KR20090092294A

KR20090092294A - 내연기관의 터보차저에 대한 조정 방법과 터보차저

Info

Publication number: KR20090092294A
Application number: KR1020097013040A
Authority: KR
Inventors: 폴커 뮐러; 랄프 크리스트만; 게르트 스피너
Original assignee: 보르그워너 인코퍼레이티드
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2007-10-24
Publication date: 2009-08-31
Also published as: IN2009KN02408A; JP2010513778A; EP2100016B1; CN101548085B; US20100058757A1; WO2008083771A1; CN101548085A; US9708984B2; EP2100016A1

Abstract

본 발명은 조정 가능한 안내 블레이드들(5)이 제공된 가변 터빈 구조(VTG)를 가진 터빈(4)을 가지는 터보차저(1)에 대한 조정 방법에 관한 것이며, 상기 조정 방법은 a) 현재 작동 포인트에 대한 상기 안내 블레이드들(5)의 최대 가능한 폐쇄 위치에, 상기 터보차저(1)에 의해 터보차징되는 내연기관의 상기 현재 작동 포인트의 함수로서, 상기 가변 터빈 구조(VTG)의 상기 안내 블레이드들(5)을 폐쇄하는 단계, 및 b) 폐쇄 조정 루프에서 상기 안내 블레이드들(5)의 상기 위치를 조절해서 챠지 압력(P2)을 조정하는 단계를 포함한다.

Description

내연기관의 터보차저에 대한 조정 방법과 터보차저{REGULATING METHOD FOR A TURBOCHARGER OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE, AND TURBOCHARGER}

발명은 청구항 1의 전제부에 따른 내연기관의 배기 가스 터보차저에 대한 조정 방법과 청구항 6의 전제부에 따른 터보차저에 관한 것이다.

가변 터빈 구조(VTG)를 가지는 공지된 터보차저들에 있어서, 상기 VTG가 종래의 PID 조정기와 공압 제어 캡술에 의해서 너무 큰 정도로 폐쇄된다면 챠지 압력의 하강이 일어날 수 있다. 게다가, 상기 제어 캡술에는, 압력 상승 중과 압력 하강 중에 작동 로드의 스트로크 값들에 있어서 전체 조정 특성에 역효과를 가지는 이력효과가 있다.

본 발명의 추가적인 상세한 내용들, 이익들 및 특징들이 도면에 근거한 실시예들의 다음의 설명으로부터 얻어지며:

도 1은 본 발명에 따른 상기 조정 방법을 설명하기 위한 도표이며,

도 2는 본 발명에 따른 상기 조정 방법의 유익한 효과들을 설명하기 위한 추가적인 도표이며,

도 3은 본 발명에 따른 터보차저의 개략적으로 아주 간단하게 된 블록도이다.

그러므로 본 발명의 목적은 청구항 1의 전제부에서 상술된 상기 타입의 조정 방법과 청구항 6의 전제부에 따른 터보차저를 만드는 것이며, 이들에 의해 상기 제어 캡술의 상기 기술된 이력효과를 적어도 감소시키고 상기 VTG의 안내 블레이드들의 최적화된 위치 조정을 얻는 것이 가능하다.

상기 목적은 청구항 1과 청구항 7의 특징들 각각에 의해 달성된다.

본 발명에 따르면, 상기 제어 캡술의 상기 이력효과를 최소화시키고 상기 VTG의 상기 안내 블레이드들의 더 빠른 응답 시간과 또한 더 정확한 위치 조정을 얻는 것이 상응하여 가능하다.

챠지 압력의 증가를 위해서 상기 VTG의 상기 안내 블레이드들의 상기 최적화된 위치를 결정하고, 배기 가스 재순환의 역효과들과 같은 다른 역효과들을 적어도 감소시키는 것이 또한 가능하다.

종속 청구항들 2 내지 5와 8은 각각 본 발명에 따른 상기 조정 방법과 본 발명에 따른 상기 터보차저의 유익한 개량들을 포함한다.

본 발명에 따른 상기 조정 방법의 특히 바람직한 일 실시예에서, 3 상 전략(three-phase strategy) 또는 접근법이 선택된다.

제 1상에서, 상기 가변 터빈 구조의 상기 안내 블레이드들은, 현재 작동 포인트의 함수로서, 상기 현재 작동 포인트에 대한 최대 가능한 폐쇄 위치로 이동되며, 이는 상기 제어 캡술의 상기 이력을 피하거나 적어도 감소시키는 것을 가능하게 한다.

본 발명에 따른 상기 조정 방법의 선택적인 제 2상에서, 상기 가변 터빈 구조 또는 그의 상기 안내 블레이드들은 파일럿 제어에 의해 주로 수퍼차저 엔진의 회전 속도와 토크로부터 생성되는 최적 위치로 이동된다. 하위의 위치 조정 루프가 바람직하게는 여기서 작동한다.

본 발명에 따른 상기 조정 방법의 제3 상에서, 상기 챠지 압력이 조정되고, 바람직하게는 챠지 압력 조정 루프와 상기 하위의 위치 조정 루프가 작동된다.

전체적으로, 본 발명에 따른 상기 조정 방법에 의해, 챠지 압력의 최적화된 증가가 얻어지며, 이 목적을 위해 본 발명에 따른 상기 터보차저가 위치 센서들을 가진 공압 제어 캡술을 가지거나 또는 대안으로 전기적 작동 요소를 가지는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 상기 조정 방법의 특히 바람직한 실시예를 설명하기 위해 챠지 압력 요구, 실제 챠지 압력, 엔진 부하, 엔진 회전 속도 및 상기 VTG의 상기 안내 블레이드들의 위치가 시간에 대해 플롯팅된 도표이다.

도 1에 기록된 조정 전략은 3 상들을 포함하며, 상(2)는 선택적이며, 다시 말하면 어떤 응용들에서 생략될 수도 있다.

상(1)에서, 응답 특성을 개선하기 위해 도 2에 표시된 배기 가스 배압(P3)을 상승시키는 것이 추구된다. 이 목적을 위해, 상기 VTG 의 상기 안내 블레이드들은 각각의 현재 작동 포인트에 대한 최대 폐쇄 상태로 간단하게 조정되며 상(1)은 약 100 내지 200 ms, 최대 500 ms 동안에만 작동된다. 도 3의 도표로부터 볼 수 있는 바와 같이, 상기 챠지 압력의 제어는 상기 상(1)에서 행해진다.

상기 선택적인 상(2)에서, 챠지 압력의 상승을 위해 최상의 퍼텐셜을 항상 이용하는 것이 추구되며, 바람직하게는 폐쇄 조정 루프를 가진 종래의 조정기들에서 일어날 수 있는 응답 거동의 어떠한 지연을 방지하는 것이 추구된다.

상기 상(2)에서, 상기 VTG의 상기 안내 블레이드들은 조정에 의해 각 작동 포인트에 대해 특정된 챠지 압력의 최적 상승을 위해 적합한 위치로 이동된다. 여기서, 상기 챠지 압력의 제어가 행해지고 폐쇄 조정 루프로 상기 안내 블레이드들의 위치 조정이 행해진다.

상(2)은 상기 챠지 압력이 대체로 그의 미리 설정된 값에 도달할 때까지 작동된다.

상(3)에서, 일정하고 안정적인 작동 상태가 추구되며, 표준 챠지 압력 조정이 폐쇄 조정 루프로 행해지고 위치 조정이 폐쇄 조정 루프로 행해지는 것이 가능하게 된다.

상기 챠지 압력은 바람직하게는 표준 PID 조정기에 의해 조정될 수 있다.

도 2는 이동-압력 도표의 형태로 위에서 설명된 3-상 조정 전략의 요약을 보인다.

위에서 설명한 바와 같이, 상(1)에서, 상기 VTG는 상기 배기 가스 배압(P3)의 상승을 가능한 한 빨리 얻기 위해 짧은 시간 동안 완전히 폐쇄된다. 여기서, 상기 VTG 챠지 압력의 제어는 개방 조정 루프로 행해진다.

상(2)에서, 상기 VTG 챠지 압력의 제어는 개방 조정 루프로 행해 지고, 위치 조정은 폐쇄 조정 루프로 행해 진다. 여기서, 상기 VTG는 챠지 압력의 가장 빠른 상승을 허용하는 위치에 설정된다. 최적 VTG 위치들은 저장될 수 있다.

마지막으로, 상(3)에서, 챠지 압력 조정은 폐쇄 조정 루프로 행해 지고, 위치 조정은 폐쇄 조정 루프로 행해 지며, 폐쇄 조정 루프에 의한 상기 조정은 상기 챠지 압력의 공칭 값이 대체로 도달된 때에만 바람직하게는 작동된다.

도 3은 본 발명에 따른 터보차저(1)의 개략적으로 매우 단순화된 블록도이며, 상기 터보차저(1)는 블레이드들(5)을 가진 VTG를 가지는 터빈(4)에 로터 샤프트에 의해 연결된 압축기 휠(2)을 가진다. 본 발명에 따른 상기 조정 전략과 본 발명에 따른 상기 터보차저의 작동 원리들을 설명하기 위해, 도 3은 본 발명의 원리들을 설명하기 위해 충분하므로 상기 구성요소들이 도 3의 블록(1)의 개략적으로 단순화된 형상에서 설명된다. 응용에 따라서, 본 발명에 따른 상기 터보차저(1)는 또한 물론 종래의 터보차저들의 모든 다른 구성요소들을 가지지만, 본 발명을 설명하기 위해서는 이들의 설명이 요구되지 않는다.

상기 터보차저(1)는 다른 블록에 의해 유사하게 표시된 내연기관, 예를 들면, 스파크-점화 또는 디젤 엔진(6)을 수퍼차징하기 위해 제공된다.

본 발명에 따르면, 상기 터보차저(1)는 다음의 구성요소들을 포함하는 조정 장치(6)를 가진다:

첫째로, 제 1 결정 장치(7)가 제공되며, 이에 의해서 상기 챠지 압력(P2)에 대한 공칭 값(P2_공칭)이 결정될 수 있다. 이 목적을 위해, 상기 엔진(6)의 회전 속도와 토크 데이터가 상기 결정 장치(7)에 입력되며 상기 데이터는 문자들 n(회전 속도)과 T(토크)에 의해 표시된다.

상기 데이터는 제 2 결정 장치(8)에 유사하게 입력되고, 이에 의해 상기 VTG의 상기 위치의 공칭 값들(POS VTG_공칭)이 결정된다.

p2_공칭과 p2_실제 사이의 현재의 차이에 근거하여 위치 조정을 위한 출력 신호를 생성하는 챠지 압력 조정기(9)가 제 2 결정 장치(8)와 병렬로 제공된 상기 제 1 결정 장치(7)와 직렬로 배열된다.

회전 속도, 토크 값들과 상기 챠지 압력(P2)의 상기 공칭 값들(P2_공칭), 및 적절하다면 센서(12)에 의해 탐지되는 상기 챠지 압력의 실제 값들(P2_실제)이 상기 챠지 압력 조정기(9)에 유사하게 입력된다.

안내 블레이드 위치 조정기(10)는 유사하게 상기 챠지 압력 조정기(9)와 직렬로 제공하며, 상기 챠지 압력 조정기(9)에 의해 공급되는 상기 값들에 추가하여, 화살표(POS_VTG)에 의해 도 3에 표시된, 상기 VTG의 상기 안내 블레이드들(5)의 상기 위치의 공칭 값들도 역시 상기 안내 블레이드 위치 조정기(10)가 활성화될 때에 상기 안내 블레이드 위치 조정기(10)에 공급된다. 상기 값들은 상기 안내 블레이드들(5)의 위치를 결정할 수 있는 센서(11)에 의해 탐지될 수 있다.

도 3에 도시된 상기 조정 장치(6)에 의해서 본 발명에 따른 조정 방법을 최적화하기 위해, 화살표들의 각각에 의해 도 3에 표시된 보정 값들을 고려하는 것도 역시 가능하다.

변경 과정 후에 챠지 압력의 증가를 최적화하기 위해 역할을 하는 다른 상을 추가하는 것이 선택적으로 추가로 가능하다. 이 목적을 위해, 변경 과정들에서 일반적인 것처럼 요구되는 토크의 급격한 하강이 있는지에 대해 적절한 방식으로 체크된다. 상기 VTG 안내 블레이드들은 뒤이어 정의된 시간(약 1 초) 동안, 그러나 길어야 상기 토크 요구의 급격한 상승의 발생 때까지, 상기 시간에 상기 챠지 압력의 하강을 최소화하기 위해, 최대 허용 가능한 폐쇄 위치로 위치된다. 또는, 토크 하강 전에 존재했던 상기 VTG 위치가 상기 최대 허용 가능한 폐쇄 위치의 대신에 유지되는 것도 역시 가능하다.

본 발명의 상기의 기술된 개시를 보충하기 위해, 여기서 도 1 내지 3의 본 발명의 도시에 대해 참조가 명백하게 행해진다.

참조기호들의 리스트

1 터보차저

2 압축기

3 로터 샤프트

4 터빈

5 상기 가변 터빈 구조(VTG)의 안내 블레이드들

6 조정 장치

7 제 1 결정 장치

8 제 2 결정 장치

9 챠지 압력 조정기

10 안내 블레이드 위치 조정기

11, 12 센서들

Claims

조정 가능한 안내 블레이드들(5)이 제공된 가변 터빈 구조(VTG)를 가진 터빈(4)을 가지는 터보차저(1)의 조정 방법에 있어서,

a) 현재 작동 포인트에 대한 상기 안내 블레이드들(5)의 최대 가능한 폐쇄 위치에, 상기 터보차저(1)에 의해 수퍼차징되는 상기 내연기관의 상기 현재 작동 포인트의 함수로서, 상기 가변 터빈구조(VTG)의 상기 안내 블레이드들(5)을 폐쇄하는 단계, 및

b) 폐쇄 조정 루프에서 상기 안내 블레이드들(5)의 위치를 조절해서 챠지 압력(P2)을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 조정 방법.
제 1항에 있어서,

상기 단계(b)는 상기 챠지 압력의 조정과 상기 안내 블레이드 위치의 조정에 대해 폐쇄 조정 루프에서 행해 지는 것을 특징으로 하는 터보차저의 조정 방법.
제 1항 또는 2항에 있어서,

c) 적어도 주로 상기 수퍼차징된 내연기관의 회전 속도 값들(n)과 토크 값들(T)에 근거하여 상기 가변 터빈 구조(VTG)의 상기 안내 블레이드들(5)의 최적 위치를 결정하는 단계, 및

d) 이 방식으로 결정된 상기 최적 위치에 상기 안내 블레이드들(5)을 조절하는 단계를 포함하고 상기 단계(c)와 상기 단계(d)는 상기 단계(a)의 다음과 상기 단계(b)의 앞에 행해지는 것을 특징으로 하는 터보차저의 조정 방법.
제 3항에 있어서,

변경 과정으로 인한 토크의 하강 후에, 상기 VTG 안내 블레이드들은 약 최대 1초의 어느 시간 동안 최대 허용 가능한 폐쇄 위치로 위치되는 것을 특징으로 하는 터보차저의 조정 방법.
제 1항에 있어서,

상기 단계(a)는 제어로서 행해지는 것을 특징으로 하는 터보차저의 조정 방법.
제 1항에 있어서,

상기 단계(a)는 약 최대 500 ms의 시간 동안 행해지는 것을 특징으로 하는 터보차저의 조정 방법.
제 2항 내지 6항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 단계(c)와 상기 단계(d)는, 상기 챠지 압력의 제어에 대하여, 개방 조정 루프에서 행해지고, 상기 안내 블레이드 위치의 조정에 대하여, 폐쇄 조정 루프에서 행해지는 것을 특징으로 하는 터보차저의 조정 방법.
압축기(2)를 가지며;

로터 샤프트(3)를 통해 상기 압축기(2)에 연결되고 조정 가능한 안내 블레이드들(5)을 가진 가변 터빈 구조(VTG)를 가지는 터빈(4)을 가지는, 내연기관(6), 특히 스파크-점화 또는 디젤 엔진을 위한 터보차저(1)에 있어서,

조정 장치(6)는:

상기 내연기관 (6)의 회전 속도와 토크 데이터 (n, T)로부터 상기 챠지 압력(P2)에 대한 공칭 값(P2_공칭)을 결정하기 위한 제 1 결정 장치(7);

상기 내연기관 (6)의 상기 회전 속도와 토크 데이터 (n, T)로부터 상기 안내 블레이드들(5)의 위치를 결정하기 위해, 상기 제 1 결정 장치(7)와 병렬로 연결된, 제 2 결정 장치(8);

상기 제 1 결정 장치 (7)와 직렬로 연결되고, 상기 입력된 회전속도와 토크 값들(n, T)과 상기 챠지 압력의 상기 공칭 값(P2_공칭)과, 만일 적절하다면, 피드백 실제 챠지 압력 값들(P2_실제)에 근거하여 상기 챠지 압력(P2)을 조정하는, 상기 챠지 압력 (P2)을 조정하기 위한 조정기(9); 및

상기 조정기(9)와 직렬로 연결되고, 상기 제 2 결정 장치(8)에 의해 공급된 상기 안내 블레이드 위치의 상기 공칭 값들(POS_VTG _{_공칭}), 상기 조정기(9)에 의해 공급된 출력 신호들, 및, 만일 적절하다면, 상기 실제 안내 블레이드 위치의 피드백 실제 값들(POS_VTG _{_실제})에 근거하여 상기 가변 터빈 구조(VTG)의 상기 안내 블레이드들(5)의 위치를 조정하는 안내 블레이드 위치 조정기(10); 를 가지는 것을 특징으로 하는 내연기관, 특히 스파크-점화 또는 디젤 엔진을 위한 터보차저.
제 8항에 있어서,

상기 안내 블레이드들의 상기 실제 위치(POS_VTG _{_실제})와 상기 챠지 압력(P2_실제)을 측정하기 위해 센서들(11, 12)을 가지는 것을 특징으로 하는 내연기관, 특히 스파크-점화 또는 디젤 엔진을 위한 터보차저.