus in den einfachen Turbomodus gewünscht ist, wird das Umgehungsventil 38 geöffnet. Das Abgas umgeht den Hochdruck-Turbolader 24 und treibt nur die Niederdruckturbine 32 an. Der Hochdruck-Turbolader 24 wird leerlaufen. Daher beginnen das Motordrehmoment und der MAP abzufallen, wenn das Umgehungsventil 38 geöffnet wird. Das Übergangssteuerungsmodul 70 steuert das Turboladersystem 22, um das Übergangsverhalten beim Übergang zu verbessern.
Das VGT-Positionsbestimmungsmodul 66 bestimmt eine VGT-Position des Turboladersystems 22. Die VGT-Position bestimmt den Volumendurchsatz des Abgases durch die Turbine 27 des VGT 24. Das VGT-Positionsbestimmungsmodul 66 kann eine aktuelle VGT-Position (d. h. eine erste VGT-Position) auf der Grundlage von Signalen vom VGT-Sensor 54 bestimmen. Alternativ kann das VGT-Positionsbestimmungsmodul 66 die aktuelle VGT-Position auf der Grundlage von Befehlssignalen vom VGT-Steuerungsmodul 64 an den VGT 24 bestimmen (wie in gestrichelten Linien gezeigt ist).
Das Druckverhältnis-Bestimmungsmodul 68 bestimmt ein Druckverhältnis entlang der Turbine 27 des Hochdruck-Turboladers 24. Das Druckverhältnis ist als das Verhältnis eines Turbineneinlassdrucks zu einem Turbinenauslassdruck definiert. Das Druckverhältnis-Bestimmungsmodul 68 kann ein Turbinenkennfeld enthalten, das Korrelationen zwischen dem Druckverhältnis, einem Abgasdurchsatz durch die Turbine und einer VGT-Position (Leitschaufel-Position) enthält. Das Druckverhältnis ist eine Funktion des Abgasdurchsatzes und der VGT-Position. Das Druckverhältnis-Bestimmungsmodul 68 bestimmt das Druckverhältnis auf der Grundlage des Abgasdurchsatzes und der VGT-Position.
Das Übergangssteuerungsmodul 70 enthält ein Druckverhältnis-Vergleichsmodul 74, ein Turbinenwirkungsgradkennfeld 76 und eine Kurve 78 des maximalen Turbinenwirkungsgrads. Das Übergangssteuerungsmodul 70 bestimmt einen maximalen Turbinenwirkungsgrad, der während des Übergangs gesteuert werden soll. Der maximale Turbinenwirkungsgrad wird auf der Grundlage einer gegebenen VGT-Position und eines gegebenen Druckverhältnisses während des Übergangs bestimmt.
Mit Bezug auf 3 enthält das Turbinenwirkungsgradkennfeld 76 eine Beziehung zwischen einem Druckverhältnis, einer VGT-Position und einem Turbinenwirkungsgrad. Die VGT-Position kann als ein Prozentsatz eines Schließens des VGT 24 beschrieben werden. Wenn der VGT 24 beispielsweise vollständig geschlossen ist, kann die VGT-Position als 100% bezeichnet werden. Wenn der VGT 24 vollständig geöffnet ist, kann die VGT-Position als 0% bezeichnet werden. Der Turbinenwirkungsgrad kann auf der Grundlage des Turbinenwirkungsgradkennfelds, der VGT-Position und des Druckverhältnisses bestimmt werden. Der maximale Turbinenwirkungsgrad ist der maximal verfügbare Wirkungsgrad für jede Kombination aus einer VGT-Position und einem Druckverhältnis, wie er durch die Kurve des maximalen Turbinenwirkungsgrads angezeigt ist.
Mit Bezug auf 4 führt das Übergangssteuerungsmodul 70 eine Koordinatentransformation an der Kurve des maximalen Turbinenwirkungsgrads aus, um eine Kurve des maximalen Turbinenwirkungsgrads auf einer kartesischen Koordinate zu erhalten, welche das Druckverhältnis (Pr) und die VGT-Position (VGT_pos) als die X-Achse bzw. die Y-Achse verwendet. Das Druckverhältnis und die VGT-Position während des gesamten Übergangs erfüllen eine vorbestimmte Beziehung, d. h. die Gleichung für den maximalen Turbinenwirkungsgrad. Wenn anders ausgedrückt das Druckverhältnis und die VGT-Position die Gleichung für den maximalen Turbinenwirkungsgrad erfüllen, erzeugt der Hochdruck-Turbolader 24 während des gesamten Übergangs den maximalen Turbinenwirkungsgrad bei einer vorgegebenen VGT-Position und einem vorgegebenen Druckverhältnis. Wenn der Hochdruck-Turbolader 24 den maximalen Turbinenwirkungsgrad erzeugt, der bei einer beliebigen gegebenen VGT-Position und einem beliebigen gegebenen Druckverhältnis während des gesamten Übergangs verfügbar ist, stellt das Turboladersystem 22 einen sanften Übergang vom doppelten Turbomodus in den einfachen Turbomodus bereit. In Abhängigkeit von der VGT-Position und dem Druckverhältnis kann der maximale Turbinenwirkungsgrad während des gesamten Übergangs variieren.
Die vorbestimmte Beziehung zwischen dem Druckverhältnis und der VGT-Position (d. h. die Gleichung für den maximalen Turbinenwirkungsgrad) variiert mit Strukturen von Turboladersystemen. Nur zu Veranschaulichungszwecken kann die Gleichung für den maximalen Turbinenwirkungsgrad für eine spezielle Turboladersystemkonstruktion wie folgt beschrieben werden: VGT_pos = 3,4771Pr³ – 28,239Pr² + 96,72Pr – 70,177 wobei VGT_pos die VGT-Position ist und Pr das Druckverhältnis ist.
Ein Nulldurchgangspunkt kann bestimmt werden, indem eine zweite Ableitung der Gleichung für den maximalen Turbinenwirkungsgrad ermittelt und auf Null gesetzt wird. Als ein Beispiel ohne Einschränkung kann der Nulldurchgangspunkt auftreten, wenn das Druckverhältnis etwa 2,707 beträgt und sich die VGT-Position bei etwa 54% befindet. Der Nulldurchgangspunkt zeigt den Schwellenwert an, bei dem die VGT-Leitschaufel die Richtung ändert. Wenn die VGT-Position und das Druckverhältnis die Gleichung für den maximalen Turbinenwirkungsgrad erfüllen, erreicht die Kombination aus der VGT-Position und dem Druckverhältnis den maximalen Turbinenwirkungsgrad.
Wieder mit Bezug auf 2 vergleicht das Druckvergleichsmodul 74 das aktuelle Druckverhältnis mit einem Schwellenwert-Druckverhältnis und bestimmt, ob das aktuelle Druckverhältnis das Schwellenwert-Druckverhältnis überschreitet. Das Schwellenwert-Druckverhältnis kann einer mechanischen Grenze des VGT 24 entsprechen. Wenn dass Druckverhältnis das Schwellenwert-Druckverhältnis überschreitet, öffnet das Umgehungsventil-Steuerungsmodul 72 das Umgehungsventil 38. Wenn das Druckverhältnis das Schwellenwert-Druckverhältnis nicht überschreitet, bestimmt das Druckverhältnis-Bestimmungsmodul 68 kontinuierlich das Druckverhältnis. Auf ähnliche Weise vergleicht das Übergangssteuerungsmodul 70 kontinuierlich das Druckverhältnis mit dem Schwellenwert-Druckverhältnis, um zu bestimmen, ob das Druckverhältnis das Schwellenwert-Druckverhältnis überschreitet.
Wenn das Umgehungsventil 38 geöffnet wird, beginnt das Turboladersystem 22 mit einem Übergang von dem doppelten Turbomodus in den einfachen Turbomodus. Das Abgas umgeht den Hochdruck-Turbolader (d. h. den VGT 24) und strömt zum Niederdruck-Turbolader 26, um nur die Niederdruckturbine anzutreiben. Der Auslassdruck an der Hochdruckturbine 27 fängt an abzusinken, was zu einem Absinken des Druckverhältnisses führt.
Das Druckverhältnis-Bestimmungsmodul 68 bestimmt kontinuierlich das Druckverhältnis (d. h. das zweite Druckverhältnis) nachdem das Umgehungsventil 38 geöffnet ist. Das Übergangssteuerungsmodul 70 schätzt eine gewünschte VGT-Position (d. h. die zweite VGT-Position) auf der Grundlage des zweiten Druckverhältnisses und der Kurve des maximalen Turbinenwirkungsgrads. Das VGT-Steuerungsmodul 64 bewegt die VGT-Leitschaufelposition auf der Grundlage der gewünschten VGT-Position. Der gewünschte Turbinenwirkungsgrad ist der maximale Turbinenwirkungsgrad, der bei der zweiten VGT-Position und dem zweiten Druckverhältnis verfügbar ist.
Wenn die erste VGT-Position kleiner als die zweite VGT-Position ist und das zweite Druckverhältnis kleiner als das Schwellenwert-Druckverhältnis ist, wird die VGT-Position erhöht. Wenn die VGT-Position erhöht wird, werden die Leitschaufeln des VGT 24 zu der geschlossenen Position hin bewegt, um zu gestatten, dass weniger Abgas durch die Turbine strömt. Wenn die erste VGT-Position größer als die zweite VGT-Position ist und das zweite Druckverhältnis größer als das Schwellenwert-Druckverhältnis ist, wird die VGT-Position verringert. Wenn die VGT-Position verringert wird, werden die Leitschaufeln des VGT 24 zu der geöffneten Position hin bewegt, um zu ermöglichen, dass mehr Abgasströmung durch die Turbine 27 des VGT 24 strömt.
Mit Bezug auf 5 startet ein Verfahren 80 zum Betreiben eines Turboladersystems bei Schritt 82. Das Turbomodus-Bestimmungsmodul 62 bestimmt bei Schritt 84, ob ein Übergang von dem doppelten Turbomodus in den einfachen Turbomodus gewünscht ist. Wenn der Übergang gewünscht ist, bestimmt das VGT-Positionsbestimmungsmodul 66 bei Schritt 86 eine erste (aktuelle) VGT-Position und das Druckverhältnis-Bestimmungsmodul 68 bestimmt ein erstes (aktuelles) Druckverhältnis. Das Übergangssteuerungsmodul 70 bestimmt bei Schritt 88 einen gewünschten Turbinenwirkungsgrad, welcher der maximale Turbinenwirkungsgrad ist, der bei der ersten VGT-Position und dem ersten Druckverhältnis verfügbar ist. Wenn das erste Druckverhältnis bei Schritt 90 das Schwellenwert-Druckverhältnis überschreitet, wird bei Schritt 92 das Umgehungsventil 38 geöffnet. Wenn das erste Druckverhältnis das Schwellenwert-Druckverhältnis nicht überschreitet, geht das Verfahren 80 zu Schritt 86 zurück, um mit dem Überwachen des Turboladersystems 22 und dem Aktualisieren der VGT-Position und des Druckverhältnisses fortzufahren.
Nachdem das Umgehungsventil 38 geöffnet ist, wird das Druckverhältnis verringert. Das Druckverhältnis-Bestimmungsmodul 68 bestimmt bei Schritt 94 das zweite Druckverhältnis. Das Übergangssteuerungsmodul 70 schätzt bei Schritt 96 die zweite VGT-Position auf der Grundlage der Kurve des maximalen Turbinenwirkungsgrads und des zweiten Druckverhältnisses.
Das Übergangssteuerungsmodul 70 vergleicht die erste VGT-Position mit der zweiten VGT-Position und das zweite Druckverhältnis mit dem Schwellenwert-Druckverhältnis. Wenn bei Schritt 98 die erste VGT-Position kleiner als die zweite VGT-Position ist und das zweite Druckverhältnis kleiner als das Schwellenwert-Druckverhältnis ist, geht das Verfahren 80 zu Schritt 102, um die VGT-Position zu erhöhen. Andernfalls geht das Verfahren 80 zu Schritt 100. Wenn die VGT-Position bei Schritt 102 erhöht wird, wird der VGT zu der geschlossenen Position hin bewegt, um die Abgasströmung durch die Turbine 27 des VGT 24 zu verringern.
Wenn bei Schritt 100 die erste VGT-Position größer als die zweite VGT-Position ist und das zweite Druckverhältnis größer als das Schwellenwert-Druckverhältnis ist, wird bei Schritt 104 die VGT-Position verringert. Wenn die VGT-Position verringert wird, werden die VGT-Leitschaufeln zu der offenen Position hin bewegt, um die Abgasströmung durch die Turbine 27 zu erhöhen. Wenn bei Schritt 106 der Übergang nicht abgeschlossen ist, geht das Verfahren 80 zu Schritt 86 zurück, um die VGT-Position und das Druckverhältnis zu aktualisieren. Wenn der Übergang bei Schritt 106 abgeschlossen ist, endet das Verfahren 80 bei Schritt 108.
Fachleute können nun der vorstehenden Beschreibung entnehmen, dass die breiten Lehren der vorliegenden Offenbarung in einer Vielzahl von Formen implementiert werden können. Obwohl diese Offenbarung in Verbindung mit speziellen Beispielen derselben beschrieben wurde, soll daher der wahre Umfang der Offenbarung nicht darauf begrenzt sein, da sich dem Fachmann bei einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche weitere Modifikationen offenbaren werden.

Claims

Turboladersteuerungssystem für einen Hochdruck-Turbolader und einen Niederdruck-Turbolader, umfassend: ein Turbomodus-Bestimmungsmodul, das einen Übergang von einem doppelten Turbomodus in einen einfachen Turbomodus bestimmt, wobei der Hochdruck-Turbolader im doppelten Turbomodus aktiv ist und sich im einfachen Turbomodus im Leerlauf befindet; und ein Übergangssteuerungsmodul, das einen gewünschten Turbinenwirkungsgrad des Hochdruck-Turboladers während des Übergangs bestimmt und das den Hochdruck-Turbolader während des Übergangs auf der Grundlage des gewünschten Turbinenwirkungsgrads steuert.
Turboladersteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei der Hochdruck-Turbolader ein Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) ist.
Turboladersteuerungssystem nach Anspruch 2, wobei der gewünschte Turbinenwirkungsgrad ein maximaler Turbinenwirkungsgrad auf der Grundlage einer VGT-Position und eines Druckverhältnisses ist.
Turboladersteuerungssystem nach Anspruch 3, wobei der maximale Turbinenwirkungsgrad mit der VGT-Position und dem Druckverhältnis variiert.
Turboladersteuerungssystem nach Anspruch 3, wobei das Druckverhältnis auf der Grundlage eines Abgasdurchsatzes durch die Turbine und der VGT-Position bestimmt wird.
Turboladersteuerungssystem nach Anspruch 3, ferner ein Umgehungsventil-Steuerungsmodul umfassend, das ein Umgehungsventil öffnet, wenn das Druckverhältnis einen Schwellenwertdruck überschreitet.
Turboladersteuerungssystem nach Anspruch 6, ferner ein Druckverhältnis-Bestimmungsmodul umfassend, das ein zweites Druckverhältnis bestimmt, nachdem das Umgehungsventil geöffnet ist.
Turboladersteuerungssystem nach Anspruch 7, ferner ein VGT-Positionsbestimmungsmodul umfassend, das eine zweite VGT-Position auf der Grundlage des zweiten Druckverhältnisses und eines Turbinenwirkungsgrads bestimmt.
Turboladersteuerungssystem nach Anspruch 8, ferner ein VGT-Steuerungsmodul umfassend, welches den VGT auf der Grundlage der zweiten VGT-Position steuert.
Turboladersteuerungssystem nach Anspruch 9, wobei die zweite VGT-Position und das zweite Druckverhältnis eine Gleichung für einen maximalen Turbinenwirkungsgrad erfüllen.