DE202015101054U1

DE202015101054U1 - Betätigung von doppelten Ladedruckregelungsvorrichtungen

Info

Publication number: DE202015101054U1
Application number: DE202015101054.0U
Authority: DE
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2015-03-05
Publication date: 2015-06-25
Anticipated expiration: 2025-03-06
Also published as: MX362322B; RU2015109153A3; RU2684148C2; CN204646411U; US9297298B2; US20150260086A1; MX2015003412A; RU2015109153A; US9670834B2; US20160208681A1

Abstract

System, das Folgendes umfasst: eine erste Ladedruckregelungsvorrichtung, die ein erstes Ladedruckregelungsventil umfasst; eine zweite Ladedruckregelungsvorrichtung, die ein zweites Ladedruckregelungsventil umfasst; und einen Ladedruckregelungsaktor, der sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Ladedruckregelungsventil gekoppelt ist, um die Öffnungen des ersten Ladedruckregelungsventils bzw. des zweiten Ladedruckregelungsventils gemäß einem Soll-Ladedruck zu variieren.

Description

Gebiet
Das Gebiet der Offenbarung betrifft die Steuerung von doppelten Ladedruckregelungsvorrichtungen in einer Brennkraftmaschine.
Hintergrund und Zusammenfassung
Einige Brennkraftmaschinen nutzen eine Verdichtungsvorrichtung wie etwa einen Turbolader, um das Kraftmaschinendrehmoment bzw. die Ausgangsleistungsdichte zu erhöhen. In einem Beispiel kann ein Turbolader einen Verdichter und eine Turbine umfassen, die durch eine Antriebswelle verbunden sind, wobei die Turbine mit einer Abgaskrümmerseite einer Kraftmaschine gekoppelt ist und der Verdichter mit einer Einlasskrümmerseite der Kraftmaschine gekoppelt ist. Auf diese Weise liefert die abgasgetriebene Turbine Energie an den Verdichter, um den Druck (beispielsweise eine Aufladung oder einen Ladedruck) in dem Einlasskrümmer zu erhöhen und den Luftstrom in die Kraftmaschine zu erhöhen. Einige Kraftmaschinen wie beispielsweise V-Kraftmaschinen verwenden Twin-Turbolader, wovon jeder auf jeweiligen Einlass/Auslass-Seiten positioniert ist und dazu ausgelegt ist, den Ladedruck der an jeweilige Zylinderreihen geliefert wird, zu erhöhen. In einigen Anordnungen kann jeder Turbolader eine Ladedruckregelungsvorrichtung umfassen, um die Menge an Gas, die eine zugehörige Turbine erreicht, und somit den Ladedruck, der an die zugehörige Zylinderreihe geliefert wird, zu steuern. Jede Ladedruckregelungsvorrichtung kann wiederum betriebstechnisch mit einem Aktor gekoppelt sein, der dazu ausgelegt ist, ein Ladedruckregelungsventil zwischen einer vollständig geöffneten und einer vollständig geschlossenen Position anzuordnen, um einen Soll-Ladedruck zu erzielen. Die Aktoren können beispielsweise pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch sein. Somit werden in solchen Twin-Turboladeranordnungen zwei Ladedruckregelungsvorrichtungen jeweils von einem zugehörigen Aktor gesteuert.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben mehrere Probleme mit derartigen Ansätzen erkannt. Insbesondere können V-Kraftmaschinen-Asymmetrien zwischen Zylinderreihen, die sich aus Unterschieden in der Abgasanlageleitung, in der Abgaskrümmergestaltung, in der Turbinengehäusegussgestaltung und/oder der Ladedruckregelungsvorrichtungs-Kanalgestaltung ergeben, Ungleichgewichte zwischen den Ladedruckregelungsvorrichtungen bei der Anordnung und damit in dem Ladedruck, der an die jeweilige Zylinderreihe geliefert wird, erzeugen. Produktionsschwankungen und eine Hysterese innerhalb der Aktoren können die Asymmetrie zwischen den Zylinderreihen weiter verschlimmern. Daher kann eine zusätzliche Komplexität in Ladedruckregelungssteuerprogramme eingebracht werden, um eine derartige Asymmetrie auszugleichen. Außerdem erhöhen doppelte Ladedruckregelungsaktoren die Kosten und die Anzahl der Teile im Verhältnis zu Anordnungen, in denen eine einzelne Ladedruckregelungsvorrichtung mit einem zugehörigen Aktor verwendet wird.
Systeme zum Steuern einer doppelten Ladedruckregelungsvorrichtung über einen einzelnen Ladedruckregelungsaktor werden somit bereitgestellt.
In einem Beispiel kann ein System eine erste Ladedruckregelungsvorrichtung, die ein erstes Ladedruckregelungsventil umfasst, eine zweite Ladedruckregelungsvorrichtung, die ein zweites Ladedruckregelungsventil umfasst, und einen Ladedruckregelungsaktor, der sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Ladedruckregelungsventil gekoppelt ist, um die Öffnungen des ersten Ladedruckregelungsventils bzw. des zweiten Ladedruckregelungsventils gemäß dem Soll-Ladedruck zu variieren, umfassen.
In einem spezifischeren Beispiel sind das erste Ladedruckregelungsventil und das zweite Ladedruckregelungsventil mit dem Ladedruckregelungsaktor über einen Arm variabler Länge über jeweilige Koppelgetriebe gekoppelt, wobei der Ladedruckregelungsaktor dazu ausgelegt ist, eine Länge des Arms variabler Länge zu variieren.
In einem weiteren Aspekt des Beispiels sind das erste Ladedruckregelungsventil und das zweite Ladedruckregelungsventil mit dem Ladedruckregelungsaktor durch jeweilige Platten über jeweilige Koppelgetriebe gekoppelt, wobei die jeweiligen Platten in einem Behälter angeordnet sind, wobei der Behälter derart ausgelegt ist, dass ein erhöhter Fluiddruck, der an den Behälter geliefert wird, die jeweiligen Platten nach außen drückt, was den jeweiligen Hub des ersten Ladedruckregelungsventils und des zweiten Ladedruckregelungsventils verringert, wobei der Behälter derart ausgelegt ist, dass ein verringerter Fluiddruck, der an den Behälter geliefert wird, die jeweiligen Platten näher zusammenbringt, was den jeweiligen Hub des ersten Ladedruckregelungsventils und des zweiten Ladedruckregelungsventils erhöht.
In einem nochmals weiteren Aspekt des Beispiels ist der Behälter dazu ausgelegt, ein Hydraulikfluid von einem Hydraulikregler über eine Rohrleitung zu erhalten, wobei der Hydraulikregler in Fluidverbindung mit einer Hydraulikfluidquelle ist.
In wiederum einem weiteren Aspekt des Beispiels ist der Behälter dazu ausgelegt, unter Druck stehende Gase von einem Unterdruckregler über eine Rohrleitung zu erhalten, wobei der Unterdruckregler in Fluidverbindung mit einer Unterdruckquelle ist.
In den oben beschriebenen Beispielen kann die Steuerung der doppelten Ladedruckregelungsvorrichtungen über einen einzigen Ladedruckregelungsaktor mit einer verringerten Teilezahl und verringerten Kosten und einer verringerten Steuerprogrammkomplexität ermöglicht werden. Daher wird das technische Ergebnis durch diese Maßnahmen erreicht.
Die obigen Vorteile und weitere Vorteile sowie Merkmale der vorliegenden Beschreibung werden aus der folgenden genauen Beschreibung leicht ersichtlich, wenn sie einzeln oder in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet wird.
Es sollte verstanden werden, dass die obige Zusammenfassung dazu vorgesehen ist, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der genauen Beschreibung weiter beschrieben sind. Sie soll keine entscheidenden oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstandes, dessen Umfang einzig durch die Ansprüche, die der genauen Beschreibung folgen, definiert ist, aufzeigen. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche Nachteile beheben, die oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angeführt sind.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Abbildung eines beispielhaften Kraftmaschinensystems.
2 zeigt eine schematische Abbildung eines beispielhaften Systems mit doppelter Ladedruckregelungsvorrichtung.
3A und 3B zeigen ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern eines Turboladers darstellt, der zu dem Zwillings-Ladedruckregelungsvorrichtungs-System von 2 gehört.
Genaue Beschreibung
Wie oben beschrieben können einige Brennkraftmaschinen eine Verdichtungsvorrichtung wie etwa einen Turbolader verwenden, um den Druck, der an die Zylinder der Kraftmaschine geliefert wird, und damit die Kraftmaschinenausgangsleistung zu erhöhen. Um teilweise den Ladedruckpegel zu steuern, der den Zylindern zugeführt wird, kann der Turbolader eine Ladedruckregelungsvorrichtung umfassen, die betrieben werden kann, um wahlweise Abgase umzuleiten, bevor sie eine Turbine des Turboladers erreichen. Bei V-Kraftmaschinen können Turbolader, die jeweils eine zugehörige Ladedruckregelungsvorrichtung besitzen, an jeder Zylinderreihe angeordnet sein. Somit werden in solchen Anordnungen doppelte Turbolader und doppelte Ladedruckregelungsvorrichtungen verwendet, um den Ladedruck zu steuern. Jedoch können komplexe Steuerprogramme verwendet werden, um die Ladedruckregelungsvorrichtungen auszugleichen, da sich asymmetrische Ladedruckpegel zwischen den Zylinderreihen aus verschiedenen Faktoren wie Unterschieden in der Abgasanlageleitung, der Abgaskrümmergestaltung, der Turbinengehäusegussgestaltung, der Ladedruckregelungsvorrichtungs-Kanalgestaltung, Produktionsschwankungen und der Ladedruckregelungsaktor-Hysterese ergeben können. Außerdem kann ein Ungleichgewicht zwischen den Zylinderreihen als Geräusch, Vibration und Rauheit (NVH, noise, vibration, harshness) wahrgenommen werden.
Verschiedene Systeme zum Steuern von doppelten Ladedruckregelungsvorrichtungen über einen einzelnen Ladedruckregelungsaktor werden daher bereitgestellt. In einem Beispiel umfasst ein System eine erste Ladedruckregelungsvorrichtung, die ein erstes Ladedruckregelungsventil umfasst, eine zweite Ladedruckregelungsvorrichtung, die ein zweites Ladedruckregelungsventil umfasst, und einen Ladedruckregelungsaktor, der jeweils mit dem ersten und dem zweiten Ladedruckregelungsventil gekoppelt ist, um die Öffnungen des ersten Ladedruckregelungsventils und des zweiten Ladedruckregelungsventils gemäß dem Soll-Ladedruck zu variieren. 1 zeigt eine schematische Abbildung eines beispielhaften Kraftmaschinensystems, 2 zeigt eine schematische Abbildung eines beispielhaften Systems mit doppelter Ladedruckregelungsvorrichtung, 3A und 3B zeigen ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern eines Turboladers darstellt, der zu dem Zwillings-Ladedruckregelungsvorrichtungs-System von 2 gehört.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Kraftmaschinensystems 100, das eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine 110 und Twin-Turbolader 120 und 130 umfasst. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann das Kraftmaschinensystem 100 als Teil eines Antriebssystems für ein Personenfahrzeug enthalten sein. Das Kraftmaschinensystem 100 kann Einlassluft über einen Einlasskanal 140 erhalten. Der Einlasskanal 140 kann ein Luftfilter 156 umfassen. Mindestens ein Teil der Einlassluft (MAF_1) kann über einen ersten Zweig des Einlasskanals 140 zu einem Verdichter 122 des Turboladers 120 geleitet werden, wie mit 142 gezeigt, und mindestens ein Teil der Einlassluft (MAF_2) kann über einen zweiten Zweig des Einlasskanals 140 zu einem Verdichter 132 des Turboladers 130 geleitet werden, wie mit 144 gezeigt.
Der erste Teil der gesamten Einlassluft (MAF_1) kann durch den Verdichter 122 verdichtet werden, wo er dem Einlasskrümmer 160 über Einlassluftkanal 146 zugeführt wird. Die Einlasskanäle 142 und 146 bilden daher einen ersten Zweig des Lufteinlasssystems der Kraftmaschine. Ebenso kann ein zweiter Teil der Gesamteinlassluft (MAF_2) durch den Verdichter 132 verdichtet werden, wo er dem Einlasskrümmer 160 über Einlassluftkanal 148 zugeführt wird. Somit bilden die Einlasskanäle 144 und 148 einen zweiten Zweig des Lufteinlasssystems der Kraftmaschine. Wie in 1 gezeigt kann die Einlassluft aus den Einlasskanälen 146 und 148 über einen gemeinsamen Einlasskanal 149 vor dem Erreichen des Einlasskrümmers 160, bei dem die Einlassluft an die Kraftmaschine geliefert wird, erneut kombiniert werden. In einigen Beispielen kann der Einlasskrümmer 160 einen Einlasskrümmer-Drucksensor 182 und/oder einen Einlasskrümmer-Temperatursensor 183 umfassen, die jeweils mit einem Steuersystem 190 kommunizieren. Der Einlasskanal 149 kann einen Luftkühler 154 und/oder eine Drosselklappe 158 umfassen. Die Position der Drosselklappe kann durch das Steuersystem über einen Drosselaktor 157 eingestellt werden, der kommunikationstechnisch mit dem Steuersystem 190 gekoppelt ist. Wie in 1 gezeigt können ein erstes Verdichterrückführventil (CRV1) 152 und ein zweites Verdichterrückführventil (CRV2) 153 vorgesehen sein, um wahlweise Einlassluft um die Verdichterstufen der Turbolader 120 und 130 durch Rückführkanäle 150, 151 zurückzuführen.
Eine Kraftmaschine 110 kann mehrere Zylinder umfassen, wovon zwei in 1 als 20A und 20B gezeigt sind. Es ist zu beachten, dass die Kraftmaschine 110 in manchen Beispielen mehr als zwei Zylinder, wie etwa 3, 4, 5, 6, 8, 10 oder mehr Zylinder, umfassen kann. Diese zahlreichen Zylinder können gleichmäßig aufgeteilt werden und in einer V-Konfiguration in einer Linie mit einem der Zylinder 20A und 20B angeordnet werden. Die Zylinder 20A und 20B können mit anderen Zylindern der Kraftmaschine in einigen Beispielen identisch sein und identische Komponenten umfassen. Daher ist nur der Zylinder 20A im Einzelnen beschrieben. Der Zylinder 20A umfasst eine Verbrennungskammer 22A, die durch Verbrennungskammerwände 24A definiert ist. Ein Kolben 30A ist in der Verbrennungskammer 22A angeordnet und mit einer Kurbelwelle 34 über einen Kurbelarm 32A gekoppelt. Die Kurbelwelle 34 kann einen Kraftmaschinendrehzahlsensor 181 umfassen, der die Drehzahl der Kurbelwelle 34 erkennt. Der Kraftmaschinendrehzahlsensor 181 kann mit dem Steuersystem 190 kommunizieren, um eine Bestimmung der Kraftmaschinendrehzahl zu ermöglichen. Der Zylinder 20A kann eine Zündkerze 70A zur Abgabe eines Zündfunken an die Verbrennungskammer 22A umfassen. In einigen Beispielen kann aber auf die Zündkerze 70A verzichtet werden, beispielsweise dann, wenn eine Kraftmaschine 110 dazu ausgelegt ist, eine Verbrennung durch eine Verdichtungszündung bereitzustellen. Die Verbrennungskammer 22A kann eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 60A umfassen, die in diesem Beispiel als indirekte Kraftstoffeinspritzeinrichtung ausgelegt ist. In anderen Beispielen kann die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 60A aber als direkte Einspritzeinrichtung im Zylinder ausgebildet sein.
Der Zylinder 20A kann ferner mindestens ein Einlassventil 40A, das über einen Einlassventilaktor 42A betätigt wird, und mindestens ein Auslassventil 50A, das über einen Auslassventilaktor 52A betätigt wird, umfassen. Der Zylinder 20A kann zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile zusammen mit den zugehörigen Ventilaktoren umfassen. In diesem bestimmten Beispiel sind die Aktoren 42A und 52A als Nockenaktoren ausgebildet, in anderen Beispielen können aber elektromagnetische Ventilaktoren (EVA) verwendet werden. Der Einlassventilaktor 42A kann so betrieben werden, dass er das Einlassventil 40A öffnet und schließt, um Einlassluft über einen Einlasskanal 162, der mit einem Einlasskrümmer 160 kommuniziert, in die Verbrennungskammer 22A zu lassen. Ebenso kann der Auslassventilaktor 52A so betrieben werden, dass er das Auslassventil 50A öffnet und schließt, um Verbrennungsprodukte aus der Verbrennungskammer 22a in den Auslasskanal 166 abzulassen. Auf diese Weise kann Einlassluft über den Einlasskanal 162 an die Verbrennungskammer 22A geliefert werden und die Verbrennungsprodukte können aus der Verbrennungskammer 22A über den Auslasskanal 166 abgelassen werden.
Es sollte beachtet werden, dass der Zylinder 20B oder andere Zylinder der Kraftmaschine 110 die gleichen oder ähnliche Komponenten wie der oben beschriebene Zylinder 20A umfassen können. Daher kann Einlassluft über den Einlasskanal 164 an die Verbrennungskammer 22B geliefert werden und die Verbrennungsprodukte können aus der Verbrennungskammer 22B über den Auslasskanal 168 abgelassen werden. Es ist zu beachten, dass in einigen Beispielen eine erste Zylinderreihe der Kraftmaschine 110, die den Zylinder 20A sowie andere Zylinder umfasst, Verbrennungsprodukte über einen gemeinsamen Auslasskanal 166 ablassen kann und eine zweite Zylinderreihe, die einen Zylinder 20B sowie andere Zylinder umfasst, Verbrennungsprodukte über einen gemeinsamen Auslasskanal 168 ablassen kann.
Verbrennungsprodukte, die über den Auslasskanal 166 von der Kraftmaschine 110 abgelassen werden, können durch die Abgasturbine 124 des Turboladers 120 geleitet werden, die wiederum mechanische Arbeit über eine Welle 126 dem Verdichter 122 bereitstellen kann, um wie oben beschrieben eine Verdichtung der Einlassluft bereitzustellen. Alternativ können einige oder alle der durch den Auslasskanal 166 strömenden Abgase die Turbine 124 wie durch die Ladedruckregelungsvorrichtung 128 gesteuert über den Turbinenbypasskanal 123 umgehen. Die Position der Ladedruckregelungsvorrichtung 128 kann durch den Aktor 129 wie durch das Steuersystem 190 geleitet gesteuert werden. In einigen Ausführungsformen kann der Aktor 129 ein pneumatischer (oder hydraulischer, wie unten beschrieben) Aktor sein, der dazu ausgelegt ist, den Druck zu variieren, der gegen ein Ladedruckregelungsventil (nicht dargestellt) der Ladedruckregelungsvorrichtung 128 wirkt. Durch Variieren dieses Drucks und damit der Kraft, die auf das Ladedruckregelungsventil ausgeübt wird, kann die Position des Ladedruckregelungsventils wahlweise angeordnet werden (beispielsweise kontinuierlich zwischen einer vollständig offenen und einer vollständig geschlossenen Position), um den Betrag der Gaswegleitung von der Turbine 124 und damit den Ladedruck, der an den Zylinder 20A und andere Zylinder in einer zugehörigen Reihe geliefert wird, zu steuern. In dieser Anordnung kann der Aktor 129 eine geeignete Unterdruckquelle (nicht gezeigt) und optional eine Entlastungsöffnung (nicht dargestellt), mit der Gase abgelassen werden können, wenn das Ladedruckregelungsventil nicht in der vollständig geschlossenen Position angeordnet ist, umfassen. Eine beispielhafte pneumatische Ladedruckregelungsvorrichtungs-Anordnung ist in 2 gezeigt und nachfolgend beschrieben.
In anderen Ausführungsformen kann der Aktor 129 ein Elektromotor mit einer Ausgangswelle sein, die mit einem Koppelgetriebe (beispielsweise mit vier Stäben, einer linearen Stange usw.) gekoppelt ist, mit dem auch das Ladedruckregelungsventil der Ladedruckregelungsvorrichtung 128 gekoppelt ist. In wiederum anderen Ausführungsformen kann eine Magnetspule verwendet werden, um die Position des Ladedruckregelungsventils zu steuern.
Ein Sensor 194 kann an oder nahe dem Turbolader 120 positioniert sein. In einem Beispiel kann der Sensor 194 die Turbinendrehzahl detektieren. In einem anderen Beispiel kann der Sensor 194 eine Position der Ladedruckregelungsvorrichtung 128 detektieren. Beispielsweise kann eine Stangen- und/oder Koppelgetriebe- und/oder Ventilposition einer Ladedruckregelungsvorrichtung durch den Sensor 194 detektiert werden. Wiederum in einem weiteren Beispiel kann der Sensor 194 eine oder mehrere Eigenschaften des Aktors 129 detektieren. Der Sensor 194 kann eine Ladedruckregelungsvorrichtungs-Position beispielsweise durch Messen von Ausgaben aus dem Motor des Aktors 129 messen, wenn der Aktor 129 ein elektronischer Aktor ist, oder einen Strom von dem elektronischen Aktormotor messen. Für Ausführungsformen, in denen der Aktor 129 ein pneumatischer Aktor ist, kann der Sensor 194 beispielsweise den Strom, der dem Unterdruckregler zugeführt wird, oder den Luftmassenstrom durch den Regler und/oder von der Unterdruckquelle messen. Die Ausgaben von dem Sensor 194 können verwendet werden, um die Turbinendrehzahl bzw. die Turbinenleistung wie unten erläutert zu berechnen.
Ebenso können die Verbrennungsprodukte, die durch die Kraftmaschine 110 über den Auslasskanal 168 abgelassen werden, durch die Abgasturbine 134 des Turboladers 130 geleitet werden, die wiederum mechanische Arbeit über die Welle 136 dem Verdichter 132 bereitstellt, um die Verdichtung der Einlassluft bereitzustellen, die durch den zweiten Zweig des Einlasssystems der Kraftmaschine strömt. Alternativ können einige oder alle der durch den Auslasskanal 168 strömenden Abgase die Turbine 134 über einen Turbinenbypasskanal 133 wie durch die Ladedruckregelungsvorrichtung 138 gesteuert umgehen. Die Position der Ladedruckregelungsvorrichtung 138 kann durch den Aktor 139 wie durch das Steuersystem 190 geleitet gesteuert werden. In einigen Ausführungsformen kann der Aktor 139 ein pneumatischer Aktor sein, der dazu ausgelegt ist, den Druck zu variieren, der gegen ein Ladedruckregelungsventil (nicht dargestellt) der Ladedruckregelungsvorrichtung 138 ausgeübt wird. Durch Variieren dieses Drucks und damit der Kraft, die auf das Ladedruckregelungsventil ausgeübt wird, kann die Position des Ladedruckregelungsventils wahlweise angeordnet werden (beispielsweise kontinuierlich zwischen einer vollständig offenen und einer vollständig geschlossenen Position), um den Betrag der Gaswegleitung von der Turbine 134 und damit den Ladedruck, der an den Zylinder 20B und andere Zylinder in einer zugehörigen Reihe geliefert wird, zu steuern. In dieser Anordnung kann der Aktor 139 eine geeignete Unterdruckquelle (nicht gezeigt) und optional eine Entlastungsöffnung (nicht dargestellt), mit der Gase abgelassen werden können, wenn das Ladedruckregelungsventil nicht in der vollständig geschlossenen Position angeordnet ist, umfassen. Eine beispielhafte pneumatische Ladedruckregelungsvorrichtungs-Anordnung ist in 2 gezeigt und nachfolgend beschrieben.
In anderen Ausführungsformen kann der Aktor 139 ein Elektromotor mit einer Ausgangswelle sein, die mit einem Koppelgetriebe (beispielsweise mit vier Stäben, einer linearen Stange usw.) gekoppelt ist, mit dem auch das Ladedruckregelungsventil der Ladedruckregelungsvorrichtung 138 gekoppelt ist. In wiederum anderen Ausführungsformen kann eine Magnetspule verwendet werden, um die Position des Ladedruckregelungsventils zu steuern.
Ein Sensor 192 kann an oder nahe dem Turbolader 130 positioniert sein. In einem Beispiel kann der Sensor 192 die Turbinendrehzahl detektieren. In einem anderen Beispiel kann der Sensor 192 eine Position der Ladedruckregelungsvorrichtung 138 detektieren. Beispielsweise kann ein Stangen und/oder ein Koppelgetriebe und/oder eine Ventilposition einer Ladedruckregelungsvorrichtung durch den Sensor 192 detektiert werden. Wiederum in einem weiteren Beispiel kann der Sensor 192 eine oder mehrere Eigenschaften des Aktors 139 detektieren. Der Sensor 192 kann eine Ladedruckregelungsvorrichtungs-Position beispielsweise durch Messen von Ausgaben aus dem Motor des Aktors 139 messen, wenn der Aktor 139 ein elektronischer Aktor ist, oder einen Strom von dem elektronischen Aktormotor messen. Für Ausführungsformen, in denen der Aktor 139 ein pneumatischer Aktor ist, kann der Sensor 192 beispielsweise den Strom, der dem Unterdruckregler zugeführt wird, oder den Luftmassenstrom durch den Regler und/oder von der Unterdruckquelle messen. Die Ausgaben von dem Sensor 192 können verwendet werden, um die Turbinendrehzahl bzw. die Turbinenleistung wie unten erläutert zu berechnen.
In einigen Beispielen können die Abgasturbinen 124 und 134 als Turbinen mit variabler Geometrie ausgelegt sein, wobei die zugehörigen Aktoren 125 und 135 verwendet werden können, um die Position der Turbinenlaufradschaufeln einzustellen, um den Betrag der Energie zu variieren, die aus dem Abgasstrom erhalten wird und an den jeweiligen Verdichter vermittelt wird. Beispielsweise kann das Steuersystem dazu ausgelegt sein, unabhängig die Geometrie der Abgasturbinen 124 und 134 über ihre jeweiligen Aktoren 125 und 135 zu variieren. Wie zuvor erläutert können die Turbolader 120 und 130 in ein Ungleichgewicht geraten und beispielsweise bei unterschiedlichen Turbinendrehzahlen oder mit unterschiedlichen Turbinenleistungen arbeiten. Um die Turbolader in ein Gleichgewicht zu bringen, können die Aktoren 125 und 135 eingestellt werden. Zum Beispiel kann die Drehzahl jedes Turboladers mit Turbolader-Drehzahlsensoren ermittelt werden und dann, wenn die Drehzahlen nicht übereinstimmen, können der Aktor 125 und/oder der Aktor 135 angepasst werden, bis die Drehzahlen der Turbolader übereinstimmen. In einem weiteren Beispiel kann ein Parameter von jedem der Aktoren 125, 135 wie etwa die Position, Kraft usw. bestimmt werden und dann, wenn die Parameter ungleich sind, können die Aktoren angepasst werden.
Verbrennungsprodukte, die von einem oder mehreren Zylindern über einen Auslasskanal 166 abgelassen werden, können über einen Auslasskanal 170 in die Umgebung abgelassen werden. Der Auslasskanal 170 kann beispielsweise eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung wie etwa einen Katalysator 174 und einen oder mehrere Abgassensoren, die mit 184 und 185 angegeben sind, umfassen. In ähnlicher Weise können Verbrennungsprodukte, die von einem oder mehreren Zylindern über einen Auslasskanal 168 abgelassen werden, über einen Auslasskanal 172 in die Umgebung abgelassen werden. Der Auslasskanal 172 kann beispielsweise eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung wie etwa einen Katalysator 176 und einen oder mehrere Abgassensoren, die mit 186 und 187 angegeben sind, umfassen. Die Abgassensoren 184, 185, 186 und/oder 187 können mit dem Steuersystem 190 kommunizieren.
Das Kraftmaschinensystem 100 kann verschiedene andere Sensoren umfassen. Beispielsweise kann mindestens einer der Einlasskanäle 142 und 144 einen Luftmassenstromsensor 180 umfassen. In einigen Beispielen kann nur einer der Einlasskanäle 142 und 144 einen Luftmassenstromsensor umfassen. In wieder anderen Beispielen können beide Einlasskanäle 142 und 144 einen Luftmassenstromsensor umfassen. Ein Luftmassenstromsensor kann als ein Beispiel ein Hitzdrahtanemometer oder eine andere geeignete Vorrichtung zum Messen der Massendurchflussrate der Einlassluft umfassen. Der Luftmassenstromsensor 180 kann wie in 1 gezeigt mit dem Steuersystem 190 kommunizieren.
Das Steuersystem 190 kann einen oder mehrere Controller umfassen, die dazu ausgelegt sind, mit den verschiedenen hierin beschriebenen Sensoren und Aktoren zu kommunizieren. Als ein Beispiel kann das Steuersystem 190 mindestens einen elektronischen Controller aufweisen, der umfasst: eine Ein-/Ausgabeschnittstelle zum Senden und Empfangen elektronischer Signale mit den verschiedenen Sensoren und Aktoren und/oder eine Zentralprozessoreinheit und/oder einen Speicher wie etwa einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen Nur-Lese-Speicher (ROM) oder einen Keep-Alive-Speicher (KAM), die alle über eine Datensammelschiene kommunizieren können. Das Steuersystem 190 kann in einigen Beispielen einen Proportional-Integral-Differenzial-Controller (PID-Controller) umfassen. Es sollte jedoch klar sein, dass andere geeignete Controller verwendet werden können, wie für einen Fachmann angesichts der vorliegenden Offenbarung ersichtlich ist. Der Controller kann Befehle speichern, die ausgeführt werden können, um ein oder mehrere Steuerprogramme wie beispielsweise das hier mit Bezug auf 3A und 3B beschriebene Steuerprogramm auszuführen.
Das Steuersystem 190 kann dazu ausgelegt sein, einen oder mehrere Betriebsparameter der Kraftmaschine auf individueller Zylinderbasis zu variieren. Beispielsweise kann das Steuersystem eine Ventilzeitvorgabe durch Verwenden eines Aktors mit variabler Nockenzeitvorgabe (VCT), eine Zündzeitvorgabe durch Variieren der Zeit, zu der das Zündsignal an die Zündkerze gegeben wird, und/oder die Kraftstoffeinspritzzeitvorgabe und Kraftstoffeinspritzmenge durch Variieren der Pulsbreite des Kraftstoffeinspritzsignals, das der Kraftstoffeinspritzvorrichtung durch das Steuersystem geliefert wird, anpassen. Somit können zumindest die Zündzeitvorgabe, die Ventilzeitvorgabe und die Kraftstoffeinspritzzeitvorgabe durch das Steuersystem gesteuert werden.
Unter Bezugnahme auf 2 wird eine schematische Darstellung eines beispielhaften Systems mit doppelter Ladedruckregelungsvorrichtung 200 gezeigt. Das Ladedruckregelungssystem 200 umfasst zwei Ladedruckregelungsvorrichtungen: eine Ladedruckregelungsvorrichtung 202A und eine Ladedruckregelungsvorrichtung 202B, die jeweils dazu ausgelegt sind, die Menge an Abgas, die von jeweiligen Auslasskanälen 204A und 204B (wovon Abschnitte in 2 gezeigt sind) weggeleitet wird, zu steuern und somit die Menge an Abgas zu steuern, die die jeweiligen Turboladerturbinen erreicht. Mit Bezug auf 1, können die Ladedruckregelungsvorrichtungen 202A und 202B die Ladedruckregelungsvorrichtungen 138 bzw. 128 sein und somit betreibbar sein, um den Abgasstrom jeweils durch die Auslasskanäle 168 und 166 teilweise zu steuern. Daher können die Ladedruckregelungsvorrichtungen 202A und 202B den an die Zylinder 20B bzw. 20A und/oder andere Zylinder in jeweils zugehörigen Reihen gelieferten Ladedruck steuern und können in einem Multi-Turbolader-System, wie es in 1 abgebildet ist, implementiert sein.
Die Ladedruckregelungsvorrichtungen 202A und 202B umfassen jeweils Ladedruckregelungsventile 206A und 206B, die wahlweise in einer vollständig offenen Position (beispielsweise, um einen maximalen Ladedruck zu liefern), in einer vollständig geschlossenen Position und kontinuierlich irgendwo dazwischen relativ zu Ventilsitz 208A bzw. 208B positioniert werden können. In einigen Ausführungsformen kann das Ladedruckregelungsventil 202A und/oder das Ladedruckregelungsventil 202B ein Vorbelastungselement (beispielsweise eine Feder, die an eine Bodenfläche eines Ladedruckregelungsventils und einen Abschnitt eines nahgelegenen Auslasskanals gekoppelt ist) umfassen. Der Ladedruck, der basierend auf Kraftmaschinenbetriebsbedingungen und Fahrerwunschdrehmoment gewünscht ist, kann beispielsweise durch Positionieren der Ladedruckregelungsventile 206A und 206B auf diese Weise erreicht werden. Um die gewünschte Ladedruckregelungsvorrichtungs-Positionierung zu erreichen, umfassen die Ladedruckregelungsvorrichtungen 202A und 202B jeweils Ladedruckregelungssensoren 210A und 210B, die jeweils dazu ausgelegt sind, eine oder mehrere Eigenschaften der Ladedruckregelungsvorrichtungen anzugeben. In einigen Ausführungsformen können die Ladedruckregelungssensoren 210A und 210B jeweils die Position der Ladedruckregelungsventile 206A bzw. 206B angeben, obwohl wie weiter unten im Einzelnen beschrieben andere Sensoranordnungen möglich sind. Wie gezeigt liefern die Ladedruckregelungssensoren 210A und 210B entsprechende Ladedruckregelungssignale an einen Controller 212, die die Position ihrer zugehörigen Ladedruckregelungsventile angeben.
Der Controller 212 ist ein geeigneter Controller, der dazu ausgelegt ist, die Position der Ladedruckregelungsventile 206A und 206B auf der Basis der empfangenen, oben beschriebenen Ladedrucksignale anzupassen. Der Controller 212 kann beispielsweise das Steuersystem 190 von 1 sein oder darin integriert sein. In der dargestellten Ausführungsform betätigt der Controller 212 einen Unterdruckregler 214, der wiederum den Druck eines Fluids (beispielsweise unter Druck stehender Gase wie Luft, Abgas, usw.), der an einen Druckbehälter 216 über eine Rohrleitung 218 geliefert wird, variiert. Innerhalb des Behälters 216 sind Platten 220A und 220B angeordnet, die so positioniert sind, dass der Druck (z. B. ein hydraulischer oder pneumatischer Fluiddruck), der an den Behälter geliefert wird, gegen die Platten in entgegengesetzte Richtungen wirkt (beispielsweise jeweils nach außen nach links und rechts in 2). Die Platten 220A und 220B sind jeweils mit Koppelgetrieben 222A und 222B gekoppelt, die ihrerseits jeweils mit den Ladedruckregelungsventilen 206A und 206B derart gekoppelt sind, dass ein nach außen wirkender Druck, der den Platten zugeführt wird, an die Ladedruckregelungsventile vermittelt wird. Speziell bewirkt eine Druckerhöhung in dem Behälter, dass sich die beiden Ladedruckregelungsventile näher an ihre zugehörigen Sitze und in Richtung der vollständig geschlossenen Position bewegen. Umgekehrt bringen Abfälle in dem Druck, der dem Behälter 216 zugeführt wird, die Platten 220A und 220B näher zueinander, was wiederum den Abstand erhöht, durch den die Ladedruckregelungsventile 206A und 206B von ihren zugehörigen Ventilsitzen getrennt sind (beispielsweise eine Steigerung ihres jeweiligen Hubs). In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Vorbelastungselemente (beispielsweise eines für jede Platte 220A und 220B) innerhalb des Behälters 216 angeordnet sein, um einen Mindestabstand zwischen den Platten (und somit einen maximalen Ladedruckregelungsventilhub) zu erzwingen.
Der Unterdruckregler 214 und optional zusätzliche Komponenten wie der Behälter 216 und die Platten 220A und 220B können als ein Ladedruckregelungsaktor bezeichnet werden. Der Ladedruckregelungsaktor ist somit durch Zwischenkomponenten wie erste und zweite Koppelgetriebe 222A und 222B und Verbindungsenden der Koppelgetriebe (z. B. über die erste und die zweite Platte 220A und 220B) an das erste und das zweite Ladedruckregelungsventil 206A und 206B gekoppelt. Der Ladedruckregelungsaktor ist somit dazu ausgelegt, eine Länge 225 zwischen den verbundenen Enden anzupassen und damit gleichzeitig den jeweiligen Hub des ersten und des zweiten Ladedruckregelungsventils 206A und 206B anzupassen.
Ein Abgasdruck, der auf ein Ladedruckregelungsventil (z. B. Ventil 206A) wirkt, kann über sein zugehöriges Koppelgetriebe (z. B. Koppelgetriebe 222A) durch den Behälter 216 an das gegenüberliegende Ladedruckregelungsventil (z. B. Ventil 206B) und umgekehrt vermittelt werden, was einen automatischen Ausgleich der beiden Ladedruckregelungsventile durch Positionieren der Ventile bei im Wesentlichen ähnlichem Hub (z. B. innerhalb von 10%) und damit die Bereitstellung von im Wesentlichen gleichem Ladedruck (z. B. innerhalb von 10%) für jede Reihe ermöglicht. Eine solche Anordnung kann die Komplexität der Steuerstrategien, die für doppelte Ladedruckregelungsvorrichtungen verwendet werden, die jeweils von einzelnen Aktoren gesteuert werden, reduzieren.
In einigen Ausführungsformen kann zumindest ein Abschnitt des Koppelgetriebes 222A und/oder des Koppelgetriebes 222B einen Arm variabler Länge umfassen, dessen Länge als Reaktion auf den dem Behälter 216 zugeführten Druck einstellbar ist. Der verbleibende Abschnitt des Koppelgetriebes 222A und/oder des Koppelgetriebes 222B kann ein Arm fester Länge sein. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann ein Arm 223A des Koppelgetriebes 222A ein Arm variabler Länge sein, während ein Arm 223B des Koppelgetriebes, der mit dem Arm 223A gekoppelt ist, ein Arm fester Länge sein kann. In anderen Ausführungsformen können das Koppelgetriebe 222A und/oder das Koppelgetriebe 222B aber Arme fester Länge und keine Arme variabler Länge umfassen. Für Ausführungsformen, bei denen die Koppelgetriebe 222A und 222B miteinander über ein gemeinsames Koppelgetriebe gekoppelt sind (z. B. für Anordnungen, bei denen die Ladedruckregelungsventile 206A und 206B elektrisch betätigt werden), können die Koppelgetriebe 222A und 222B Arme fester Länge umfassen, während das gemeinsame Koppelgetriebe einen Arm variabler Länge umfassen kann, der durch einen geeigneten Aktor (beispielsweise einen elektrischen Aktor wie einen Elektromotor) betätigt wird. In diesem Beispiel kann der Aktor dazu ausgelegt sein, die Länge des Arms variabler Länge zu variieren, und ferner kann ein Sensor (nicht gezeigt), der dazu ausgelegt ist, die Länge des Arms variabler Länge zu messen, alternativ oder zusätzlich zu den Ladedruckregelungssensoren 210A und 210B bereitgestellt sein. In einigen Ausführungsformen kann die Ladedruckregelungsvorrichtungs-Positionierung beispielsweise auf Ausgaben von dem Sensor des Arms variabler Länge und nicht auf den Ladedruckregelungssignalen von den Sensoren 210A und 210B beruhen.
Um die Variation des Drucks, der dem Behälter durch den Unterdruckregler 214 zugeführt wird, zu ermöglichen, ist eine geeignete Unterdruckquelle 224 fluidisch mit dem Unterdruckregler gekoppelt, aus der der Regler ein unter Druck stehendes Fluid (beispielsweise unter Druck stehende Gase) beziehen kann. Ferner kann eine Entlastungsöffnung 226 auch fluidisch mit dem Unterdruckregler 214 gekoppelt sein. Bei einer solchen Anordnung kann dem Behälter 216 wahlweise unter Druck stehendes Fluid zugeführt werden, um die Ladedruckregelungsventile 206A und 206B entsprechend den Kraftmaschinenbetriebsbedingungen (beispielsweise dem Soll-Ladedruck) zu positionieren.
Wie oben beschrieben sind andere Ladedruckregelungssensoranordnungen möglich, einschließlich jener, die für die pneumatische Aktoranordnung in 2 geeignet sind. Zum Beispiel können Sensoren vorgesehen sein, die dazu ausgelegt sind, den Strom, der durch den Unterdruckregler 214 bezogen wird, den Luftmassenstrom durch den Unterdruckregler oder die Unterdruckquelle 224 und/oder den Druck innerhalb des Unterdruckreglers, der Unterdruckquelle oder des Behälters 216 anzugeben. Solche Sensoren können alternativ oder zusätzlich zu den oben beschriebenen Ladedruckregelungssensoren 210A und 210B verwendet werden.
Das Ladedruckregelungssystem 200 kann verschiedene Vorteile gegenüber anderen Ladedruckregelungssystemen bieten. Insbesondere kann das System 200, da ein einzelner Aktor, der ausreichend für die Abgasdrücke in den Auslasskanälen 204A und 204B dimensioniert ist, verwendet werden kann, um zwei Ladedruckregelungsventile zu steuern, weniger Materialien mit geringeren Kosten und eine einfachere Steuerstrategie relativ zu Anordnungen, in denen zwei Aktoren jeweils an die jeweiligen Ladedruckregelungsventile gekoppelt sind, verwenden. Ferner kann wie oben beschrieben der automatische Ladedruckregelungsventil-Ausgleich durch Verknüpfung der Ladedruckregelungsventile 206A und 206B miteinander (z. B. pneumatisch, hydraulisch, über ein gemeinsames Koppelgetriebe usw.) erleichtert werden. Auf diese Weise kann ein ausgeglichenerer Kraftmaschinenbetrieb bereitgestellt werden, da gleichmäßigere Ladedruckpegel an jeweilige Reihen der Kraftmaschine geliefert werden. Ein solcher automatischer Ladedruckregelungsventil-Ausgleich kann einen verschlechterten Ladedruckregelungsvorrichtungs-/Kraftmaschinenbetrieb, der beispielsweise aus der Asymmetrie zwischen den Motorreihen und der Hysterese resultiert, lindern.
Das Ladedruckregelungssystem 200 bietet auch Flexibilität bei der physischen Anordnung der Komponenten. Es können nämlich eine oder mehrere Komponenten (beispielsweise die Koppelgetriebe 222A und/oder 222B, der Behälter 216, die Rohrleitung 218, der Unterdruckregler 214, die Unterdruckquelle 224, die Entlastungsöffnung 226 usw.) des Systems 200 entweder in einer unbeweglichen Anordnung an einem statischen, festen Ort angeordnet oder nicht verankert, flexibel und beweglich sein. Im letzteren Beispiel können die eine oder die mehreren nicht verankerten Komponenten flexibel (beispielsweise gleitend) mit entsprechenden Schienen gekoppelt sein, um ihre flexible Bewegung zu ermöglichen. Daher ist das Schienensystem 228 als nahe an dem Behälter 216 angeordnet gezeigt. Um eine solche potenzielle Flexibilität in dem Ladedruckregelungssystem 200 unterzubringen, kann die Rohrleitung 218 flexibel sein. Daher kann die Länge 225, die eine variable Länge ist, die die Enden des ersten und des zweiten Koppelgetriebes 222A und 222B verbindet, eine variable Mittenposition 229 besitzen, die als eine relative Position der Koppelgetriebe-Enden betrachtet werden kann.
In einigen Ausführungsformen kann das Schienensystem 228 auf feste Weise relativ zu dem Rahmen eines umgebenden Fahrzeugkörpers (zusammen als 231 dargestellt) oder einem anderen festen Bauteil des Fahrzeugs angeordnet sein. Auf diese Weise kann das Schienensystem 228 in einer statischen Position bleiben, aber eine freilaufende Positionierung der Komponenten (beispielsweise des Behälters 216) unterstützen, die an das Schienensystem gebunden sind, so dass sich die Komponenten entlang der Schiene bewegen können (beispielsweise eine Translationsbewegung wie etwa eine Bewegung in die linke und rechte Richtung entlang der Länge 225 in 2 erfahren können).
Es versteht, dass zahlreiche Abwandlungen des Ladedruckregelungssystems 200 möglich sind und im Schutzumfang dieser Offenbarung liegen. Zum Beispiel werden Ladedruckregelungssysteme, bei denen die Ladedruckregelungsventile 206A und 206B hydraulisch betätigt werden, erwogen. In diesem Beispiel steuert eine Variation des Drucks der Hydraulikflüssigkeit, der dem Behälter 216 zugeführt wird, die Koppelgetriebe 222A und 222B und damit die Position der Ladedruckregelungsventile 206A und 206B in einer analogen Weise zu der oben beschriebenen pneumatischen Anordnung (z. B. schieben Anstiege des Drucks in der Hydraulikflüssigkeit, das an den Behälter geliefert wird, die Platten 220A und 220B nach außen, wodurch die Trennung zwischen den Ladedruckregelungsventilen 206A und 206B und ihren entsprechenden Ventilsitzen verringert wird, während Abfälle des Drucks in der Hydraulikflüssigkeit, das an den Behälter geliefert wird, die Platten näher zueinander bringt, was den Hub der Ladedruckregelungsventile steigert). Jedoch können der Unterdruckregler 214, die Unterdruckquelle 224 und die Entlastungsöffnung 226 mit für einen Hydraulikbetrieb geeigneten Komponenten ersetzt werden – beispielsweise jeweils mit einem Hydraulikregler, einer Hydraulikfluidquelle und einer optionalen hydraulischen Entlastungsöffnung.
In wieder anderen Ausführungsformen können die Ladedruckregelungsventile 206A und 206B gemeinsam durch einen elektrischen Aktor (beispielsweise einen Elektromotor) betätigt werden. Dabei kann der elektrische Aktor zwei Ausgangswellen umfassen, die jeweils derart mit den Platten 220A und 220B gekoppelt sind, dass die Betätigung der Ausgangswellen die Positionierung der Ladedruckregelungsventile 206A und 206B relativ zueinander ändert, wobei der elektrische Aktormotor dazu ausgelegt ist, ähnlich wie das oben beschriebene pneumatische System relativ zu der Schiene frei zu laufen. Insbesondere kann der elektrische Aktor ein Linearmotor sein, bei dem der Stator des Motors mit einem ersten Koppelgetriebe (z. B. Koppelgetriebe 222A) oder einer ersten Platte (220A) gekoppelt ist und der Rotor mit einem zweiten Koppelgetriebe (z. B. 222B) oder einer zweiten Platte (220B) gekoppelt ist. Alternativ kann der Elektromotor ein Drehmotor mit einem Schneckengetriebe sein, um eine Drehbewegung in eine lineare Bewegung umzuwandeln. In beiden Fällen können der Unterdruckregler 214, die Unterdruckquelle 224 und die Entlastungsöffnung 226 weggelassen werden und es können Sensoren alternativ oder zusätzlich zu den Ladedruckregelungssensoren 210A und 210B für die elektrisch betätigte Anordnung geeignet sein. Speziell können ein oder mehrere Sensoren vorgesehen sein, die dazu ausgelegt sind, den Strom, mit dem der elektrische Aktor versorgt wird, und/oder die Position einer oder beider Ausgangswellen zu erfassen.
Andere Abwandlungen des Ladedruckregelungssystems 200 sind möglich. Zum Beispiel kann das Koppelgetriebe 222A und/oder das Koppelgetriebe 222B andere Formen als die in 2 abgebildeten annehmen einschließlich denen, die die vier Stäbe und die lineare Stange einschließen, aber nicht darauf beschränkt sind.
3A und 3B zeigen ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zum Steuern eines Turboladers, der zu dem Zwillings-Ladedruckregelungssystem 200 von 2 gehört. Das Verfahren 300 kann durch ein Steuersystem (beispielsweise das Steuersystem 190 in 1) durchgeführt werden und verwendet werden, um den Doppelturbolader über ein Ladedruckregelungssystem (beispielsweise das Ladedruckregelungssystem 200 von 2) zu steuern. Der Unterdruckregler 214 (in Verbindung mit der Unterdruckquelle 224, dem Behälter 216 und optional der Entlastungsöffnung 226) kann insbesondere verwendet werden, um die Ladedruckregelungsvorrichtungen 202A und 202B für Ausführungsformen zu betätigen, in denen die Ladedruckregelungsvorrichtungen pneumatisch betätigt werden. Alternativ kann ein Hydraulikregler oder ein elektrischer Aktor verwendet werden, um die Ladedruckregelungsvorrichtungen für Ausführungsformen zu betätigen, bei denen die Ladedruckregelungsvorrichtungen hydraulisch bzw. elektrisch betätigt werden. Der Unterdruckregler (oder Hydraulikregler oder elektrische Aktor) ist hierin der Einfachheit halber als ”Ladedruckregelungsaktor” bezeichnet. In einem Beispiel kann ein Verfahren zum Steuern des Turboladers über das Ladedruckregelungssystem ein Bestimmen eines Soll-Ladedrucks und eines Ist-Ladedrucks umfassen. Der Ladedruckregelungsaktor kann gemäß einer Differenz zwischen dem Soll-Ladedruck und dem Ist-Ladedruck angepasst werden.
Bei Block 302 umfasst das Verfahren das Bestimmen eines Soll-Ladedrucks gemäß der Fahreranforderung und der Kraftmaschinenbetriebsbedingungen. Die bewerteten Bedingungen können eine Kraftmaschinenkühlmitteltemperatur, eine Kraftmaschinenöltemperatur, einen Luftmassenstrom (MAF), einen Krümmerdruck (MAP), den Ladedruck, eine Kraftmaschinendrehzahl, eine Leerlaufdrehzahl, einen Umgebungsluftdruck, ein vom Fahrer angefordertes Drehmoment (beispielsweise von einem Pedalstellungssensor) die Lufttemperatur, die Fahrzeuggeschwindigkeit, usw.) umfassen.
Als nächstes wird bei Block 304 ein Ist-Ladedruck bestimmt. Der Ist-Ladedruck kann direkt von einem oder mehreren Sensoren gemessen werden. In einigen Ausführungsformen kann der Ist-Ladedruck direkt von zwei Sensoren gemessen werden, die dazu ausgelegt sind, den Ladedruck in jeweiligen Kraftmaschinenreihen anzugeben. Alternativ kann eine einzelne Messung des Ist-Ladedrucks basierend auf einem Krümmerdruck bestimmt werden, da in einigen Anordnungen wie der in 1 gezeigten die Turbolader derart ausgelegt sein können, dass die durch den jeweiligen Verdichter geführte Einlassluft in einen gemeinsamen Einlassluftkanal und Krümmer geleitet wird, bevor sie auf zwei separate Kraftmaschinenreihen aufgeteilt wird. In jedem Fall kann die Messung an das Steuersystem gesendet und dort gespeichert werden. In einer alternativen Ausführungsform kann der Ist-Ladedruck beispielsweise auf der Basis anderer Betriebsparameter wie etwa MAP und RPM geschätzt werden.
Als nächstes wird bei Block 306 der Atmosphärendruck bestimmt. Der Atmosphärendruck kann von dem MAP-Sensor beim Starten der Kraftmaschine gemessen werden und/oder basierend auf Betriebsbedingungen der Kraftmaschine einschließlich MAF, MAP, Drosselklappenstellung usw. geschätzt werden. Die Messung kann an das Steuersystem gesendet und dort gespeichert werden. In einer alternativen Ausführungsform kann der Atmosphärendruck auf der Grundlage anderer Betriebsparameter geschätzt werden.
Als nächstes wird bei Block 308 eine Differenz zwischen dem Ist-Ladedruck und dem Soll-Ladedruck bestimmt. Das Steuersystem kann beispielsweise die Differenz bestimmen. In einigen Beispielen kann die Differenz durch Subtrahieren des Soll-Ladedrucks von dem Ist-Ladedruck bestimmt werden.
Als nächstes wird bei Block 310 ein Ladedruckregelungsventilhub bestimmt, um die Differenz zwischen dem Ist-Ladedruck und dem Soll-Ladedruck, die bei Block 308 bestimmt wird, zu verringern. In einigen Beispielen kann das Bestimmen des Ladedruckregelungsventilhubs ein Bestimmen eines Ladedruckregelungsventilhubs für jedes Ladedruckregelungsventil und ein geeignetes Mitteln der beiden, um einen einzelnen gemittelten Ladedruckregelungsventilhub zu bilden, umfassen. In einigen Beispielen wird die Differenz zwischen dem Ist-Ladedruck und dem Soll-Ladedruck zusätzlich zu dem aktuellen Ladedruckregelungsventilhub (beispielsweise dem aktuellen Hub der beiden Ladedruckregelungsventile oder einem Mittelwert davon) in einen geeigneten Steuermechanismus eingespeist, der dazu ausgelegt ist, einen Ladedruckregelungsventilhub zu bestimmen, um diese Differenz zu reduzieren. Beispielsweise kann der Ladedruckregelungsventilhub als eine Eingabe in eine Ladedruckregelungs-Dynamik verwendet werden. Bei einigen Ladedruckregelungsaktoren kann der Ladedruckregelungsventilhub auf ein Ladedruckregelungs-Tastverhältnis abgebildet werden, wobei das Tastverhältnis-Signal durch den Controller (z. B. Controller 212) erzeugt wird und an den Ladedruckregelungsaktor gesendet wird. Ein Abbilden auf ein Ladedruckregelungs-Tastverhältnis kann ein Verwenden von Nachschlagetabellen oder ein Berechnen des Ladedruckregelungs-Tastverhältnisses umfassen. Bei einigen anderen Aktoren bestimmt der Ladedruckregelungs-Controller das Tastverhältnis basierend auf der Differenz zwischen der gewünschten und der tatsächlichen Ladedruckregelungsvorrichtungs-Position. Ein Ladedruckregelungs-Steuersignal (WGC-Signal, waste gate control) kann eine Pulsbreitenmodulation über das Ladedruckregelungs-Tastverhältnis umfassen, um die Ladedruckregelungsvorrichtung anzupassen. Der Ladedruckregelungsventilhub kann beispielsweise durch Vorwärtskopplung, Rückwärtskopplung und/oder andere Steueralgorithmen erreicht werden.
Ein Kompensationsterm kann Verzögerungen des Ladedruckregelungsaktors berücksichtigen. Darüber hinaus kann der Kompensationsterm ferner Anpassungen basierend auf der Bewegung von paarweise unabhängigen Nocken umfassen, die den Ladedruck beeinflussen kann. Wenn beispielsweise der Einlassnocken derart bewegt wird, dass der Ladedruck relativ zum Atmosphärendruck steigen würde, kann der Betrag des Kompensationsterms verringert werden. Ebenso kann dann, wenn der Einlassnocken derart bewegt wird, dass der Ladedruck relativ zum Atmosphärendruck fällten würde, der Betrag des Kompensationsterms erhöht werden.
Als nächstes wird bei Block 312 der gewünschte Aktorzustand bestimmt, um den Ladedruckregelungsventilhub zu erreichen, der bei Block 310 bestimmt wurden. Der Aktorzustand kann einer Vielzahl von Parametern entsprechen, die von der Anordnung des Ladedruckregelungsaktors und des Ladedruckregelungssystems abhängen. Beispielsweise kann für Ausführungsformen, bei denen die Ladedruckregelungsventile pneumatisch oder hydraulisch betätigt werden, der gewünschte Aktorzustand ein gewünschter Behälterdruck sein. Alternativ kann für Ausführungsformen, bei denen die Ladedruckregelungsventile elektrisch betätigt werden, der gewünschte Aktorzustand eine gewünschte Aktorposition (beispielsweise eine Ausgangswellenposition) oder Aktorausrichtung (beispielsweise eine Drehorientierung der rotierenden Komponente in dem Aktor) sein. Der gewünschte Aktorzustand (z. B. Druck, Position, usw.) kann als eine Eingabe in verschiedene geeignete Steuermechanismen einschließlich der oben beschriebenen eingespeist werden.
Als nächstes wird bei Block 314 des Verfahrens ein Strom an den Aktor angelegt, um den gewünschten Aktorzustand zu erreichen. Wie oben beschrieben kann der gewünschte Aktorzustand ein gewünschter Behälterdruck, eine Position, eine Ausrichtung usw. sein. Ein geeigneter Spannung-zu-Strom-Umwandlungsmechanismus kann eine Spannung, die von dem Steuersystem erzeugt wird, umwandeln, um der Strom zu erzeugen. Der Aktorzustand wird somit auf der Grundlage des gewünschten Aktorzustands gesteuert. Während ein Strom gezeigt ist, der als ein Steuersignal zum Betätigen des Ladedruckregelungsaktors verwendet wird, versteht es sich, dass andere Steuersignale verwendet werden können, ohne vom Umfang dieser Offenbarung abzuweichen, einschließlich aber nicht beschränkt auf pneumatischen oder hydraulischen Druck für Ausführungsformen, in denen der Aktor jeweils pneumatisch bzw. hydraulisch ist.
Als nächstes wird bei Block 316 des Verfahrens bestimmt, ob der Aktorzustand gleich dem gewünschten Aktorzustand ist. In einigen Ausführungsformen können Unterschiede zwischen dem aktuellen Aktorzustand und dem gewünschten Aktorzustand unterhalb einer Schwelle ignoriert werden. Wenn der Aktorzustand nicht gleich dem gewünschten Aktorzustand ist (NEIN), kehrt das Verfahren zu Block 314 zurück. Ist der Aktorzustand gleich dem gewünschten Aktorzustand (JA), schreitet das Verfahren mit Block 318 fort.
Bei Block 318 des Verfahrens 300 wird der an den Aktor angelegte Strom angepasst, um den gewünschten Ventilhub und den gewünschten Aktorzustand beizubehalten. Der gewünschte Ventilhub kann über Rückkopplungs- und/oder Vorwärtskopplungssteueralgorithmen beibehalten werden. Zum Beispiel kann der Ventilhub über eine innere Steuerschleife gesteuert werden. Somit wird der angelegte Strom dann angepasst, wenn der Aktorzustand einen Zustand erreicht, der einer Soll-Ladedruckregelungsventilposition entspricht.
Bei Block 320 des Verfahrens 300 kann der Aktordruck optional bei Ausführungsformen, in denen der Ladedruckregelungsaktor ein pneumatischer oder hydraulischer Aktor ist, gemessen werden. Die Messung des Aktordrucks kann ein Messen des Drucks des pneumatischen oder hydraulischen Fluids abhängig von den verfügbaren Sensoren in einem Unterdruckregler (z. B. dem Regler 214 von 2) oder einem Hydraulikregler und/oder in einem Druckbehälter (z. B. dem Behälter 216) umfassen. Eine solche Messung kann Informationen über den tatsächlichen Abgasdruck bereitstellen, die für die Ladedrucksteuerung verwendet werden können.
Somit kann das Verfahren 300 wie gezeigt und beschrieben verwendet werden, um zwei Ladedruckregelungsventile über einen einzigen, gemeinsamen Aktor gemäß einem Soll-Ladedruck (unter anderen Faktoren) zu positionieren. Das Verfahren 300 kann eine Steuerung einer doppelten Ladedruckregelungsvorrichtung ermöglichen, ohne die Komplexität relativ zu Steuerprogrammen, die verwendet werden, um eine einzelne Ladedruckregelungsvorrichtung zu steuern, deutlich zu erhöhen, und kann die Komplexität im Vergleich zu anderen Steuerprogrammen, die verwendet werden, um zwei Ladedruckregelungsaktoren zu steuern, die jeweils dazu ausgelegt sind, jeweilige Ladedruckregelungsventile zu positionieren, reduzieren. Darüber hinaus kann die Komplexität der Steuerprogramme für eine doppelte Ladedruckregelungsvorrichtung, die aufgrund des Wunsches eingeführt wird, die Ungleichgewichte zwischen den Ladedruckregelungsvorrichtungen zu korrigieren, in dem Verfahren 300 vermieden werden, wenn sie mit einem Ladedruckregelungssystem wie etwa dem System 200 von 2 kombiniert wird, da die gemeinsame Kopplung (z. B. ein hydraulisches, pneumatisches, physikalisches Koppelgetriebe usw.) der Ladedruckregelungsvorrichtungen solch ein Ungleichgewicht automatisch korrigieren kann.
Es ist zu beachten, dass die beispielhaften Steuer- und Schätzprogramme, die hier enthalten sind, mit verschiedenen Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystemanordnungen verwendet werden können. Die Steuerverfahren und -programme, die hierin offenbart sind, können als ausführbare Befehle in einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert werden. Die hierin beschriebenen spezifischen Programme können eine oder mehrere einer Reihe von Verarbeitungsstrategien wie etwa eine ereignisgesteuerte Strategie, eine unterbrechungsgesteuerte Strategie, einen Mehrprozessbetrieb, eine Mehrsträngigkeit und dergleichen darstellen. Daher können verschiedene Maßnahmen, Handlungen und/oder Funktionen, die dargestellt sind, in der dargestellten Reihenfolge oder parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erzielen, ist aber zur Vereinfachung der Darstellung und Beschreibung vorgesehen. Eine oder mehrere der gezeigten Maßnahmen, Handlungen und/oder Funktionen können abhängig von der jeweils eingesetzten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Maßnahmen, Handlungen und/oder Funktionen Code graphisch darstellen, der in einen nicht flüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Kraftmaschinensteuersystem einprogrammiert werden soll.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Anordnungen und Programme beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinn betrachtet werden sollen, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die obige Technologie auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, Boxer- und andere Kraftmaschinentypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Anordnungen und anderer Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart sind.
Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen als neuartig und nicht offensichtlich auf. Diese Ansprüche können auf ”ein” Element oder ”ein erstes” Element oder eine Entsprechung davon verweisen. Derartige Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente umfassen, aber weder zwei oder mehr solcher Elemente benötigen noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden, egal ob sie weiter, enger, gleich oder im Umfang verschieden im Vergleich zu den ursprünglichen Ansprüchen sind, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.

Claims

System, das Folgendes umfasst: eine erste Ladedruckregelungsvorrichtung, die ein erstes Ladedruckregelungsventil umfasst; eine zweite Ladedruckregelungsvorrichtung, die ein zweites Ladedruckregelungsventil umfasst; und einen Ladedruckregelungsaktor, der sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Ladedruckregelungsventil gekoppelt ist, um die Öffnungen des ersten Ladedruckregelungsventils bzw. des zweiten Ladedruckregelungsventils gemäß einem Soll-Ladedruck zu variieren.
System nach Anspruch 1, wobei das erste Ladedruckregelungsventil und das zweite Ladedruckregelungsventil mit dem Ladedruckregelungsaktor über einen Arm variabler Länge über jeweilige Koppelgetriebe gekoppelt sind, wobei der Ladedruckregelungsaktor dazu ausgelegt ist, eine Länge des Arms variabler Länge zu variieren.
System nach Anspruch 2, wobei die jeweiligen Koppelgetriebe jeweils einen Arm fester Länge umfassen.
System nach Anspruch 1, wobei das erste Ladedruckregelungsventil und das zweite Ladedruckregelungsventil mit dem Ladedruckregelungsaktor durch jeweilige Platten über jeweilige Koppelgetriebe gekoppelt sind, wobei die jeweiligen Platten in einem Behälter angeordnet sind, wobei der Behälter derart ausgelegt ist, dass ein erhöhter Fluiddruck, der an den Behälter geliefert wird, die jeweiligen Platten nach außen drückt, was den jeweiligen Hub des ersten Ladedruckregelungsventils und des zweiten Ladedruckregelungsventils verringert, wobei der Behälter derart ausgelegt ist, dass ein verringerter Fluiddruck, der an den Behälter geliefert wird, die Platten näher zusammenbringt, was den jeweiligen Hub des ersten Ladedruckregelungsventils und des zweiten Ladedruckregelungsventils erhöht.
System nach Anspruch 4, wobei der Behälter dazu ausgelegt ist, ein Hydraulikfluid von einem Hydraulikregler über eine Rohrleitung zu erhalten, wobei der Hydraulikregler in Fluidverbindung mit einer Hydraulikfluidquelle ist.
System nach Anspruch 4, wobei der Behälter dazu ausgelegt ist, unter Druck stehende Gase von einem Unterdruckregler über eine Rohrleitung zu erhalten, wobei der Unterdruckregler in Fluidverbindung mit einer Unterdruckquelle ist.
System nach Anspruch 6, wobei der Unterdruckregler fluidisch mit einer Entlastungsöffnung gekoppelt ist.
System nach Anspruch 4, wobei der Behälter gleitend mit einem Schienensystem gekoppelt ist.
System nach Anspruch 1, wobei die erste Ladedruckregelungsvorrichtung und die zweite Ladedruckregelungsvorrichtung ein Ladedruckregelungssystem umfassen, wobei das Ladedruckregelungssystem dazu ausgelegt ist, das erste und das zweite Ladedruckregelungsventil auszugleichen, indem Abgasdruck, der auf das erste Ladedruckregelungsventil ausgeübt wird, zur zweitem Ladedruckregelungsvorrichtung und Abgasdruck, der auf das zweite Ladedruckregelungsventil ausgeübt wird, zum ersten Ladedruckregelungsventil über ein gemeinsames Koppelgetriebe und einen Druckbehälter vermittelt wird.
System nach Anspruch 9, wobei das erste und das zweite Ladedruckregelungsventil bei im Wesentlichen ähnlichem Hub positioniert werden, indem Abgasdruck zwischen dem ersten und dem zweiten Ladedruckregelungsventil über das gemeinsame Koppelgetriebe oder den Druckbehälter vermittelt wird.
Twin-Turbolader-System, das Folgendes umfasst: einen ersten Turbolader, der eine erste Ladedruckregelungsvorrichtung mit einem ersten Ladedruckregelungsventil umfasst; einen zweiten Turbolader, der eine zweite Ladedruckregelungsvorrichtung mit einem zweiten Ladedruckregelungsventil umfasst; und einen Ladedruckregelungsaktor, der die Enden der Koppelgetriebe der ersten und der zweiten Ladedruckregelungsvorrichtung verbindet, wobei der Aktor eine Länge zwischen den verbundenen Enden anpasst.
Twin-Turbolader-System nach Anspruch 11, wobei der Ladedruckregelungsaktor ein elektrischer Aktor ist, der einen Elektromotor umfasst.
Twin-Turbolader-System nach Anspruch 11, wobei die Länge zwischen den verbundenen Enden eine variable Mittenposition relativ zu einem Fahrzeugkörperrahmen aufweist.
Twin-Turbolader-System nach Anspruch 11, wobei der Ladedruckregelungsaktor ein pneumatischer Aktor ist.
Twin-Turbolader-System nach Anspruch 14, wobei der pneumatische Aktor einen Unterdruckregler umfasst, der dazu ausgelegt ist, unter Druck stehende Gase aus einer Unterdruckquelle zu beziehen, wobei der Unterdruckregler fluidisch mit einem Behälter gekoppelt ist, in dem eine erste Platte und eine zweite Platte angeordnet sind, wobei die erste und die zweite Platte jeweils mit dem ersten bzw. dem zweiten Ladedruckregelungsventil über jeweilige Koppelgetriebe gekoppelt sind, wobei der Unterdruckregler dazu ausgelegt ist, die Position der ersten und der zweiten Platte als Antwort auf den Soll-Ladedruck zu variieren.
Twin-Turbolader-System nach Anspruch 11, wobei der Ladedruckregelungsaktor ein hydraulischer Aktor ist.
Twin-Turbolader-System nach Anspruch 16, wobei der hydraulische Aktor einen Hydraulikregler umfasst, der dazu ausgelegt ist, unter Druck stehendes Fluid aus einer Fluidquelle zu beziehen, wobei der Hydraulikregler fluidisch mit einem Behälter gekoppelt ist, in dem eine erste Platte und eine zweite Platte angeordnet sind, wobei die erste und die zweite Platte jeweils mit dem ersten bzw. dem zweiten Ladedruckregelungsventil über jeweilige Koppelgetriebe gekoppelt sind, wobei der Hydraulikregler dazu ausgelegt ist, die Position der ersten und der zweiten Platte als Antwort auf den Soll-Ladedruck zu variieren.