DE102020122889A1

DE102020122889A1 - Verfahren zum betrieb eines systems für ein fahrzeug

Info

Publication number: DE102020122889A1
Application number: DE102020122889.9A
Authority: DE
Inventors: Khizer Tufail; Tim Winstanley
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2019-09-06
Filing date: 2020-09-02
Publication date: 2021-03-11
Also published as: GB2586853A; US11333088B2; GB201912828D0; US20210071602A1; CN112459897A

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines Turboladers mit verstellbarer Düse eines Fahrzeugs bereitgestellt, wobei das Fahrzeug einen Motor, einen Turbolader mit verstellbarer Düse und ein Pedal, das zwischen einer Tip-out-Stellung und einer Tip-in-Stellung zur Steuerung einer Kraftstoffeinspritzrate in eine Brennkammer des Motors beweglich ist, aufweist. Das Verfahren umfasst Empfangen eines Stellungssignals in Bezug auf eine Stellung eines Pedals; Bestimmen, ob das Signal anzeigt, dass sich das Pedal in der Tip-out-Stellung, die einer minimalen Kraftstoffeinspritzrate entspricht, befindet; und dahingehendes Steuern variabler Schaufeln des Turboladers, sich zumindest zum Teil zu schließen, als Reaktion auf die Bestimmung, dass sich das Pedal in der Tip-out-Stellung befindet.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Turboladers für ein Fahrzeug und eine Steuerung für ein Fahrzeug, wie z. B. ein Kraftfahrzeug (z. B. einen PKW, einen Lieferwagen, einen Lkw, ein Motorrad usw.), ein Industrie- oder landwirtschaftliches Fahrzeug (z. B. einen Traktor, einen Gabelstapler, einen Bulldozer, einen Bagger usw.), ein Seefahrzeug, ein Luftfahrzeug oder irgendeine andere Art von Fahrzeug.
Turbolader werden gemeinhin in Fahrzeugen zur Zufuhr von Druckluftverstärkungen (Ladedruck) zu einem Motor bei Erhöhung der Last an einem Motor zur Verbesserung der Sauerstoffzufuhr zu dem Motor verwendet. Systeme mit Turboladern können unter Ansprechverzögerung auf die Verstärkung leiden, wobei es eine Verzögerungszeit zwischen der Laständerung und der Zufuhr von Ladedruckluft zu dem Motor gibt.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Betrieb eines Turboladers mit verstellbarer Düse eines Fahrzeugs bereitgestellt, wobei das Fahrzeug einen Motor, einen Turbolader mit verstellbarer Düse und ein Pedal, das zwischen einer Tip-out-Stellung und einer Tip-in-Stellung zur Steuerung einer Kraftstoffeinspritzrate in eine Brennkammer des Motors beweglich ist, aufweist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:

Empfangen eines Stellungssignals in Bezug auf eine Stellung eines Pedals; Bestimmen, ob das Signal anzeigt, dass sich das Pedal in der Tip-out-Stellung, die einer minimalen Kraftstoffeinspritzrate entspricht, befindet; und dahingehendes Steuern variabler Schaufeln des Turboladers, sich zumindest zum Teil zu schließen, als Reaktion auf die Bestimmung, dass sich das Pedal in der Tip-out-Stellung befindet.

Das zumindest teilweise Schließen der Schaufeln beinhaltet Reduzieren der Größe der Öffnungen zwischen den Schaufeln.
Das Verfahren kann Empfangen eines zweiten Stellungssignals bezüglich einer Stellung eines Pedals nach dem dahingehenden Steuern der variablen Schaufeln des Turboladers, sich zumindest zum Teil zu schließen; und dahingehendes Steuern der variablen Schaufeln, sich wieder zu öffnen, als Reaktion auf die Bestimmung, dass das zweite Stellungssignal eine Bewegung des Pedals in die Tip-in-Stellung anzeigt, umfassen.
Das Signal kann eine Bewegung des Pedals in die Tip-in-Stellung anzeigen, wenn das Signal anzeigt, dass sich das Pedal nicht in der Tip-out-Stellung befindet.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Steuerung für ein Fahrzeug bereitgestellt, das einen Motor, ein Pedal und einen Turbolader mit verstellbarer Düse aufweist, wobei das Pedal zwischen einer Tip-out-Stellung und einer Tip-in-Stellung zur Steuerung einer Kraftstoffeinspritzrate in eine Brennkammer des Motors beweglich ist; wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, ein Stellungssignal hinsichtlich einer Stellung des Pedals zu empfangen und basierend auf dem Stellungssignal zu bestimmen, ob sich das Pedal in der Tip-out-Stellung, die einer minimalen Kraftstoffeinspritzrate entspricht, befindet, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, die variablen Schaufeln des Turboladers als Reaktion auf die Bestimmung, dass sich das Pedal in der Tip-out-Stellung befindet, zumindest zum Teil zu schließen.
Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Turboladersteuersystem bereitgestellt, das eine Steuerung gemäß dem zweiten Aspekt und einen Sensor, der dazu konfiguriert ist, das Stellungssignal hinsichtlich der Stellung des Pedals zu erzeugen, umfasst.
Gemäß einem vierten Aspekt wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das einen Motor, einen Turbolader mit verstellbarer Düse und ein Pedal umfasst, wobei das Pedal zwischen einer Tip-out-Stellung und einer Tip-in-Stellung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzrate von Kraftstoff in eine Brennkammer des Motors beweglich ist, wobei das Fahrzeug ferner ein Turboladersteuersystem gemäß dem dritten Aspekt umfasst.
Gemäß einem fünften Aspekt wird ein maschinenlesbares Medium bereitgestellt, das Anweisungen umfasst, die dazu konfiguriert sind, dahingehend von einem Prozessor ausgeführt zu werden, die Durchführung eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt zu bewirken.
Es werden nun Ausführungsformen der Erfindung lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben; in den Zeichnungen zeigen:

1 schematisch ein Fahrzeug, das ein System zur Reduzierung der Ladedruckverzögerung in einem Turbolader umfasst; und
2 ein Ablaufdiagramm, das die Schritte eines Verfahrens zur Reduzierung der Ladedruckverzögerung in einem Turbolader zeigt.

1 zeigt ein Fahrzeug 10, bei dem es sich in diesem Beispiel um ein Kraftfahrzeug handelt, das ein Antriebssystem 100 zum Antreiben des Fahrzeugs 10 umfasst. Das System 100 umfasst einen Motor 12 und einen Turbolader 14 in Strömungsverbindung mit dem Motor 12. Der Turbolader 14 ist dazu konfiguriert, den Ladedruck (d. h. Druckluft mit einem Druck, der den Atmosphärendruck übersteigt) dahingehend in einen Lufteinlass des Motors 12 zuzuführen, den volumetrischen Wirkungsgrad des Motors 12 zu erhöhen (d. h. das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (AFR) in dem Motor 12 während des Gebrauchs zu verbessern). Der Turbolader 14 ist dazu konfiguriert, die Menge an dem Motor 12 zugeführter Druckluft dahingehend zu variieren, das AFR in dem Motor 12 während des Gebrauchs innerhalb akzeptabler Grenzen zu halten, beispielsweise auf einem AFR von etwa 15-25 bei magerer Verbrennung oder etwa 14 bei fetter Verbrennung.
Der Turbolader 14 umfasst eine Turbine 16, einen Turbineneinlass 20, einen Turbinenauslass 22, einen Verdichter 18, einen Verdichtereinlass 24 und einen Verdichterauslass 26. Die Turbine 16 wird durch Abgas von dem Motor 12, das durch den Turbineneinlass 20 eintritt, angetrieben. Der Verdichter 18 ist direkt mit der Turbine 16 verbunden, so dass eine Drehung der Turbine 16 eine entsprechende Drehung des Verdichters 18 bewirkt. Atmosphärenluft tritt durch den Verdichtereinlass 24 in den Verdichter 18 ein und wird als Druckluft durch den Verdichterauslass 26 aus dem Verdichter 18 ausgelassen. Der Verdichterauslass 26 steht dahingehend mit dem Motor 12 in Strömungsverbindung, dem Motor 12 Druckluft zur Vermischung mit Kraftstoff und zur Verbrennung zuzuführen.
Der Turbolader 14 in diesem Beispiel ist ein Turbolader mit verstellbarer Düse (VNT), der auch als Turbolader mit Verstellgeometrie (VGT) bekannt ist, der mehrere Schaufeln umfasst, die über den Umfang hinweg um die Turbine 16 herum angeordnet sind.
Die Schaufeln sind so konfiguriert, dass ihre Teilung variiert, so dass die Drehzahl der Turbine 16 für gegebene Einlassstrombedingungen und somit des Verdichters 18 durch Variieren des Winkels der Schaufeln geändert werden kann. Beispielsweise werden durch Schließen der Schaufeln (d. h. Reduzieren der Größe der Öffnungen zwischen den Schaufeln) die durch den Turbineneinlass 20 in die Turbine 16 eintretenden Abgase durch die Öffnungen zwischen den Schaufeln beschleunigt und somit wird die Turbine 16 veranlasst, sich schneller zu drehen. Eine schnellere Drehung der Turbine 16 bewirkt eine schnellere Drehung des Verdichters 18 und somit eine stärkere Verdichtung der durch den Verdichterlufteinlass 24 in den Verdichter 18 eintretenden Luft. Dies führt dazu, dass dem Motor 12 ein höherer Ladedruck zugeführt wird. Im Gegensatz dazu reduziert eine Öffnung der variablen Schaufeln (d. h. eine Vergrößerung der Größe der Öffnungen zwischen den Schaufeln) die Beschleunigung der Abgase durch die Schaufeln, da die Öffnungen zwischen den Schaufeln größer sind. Eine Reduzierung der Beschleunigung der Abgase reduziert die Drehzahl, mit der sich die Turbine 16 und der Verdichter 18 drehen, für dieselbe Menge an in die Turbine 16 eintretendem Abgas. Dadurch wird somit der dem Motor 12 zugeführte Ladedruck reduziert.
Das System 100 umfasst eine Steuerung 30, die dazu konfiguriert ist, die Teilung der variablen Schaufeln des Turboladers 14 zu steuern und damit die Drehzahl der Turbine 16 und des Verdichters 18 zu steuern. Somit ist die Steuerung 30 dazu konfiguriert, die Höhe des Ladedrucks, der dem Motor 12 von dem Turbolader 14 zugeführt wird, zu steuern.
Während Normalbetriebs steuert die Steuerung 30 die Teilung der variablen Schaufeln während des Gebrauchs des Fahrzeugs 10 dahingehend, das AFR in dem Motor 12 innerhalb akzeptabler Grenzen zu halten. Also kann die Steuerung 30 den Turbolader 14 dahingehend steuern, die Höhe des Ladedrucks, der dem Motor 12 zugeführt wird, zu erhöhen, wenn die Kraftstoffeinspritzrate in den Motor 12 erhöht wird, und umgekehrt für eine Reduzierung der Kraftstoffeinspritzrate.
Das System 100 umfasst ein Pedal 32, das dazu konfiguriert ist, eine Kraftstoffeinspritzrate in den Motor 12 durch seine Stellung zu steuern. Das Pedal 32 ist dazu konfiguriert, von einem Benutzer manipuliert zu werden, und ist zwischen einer Tip-out-Stellung, die einer minimalen Kraftstoffeinspritzrate entspricht, und einer Tip-in-Stellung, die einer maximalen Kraftstoffeinspritzrate entspricht, beweglich. In diesem Beispiel befinden sich die Tip-in-Stellung und die Tip-out-Stellung beide an äußeren Enden der Bewegung des Pedals 32.
Ein Benutzer kann das Pedal 32 in eine Tip-out-Stellung, die einer minimalen Kraftstoffeinspritzrate entspricht, bewegen, wenn der Benutzer beabsichtigt, das Fahrzeug rollen zu lassen, oder während eines Gangwechsels. Auf diese Bedingungen folgt oftmals eine Erhöhung der Last an dem Motor, wenn der Benutzer nach dem Rollenlassen oder einem Gangwechsel wieder beschleunigt. Bei einem herkömmlichen Turbolader hat sich jedoch während des Rollenlassens oder Gangwechsels, wobei sich das Pedal 32 in einer Tip-out-Stellung befindet, der Ladedruck von dem Turbolader verringert, und somit gibt es eine Ladedruckverzögerung (d. h. eine Verzögerungszeit zwischen dem Lastwechsel und der Bereitstellung von zusätzlichem Ladedruck von dem Turbolader 14), wenn der Benutzer das Pedal 32 wieder in die Tip-in-Stellung bewegt, um wieder zu beschleunigen.
Das System 100 umfasst einen Sensor 34, der dazu konfiguriert ist, die Stellung des Pedals 32 zu überwachen. In diesem Beispiel überwacht der Sensor 34 die Stellung des Pedals 32 und gibt ein Stellungssignal aus, das die Stellung des Pedals 32 entweder in der Tip-in-Stellung oder der Tip-out-Stellung oder an irgendeiner Stelle zwischen diesen Stellungen anzeigt. Der Sensor kann dazu konfiguriert sein, ein Stellungssignal in regelmäßigen Abständen auszugeben, um die Stellung des Pedals 32 fortlaufend zu überwachen.
Die Steuerung 30 ist dazu konfiguriert, den Ladedruck während Szenarien, wie z. B. Rollenlassen oder Gangwechsel, zu erhalten. Die Steuerung 30 ist dazu konfiguriert, das Stellungssignal von dem Sensor 34 zu empfangen und zu bestimmen, ob das Stellungssignal anzeigt, dass sich das Pedal 32 in einer Tip-out-Stellung befindet. Die Steuerung 30 ist dazu konfiguriert, als Reaktion auf eine Bestimmung, dass sich das Pedal 32 in der Tip-out-Stellung befindet, von dem Normalbetrieb abzuweichen, indem sie die variablen Schaufeln dahingehend steuert, sich von einer Stellung aus, in der die Schaufeln sich während Normalbetriebs befinden würden, zumindest zum Teil zu schließen.
In einigen Beispielen kann der Sensor ein Schalter sein, der nur dann betätigt wird, wenn sich das Pedal in der Tip-out-Stellung befindet (z. B. ein an dem Pedal angebrachter Näherungsschalter, wie z. B. ein Hall-Sensor). In anderen Beispielen kann der Sensor ein Schalter sein, der nur dann betätigt wird, wenn sich das Pedal nicht in der Tip-out-Stellung befindet.
In einigen Beispielen kann ein bestehendes Fahrzeug ein System mit einem Motor, einem Turbolader, einem Pedal und/oder einem Sensor aufweisen. Bei derartigen Systemen kann das Fahrzeug so nachgerüstet werden, dass es ein Turboladersteuersystem mit einer Steuerung 30 gemäß obiger Beschreibung zur Durchführung des Verfahrens gemäß nachstehender Beschreibung unter Bezugnahme auf 2 umfasst.
2 ist ein Ablaufdiagramm, das Schritte eines Verfahrens 200 zum Betrieb des Systems 100 zeigt. Block 202 zeigt, dass das System 100 im Normalbetrieb beginnt (d. h. durch dahingehendes Steuern der Schaufeln, das AFR in dem Motor 12 innerhalb akzeptabler Grenzen zu halten, um schädliche Emissionen zu reduzieren und die Leistungsfähigkeit des Motors zu optimieren).
Block 204 folgt auf Block 202 und umfasst Empfangen eines Stellungssignals von dem Sensor 34, das die Stellung des Pedals 32 anzeigt.
Block 206 folgt auf Block 204 und umfasst Bestimmen, ob das Stellungssignal anzeigt, dass sich das Pedal 32 in einer Tip-out-Stellung befindet. In diesem Beispiel kann das Verfahren durch Vergleichen des empfangenen Stellungssignals mit Signalen in einer Nachschlagetabelle bestimmen, dass sich das Pedal 32 in einer Tip-out-Stellung befindet, oder eine Steuerung kann eine Berechnung basierend auf dem Signal durchführen, um zu bestimmen, ob es anzeigt, dass sich das Pedal in einer Tip-out-Stellung befindet. In weiteren Beispielen kann, wenn sich das Pedal in einer Tip-out-Stellung befindet, ein Schalter betätigt werden, und ein Signal kann von dem Schalter ausgegeben werden. Das Empfangen des Signals kann somit anzeigen, dass sich das Pedal in der Tip-out-Stellung befindet.
Wenn bestimmt wird, dass das Stellungssignal nicht anzeigt, dass sich das Pedal 32 in einer Tip-out-Stellung befindet, geht das Verfahren 200 zu Block 204 zum Empfangen eines anderen Stellungssignals zurück, und das System 100 setzt den Betrieb im Normalbetrieb fort.
Wenn bestimmt wird, dass das Stellungssignal anzeigt, dass sich ein Pedal 32 in einer Tip-out-Stellung befindet, geht das Verfahren 200 zu Block 208 über. Block 208 umfasst Abweichen vom Normalbetrieb und dahingehendes Steuern der variablen Schaufeln des Turboladers 14, sich zumindest zum Teil zu schließen. Das zumindest teilweise Schließen der Schaufeln beinhaltet Ändern der Teilung der Schaufeln zur Reduzierung der Größe der Öffnungen zwischen den Schaufeln. Dadurch wird der von dem Turbolader 14 bereitgestellte Ladedruck durch Beschleunigen der abnehmenden Menge an Abgasen durch die Öffnungen zwischen den Schaufeln zeitweilig erhalten.
Wenn die Schaufeln zumindest zum Teil geschlossen wurden, geht das Verfahren 200 zu Block 210 über, der Empfangen eines weiteren Stellungssignals umfasst.
Wenn das Stellungssignal bei Block 210 empfangen wird, geht das Verfahren zu Block 212 über, der Bestimmen, ob das empfangene Stellungssignal bei Block 210 anzeigt, dass sich das Pedal 32 in einer Tip-out-Stellung befindet, umfasst. Wenn bestimmt wird, dass das Stellungssignal nicht mehr anzeigt, dass sich das Pedal 32 in einer Tip-out-Stellung befindet, kehrt das Verfahren zu Block 202 zurück, so dass das System 100 zum Normalbetrieb zurückkehrt. In diesem Fall ist der Ladedruck erhalten worden, bis das Pedal 32 sich nicht mehr in der Tip-out-Stellung befindet, um die Ladedruckverzögerung, wenn Beschleunigung erforderlich ist, zu reduzieren.
Wenn bestimmt wird, dass das Stellungssignal anzeigt, dass sich das Pedal 32 in einer Tip-out-Stellung befindet, geht das Verfahren 200 zu Block 214 über. Block 214 umfasst dahingehendes Steuern der variablen Schaufeln, ihre Stellung beizubehalten oder sich weiter zu schließen, und das Verfahren 200 kehrt zu Block 210 zum Empfang eines weiteren Stellungssignals zurück.
In einigen Beispielen muss der Ladedruck, der erhalten wird, möglicherweise abgelassen werden, wenn der Druck zu hoch ist. Hoher Druck kann zu Verdichterpumpen führen, wobei der Luftstrom zeitweilig in den Verdichter 18 zurückgeführt wird. Somit kann überschüssiger Ladedruck durch ein Wastegateventil in dem Turbolader 14 abgelassen werden. Alternativ dazu kann die Steuerung 30 das oben beschriebene Verfahren 200 unterbrechen, wenn überschüssiger Ladedruck vorliegt und einen Teil des Ladedrucks durch Öffnen der Schaufeln ablassen.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Turboladers mit verstellbarer Düse eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug einen Motor, einen Turbolader mit verstellbarer Düse und ein Pedal, das zwischen einer Tip-out-Stellung und einer Tip-in-Stellung zur Steuerung einer Kraftstoffeinspritzrate in eine Brennkammer des Motors beweglich ist, aufweist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Empfangen eines Stellungssignals in Bezug auf eine Stellung eines Pedals; Bestimmen, ob das Signal anzeigt, dass sich das Pedal in der Tip-out-Stellung, die einer minimalen Kraftstoffeinspritzrate entspricht, befindet; und dahingehendes Steuern variabler Schaufeln des Turboladers, sich zumindest zum Teil zu schließen, als Reaktion auf die Bestimmung, dass sich das Pedal in der Tip-out-Stellung befindet.
Verfahren zum Betrieb eines Turboladers mit verstellbarer Düse nach Anspruch 1, das Folgendes umfasst: Empfangen eines zweiten Stellungssignals bezüglich einer Stellung eines Pedals nach dem dahingehenden Steuern der variablen Schaufeln des Turboladers, sich zumindest zum Teil zu schließen; dahingehendes Steuern der variablen Schaufeln, sich wieder zu öffnen, als Reaktion auf die Bestimmung, dass das zweite Stellungssignal eine Bewegung des Pedals in die Tip-in-Stellung anzeigt.
Steuerung für ein Fahrzeug, das einen Motor, ein Pedal und einen Turbolader mit verstellbarer Düse aufweist, wobei das Pedal zwischen einer Tip-out-Stellung und einer Tip-in-Stellung zur Steuerung einer Kraftstoffeinspritzrate in eine Brennkammer des Motors beweglich ist; wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, ein Stellungssignal hinsichtlich einer Stellung des Pedals zu empfangen und basierend auf dem Stellungssignal zu bestimmen, ob sich das Pedal in der Tip-out-Stellung, die einer minimalen Kraftstoffeinspritzrate entspricht, befindet, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, die variablen Schaufeln des Turboladers als Reaktion auf die Bestimmung, dass sich das Pedal in der Tip-out-Stellung befindet, zumindest zum Teil zu schließen.
Turboladersteuersystem, das eine Steuerung nach Anspruch 3 und einen Sensor, der dazu konfiguriert ist, das Stellungssignal hinsichtlich der Stellung des Pedals zu erzeugen, umfasst.
Fahrzeug, das einen Motor, einen Turbolader mit verstellbarer Düse und ein Pedal umfasst, wobei das Pedal zwischen einer Tip-out-Stellung und einer Tip-in-Stellung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzrate von Kraftstoff in eine Brennkammer des Motors beweglich ist, wobei das Fahrzeug ferner ein Turboladersteuersystem nach Anspruch 4 umfasst.
Maschinenlesbares Medium, das Anweisungen umfasst, die dazu konfiguriert sind, dahingehend von einem Prozessor ausgeführt zu werden, die Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 zu bewirken.