ITRM960540A1

ITRM960540A1 - Procedimento per la regolazione delle pressione di alimentazione di un motore a combustione interna alimentato mediante turbo compressore

Info

Publication number: ITRM960540A1
Application number: IT96RM000540A
Authority: IT
Inventors: Werner Aschner; Horst Hanauer; Gernot Hertweck
Original assignee: Daimler Benz Ag
Priority date: 1995-08-30
Filing date: 1996-07-29
Publication date: 1998-01-29
Also published as: FR2738287A1; DE19531871C1; GB2304823A; GB2304823B; ITRM960540A0; US5850737A; FR2738287B1; GB9617376D0; IT1284238B1

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione dal titolo: "Procedimento per la regolazione della pressione dì alimentazione di un motore a combustione interna alimentato mediante turbocompressore a gas di scarico con geometria variabile della turbina" .

L'invenzione riguarda un procedimento per la regolazione della pressione di alimentazione di un motore a combustione interna alimentato a mezzo di un turbocompressore a gas di scarico con la geometria variabile della turbina, su un valorenominale prestabili to , dipendente dal punto di esercizio, secondo il preambolo della;rivendicazione 1.

In un procedimento noto dalla pubblicazione DE 40 25 901 C1 viene impedito che dopo una variazione di carico positiva si abbiano, ancora durante l'aumento della pressione di alimentazione p2, nel condotto di gas di scarico a monte della turbina aumenti incontrollati della pressione, per cui il motore a com bustione interna non deve essere più soggetto ad una maggiore contropressione dei gas di scarico e si può ottenere un maggiore rendimento del motore a combustione interna. A tal fine quale datore per la contropressione di gas di scarico p3 può essere previsto un commutatore di pressione limite disposto nel con dotto di gas di scarico, che varia ad una prestabilita pressione limite il suo stato di commutazione, ossia in caso di una contropressione dei gas di scarico superiore alla pressione limite rispettivamente ad un valore di soglia,viene commutato da una posizione di chiusura ad una posizione di apertura.

L'inconveniente di questo procedimento consiste nel fatto che con una sorveglianza del genere della contropressione p3 dei gas di scarico viene rilevata so-

cui questa misurazione é indipendente dall'effettiva pressione atmosferica ossia dall’altezza sopra il livello del mare e inoltre non può essere presa in considerazione durante la sorveglianza la pressione di alimentazione p2 effettivamente esistente. Inoltre mediante il commutatore di pressione limite é possibile solo una distinzione maggiore o minore, però non é possibile una valutazione continua.

Dalla pubblicazione JP 62-12437 risulta ugualmente un procedimento per il controllo della pressione di alimentazione di un motore a combustione interna alimentato a mezzo di un trubocompressore a gas di scarico conila geometria variabile della turbina, in cui gli inconvenienti sopra indicati vengono migliorati per il fatto che per la sorveglianza della pressione dei gas di scarico non si fa riferimento al suo valore assoluto, bensì per la sorveglianza della regolazione del turbocompressore a gas di scarico viene elaborata la differenza di pressione tra la pressione dei gas di scarico e l'effettiva pressione di alimentazione.

Nel procedimento proposto é svantaggioso il fatto che secondo il diagramma a blocchi in esso descritto necessario un dispendioso decorso di operazioni di cacolo che si susseguono e che vengono rilevate ed elaborate da un dispendioso dispositivo di regolazione.

Pe rtanto , l'invenzione si é posta il compito di indicare un procedimento del tipo descritto nel preambolo della rivendicazione principale . con il quale nell'esercizio non stazionario del motore a combustione interna, in particolare dopo il cambio di alimentazione positivo al di fuori dai bassi campi di alimentazione e di numeri di giri, con mezzi semplici viene resa possibile la regolazione del motore a combustione interna e viene migliorato il rendimento di quest'ultimo.

Il compito viene risolto secondo l'invenzione mediante le caratteristiche indicate nella parte caratterizzante della rivendicazione principale. Con il procedimento secondo l'invenzione si impedisce in modo semplice che nell'esercizio non stazionario del motore a combustione interna al cambio positivo dell'alimentazione, durante l'aumento della pressione di alimentazione si abbiano!aumenti inammissibili della contropressione dei gas di scarico che agiscono, a causa della variabilità negativa dei gas che si verifica, contro la coppia da generare del motore e che la ridurrebbero in modo inaccettabile. Gli eventuali aumenti inammissibili della pressione possono essere riconosciuti immediatamente mediante il confronto con una pressione limite, dipendente dallo esercizio del motore, della contropressione dei gas di scarico, prendendo in considerazione l'effettiva pressione di alimentazione. In caso di un inammissibile aumento della contropressione dei gas di scarico, che viene riconosciuto dall'unità di controllo, ha luogo un intervento nella regolazione della pressione di alimentazione in maniera tale che il turbocompressore a gas di scarico con geometria variabile della turbina venga corretto nella sua posizione di palette in direzione di apertura, riducendo così la pressione dei gas di scarico anteriormente alla turbina alla pressione limite massima ammissibile. Ciò avviene secondo la corrente di regolazione emessa dall'unità fuzzy-control, con la quale viene azionato un elemento di regolazione che si trova in collegamento con un apparecchio di guida della turbina.

Altre vantaggiose forme di realizzazione del procedimento secondo l'invenzione sono indicate nelle sottorivendicazioni e nella descrizione.

L'invenzione verrà ora descritta in un esempio di realizzazione preferito illustrato nel disegno, in cui :

la figura 1 mostra un dispositivo vantaggioso per la realizzazione del procedimento secondo l'invenzione in una illustrazione di principio;

la figura 2 rappresenta il modo di funzionamento dell'unità di controllo elettronica secondo l'invenzione, indicata con il numero 20, sotto forma di un diagramma a blocchi e

la figura 3 mostra il modo di funzionamento dell'unità Fuzzy-control secondo l'invenzione illustrata nella figura 2.

La figura 1 mostra un motore a combustione interna 11 con un turbocompressore a|gas di scarico 12, la cui turbina 13 é disposta nel condotto di gas di scarico 14 e il cui compressore 15 é disposto nel condotto di aspirazione 16. Per migliorare il comportamento di reazione del turbocompressore a gas di scarico 12 in caso di un cambio di alimentazione positivo, in particolare al di fuori dei bassi campi di carico e dinumeri di giri, la sua turbina 13 presenta un apparecchio di guida 17, indicato solo schematicamente nel disegno per ragioni di chiarezza, con l'ausilio del quale possono essere variate la direzione di afflusso dei gas di scarico alle palette della turbina nonché la stessa sezione trasversale di afflusso. Questo apparecchio di guida 17 della turbina viene azionato mediante un servomotore 18, che é a sua volta azionato attraverso il conduttore di controllo 19 da una unità di controllo elettronica 20.

All'unità di controllo 20 attraverso un sensore 21 ed un conduttore di misurazione 22,viene addotto un segnale corrispondente all'effettiva pressione di alimentazione p2. Attraverso un sensore 23 e un conduttore di valori di misurazione 24 viene addotto un segnale corrispondente alla pressione effettiva p3 dei gas di scarico anteriormente alla turbina 13, Attraverso un sensore 25 e un conduttore di valori di misurazione 26,all'unità di controllo elettrica 20 viene addotto un segnale corrispondente all'effettivo numero di giri n del motore a combustione interna L'unità di controllo 20 riceve attraverso il sensore 27 nel sistema di iniezione 29 e attraverso il conduttore di valori di misurazione 28 un segnale corrispondente alla quantità di iniezione effettiva del motore a combustione interna 11. La quantità di iniezione effettiva viene a sua volta determinata attraerso la posizione del pedale di accelerazione (non illustrato), che viene determinata dal conducente in caso di una variazione di alimentazione positiva, come ad esempio dalla marcia a folle alla marcia a pieno carico.

In caso di un cambio di alimentazione positivo del motore a combustione interna 11, l'apparecchio di guida 17 dela turbina viene spostato dapprima in una posizione di chiusura, ossia alla sua posizione che riduce la sezionè trasversale di afflusso dei gas di scarico alla turbina 13 ad un valore minimo. A causa della sezione trasversale, prevista molto piecola, di afflusso alla turbina 13, la pressione p3 dei gas di scarico aumenta rapidamente, per cui ancora prima che la pressione di alimentazione p2 raggiunga il valore nominale p2, soll,corrispondente a questo punto di esercizio , viene fortemente aumentata la contropressione p3 dei gas di scarico, il che e nocivo al rendimento del motore a combustione interna 11. Pertanto é necessario che venga sorvegliato e controllato l'aumento della contropressione p3 dei gas di scarico , in modo da poter ottenere un aumento ottimale della coppia, con il quale é legato un magiore rendimento del motore a combustione interna 11.

Nella figura 2 é illustrato un diagramma a blocchi di una unità di controllo elettronica 20, che presenta una struttura di regolazione per l'azionamento del trubocompressore a gas di scarico 12 con la geometria variabile della turbina con le unità funzionali:blocco , di differenza di regolazione 31, blocco di sorveglianza 32 e con una unità, di regolazione 33. Il blocco di differenza di regolazione 31 e il blocco disorveglianza 32 forniscono le necessarie deviazioni di regolazione rispettivamente valori di sorveglianza per l'unità di regolazione 33, che regola attraverso una corrente di regolazione 34 un elemento di regolazione 18, come illustrato nella figura 1. L'elemento di regolazione 18 causa, in funzione della corrente di regolazione 34, una apertura o chiusura dell ' apparecchio di guida 17 ella turbina, per quanto riguarda la sezione trasver sale di afflusso.

Nel blocco di differenza di regolazione 31 attraverso il sensore 21 e il conduttore di valori di misurazione 22 viene rilevata l'effettiva pressione di alimentazione p2 del motore a combustione interna 11. Còntemporaneamente nel blocco di differenza di regolazione 31 , in base ai dati di misurazione rilevati attraverso i seniori 25 e 27, viene rilevato da un campo caratteristico di pressioni di alimentazione applicabili, quale funzione del numero di giri del moto re e della quan ità di iniezione, il valore principale della pressione di alimentazione come é rappresentato, mediante un blocco 37. Inoltre in un blocco 38 iene formato un valore di correzione dipendente dall ' altezza, che é rilevabile dalla pressione atmosferica e da, una linea caratteristica di corre zione pplicabile La somma del valore principale del valore di limentazione e del valore di correzione, dipendent dall'altezza fornisce un valore no minale di pressione di alimentazione p2, soll, in corrispondenza al quale il motore combustione in terna 11 raggiunge un rendimento ottimale .Tra il valo re nominale di pressione di alimentazione p2 , soll e l ' effettiva pressione di alimentazione p2 , dopo la turbina 15 nel condotto di aspirazione 16 per sottrazione viene ricavata la pressione differenziale che viene emessa quale differenza di regolazione dp2 dal blocco di differenza di regolazione 31 e viene trasmessa all'unità di regolazione 33.

Nel blocco di sorveglianza 32 dell'unità di controllo elettronica 20, la pressione differenziale massima ammissibile p3*max in un campo caratteristico di pressione differenziale applicabile 39, viene rilevata quale funzione del numero di giri del motore e della quantità di iniezione dai dati dei sensori 25, 27. Parallelamente viene rilevato il valore effettivo della contropressione di gas di scarico p3 attravertso il sensore 23 e confrontato con il valore effettivo della pressione di alimentazione p2, ottenendo così una pressione differenziale effettiva p3*. Il rilevamento di questa pressione differenziale presenta il vantaggio che la sorveglianza é in ampi limiti indipendente dall'effettiva pressione atmosferica e che in aggiunta la pressione di alimentazion p2 , effettivamente esistente viene presa in considerazione nella sorveglianza avente luogo nel circuito di regolazione di sorveglianza 32.

Analogamente alla deviazione di regolazione dp2 secondo il blocco di differenza di regolazione 31 viene ora rilevata una grandezza di controllo dp3*, che risulta dalla sottrazione della effettiva pressione differenziale p3* dalla pressione differenziale ammissibile p3*max. Questa grandezza di controllo di p3* serve quale altra grandezza di entrata per l'unità di regolazione 33.

La grandezza di controllo di p3* può assumere valori che sono negativi, all'incirca uguali a zero o zero oppure anche sono positivi. Per l'unità di regolazione 33 ad esempio una grandezza di controllo di p3*, che é molto inferiore di zero, significa che la pressione di gas di scarico p3 é troppo grande per un ottimale aumento della coppia, per cui l'unità di regolazione 33 deve essere realizzata in maniera tale che un intervento nella regolazione della pressione di alimentazione p2 avvenga di modo che la posizione delle palette del turbocompressore a gas di scarico 12 con la geometria variabile della turbina venga corretta in direzione di apertura e quindi la pressione di gas di scarico p3 venga ridotta anteriormente alla turbina 13 alla pressione limite massima ammissibile.

In modo analogo, in caso della grandezza di controllo di p3* molto maggiore di zero, la regolazione viene corretta nel senso che viene generata una contropressione di gas di scarico ρ3, troppo piccola per un ottimale aumento della coppia, in quanto viene accellerata la chiusura della posizione delle palette del turbocompressore a gas di scarico 12 con la geometria variabile della turbina. In caso di una grandezza di controllo d 3* uguale all'incirca a zero si ha una contropressione di gas di scarico p3 nella turbina 13 per un ottimale aumento della coppia, per cui non é necessaria una regolazione dell'apparecchio di guida 17 della turbina.

Per la realizzazione di un algoritmo di regolazione appropriato che interpreta per le suddette condizioni di esercizio corrispondentemente la grandezza di controllo dp3*, la elabora semplicemente e trasforma, viene usata quale unità di regolazione 33 una unità fuzzy-control , come illustrato nella figura 3. Un controllore fuzzy 33 del genere ha il vantaggio che oltre alla deviazione di regolazione dp2 possono essere usate altre grandezze di controllo per il calcolo della corrente di regolazione 34. In particolare, mediante l'elaborazione di un'altra grandezza di controllo, rispetto ai noti regolatori PID può essere prevista a priori una supplementare limitazione dell 'elemento di regolazione per acconsentire solo certe condizioni di esercizio, come sarà ancora illustrato qui di seguito.

Un controllore fuzzy 33 presenta per la elaborazione delle grandezze di entrata del blocco di differenza di regolazione 31 e del circuito di sorveglianza 32 un primo stadio 51, una fuzzyficazione , in quanto ad esempio le grandezze di entrata dp3* nonché dp2 vengono suddivise nei termini linguistici "negative" (NE), "positive" (PO) e "zero" (ZE), come risulta dal blocco 41. In un secondo stadio 52, mediante una matrice di inferènza viene definita in modo specifico per l'applicazione relazione tra le grandezze di entrata dp2 e dp3* e la grandezza di uscita I. A titolo di esempio, la grandezza di uscita I é suddivisa ugualmente nei termini linguistici "negativa" (NE), "positiva" (PO) e "zero" (ZE). Questa suddivisione può essere inoltre differenziata ad esempio in "molto più piccola" e "molto più grande" o simili, se ciò è richiesto dalla linea di regolazione

La matrice di inferenza nel blocco 42 coordina ai stermini linguistici delle grandezze dp3* (prima riga) , indicata con 56 e dp2 (prima colonna) un termine linguistico per la grandezza di uscita I che viene trasformata in un sterzo stadio 53, una''defuzzifica -zione secondo il blocco 43, in una corrente di rego lazione 34.

Ad esempio, la funzione e il modo di lavoro del controllore fuzzy 33 vern ano descritti per una entrata dp3* che é "negativa" (NE). Ciò significa che la contropressione di gas di scarico P3 é troppo grande per un ottimale aumento della coppia. Secondo la matrice di inferenza nel blocco 42 come grandezze di uscita per la corrente di regolazione 34 sono possibili solo i termini linguistici NE e ZE, per cui il campo di amplificazione positivo del controllore Fuzzy 33 viene ridotto. Infatti in tale maniera, con i valori p3 molto grandi, viene accelerata l'apertura delle palette della turbina, che sono aperte con una variabile di uscita NE.

Conuna variabile di uscita ZE esse presentano ad esempio una posizione centrale oppure sono parzialmente chiuse. In tale maniera, coordinando alle variabili di uscita ZE e NE nella colonna NE la grandezza di controllo dp3*,può essere assicurato che mediante l'apertura delle palette della turbina sia possibile esclusivamente una riduzione della contropressione p3 dei gas di scarico. Ciò vale in modo analogo per le altre grandezze di controllo dp3*, che sono rappresentate a titolo di esempio nella matrice .

Nell'esempio di realizzazione, il controllore fuzzy 33 presenta rispetto all'entrata dp2 un comportamento P. L'elemento di regolazione 18 dell'apparecchio di guida 17 della turbina é conformato come un servomotore con una caratteristica I, per cui in caso di una corrente di regolazione costante 34,grazie alla caratteristica I si può ottenere una costante velocità di controllo.

Altrimenti può essere anche previsto di usare un elemento di controllo 18 con il comportamento P per l'apparecchio di guida 17 della turbina, dovendo però usare in tal caso un controllore iuzzy 33 con il comportamento, I o PI per evitare permanenti differenze di regolazione.

Nel terzo stadio 53 ha luogo il ricalcolo dei termini di uscita linguistici 57 (NE, PO, ZE) in un analogo valore di corrente 34 secondo i noti metodi della difuzzyzzazione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la regolazione di una pressione di alimentazione in un motore a combustione interna (11 ) alimentato a mezzo di un turbocompressore a gas di scarico (12) con la geometria variabile della turbina, ad un valore nominale (p2, soli) della pressione di alimentazione, dipendente dal punto di esercizio del motore, in cui nell'esercizio non stazionario del motore a combustione interna (11) dopo la variazione di alimentazione positiva del motore a combustione interna (11), l'apparecchio di guida (17) della turbina viene regolato ad una posizione che riduce la sezione trasversale di afflusso alla turbina (13), caratterizzato dal fatto che mediante una deviazione di regolazione (dp2) da un valorenominale (p2, soli) della pressione di carico é da un valore effettivo della pressione di alimentazione (p2) e mediante almeno un'altra grandezza di controllo (dp3*), con una unità di controllo fuzzy (33), integrata in unità di regolazione elettrica (20), viene rilevata una corrente di regolazione (I).
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, carat terizzato dal fatto che almeno una grandezza di regolazione (dp3*) viene rilevata in un blocco di sorveglianza (32) quale funzione della pressione (p3) ; dei gas di scarico.
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che l'algoritmo di regola zione della pressione di alimentazione (p2) viene rilevato quale funzione della grandezza di regolazione {dp3*).
4. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la grandez za di regolazione (dp3*) viene rilevata quale differenza tra una pressione differenziale massima ammissibile (p3*max) applicabile e dipendente dal punto di esercizio e la pressione differenziale effettiva (p3*), la pressione differenziale (p3*) essendo calcolata quale differenza tra la contropressione (p3) dei gas di scarico e la pressione di alimentazione (p2) .
5. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'intervento della grandezza di regolazione (dp3*) nell'algoritmo di regolazione viene effettuato a mezzo di una unità di controllo Fuzzy (33).
6. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'unità di controllo fuzzy (33) viene munita di una matrice di inferenza, in cui la deviazione di regolazione (dp2) presenta un comportamento P e un elemento di regolazione (18) é munito di una caratteristica I.