JPH04262022A - 調節可能な構造のタービンを持つ排気ガスタービン過給機により過給される内燃機関の過給圧力制御方法及び装置 - Google Patents

調節可能な構造のタービンを持つ排気ガスタービン過給機により過給される内燃機関の過給圧力制御方法及び装置

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JPH04262022A
JPH04262022A JP3285368A JP28536891A JPH04262022A JP H04262022 A JPH04262022 A JP H04262022A JP 3285368 A JP3285368 A JP 3285368A JP 28536891 A JP28536891 A JP 28536891A JP H04262022 A JPH04262022 A JP H04262022A
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JP
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exhaust gas
turbine
internal combustion
combustion engine
characteristic curve
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JP3285368A
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English (en)
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Horst Hanauer
ホルスト・ハナウエル
Michael Kuehn
ミヒアエル・キユーン
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Daimler Benz AG
Original Assignee
Daimler Benz AG
Mercedes Benz AG
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Publication date
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
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    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1448—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an exhaust gas pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/24—Control of the pumps by using pumps or turbines with adjustable guide vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，内燃機関負荷の正の変
化後タービンへの流入断面を減少する位置へタービンデ
イフユーザを移行させ，正の負荷変化後非定常動作中に
過給圧力を，過給圧力目標値からの過給圧力実際値の瞬
間実際偏差に対応する第１の特性曲線に従つて，タービ
ンデイフユーザを制御する操作量のために調整する，調
節可能な構造のタービンを持つ排気ガスタービン過給機
により過給される内燃機関の過給圧力を動作点に関係す
る所定の目標値に制御する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】特開昭６０−５６１２７号公報から公知
の方法では，正の負荷変化後調節可能なタービンデイフ
ユーザを，流入断面を減少する位置へ移行させることが
行われ，それにより排気ガスタービン過給機の応答特性
を改善することができる。この方法の欠点は，充填効率
従つて機関トルクの尺度となる過給圧力ｐ２従つて圧縮
機の下流側の圧力が，タービンの上流側の圧力ｐ３即ち
排気ガス背圧におけるように，回転数と共に上昇しない
ことである。これにより制御できないほど過度に圧力ｐ
３が上昇する。従つてこの動作範囲では，内燃機関を比
較的高い排気ガス背圧の方へ移行させねばならず，これ
に伴つて効率が低下する。
【０００３】流入断面の減少後高すぎる排気ガス背圧に
よる燃料消費を減少するため，ドイツ連邦共和国特許出
願公開第３６２４２４８号明細書によれば，負荷の増大
による過給圧力の上昇と共に，瞬間所定負荷点に対応す
る過給圧力が与えられるまで，タービンデイフユーザを
再び連続的に開放位置の方へ移行させる。この場合所定
負荷の変化後排気ガス背圧ｐ３の挙動は全く考慮されて
いないので，排気ガス背圧ｐ３に比較してゆつくりした
過給圧力ｐ２の上昇のため，この場合にも排気ガス背圧
ｐ３が望ましくないほど過度に上昇する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従つて本発明の基礎に
なつている課題は，最初にあげた種類の方法を改良して
，内燃機関の非定常動作において，特に低い負荷及び回
転数の範囲からの正の負荷変化後，簡単な手段で内燃機
関の効率の向上が行われるようにすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
本発明によれは，第１の特性曲線に従う過給圧力の調整
を，タービンの上流側における排気ガス背圧の所定の限
界値以下においてのみ行い，この限界値の超過後過給圧
力を第２の特性曲線に従つて行い，瞬間実際偏差より大
きい値を持つ仮想偏差を第２の特性曲線の基礎とする。
【０００６】
【発明の効果】本発明による方法によつて，正の負荷変
化後まだ過給圧力ｐ２の上昇中に，タービンの上流側に
おける排気ガス管路で圧力が制御できないほど過度に上
昇するのを防止される。内燃機関は過度に上昇する排気
ガス背圧の方へもはや移行される必要がないので，内燃
機関の高い効率が与えられる。更に本発明による方法に
よつて，排気ガス背圧ｐ３用センサとして，簡単従つて
安価で特定の圧力限界値ｐ３ｇで開閉状態を変化する限
界圧力開閉器を使用することができる。
【０００７】
【実施態様】本発明による方法の別の有利な発展とそれ
を実施するための有利な装置は，従属請求項に示されて
いる。
【０００８】
【実施例】図面には本発明の実施例が示されている。
【０００９】図１は排気ガスタービン過給機２を持つデ
イーゼル内燃機関１を示し，このタービン過給機のター
ビン３は排気ガス管路４に設けられ，圧縮機５は吸入管
路６に設けられている。特に低い負荷及び回転数の範囲
から正の負荷変化の際，排気ガスタービン過給機２の応
答特性を改善するため，そのタービン３は，わかり易く
するため図面には概略的にのみ示すタービンデイフユー
ザ７を持ち，このタービンデイフユーザ７によりタービ
ン羽根への排気ガスの流入方向と流入断面自体とを変化
することができる。このタービンデイフユーザ７を操作
するサーボモータ８は，制御導線９を介して電子制御装
置１０から制御可能である。この電子制御装置１０には
，圧力センサ１１から測定値導線１２を介して実際の過
給圧力ｐ２に対応する信号が供給され，センサ１３から
測定値導線１４を介して実際の内燃機関回転数ｎに対応
する信号が供給され，センサ１５から測定値導線１６を
介して実際内燃機関負荷ｘＲＳ（噴射ポンプ１８の調整
棒１７の移動）に対応する信号が供給され，センサ１９
から測定値導線２０を介して内燃機関１の実際の冷媒温
度ＴＫＭに対応する信号が供給される。測定値導線３４
を介して電子制御装置１０は，タービン３の上流側にお
いて排気ガス管路４に設けられる圧力開閉器２１の開閉
状態に対応する信号を受ける。排気ガス背圧ｐ３が所定
の限界値ｐ３ｇを超過すると，この圧力開閉器２１はそ
の開閉状態を＋１から−１へ変化する。
【００１０】さて運転者により，例えば無負荷から全負
荷への正の負荷変化が規定されると（加速ペダル２２の
踏込み），タービンデイフユーザ７がまず閉鎖位置へ，
即ちタービン３への排気ガスの流入断面を最小値に減少
する位置へ移行せしめられる。これは，タービンデイフ
ユーザ７を制御する操作量に対して図２の線図Ｃに示す
特性曲線に従つて行われる。図２において，横軸には時
間ｔが記入され，時点０に正の負荷変化が行われる。線
図Ｃにおいて，縦軸には電子制御装置１０のサーボモー
タ８用出力信号（操作量）が記入され，０の出力信号は
タービンデイフユーザ７の最大流入断面を開く位置（ｍ
ａｘ）に対応し，１の出力信号は最小流入断面を開く位
置（ｍｉｎ）に対応している。さてタービンデイフユー
ザ７が位置ｍｉｎへ移行せしめられた後，タービン３は
比較的高い流速の排気ガスを受け，それにより排気ガス
タービン過給機２がよく応答し，即ち過給圧力ｐ２が比
較的速やかに確立される。しかしタービン３への流入断
面が最小なので，排気ガス背圧ｐ３は非常に速やかに上
昇し，従つて過給圧力ｐ２がこの動作点（全負荷）に対
応する目標値ｐ２ｓｏｌｌへ達する前に，排気ガス背圧
ｐ３は過度に上昇し，これは内燃機関１の効率にとつて
不利である。この事情は図２の線図Ａ及びＤからわかる
。即ち線図Ａの破線の曲線は，本発明の方法によらない
従来の過給圧力調整における排気ガス背圧ｐ３の時間的
経過を示し，線図Ｄの破線の曲線は，同様に本発明の方
法を適用しない圧縮機の下流側における過給圧力ｐ２の
同時の経過を示している。
【００１１】これからわかるように，過給圧力ｐ２がこ
の動作状態に対する所定の目標値ｐ２ｓｏｌｌに達する
前に，タービン３の上流側排気ガス管路４において排気
ガス背圧ｐ３が過度に上昇する。
【００１２】更に線図Ｅには，圧力の過度の上昇を防止
するため排気ガス背圧ｐ３を直接調整する時に必要とな
るタービンデイフユーザ７のサーボモータ８用出力信号
（仮想操作量）の経過が示されている。縦軸に関して線
図Ｃと同じことがいえる。従つて正の負荷変化後時点ｔ
１まで，タービンデイフユーザ７は最小流入断面を開く
位置にあることになる。排気ガス背圧ｐ３が時点ｔ１に
限界値ｐ３ｇへ達すると，調整が始まり，即ち時点ｔ２
まで，排気ガス背圧ｐ３が望ましくなく過度に上昇する
のを防止するため，流入断面が連続的に増大される。排
気ガス背圧ｐ３が再び限界値ｐ３ｇ以下に低下した後，
タービンデイフユーザ７が再び閉鎖方向へ動かされる。 しかし排気ガス背圧ｐ３を調整するために，タービン３
の上流側で排気ガス管路４において排気ガス背圧ｐ３の
実際値をそのつど通報する圧力センサが必要である。し
かし排気ガス管路内の極端な温度常件のため，このよう
な圧力センサは非常に不精確で，故障し易く，更に比較
的高価である。
【００１３】従つて本発明によれば，タービン３の上流
側において排気ガス管路４に限界圧力開閉器２１が設け
られて，ちようど排気ガス背圧ｐ３が所定の限界値ｐ３
ｇを超過する時点ｔ１に開閉状態を＋１から−１へ変化
する。この限界圧力開閉器２１の出力信号の経過が線図
Ｂに示されている。限界圧力開閉器２１の開閉状態が時
点ｔ１までまだ＋１である間，サーボモータ８の制御が
線図Ｃの最初の部分に従つて行われ，即ち過給圧力ｐ２
は，過給圧力目標値ｐ２ｓｏｌｌからの過給圧力実際値
の瞬間実際偏差に対応する第１の特性曲線に従つて，タ
ービンデイフユーザ７の制御用操作量のために調整され
る。
【００１４】しかし時点ｔ１から，線図Ｃの特性曲線は
線図Ｅの特性曲線に代えられ，即ち過給圧力がまだ目標
値ｐ２ｓｏｌｌに達していなくても（線図Ｅ），タービ
ンデイフユーザ７は開放位置へ移行せしめられる。本発
明による特性曲線の経過は線図Ｆに示され，その縦軸に
関しては線図Ｃ及びＥと同じことがいえる。その結果過
給圧力ｐ２は最小に一層ゆつくり目標値ｐ２ｓｏｌｌへ
向かう（線図Ｄの実線）。しかし排気ガス背圧ｐ３の経
過曲線は，効率を低下する極端な過度の上昇をもはや示
さない（線図Ａの実線）。換言すれば，排気ガス背圧ｐ
３が限界値ｐ３ｇを超過した後，過給圧力ｐ２は第２の
特性曲線に従つて調整され，瞬間時点ｔｘに関して，目
標値ｐ２ｓｏｌｌからの実際値ｐ２の仮想偏差がこの第
２の特性曲線の基礎になつており，この仮想偏差の値Δ
ｐ２ａは過給圧力目標値ｐ２ｓｏｌｌからの過給圧力実
際値ｐ２の瞬間実際偏差の値Δｐ２ｂより大きい。従つ
てこの範囲では，圧縮機５の下流側の過給圧力ｐ２は，
時点ｔ１までの範囲におけるように，目標値ｐ２ｓｏｌ
ｌからの実際値ｐ２の実際の偏差に従つて調整されるの
ではなく，仮想偏差に従つて調整される。従つて仮想偏
差に従う過給圧力ｐ２の調整は，排気ガス背圧ｐ３自体
が調整される場合と全く同じ効果を，排気ガス背圧ｐ３
の経過に及ぼす。換言すれば，前記の範囲において排気
ガス背圧ｐ３は過給圧力調整回路によつて調整され，し
かも特別な特性曲線に従つて過給圧力調整回路に仮想調
整偏差を規定することによつて，調整される。
【００１５】サーボモータ８を制御するため仮想偏差を
規定するこの特性曲線は，本発明によれば電子制御装置
１０により求められ，しかも過給空気管路としての吸入
管路６における圧力上昇変化ｄｐ２／ｄｔ，内燃線関回
転数ｎ，その時間的変化ｄｎ／ｄｔ及び冷媒温度ＴＫＭ
のような量に関係して求められる。
【００１６】仮想偏差を規定する特性曲線に従う調整は
時点ｔ４まで行われ，この時点から仮想特性曲線（線図
Ｅ）により，実際の偏差に基く特性曲線（線図Ｃ）によ
り規定されるより小さい値が，サーボモータ８の制御の
ために規定される（最小値選択）。従つて仮想特性曲線
がタービンデイフユーザ７のもつと大きい開放位置を規
定している間，サーボモータ８はその操作のためなおこ
の特性曲線に従つて制御される。この時点ｔ４から，線
図Ｃの特性曲線による通常の過給圧力調整が再び行われ
る。
【００１７】ｔ３で示す時点において，過給圧力実際値
ｐ２が本発明による方法を使用して目標値ｐ２ｓｏｌｌ
に達する（線図Ｄ）。
【００１８】図３は本発明による方法をブロツク図２３
により示している。既に述べたように，排気ガス背圧ｐ
３が限界値ｐ３ｇにまだ達しない限り，過給圧力ｐ２の
全く普通の調整が行われる。即ちサーボモータ８又はタ
ービンデイフユーザ７は，ブロツク２４をして，目標値
ｐ２ｓｏｌｌ（ブロツク２７）からの実際値ｐ２（ブロ
ツク２６）の実際の偏差に応じて調整される。この範囲
において限界圧力開閉器２１の開閉状態はまだ＋１にあ
る（照会ブロツク２５の右側出力端）。時点ｔ１から，
従つて排気ガス背圧限界値ｐ３ｇに達した後、限界圧力
開閉器２１が開閉状態を−１に切換え（照会ブロツクの
左側出力端），タービンデイフユーザ７が開放位置へ動
かされ，それにより過給圧力ｐ２が最小にゆつくり目標
値ｐ２ｓｏｌｌへ向かうが，排気ガス背圧ｐ３の著しく
ゆるやかな変化が行われる（図２の線図Ａの実線）。今
やタービンデイフユーザ７が開放位置の方へ移行する時
間的経過は，ブロツク２８〜３１を介して求められる目
標値ｐ２ｓｏｌｌからの過給圧力ｐ２の仮想偏差に関係
している。この時間関数に従つてブロツク３３の出力端
に，時点ｔ１から線図Ｅの特性曲線に対応する信号が生
ずる。ブロツク３２（最小値選択）を介して，両方のブ
ロツク２４及び３３の出力信号のうち，タービンデイフ
ユーザ７を一層大きい開放位置へ移行させる出力信号が
サーボモータ８へ与えられ，即ち時点ｔ１からまずブロ
ツク３３の出力信号が導通せしめられる。
【００１９】さて時点ｔ２に排気ガス背圧ｐ３が限界値
ｐ３ｇを下回ると，限界圧力開閉器２１が再び開閉状態
を＋１に変化し，特に過給圧力ｐ２がまだ目標値ｐ２ｓ
ｏｌｌに達しないので，タービンデイフユーザ７は再び
閉鎖位置へ動くことができる（線図Ｄの実線の曲線）。 タービンデイフユーザ７が閉鎖位置へ移行する時間関数
は，ブロツク２８〜３１を介して求められる目標値ｐ２
ｓｏｌｌからの過給圧力ｐ２の仮想偏差に関係している
。この時間関数に従つてブロツク３３の出力端に，線図
Ｅの特性曲線（もちろん時点ｔ２から）に対応する出力
信号が生ずる。ブロツク３３の出力信号が再びブロツク
２４の出力信号より大きくなるまで，今や最小値選択ブ
ロツク３２を介してブロツク３３の出力信号がサーボモ
ータ８へ供給される。その間に過給圧力ｐ２が目標値ｐ
２ｓｏｌｌに達するので，過給圧力ｐ２の調整も実際の
偏差（ブロツク２４の出力信号）に従つて行われて，タ
ービンデイフユーザ７が再び閉鎖位置の方へ移行できる
ようにする（時点ｔ３からの線図Ｃの特性曲線参照）。 しかしこの特性曲線に対応する信号のサーボモータ８へ
の供給は，前述したように，この信号がブロツク３３の
出力信号より小さくなつた時，従つてブロツク２４によ
り，ブロツク３３によるより大きい開放位置がタービン
デイフユーザ７に対して規定される時に，初めて行われ
る。これは時点ｔ４から行われる。今やこの時点ｔ４か
ら過給圧力ｐ２が，目標値からの実際値の実際偏差に応
じて全く普通のように調整され，しかも再び正の負荷変
化後排気ガス背圧ｐ３が所定の限界値ｐ３ｇを再び超過
するまで調整される。
【００２０】従つてサーボモータ８は，正の負荷変化後
最小値選択ブロツク３２の出力端を介して，線図Ｆに示
す特性曲線に従つて制御され，それにより排気ガス背圧
ｐ３の変化が，線図Ａの実線の曲線に従つて圧力の大き
い過度の上昇なしに，過給圧力ｐ２を最小にのみ除々に
上昇させながら（線図Ｄの実線の曲線）行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法を実施する有利な装置の原理
的構成図である。
【図２】正の負荷変化後における排気ガス背圧，限界圧
力開閉器の開閉位置，普通の調整の際のサーボモータの
操作量，過給圧力実際値，仮想操作量及び修正された操
作量の時間的経過を示す線図である。
【図３】電子制御装置の動作を示すブロツク線図である
。
【符号の説明】
１　　　　内燃機関 ２　　　　排気ガスタービン過給機 ３　　　　タービン ４　　　　排気ガス管路 ５　　　　圧縮機 ６　　　　吸入管路 ７　　　　タービンデイフユーザ １０　　電子制御装置 １１　　圧力センサ １２　　測定値導線 ２１　　圧力開閉器 ３４　　導線

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　内燃機関負荷の正の変化後タービンへ
    の流入断面を減少する位置へタービンデイフユーザを移
    行させ，正の負荷変化後非定常動作中に過給圧力を，過
    給圧力目標値からの過給圧力実際値の瞬間実際偏差に対
    応する第１の特性曲線に従つて，タービンデイフユーザ
    を制御する操作量のために調整する方法において，第１
    の特性曲線に従う過給圧力（ｐ２）の調整をタービン（
    ３）の上流側における排気ガス背圧（ｐ３）の所定の限
    界値（ｐ３ｇ）以下においてのみ行い，この限界値（ｐ
    ３ｇ）の超過後過給圧力（ｐ２）を第２の特性曲線に従
    つて行い，瞬間実際偏差より大きい値を持つ仮想偏差を
    第２の特性曲線の基礎とすることを特徴とする，調節可
    能なタービンデイフユーザを持つ排気ガスタービン過給
    機により過給される内燃機関の過給圧力を動作点に関係
    する所定の目標値に制御する方法。
  2. 【請求項２】　　内燃機関（１）の少なくとも１つの動
    作パラメータに関係して第２の特性曲線を求めることを
    特徴とする，請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】　　第２の特性曲線を求めるための動作パ
    ラメータとして，吸入管路（６）における圧力上昇変化
    （ｄｐ２／ｄｔ）又は内燃機関回転数（ｎ）又はその時
    間的変化（ｄｎ／ｄｔ）又は冷媒温度（ＴＫＭ）が使用
    されることを特徴とする，請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】　　実際の内燃機関負荷に対応する信号及
    び実際の内燃機関回転数に対応する信号が電子制御装置
    へ供給され，この電子制御装置がタービンデイフユーザ
    を制御する操作量信号を発生するものにおいて，圧縮機
    （５）の下流側において吸入管路（６）に圧力センサ（
    １１）が設けられて，測定値導線（１２）を介して電子
    制御装置（１０）に接続され，タービン（３）の上流側
    において排気ガス管路（４）に２つの開閉位置を持つ圧
    力開閉器（２１）が設けられ，その開閉状態が導線（３
    ４）を介して電子制御装置（１０）へ伝送可能であるこ
    とを特徴とする，請求項１ないし３の１つに記載の方法
    を実施する装置。
  5. 【請求項５】　　圧力開閉器（２１）が限界値（ｐ３ｇ
    ）を超過又は下回るたびに開閉位置を変化することを特
    徴とする，請求項４に記載の装置。
JP3285368A 1990-08-16 1991-08-09 調節可能な構造のタービンを持つ排気ガスタービン過給機により過給される内燃機関の過給圧力制御方法及び装置 Pending JPH04262022A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4025901.3 1990-08-16
DE4025901A DE4025901C1 (ja) 1990-08-16 1990-08-16

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JP3285368A Pending JPH04262022A (ja) 1990-08-16 1991-08-09 調節可能な構造のタービンを持つ排気ガスタービン過給機により過給される内燃機関の過給圧力制御方法及び装置

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US (1) US5174119A (ja)
JP (1) JPH04262022A (ja)
DE (1) DE4025901C1 (ja)
FR (1) FR2665928B1 (ja)
GB (1) GB2251461B (ja)
IT (1) IT1249831B (ja)

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