KR20120006525A

KR20120006525A - 터보과급기를 위한, 바이패스 액튜에이터의 위치 설정점을 판단하는 방법

Info

Publication number: KR20120006525A
Application number: KR1020117025787A
Authority: KR
Inventors: 로랑 퐁비에이유; 아르노 귀누와; 필리프 물랭; 올리비에 그롱댕
Original assignee: 르노 에스.아.에스.
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2010-02-11
Publication date: 2012-01-18
Also published as: US8931271B2; FR2943727A1; WO2010112718A1; US20120222417A1; EP2414657A1; CN102449290A; CN102449290B

Abstract

본 발명은 터빈(2,12)을 통과하지 않는 공기 유동(W_act)을 제어하도록 이용될 수 있는 바이패스 액튜에이터(15,16), 콤프레서(3,13) 및 터빈(2,12)을 구비하는 열 엔진(4)의 터보과급기(1,11)를 위한 방법이다. 본 발명의 방법은, 압축 비율 설정 지점(PR_c _, _sp)의 함수, 압축 비율 측정치(PR_c _,m)의 함수, 콤프레서(3,13)를 통한 유량의 측정치(W_c _,m)의 함수, 터빈(2,12) 하류의 압력의 측정치(P_dt)의 함수, 콤프레서(3,13) 하류의 압력의 측정치(P_dc)의 함수, 터빈(2,12)으로부터 상류의 온도의 측정치(T_ut)의 함수 및, 콤프레서(3,13)로부터 상류의 온도의 측정치(T_uc)의 함수로서 판단하는 것으로 이루어진 단계를 포함한다. 본 발명은 단일 또는 2 중 터보과급기를 가진 슈퍼차지 장치를 제어하도록 이용될 수 있다.

Description

터보과급기를 위한, 바이패스 액튜에이터의 위치 설정점을 판단하는 방법{Method for determining a position set point of a by-pass actuator, intended for a turbosupercharger}

본 발명은 엔진 관리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압축 비율 설정점의 함수로서 터빈 바이패스 액튜에이터의 위치 설정점을 판단하는 방법을 이용하는 터보과급기 유형의 슈퍼차지 장치의 작동에 관한 것이다.

본 발명은 또한 고정된 기하 형상의 터보과급기, 또는 대안으로서 직렬로 장착된 2 개의 그러한 터보과급기를 포함하는 슈퍼차지 장치에 적용된다.

슈퍼차지 엔진의 성능 향상과 함께, 부스트 압력 레벨이 증가되고 있으며 터보과급기상의 수요는 계속 증가된다. 가속중인 차량의 응답성을 향상시키는 동시에 터보과급기들이 가능한 한 조심스럽게 작동되는 것이 중요하다.

배출 개스 기준이 강화될수록, 엔진으로부터 배출되는 미립자 물질의 양은 낮아져야 한다. 미립자 필터, 또는 PF 는 대기로 배출되는 미립자 물질의 양을 감소시키기 위한 하나의 해법이다. 그것은 마이크로채널의 세트로 구성되며, 그 안에 대부분의 미립자들이 포착된다. 일단 필터가 채워지면, 미립자들을 연소시켜서 필터가 비워져야 하며, 그러한 국면은 "재생"으로 알려져 있다. 재생은 가열 장치를 이용하거나, 또는 특별한 엔진 세팅에 의해 달성될 수 있다. 미립자 필터는 저압 터빈 하류의 배기 라인에 위치된다.

그러한 장치를 포함시키는 것은 배기 배압의 증가를 발생시킨다. 필터에 실린 미립자들이 많아질수록, 배압이 증가된다. 이러한 배기 배압은 팽창 비율의 감소에 의하여 터보과급기와 관련하여 자체가 명백해지며, 터빈으로 배기 개스에 의해 공급되는 파워의 감소에 이르게되고, 엔진 성능의 저하에 이르게 된다. 동일한 수준의 성능을 얻기 위하여, 팽창 비율은 터빈 상류의 압력을 증가시킴으로써 유지되어야 한다. 터빈 상류의 압력 증가는 바이패스 액튜에이터들의 적절한 폐쇄에 의하여 달성된다. 이러한 액튜에이터들에 통지되는 명령은 슈퍼차지 장치를 작동시키도록 이용될 수 있다.

그러한 2 중 슈퍼차지 장치들의 작동 분야에서, 출원인은 2 개 루프의 제어 방법을 개발하였는데, 이것은 2 개의 터보과급기들을 동시에 작동시키는 것으로서 2008.6.4 에 제출된 프랑스 특허 출원 FR 08 53686 에 개시되어 있다. 그러한 시스템은 현저한 성능을 산출하지만 고압 터빈 상류의 배기 압력 센서를 필요로 한다. 그러한 센서를 설치하는 것은 비싸다. 본 발명은 그러한 센서를 없애는 것을 제안한다.

그렇게 하기 위하여, 오직 하나의 터보과급기만이 있을 때, 제어 방법은 하나의 터보과급기를 작동하도록 콤프레서 압축 비율 변수를 유리하게 이용한다. 추가적으로, 2 개의 터보과급기가 있을 때, 그 방법은 이중 루프 제어를 주어진 임의의 순간에 터보과급기들중 하나 또는 다른 것의 제어로 대체시키는데, 그것은 어느 터보과급기가 작동되어야하는지를 선택하는 핸들러(handler)와 결합된다.

본 발명의 주제는 배기 개스에 의해 구동되는 터빈, 흡기 공기를 압축시키기 위하여 터빈에 의해 회전 구동되는 콤프레서 및, 터빈을 바이패스시켜서 터빈을 통과하지 않는 공기 유량을 지배(command)할 수 있게 하는 바이패스 액튜에이터를 포함하는, 연소 엔진을 슈퍼차지(supercharge)하기 위한 터보과급기를 위한 방법으로서, 상기 방법은, 압축 비율 설정점의 함수, 압축 비율 측정치의 함수, 콤프레서를 통한 유량의 유량 측정치의 함수, 터빈 하류 압력의 압력 측정치의 함수, 콤프레서 하류 압력의 압력 측정치의 함수, 터빈 상류 온도의 온도 측정치의 함수 및, 콤프레서 상류 온도의 온도 측정치의 함수로서, 바이패스 액튜에이터에 대한 위치 설정점을 판단하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 바이패스 액튜에이터에 대한 위치 설정점을 판단하는 단계는,

압축 비율 설정점의 함수 및 압축 비율 측정치의 함수로서 팽창 비율 설정점을 판단하는 단계 및,

그렇게 판단된 팽창 비율 설정점의 함수로서 바이패스 액튜에이터에 대한 위치 설정점을 판단하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 팽창 비율 설정점의 함수로서 바이패스 액튜에이터를 위한 위치 설정점을 결정하는 것은 인버스 액튜에이터 모델(inverse actuator model)을 이용한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 팽창 비율 설정점은, 인버스 액튜에이터 모델을 이용하기 전에, 다음의 공식을 이용하여 터빈 하류의 최대 인가 압력의 함수로서 포화되고,

여기에서, PR_t _, _sp _, _sat 은 포화 이후의 팽창 비율 설정점이고.

PR_t _, _sp 은 포화 이전의 팽창 비율 설정점이고,

P_dt 는 터빈 하류의 압력이고,

P_dt _, _max 는 터빈 하류의 최대 수용 가능 압력이고,

포화된 압축 비율 설정점 값은 이후에 초기 압축 비율 설정점 값을 대체시킨다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 팽창 비율 설정점은, 사전 위치 선정 모듈에 의한 압축 비율 설정점의 함수로서 계산된 개방 루프 팽창 비율 설정점 및 제 1 콘트롤러 모듈에 의한 압축 비율 측정치와 압축 비율 설정점 사이의 에러의 함수로서 계산된 폐쇄 루프 팽창 비율 설정점의 합계와 같다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 바이패스 액튜에이터를 위한 위치 설정점은 압축 비율 설정점의 함수로서 계산된 개방 루프 위치 설정점 및 제 2 콘트롤러 모듈에 의한 압축 비율 측정치와 압축 비율 설정점 사이의 에러의 함수로서 계산된 폐쇄 루프 위치 설정점의 합계와 같다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 개방 루프 위치 설정점의 판단은:

-사전 위치 선정 모듈에 의해 압축 비율 설정점)의 함수로서 개방 루프 팽창 비율 설정점을 판단하는 단계,

-인버스 액튜에이터 모델(inverse actuator model)을 이용하여, 판단된 개방 루프 팽창 비율 설정점의 함수로서 개방 루프 위치 설정점을 판단하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 위치 설정점은 다음의 공식 α_sp _, _sat = min(α_sp,α_sp _, _max)을 이용하여 최종적으로 포화되며,

여기에서, α_sp _, _sat 는 포화 이후의 위치 설정점이고,

α_sp 는 포화 이후의 위치 설정점이고,

α_sp _, _max 는 최대 위치 설정점이다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 최대 위치 설정점은 인버스 액튜에이터 모델을 이용하여 개방 루프 팽창 비율의 함수로서 판단된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 개방 루프 팽창 비율 설정점은, 최대 위치 설정점의 판단을 위해 인버스 액튜에이터 모델을 적용하기 전에, 다음의 공식

을 이용하여 터빈 하류의 최대 인가 압력의 함수로서 포화되고, 여기에서,

PR_t _, _sp _, _sat 은 포화 이후의 팽창 비율 설정점이고,

PR_t _, _sp _, 은 포화 이전의 팽창 비율 설정점이고,

P_dt 는 터빈 하류의 압력이고,

P_dt _, _max 는 터빈 하류의 최대 수용 가능 압력이고,

포화된 팽창 비율 설정점 값은 이후에 초기 개방 루프 팽창 비율 설정점 값을 대체한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 사전 위치 선정 모듈은 다음의 공식

을 이용하여, 콤프레서를 통한 흡기 공기 유량에 대한 유량 측정치의 함수로서 콤프레서를 통한 흡기 공기의 유량에 대한 보정된 유량 측정치를 판단하는 단계로서, 여기에서,

W _c,m, _cor 는 콤프레서를 통한 흡기 공기의 유량에 대한 보정된 유량 측정치이고,

W_c _,m 는 콤프레서를 통한 흡기 공기의 유량에 대한 공기 유량 측정치이고,

T_uc 는 콤프레서 상류의 온도이고,

P_uc 는 콤프레서 상류의 압력이고,

T_c _, _ref 는 콤프레서의 기준 온도이고,

P_c _, _ref 는 콤프레서의 기준 압력인, 보정된 유량 측정치를 판단하는 단계;

콤프레서를 통한 흡기 공기의 보정된 유량 및 압축 비율의 함수를 이용하여, 콤프레서에 대한 보정된 속도 설정점을 판단하는 단계로서, 상기 함수는 2 차원의 맵(map)에 의해 정의되는, 보정된 속도 설정점 판단 단계;

다음의 공식

을 이용하여 콤프레서에 대한 보정된 속도 설정점의 함수로서 속도 설정점을 판단하는 단계로서, 여기에서,

N_sp 은 터보과급기의 속도 설정점이고,

N_sp _, _corc 는 터보과급기의 콤프레서에 대한 보정된 속도 설정점이고,

T_uc 는 콤프레서 상류의 온도이고,

T_c _, _ref 는 콤프레서의 기준 온도인, 속도 설정점의 판단 단계;

터보과급기의 콤프레서에 대한 보정된 속도 설정점 및 콤프레서를 통한 흡기 공기의 유량에 대한 보정된 공기 유량 설정점의 함수를 이용하여, 터보 과급기의 콤프레서에 대한 보정된 속도 설정점 및 콤프레서를 통한 흡기 공기의 유량에 대한 보정된 공기 유량 설정점의 함수로서, 콤프레서의 효율을 계산하는 단계로서, 상기 함수는 2 차원 맵으로 정의되는, 콤프레서의 효율 계산 단계;

다음의 공식

을 이용하여 콤프레서 파워 설정점을 계산하는 단계로서, 여기에서,

H_c _, _sp 는 콤프레서의 파워 설정점이고,

W_c _,m 는 콤프레서를 통한 흡기 공기(5)의 유량에 대한 공기 유량 측정치이고,

η_c 는 콤프레서의 효율이고,

T_uc 는 콤프레서 상류의 온도이고,

PR _c, _sp 은 콤프레서의 압축 비율 설정점이고,

Cp_c 는 흡기 공기의 제 1 열역학 상수이고,

γ_c는 흡기 공기의 제 2 열역학 상수인, 콤프레서의 파워 설정점의 계산 단계;

공식 H_t _, _sp = H_c _, _sp 을 이용하여 터빈 파워 설정점을 계산하는 단계로서, 여기에서,

H_t _, _sp 는 터빈의 파워 설정점이고,

H_c _, _sp 는 콤프레서의 파워 설정점인, 터빈 파워 설정점 계산 단계;

다음의 공식

을 이용하여 속도 설정점의 함수로서 터빈에 대한 보정된 속도 설정점을 판단하는 단계로서, 여기에서,

N_sp 은 터보과급기의 속도 설정점이고,

N_sp _, _cort 은 터보과급기의 터빈에 대한 보정된 속도 설정점이고,

T_ut 는 터빈 하류의 온도이고,

T_t _, _ref 는 터빈의 기준 온도인, 터빈에 대한 보정된 속도 설정점 판단 단계;

다음의 공식

을 이용하여 개방 루프 팽창 비율 설정점을 계산하는 단계로서, 여기에서,

PR_t _, _sp _, _ol 은 터빈의 개방 루프 팽창 비율이고,

H_t _, _sp 는 터빈의 파워 설정점이고,

F 는 2 차원 맵에 의해 정의된 함수이고, 다음의 방정식

의 역(inversion)에 의해 얻어지는 것으로서, 여기에서,

H_t _, _sp 는 터빈의 파워 설정점이고,

PR_t _, _sp _, _ol 은 터빈의 개방 루프 팽창 비율이고,

Cp_t 는 배기 개스의 제 1 열역학 상수이고

γ_t 는 배기 개스의 제 2 열역학 상수이고

η_t 는 개방 루프 팽창 비율 설정점 및 터보과급기의 터빈에 대한 보정된 속도 설정점의 함수에 의하여 표현될 수 있는 터빈의 효율이고, 상기 함수는 2 차원 맵에 의해 정의되고,

W_t _, _sp 는 터빈을 통한 배기 개스의 유량에 대한 유량 설정점이고, 다음의 공식

의해 판단되고, 여기에서

W_t _, _sp 는 터빈을 통한 배기 개스의 유량에 대한 유량 설정점이고,

W_t _, _sp _, _cor 는 개방 루프 팽창 비율 설정점 및 터보과급기의 터빈에 대한 보정된 속도 설정점의 함수에 의해 표현될 수 있는 터빈을 통한 배기 개스의 유량에 대한 보정된 유량 설정점이고, 상기 함수는 2 차원 맵에 의해 정의되고,

T_ut 는 터빈 상류의 온도이고,

T_t _, _ref 는 터빈의 기준 온도이고.

P_dt 는 터빈(2,12) 하류의 압력이고,

P_t _, _ref 는 터빈의 기준 압력인, 개방 루프 팽창 비율 설정점을 계산하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 제 1 콘트롤러 모듈 또는 제 2 콘트롤러 모듈 각각은 상기 에러를 제거하도록 구성된 레귤레이터이다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 레귤레이터는 퍼지 논리(fuzzy logic)의 규칙을 이용한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 레귤레이터는 비례 적분 미분(Proportional Integral Derivative;PID) 모듈을 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 터빈을 바이패스시키기 위한 바이패스 액튜에이터는 다음의 공식

을 이용하여 생브낭 방정식(Saint Venant Equation)에 의해 모델링(modeling)되고, 여기에서,

PR 은 입력 파라미터를 나타내고, 여기에서,

PR_t _, _sp 은 팽창 비율 설정점이고,

PR_t _, _sp _, _ol 은 개방 루프 팽창 비율 설정점이고

PR_t _, _sp _, _ol _, _sat 은 포화된 개방 루프 팽창 비율 설정점이고

W_act 는 액튜에이터를 통한 유량이고

S_act 는 액튜에이터를 통한 단면이고

P_dt 는 터빈 하류의 압력이고

T_dt 는 터빈 하류의 온도이고,

ψ 변수 X 의 함수로서,

에 의해 정의되고, 여기에서,

γ_t는 배기 개스의 제 1 열역학 상수로서, 1.4 와 같고,

R 은 일반 개스 상수로서, 287 J/kg/K 와 같다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 액튜에이터를 통한 유량(W_act)은 공식 W_act = W_c,m -W_t _, _sp 을 이용하여 판단되고, 여기에서,

W_c _,m 는 콤프레서을 통한 유량의 측정치이고,

W_t _, _sp 는 터빈을 통한 유량에 대한 유량 설정점이다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 액튜에이터의 상기 단면은 팽창 비율 설정점 및 상기 액튜에이터에 대한 위치 설정점의 함수로서 맵핑(mapping)된다.

또한 본 발명은, 연소 엔진으로부터 나오는 배기 개스에 의해 구동되는 고압 터빈, 연소 엔진으로 분사된 흡기 공기를 압축시키기 위하여 고압 터빈에 의해 회전 구동되는 고압 콤프레서 및, 고압 터빈을 바이패스시켜서 고압 터빈을 통과하지 않는 공기 유량을 지배할 수 있게 하는 고압 바이패스 액튜에이터를 구비하는, 고압의 제 1 터보 과급기;

고압 터빈 또는 고압 바이패스 액튜에이터를 통하여 상기 연소 엔진으로부터 나오는 배기 개스에 의해 구동되는 저압 터빈, 고압 콤프레서를 통해 연소 엔진으로 분사된 흡기 공기를 압축시키기 위하여 저압 터빈에 의해 회전 구동되는 저압 콤프레서 및, 저압 터빈을 바이패스시켜서 저압 터빈을 통과하지 않는 공기 유량을 지배할 수 있게 하는 저압 바이패스 액튜에이터를 구비하는, 저압의 제 2 터보과급기; 및,

저압 콤프레서를 엔진에 직접적으로 연결시키기 위하여 고압 콤프레서를 선택적으로 바이패스시킬 수 있는, 고압 콤프레서를 위한 바이패스 밸브;를 포함하는, 연소 엔진의 슈퍼차지를 위한 고정된 기하 형상의 2 중 슈퍼차지 장치에 대하여,

고압의 압력 비율 설정점의 함수, 저압의 압력 비율 설정점의 함수, 고압의 압력 비율 측정치의 함수, 저압의 압력 비율 측정치의 함수, 고압 콤프레서 및 저압 콤프레서를 통한 공기의 유량에 대한 공기 유량 측정치의 함수, 고압 터빈 및 저압 터빈 각각의 하류의 압력 측정치의 함수, 고압 콤프레서 및 저압 콤프레서 각각의 하류의 압력 측정치의 함수, 고압 터빈 및 저압 터빈 각각의 상류의 온도 측정치의 함수 및, 고압 콤프레서 및 저압 콤프레서 각각의 상류의 온도 측정치의 함수로서, 고압 바이패스 액튜에이터를 지배하기 위한 설정점 및 저압 바이패스 액튜에이터를 지배하기 위한 설정점을 판단하는 방법으로서,

핸들러에 의하여, 고압 바이패스 액튜에이터 및 저압 바이패스 액튜에이터중에서 어느 바이패스 액튜에이터가 지배되어야 하는지를 선택하는 단계;

전기한 구현예들중에서 임의의 하나에 있어서, 고압의 압축 비율 설정점의 함수 및 고압의 압축 비율 측정치의 함수로서 고압의 바이패스 액튜에이터에 대한 위치 설정점을 선택하거나, 또는 저압의 압축 비율 설정점의 함수 및 저압의 압축 비율 측정치의 함수로서 저압 바이패스 액튜에이터에 대한 위치 설정점을 판단하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 선택하는 단계는: 핸들러에 의하여, 엔진의 속도가 쓰레숄드 아래에 있을 때, 고압 바이패스 액튜에이터가 작동되어, 고압 콤프레서의 바이패스 밸브는 폐쇄되게 강제되고 저압 바이패스 액튜에이터는 폐쇄되게 강제되며,

엔진의 속도가 쓰레숄드 위에 있을 때 저압 바이패스 액튜에이터가 작동되어, 고압 콤프레서의 바이패스 밸브는 개방되게 강제되고 고압 바이패스 액튜에이터는 개방되게 강제되는 규칙에 따라서 수행된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 엔진에 대한 쓰레숄드 속도는 2750 rpm 과 같다.

본 발명의 다른 특징들 및 상세한 내용과 장점들은 도면을 참조하여 이하에 예를 든 상세한 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.
도 1 은 슈퍼차지 터보과급기를 가진 연소 엔진을 도시한다.
도 2 는 2 개의 터보과급기를 구비한 슈퍼차지 장치가 설치된 연소 엔진을 도시한다.
도 3 은 본 발명에 따른 방법의 "직렬" 구현예의 블록 다이아그램이다.
도 4 는 본 발명에 따른 방법의 "병렬" 구현예의 블록 다이아그램이다.
도 5 는 2 개의 직렬 또는 병렬 모듈들을 포함하는 블록 다이아그램이다.
도 6 및 도 7 은 고압 터보 과급기에 대한 함수(f1)를 정의하는 수치 값의 맵(map) 및 표를 각각 도시한다.
도 8 및 도 9 는 저압 터보 과급기에 대한 함수(f1)를 정의하는 수치 값의 맵(map) 및 표를 각각 도시한다.
도 10 및 도 11 은 고압 터보과급기에 대한 함수(f2)를 정의하는 수치 값의 맵 및 표를 각각 도시한다.
도 12 및 도 13 은 저압 터보과급기에 대한 함수(f2)를 정의하는 수치 값의 맵 및 표를 각각 도시한다.
도 14 및 도 15 는 고압 터보과급기에 대한 함수(F^-1)를 정의하는 수치 값의 맵 및 표를 각각 도시한다.
도 16 및 도 17 은 저압 터보과급기에 대한 함수(F^-1)를 정의하는 수치 값의 맵 및 표를 각각 도시한다.
도 18 및 도 19 는 직렬 모듈 및 병렬 모듈을 각각 가지고 얻은 결과들을 도시한다.
상세한 설명, 블록 다이아그램 및 특히 공식들을 보다 용이하게 이해할 수 있도록, 아래와 같이 표시하기로 한다.
변수:
N: 회전 속도(터보 과급기)
PR: 압력 비율(콤프레서의 경우에 압축 비율, 터빈의 경우에 팽창 비율)
W: 유량
P: 압력
H: 파워
T: 온도
η: 효율
RM: 엔진 속도
Cp: 열역학 상수로서, 일정한 압력에서의 비열 용량
Cv: 열역학 상수로서, 일정한 체적에서의 비열 용량
γ: 열역학 상수로서, Cp/Cv 와 같은 계수
J : 관성 모멘트 또는 제 2 면적 모멘트(터보 과급기)
첨자:
c: 콤프레서
t: 터빈
sp: 설정점(setpoint)
m: 측정되거나, 관찰되거나, 또는 시뮬레이션됨
cor: 보정된
cort: 터빈에 대하여 보정됨
corc: 콤프레서에 대하여 보정됨.
ref: 기준
u;상류
d: 하류
ol: 개방 루프
cl: 폐쇄 루프
sat: 포화됨
HP: 고압
BP: 저압

도 1 은 단일 터보과급기(1)의 경우에 본 발명과의 관계를 도시한다. 연소 엔진(4)은 흡기관(6)을 통하여 공기(5)를 용이하게 수용한다. 엔진(4)은 배기 개스(7)를 발생시키고, 배기 개스는 배기관(8)을 통하여 이탈한다. 슈퍼차지 터보과급기(1)는 연소 엔진(4)에 의해 받아들여지는 공기의 양을 증가시킬 수 있다. 그것을 위하여, 터보과급기(1)는 터빈(2) 및 콤프레서(3)를 구비한다. 터빈(2)은 연소 엔진(4)으로부터 나오는 배기 개스(7)에 의해 구동되도록 배기관(8)에 유체 연결된다. 터빈(2)은 콤프레서(3)에 기계적으로 연결되고, 콤프레서의 회전이 터빈에 의해 구동된다. 콤프레서(3)는 흡기관(6)에 유체 연결되어, 흡기 공기가 연소 엔진(4)으로 들어가기 전에 콤프레서(3)는 흡기 공기(5)를 압축시킨다. 바이패스 액튜에이터(4)를 이용하여 터빈(2)을 격리시킬 수 있다. 바이패스 밸브(14)를 이용하여 콤프레서를 격리시킬 수 있다. 도면 번호 9 는 흡기 공기(5)의 유량(W_c _.m)을 측정하는 센서를 구체화한다.

도 2 는 2 중 터보과급기(1,11)의 경우에 본 발명과의 관계를 도시한다. 고압 터빈(2), 고압 콤프레서(3)를 가진 고압의 제 1 터보과급기(1)는 이전에 설명된 터보과급기와 동일하고, 비례 제어되는 고압 바이패스 액튜에이터(15)는 고압 터빈(2)을 통과하지 않는 유량을 설정할 수 있게 한다. 저압의 제 2 터보과급기(11)는 제 1 터보과급기(1)와 직렬로 연결된다. 저압 터빈(12)은 배기 개스(7)에 의해 구동되는데, 배기 개스는 고압 터빈(2)의 하류측을 떠나거나, 또는 고압 바이패스 액튜에이터(15)가 적어도 부분적으로 개방되어 있을 때 고압 바이패스 액튜에이터의 하류측을 떠난다. 저압 터빈(12)의 유출부 측에, 배기 개스(7)는 배기부를 향하여 지향된다. 저압 터빈(12)은 저압 콤프레서(13)에 기계적으로 연결되며, 그 콤프레서의 회전을 저압 터빈이 구동시킨다. 저압 콤프레서(13)는 공기를 공기 필터로부터 수용하며 고압 콤프레서(3)의 상류측으로 통과하기 전에 공기를 압축시킨다. 만약 개방/폐쇄 바이패스 밸브(14)가 개방된다면, 저압 콤프레서(13)는 흡기관(6)을 통하여 엔진(4)으로 공기를 직접적으로 통과시킨다.

2 개의, 고압 바이패스 액튜에이터(15) 및 저압 바이패스 액튜에이터(bypass actuator, 16)는 비례 제어될 수 있는 것으로서, 고압 터빈(2) 및 저압 터빈(12)의 상류측과 하류측 사이에 각각 위치된다. 마찬가지로, 개방/폐쇄 콤프레서 바이패스 밸브(14)는 고압 콤프레서(3)의 상츄측과 하류측 사이에 위치된다. 이러한 3 개의 장치들은 전체 슈퍼차지 시스템(20)에 걸쳐서 제어를 제공한다.

종래 기술의 2 중 루프 제어(double loop control)가 양쪽 바이패스 액튜에이터(15,16)를 동시에 작동시키는 반면에, 고압 터빈(2)의 상류측에 있는 배기 압력(P_ut _, _HP) 센서의 소망되는 제거는 그러한 제어 수단을 허용하지 않는다.

본 발명의 원리들중 하나는 대응하는 바이패스 액튜에이터(15,16)에 대한 작용에 의하여, 한번에 오직 하나의 터보과급기(1,11)가 작동되도록 하는 것이다.

본 발명에 따르면, 그 방법의 모듈은 압축 비율 설정점(RP_c _, _sp) 및 압축 비율 측정치(PR_c _,m)의 함수로서, 바이패스 액튜에이터(15,16)에 대한 위치 설정점(α_sp)을 판단하는 단계를 포함한다. 2 개의 압력 비율(PR)들은 하류 압력(P_d)에 대한 상류 압력(P_u)의 비율로서 정의될 수 있다. 압축기(3,13)에 대하여, 이러한 압력 비율은 압축 비율(PR_c)로서 알려져 있으며, PR_c=P_uc/P_dc 와 같다. 터빈(2,12)에 대하여, 이러한 압력 비율은 팽창 비율(PR_t)로서 알려져 있으며, PR_t=P_ut/P_dt 와 같다.

중앙 모듈은 개방 루프에서 어떤 파라미터들이 판단되었는가에 기초하여 압축 비율 설정점(PR_c _, _sp)을 입력으로서 받아들인다. 그 방법을 개량하기 위하여, 폐쇄 루프 파라미터들(closed loop parameter)도 판단된다. 그것을 하도록, 상기 방법은 시스템(20)의 응답을 나타내는 파라미터로 뒤돌아 간다. 측정된 파라미터는 압축 비율 측정치(PR_c _,m)일 수 있거나, 2 개가 등가이거나, 상기 압축 비율(ε_PRc)의 차이일 수 있으며, 압축 비율은 ε_PRc=PR_c _, _sp-PR_c _, _m으로서 계산된다.

이러한 중앙 모듈(central module)은 구현예의 다양한 모드(mode)들에서 작동될 수 있다. 구현예의 2 가지 예시적인 모드들이 여기에 주어진다. 이러한 2 가지 모드들은 동일하거나, 또는 상이하게 조직된 유사한 모듈들이다. 구현예의 제 1 "직렬" 모드는 도 3 에 도시되어 있다. 구현예의 제 2 "병렬" 모드는 도 4 에 도시되어 있다.

도 3 을 참조하면, 직렬 모드에서, 바이패스 액튜에이터(15,16)에 대한 위치 설정점(α_sp)을 판단하는 것은 제 1 단계 및, 이후의 제 2 단계로 분리될 수 있는데, 제 1 단계에서는 유닛(21,22,23)에 의하여 압축 비율 설정점(PR_c,sp)의 함수 및 압축 비율 측정치(PR_c _,m)의 함수, 또는 입력에서 이용 가능하였던 차이(ε_PRc)의 함수로서 팽창 비율 설정점(PR_t _, _sp)을 판단하고, 제 2 단계에서는 유닛(25)내에서, 그리고 적절한 바로서 유닛(24)내에서 판단된 팽창 비율 설정점(PR_t,sp)의 함수로서 바이패스 액튜에이터(15,16)에 대한 위치 설정점(α_sp)을 판단한다. 팽창 비율 설정점(PR_t _, _sp)의 함수로서 바이패스 액튜에이터(15,16)에 대한 위치 설정점(α_sp)을 판단하는 것은 유닛(25)에 위치된 인버스 액튜에이터 모델(inverse actuator model)을 이용한다. 다양한 경우에 재사용되는 상기 인버스 액튜에이터 모델은 이후에 보다 상세하게 설명될 것이다.

한계 유닛(limitation unit, 24) 내에서, 인버스 액튜에이터 모델(25)의 적용 이전에 팽창 비율 설정점(PR_t,sp)이 포화되는 것이 유리하다. 이러한 포화는 다음의 공식

을 이용하여 터빈(2,12)의 하류에서 최대 인가 압력(P_dt _, _max)의 함수로서 계산된, 최대 팽창 비율(PR_t _, _sp _, _max)에서 상기 팽창 비율(PR_t _, _sp)의 한도를 정함(capping)으로써 수행되는 것이 유리하다.

한도를 정한 이후에, 팽창 비율(PR_t _, _sp)은 포화된 팽창 비율(PR_t _, _sp _, _sat)에 의해 완전히 대체된다.

중간 팽창 비율 설정점(PR_t,sp)은 개방 루프 팽창 비율 설정점(PR_t,sp,ol)을 폐쇄 루프 팽창 비율 설정점(PR_t,sp,cl)과 합치는 합계기(summer, 23)를 이용함으로써 판단된다.

개방 루프 팽창 비율 설정점(PR_t,sp,ol)은 시스템(20)을 모델링(modeling)하는 모듈에 의하여 압축 비율 설정점(PR_c,sp)의 함수로서 계산된다. 그 모듈은 사전 위치 선정 모듈(prepositioning module)로서 알려진 것으로서, 유닛(21)에 설치되고 여러 경우에 재사용되며, 이후에 더 상세하게 설명될 것이다.

폐쇄 루프 팽창 비율 설정점(PR_t,sp,cl)은 방법의 피드백 제어를 제공하기 위하여, 시스템(20)으로부터 나오는, 측정되거나 또는 평가된 파라미터들로 뒤돌아가는 것(looping back)을 이용한다. 그것은 실제로 취해진 압축 비율 측정치(PR_c _,m)와 압축 비율 설정점(PR_c _, _sp) 사이의 에러 또는 차이(ε_PRc)의 함수로서 계산된다. 계산은 제 1 콘트롤러 모듈(22)에 의해 수행된다. 그 콘트롤러 모듈은 유닛(22)에 설치되어 있고, 여러 경우들에서 재사용되는 것으로서, 이후에 보다 상세하게 설명될 것이다.

도 4 를 참조하면, 병렬 모드에서, 바이패스 액튜에이터(15,16)에 대한 위치 설정점(α_sp)은 개방 루프 위치 설정점(α_sp,ol)을 폐쇄 루프 위치 설정점(α_sp,cl)과 합치는 합계기(29)에 의해 판단된다.

폐쇄 루프 위치 설정점(α_sp,cl)은 방법의 피드백 제어를 제공하기 위하여 시스템(20)으로부터 나오는 측정되거나 또는 평가된 파라미터들로 뒤돌아가는 것을 이용한다. 그것은 제 2 콘트롤러 모듈(27)에 의하여 압축 비율 측정치(PR_c _,m)와 압축 비율 설정점(PR_c _, _sp) 사이의 에러(ε_PRc)의 함수로서 계산된다. 그 콘트롤러 모듈은 유닛(27) 안에 설치된 것으로서, 직렬 모드에서 사용된 것과 매우 유사하다.

개방 루프 위치 설정점(α_sp,ol)은 시스템(20)을 모델화시킨 모듈에 의해 압축 비율 설정점(PR_c,sp)의 함수로서 계산된다. 이러한 모듈은 순차적으로, 유닛(26)에 설치되고 직렬 모드의 사전 위치 선정 모듈(21)과 동일한 사전 위치 선정 모듈(26) 및, 유닛(28)에 설치되고 직렬 모드의 인버스 액튜에이터 모델(25)과 동일한 인버스 액튜에이터 모듈을 포함한다. 개방 루프 위치 설정점(α_sp,ol)의 판단은 사전 위치 선정 모듈(26)에 의하여 압축 비율 설정점(PR_c,sp)의 함수로서 개방 루프 팽창 비율 설정점(PR_t,sp,ol)을 판단하는 단계 및 유닛(28)에 설치된 인버스 액튜에이터 모델을 이용하여 판단된 개방 루프 팽창 비율 설정점(PR_t _, _sp _, _ol)의 함수로서 개방 루프 위치 설정점(α_sp,ol)을 판단하는 단계를 연속시키는 것을 포함한다.

직렬 모드의 유닛(24)내의 팽창 비율 파라미터(PR_t,sp)상에서 선택적으로 수행되는 포화는 여기에서 유닛(32)내의 바이패스 액튜에이터(15,16)에 대한 위치 파라미터(α_sp,)상에서 수행되며, 우세한 최대 위치 설정점 파라미터(α_sp _, _max)는 터빈(2,12)의 하류측에 있는 배기관내에서 동일한 수용 가능 최대 압력(P_dt _, _max)에 대응한다. 이러한 포화는 다음의 공식에 따라서 수행된다:

α_sp _, _sat _,= min(α_sp _,,α_sp _, _max)

여기에서 α_sp _, _sat _,는 포화 이후의 위치 설정점이고, α_sp 는 포화 이전의 위치 설정점이며, α_sp _, _max 는 최대 위치 설정점이다.

최대 위치 설정점(α_sp,max)은 유닛(31)내에 설치된 인버스 액튜에이터 모델(inverse actuator model)을 이용하여 개방 루프 팽창 비율(PR_t _, _sp _, _ol)의 함수로서 판단된다. 이러한 인버스 액튜에이터 모델은 직렬 모드의 유닛(25) 및 유닛(28)에 설치된 것과 같다.

유리하게는, 개방 루프 팽창 비율 설정점(PR_t,sp,ol)은, 최대 위치 설정점(α_sp,max)을 판단하는 인버스 액튜에이터 모델(31)의 적용 이전에, 터빈(2,12) 하류의 최대 인가 압력(P_dt _, _max)의 함수로서 유닛(30) 안에서 포화된다.

직렬 모드 및 병렬 모드에 공통적인 특정의 모듈들, 즉, 사전 위치 선정 모듈, 콘트롤러 및 인버스 액튜에이터 모델이 이제 상세하게 설명될 것이다.

유닛(21,26)들에 설치된 사전 위치 선정 모듈은 압축 비율 설정점에 기초하여 팽창 비율 설정점을 판단한다. 그것은 콤프레서 및 터빈의 파워들이 정상 상태(steady state)에서 같다는 가정에 의존한다. 그것은 4 개 단계들로 나뉘어질 수 있다.

단계(1): 터보과급기 속도 설정점의 계산

속도 설정점은 콤프레서 맵(compressor map, f1)의 형태로 주어지는 함수(f1)에 기초하여 계산되는데, 그 맵은 기준값에 대하여 온도 및 압력에서 보정되거나 환산되었던 파라미터들의 함수로서 제조자에 의해 공급된다. 그 맵은 도 6 내지 도 9 에 주어진다. 그 맵은 콤프레서에 대한 보정된 속도(N_sp _, _corc) 및 보정된 유량(W_c _,m, _cor)의 함수로서 콤프레서 임펠러(3,13)상의 압축 비율(PR_c)을 제공한다. 속도(N)는 터빈(2,12) 또는 콤프레서(3,13)에 대하여 같게 정의되므로, 터빈(2,12)의 온도(T_ut)에 대한 보정된 N_sp _, _cort 일수 있거나, 또는 대안으로서 콤프레서(3,13)의 온도(T_uc)에 대한 보정된 N_sp _, _corc 일 수 있다.

이것은 다음과 같은 식을 제공한다.

흡기 공기(5)의 유량(W_c _,m, _cor)은 공기 유량(W_c _,m, _cor)의 함수로서 이전의 공식으로부터 얻어진다. 이러한 유량(W_c _,m, _cor)은 예를 들어 유량계(9)에 의하여 측정된다. 저압 콤프레서(13)를 통한 유량은 고압 콤프레서(3)를 통한 유량과 같다고 가정된다.

터보과급기 속도 설정점(N_sp)은 함수(f1)의 역(inversion)에 의하여 유량(W_c _,m) 및 압축 비율 설정점(PR_c,sp)의 함수로서 얻어진다.

단계(2): 콤프레서 파워 설정점의 계산

콤프레서(3,13)의 파워(H_c)는 열역학의 기본 원리를 콤프레서(3,13)의 임펠러에 적용함으로써 분석적으로 표현된다. 그것은 콤프레서(3,13) 끝에서의 압력 조건들, 콤프레서를 통과하는 유량(W_c _,m) 및 상류의 온도(T_uc)를 나타내는 표현이 나타나게 한다:

상기 표현의 효율(η_c)은 속도(N_sp) 및 유량(W_c _,m)에 연결된다. 이러한 관계는 제조자에 의해 확립된 함수(f2)에 의해 주어지는데, 예를 들어 맵(f2)의 형태이다. 그러한 맵은 도 10 내지 도 13 에 도시되어 있다.

이러한 단계에서, 압력 비율 설정점(PR_c _, _sp), 유량 측정치(W_c _,m) 및 속도 설정점(N_sp)이 알려져 있다. 따라서 콤프레서 파워 설정점(H_c,sp)을 계산할 수 있다. 콤프레서(3,13)에 의해 소비되는 그러한 파워(H_c _, _sp)는 흡기 매니폴드(6)에서 소망의 부스트 압력(P_dt _, _HP)을 달성하기 위하여 터빈(2,12)에 의해 만회되어 상기 콤프레서(3,13)로 전달되어야 하는 파워에 해당한다.

단계(3): 터빈 파워의 계산

단계(3)는 콤프레서 파워 설정점(H_c,sp)을 터빈 파워 설정점(H_t,sp)으로 전환시킨다. 터보과급기(1,11)의 회전 속도(N)는 터빈(2,12), 콤프레서(3,13) 및, 터빈과 콤프레서를 함께 결합시키는 샤프트로 구성된 시스템에 적용되는 동력학의 기본 원리에 의해 얻어진다. 이러한 관계는 (콤프레서상의) "흡기" 설정점들이 (터빈상의) "배기" 설정점으로 이전되는 것을 허용한다. 터보과급기(1,11)의 속도(N)는 콤프레서(3,13)의 파워(H_c)와 터빈(2,12)의 파워(H_t) 사이의 차이에 실질적으로 의존한다. 그러한 파워들은 열역학 제 1 법칙을 적용함으로써 분석적으로 표현될 수 있다. 아래의 방정식에서, 파워들은 그들의 설정점 값들에 의해 대체된다.

여기에서 J 는 제 2 면적 모멘트 또는 관성이며, d/dt 는 시간에 대한 미분 연산자이다.

시스템은 평형 상태인 것으로 가정된다. 이것은 동역학적 항(dynamic term)이 무시될 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 가정에 기초하여, 모든 터빈 파워는 콤프레서로 전달된다.

H _t, _sp = H _c, _sp

단계(4): 개방 루프 팽창 비율 설정점의 계산

터빈 파워(H_t _, _sp)는 알려져 있으며, 다음의 공식을 이용하여, 팽창 비율(PR_t,sp)에 명시적으로 의존한다:

이러한 공식은 팽창 비율 설정점(PR_t,sp)의 함수로서 기재될 수 있고 터빈 팽창 비율 설정점(PR_t,sp)을 계산하도록 역(inversion)이 될 수 있다.

아래의 터빈 파워 표현에서, 유량(W_t _, _sp) 및 효율(η_t)은 터보과급기(1,11)의 제조자에 의해 확립된 맵들의 형태로 제공된 함수(f3,f4)들에 의해 주어진다. 이들은 터빈 속도(N) 및 팽창 비율(PR_t)에 의존한다. 파워 설정점들의 동등함을 나타내는 방정식은 그것의 표현에 의하여 터빈 파워 설정점(H_t,sp)을 대체하는 것으로 고쳐 쓸 수 있다.

다음에, 만약 유량 및 효율이 개별의 표현들에 의해 대체된다면, 다음과 같다:

마지막으로, 상기의 관계는 소망의 콤프레서 파워(H_c,sp)를 얻기 위하여 필요한 팽창 비율 설정점(PR_t _, _sp _, _ol)을 계산하도록 역(inversion)을 겪을 수 있으며, 그것은 차례로 압축 비율 설정점(PR_c,sp)을 얻을 수 있게 하고, 따라서 소망의 부스트 압력(P_dt,sp)을 얻을 수 있게 한다.

맵(F^-1)은 맵(f3) 및 맵(f4)을 포함한다.

그러한 맵(F^-1)의 예는 도 14 내지 도 17 에 도시되어 있다.

상기 공식에서 이용되는 파라미터들은 입력 설정점 파라미터들이거나, 또는 상기 공식에 의해 판단된다. 이들은 상수일 수 있다. 따라서, 열역학적 상수들은 다음과 같다.

Cp_t 는 일정한 압력에서의 배기 개스(7)의 비열 용량으로서, 1136 J/kg/K 이다.

γ_t는 일정한 압력 및 일정한 체적 각각에서의 배기 개스(7)의 비열 용량의 비율(Cp_t/Cv_t)의 계수로서, 1.34 와 같다.

Cp_c 는 일정한 압력에서의 흡기 공기(5)의 비열 용량으로서, 1005 J/kg/K 와 같다.

γ_c는 일정한 압력 및 일정한 체적에서의 흡기 공기(5)의 비열 용량의 비율(Cp_c/Cv_c)의 계수로서, 1.4 와 같다.

다른 파라미터들이 관련되면 다음과 같다.

P_dt _, _max 는 관(tract)의 강도 계산에 의해 판단되는 상수이다.

W_c _,m 는 질량의 보존을 감안하여 유량계(9)에 의해 판단되는 것으로서, W_c _,m, _HP 가 W_c _,m, _BP 와 같다는 가정에 의한 것이다.

P_dt, P_dc, T_uc, T_ut 는 센서, 평가기(estimator), 또는 당해 기술 분야에 공지된 다른 방법을 이용하여 판단된다. 따라서, 터빈 상류의 온도(T_ut)는 엔진 속도(RM) 및 엔진(4) 부하(load)의 함수로서 맵으로부터 알 수 있다.

보정되고 환산된 파라미터들을 판단하는데 이용된 기준 온도 및 압력은 도시된 예에서 다음과 같다:

T_c _, _ref =298 k, T_t _, _ref = 873 k, P_c _, _ref = P_t _, _ref = 1 atm

이는 고압 터보과급기(1) 및 저압 터보과급기(11) 양쪽에 대해서 진실이다.

콘트롤러는 구현예의 다양한 모드들에서 재사용된 다른 모듈이다. 제 1 콘트롤러 모듈(22)은 직렬 모드에 의해 이용되고, 제 2 콘트롤러 모듈(27)은 병렬 모드에 의해 이용된다. 그러한 레귤레이터(regulator)의 기능은 공지된 바와 같이 입력에서 측정된 차이(ε_PRc)를 제거하기 위하여 출력 파라미터를 수정하는 것이며, 이러한 예에서는 PR_t _, _sp 또는 α_sp를 수정하는 것이다. 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들은 그러한 기능을 수행하기 위한 다양한 방법들을 알고 있다. 콘트롤러가 퍼지 논리(fuzzy logic)의 규칙을 이용하는 레귤레이터(22,27)인 시나리오를 상정할 수 있다. 또한 편리하게는, 레귤레이터(22,27)가 비례 적분 미분 또는 PID 모듈을 포함할 수 있다.

구현예의 다양한 모드들에서 재사용된 다른 모듈은 바이패스 액튜에이터(15,16)들을 모델링한 모듈이다. 관내에 위치된 그러한 액튜에이터는 개구의 단면적(S_act)을 0 과 100 % 사이에서 수정하기 위하여 설정점(α_sp)에 의해 비례 제어 가능하다. 그러한 모델링(modeling)은 예를 들어 생브낭 방정식(Saint Venant equation)을 사용하여 달성되며, 다음과 같은 공식이 이용된다.

여기에서,

PR 은 입력 파라미터를 나타내며, 즉,

PR_t _, _sp 은 팽창 비율 설정점,

PR_t _, _sp _, _olt 은 개방 루프 팽창 비율 설정점,

PR_t _, _sp _, _ol _, _sat 은 포화된 개방 루프 팽창 비율 설정점이다.

W_act 은 액튜에이터(15,16)를 통한 유량이다.

S_act 는 액튜에이터(15,15)의 단면적이다.

P_dt 는 터빈 하류의 압력 측정치이다.

T_dt 는 터빈 하류의 온도 측정치이다.

ψ 는 다음과 같이 정의되는 변수(X)의 함수이다

.

여기에서,

γ_t는 배기 개스(7)의 제 1 열역학적 상수이고, 1.4 와 같다.

R 은 일반 기체 상수(universal gas constant)이고, 287 J/kg/K 와 같다.

상기의 공식에서, 액튜에이터(15,16)를 통한 유량(W_act)은 다음의 공식을 이용하여 질량의 보존 때문에 판단될 수 있다:

W_act = W_c _,m - W_t _, _sp

여기에서, W_c _,m 는 콤프레서(3,13)를 통한 측정 유량이다.

W_t _, _sp 는 터빈(2,12)을 통한 유량에 대한 유량 설정점이다.

유리하게는, 액튜에이터(15,16)의 단면적(S_act)에 대한 값을 보다 신속하게 판단할 수 있도록 하기 위하여, 상기 단면적은 상기 액튜에이터(15,16)에 대한 위치 설정점(α_sp)의 함수 및 팽창 비율 설정점(PR_t,sp)의 함수로서 맵핑(mapping)될 수 있다.

지금까지의 설명은 하나의 터보과급기(1,11)를 작동시키기 위한 방법에 관한 것이었다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 고압의 제 1 터보과급기(1), 저압의 제 2 터보과급기(11) 및, 저압 콤프레서(13)를 직접적으로 엔진(4)에 연결하도록 고압 콤프레서가 선택적으로 바이패스되는 것을 허용하는 고압 콤프레서(3)를 위한 바이패스 밸브(14)를 구비하는 2 중 터보과급기로서, 상기 고압의 제 1 터보과급기는 연소 엔진(4)으로부터 나오는 배기 개스(7)에 의하여 구동되는 고압 터빈(2), 연소 엔진(4)으로 분사된 흡기 공기(5)를 압축시키도록 고압 터빈(2)에 의해 회전 구동되는 고압 콤프레서(3) 및, 고압 터빈(2)을 바이패스시켜서 고압 터빈(2)을 통과하지 않는 공기 유량(W_act _, _HP)을 지배할 수 있는 고압 바이패스 액튜에이터(15)를 구비하고, 저압의 제 2 터보과급기는 고압 터빈(2) 또는 고압 바이패스 액튜에이터(15)를 통해 상기 연소 엔진(4)으로부터 나오는 배기 개스(7)에 의해 구동되는 저압 터빈(12), 고압 콤프레서(3)를 통해 연소 엔진(4)으로 분사된 흡기 공기(5)를 압축시키도록 저압 터빈(12)에 의해 회전 구동되는 저압 콤프레서(13) 및, 저압 터빈(12)을 바이패스시켜서 저압 터빈(12)을 통과하지 않는 공기 유량(W_act _, _BP)을 지배할 수 있게 하는 저압 바이패스 액튜에이터(16)를 구비하는 경우에, 방향 전환에 의하여 전환된 2개의 터보과급기(1,11) 각각을 제어하기 위하여 방법이 이용될 수 있다. 그러한 방법은, 고압의 압력 비율 설정점(PR_c _, _sp _, _HP)의 함수, 저압의 압력 비율 설정점(PR_c _, _sp _, _BP)의 함수, 콤프레서를 통한 공기의 공기 유량(W_c _,m)의 함수, 콤프레서(3,13)의 상류의 온도(T_uc)의 함수, 터빈(2,12) 상류의 온도(T_ut)의 함수로서, 저압 바이패스 액튜에이터(16)에 명령을 내리는 설정점(α_sp _, _BP) 및/또는 고압 바이패스 액튜에이터(15)에 명령을 내리는 설정점(α_sp,HP)을 판단한다.

그러한 방법의 구현예의 한가지 모드는 도 5 에 도시되어 있다. 핸들러(handler, 19)는 바이패스 액튜에이터를 통하여 터보과급기(1,11)들중 하나의 제어에 각각 전용된 2 개의 독립적인 루프(loop)들 사이에서 고압 바이패스 액튜에이터(15) 및 저압 바이패스 액튜에이터(16)를 각각 조정한다. 핸들러(19)에 의해 판단되는 것으로서, 2 개의 터보과급기(1,11)들중 하나만이 임의의 어느 시간에 작동된다. 따라서 핸들러(19)는 필요한 입력들을 판단하고, 만약 작동되고 있는 것이 고압 터보과급기(1)라면, 고압의 압축 비율 설정점(PR_c,sp,HP)의 함수 및 고압의 압축 비율 측정치(PR_c _,m, _HP)의 함수로서 고압의 바이패스 액튜에이터(15)에 대한 위치 설정점(α_sp _, _HP)을 판단하거나, 또는 만약 저압 터보과급기(11)가 작동되고 있다면, 저압의 압축 비율 설정점(PR_c _, _sp _, _BP)의 함수 및 저압의 압축 비율 측정치(PR_c _,m, _BP)의 함수로서 저압의 바이패스 액튜에이터(16)의 위치 설정점(α_sp,BP)을 판단한다. 이들 두개의 위치 설정점(α_sp,HP,α_sp,BP)들 각각은 위에 설명된 방법의 구현예의 모드들중 하나를 따라서 판단된다.

따라서, 핸들러(19)는 고압의 터보과급기(1) 또는 저압의 터보과급기(11)중 어느 것이 작동되고 있는지 판단한다. 경우에 따라서, 핸들러는 고압 모듈(17)에 의해 판단된 고압 위치 설정점(α_sp _, _HP) 또는 저압 모듈(18)에 의해 판단된 저압 위치 설정점(α_sp,BP)을 받아들인다.

작동되고 있는 것이 고압 터보과급기(1)일 때, 핸들러(19)는 설정점(α_sp,HP)을 이용하여 고압 액튜에이터(15)를 작동시키고, 0 % 에 있는 α_sp _, _BP 을 이용하여 저압 액튜에이터(16)를 폐쇄 위치로 강제하고, 명령(β)을 이용하여 고압 밸브(14)를 폐쇄 위치로 강제한다.

작동되고 있는 것이 저압 터보과급기(11)일 때, 핸들러(19)는 설정점(α_sp,BP)을 이용하여 저압 액튜에이터(16)를 작동시키고, 100 % 에 있는 α_sp _, _HP 을 이용하여 고압 액튜에이터(15)를 개방 위치로 강제하고, 명령(β)을 이용하여 고압 밸브(14)를 개방 위치로 강제한다.

설정점 또는 측정치 입력 파라미터(PR _c, _sp _, _HP, PR _c,m, _HP, PR _c, _sp _, _BP 및 PR _c,m, _BP)들은 압력들과 같은 보다 기초적인 파라미터들에 기초한 입력 유닛(35)을 이용하여 형성될 수 있다. 따라서, 주 설정점(main setpoint)은 부스트 압력이거나, 또는 고압 콤프레서(3)의 하류의 압력(P_dc _, _sp _, _HP)이다. P_dc _, _HP 로 표시되기도 하는 이러한 동일한 파라미터(P_uc _,m, _HP)의 측정은 제어된 시스템(20)으로부터 평가되거나 측정될 수 있다. 고압 콤프레서(3) 상류의, P_uc _, _HP 로 표시되기도 하는 압력 측정치(P_uc _,m, _HP)는 측정 또는 평가에 의해 가능하다. 이것은 고압 모듈(17)에 대한 입력 파라미터들이 합계기(33)를 통해서 다음과 같이 계산될 수 있다는 것을 나타낸다;

다른 유용한 파라미터들(W_c _,m, _HP, P_dt _, _HP, P_dc _, _HP, T_ut _, _HP, T_uc _, _HP)들은 센서, 평가기 또는 맵에 의해 얻어진다.

저압 모듈에 대하여, P_dc _, _sp _, _BP, P_dc _,m, _BP 및 P_uc _,m, _BP 를 아는 것이 필요하다. 작동되고 있는 것이 저압 터보과급기(11)일 때, 콤프레서 바이패스 밸브(14)가 개방된다. 저압의 하류 압력(P_dc _, _sp _, _BP)은 알려진 고압의 하류 압력(P_dc _, _sp _, _HP)과 같거나, 또는 부스트 압력과 같다. 마찬가지로, 이러한 파라미터의 측정을 위하여, P_dc _,m, _BP = P_dc,m,HP 이다. 저압의 상류 압력(P_uc _,m, _BP)은 공기 흡기 압력(5)과 같고, 즉, 1 atm 과 같은 대기압(P_atm)과 같다. 이것은 저압 모듈(18)을 위한 입력 파라미터들이 다음과 같이 합계기(34)를 통해 계산될 수 있다는 것을 의미한다.

다른 유용한 파라미터(W_c _,m, _BP, P_dt _, _BP, P_dc _, _BP, T_ut _, _BP, T_uc _, _BP)들은 센서, 평가기 또는 맵으로부터 얻어진다.

터보과급기(1,11)를 선택하기 위한 단계는 다음의 규칙에 따라서 핸들러(19)에 의해 수행된다.

-엔진(4)의 속도(RM)가 쓰레숄드 아래에 있을 때, 고압 터보과급기(1)는 고압 바이패스 액튜에이터(15)를 통하여 작동되는데, 고압 콤프레서(3)를 바이패스시키기 위한 바이패스 밸브(14)는 폐쇄되도록 강제되고 저압 바이패스 액튜에이터(16)는 폐쇄되도록 강제된다.

-엔진(4)의 속도가 쓰레숄드 위에 있을 때 저압 터보과급기(11)는 저압 바이패스 액튜에이터(16)를 통해 작동되는데, 고압 콤프레서(3)를 바이패스시키기 위한 바이패스 밸브(14)는 개방되도록 강제되고 고압 바이패스 액튜에이터(15)는 개방되도록 강제된다.

엔진(4)의 속도에 대한 쓰레숄드는 예를 들어 2750 rpm 과 같도록 취해진다.

고압과 저압 사이에서 전환시키기 위한 보다 정교한 전략, 예를 들어, 엔진 부하를 고려한 전략이 대안으로서 이용될 수 있다. 엔진 속도 쓰레숄드 주변에서의 과도하게 빈번한 전환(switching)을 회피하기 위하여 이력 현상(hysteresis)이 유리하게 도입될 수 있다.

본 발명에 따른 방법으로 얻어진 결과는 도 18 및 도 19 의 곡선들에 도시되어 있다. 모든 곡선들은 천이(transient)하는 동안에 시간의 함수로서 부스트 압력을 나타내며, 여기에서는 기어 비율 3 에서 부하(load)의 테이크업(takeup)이 이루어진 것이다. 기준/베이스 선은 종래 기술의 2 개 루프 방법에 대응한다. 곡선(36)은 기준에 대한 부스트 압력 설정점(P_dc,sp,HP)을 나타낸다. 곡선(37)은 직렬 모드에 대한 부스트 압력 설정점(P_dc,sp,HP)을 나타낸다. 곡선(38)은 기준에 대한 부스트 압력 측정치(P_dc _,m, _HP)를 나타낸다. 곡선(39)은 직렬 모드에 대한 부스트 압력 측정치(P_dc _,m, _HP)를 나타낸다. 곡선(40)은 기준에 대한 부스트 압력 설정점(P_dc,sp,HP)을 나타낸다. 곡선(41)은 병렬 모드에 대한 부스트 압력 설정점(P_dc,sp,HP)을 나타낸다. 곡선(42)은 기준에 대한 부스트 압력 측정치(P_dc _,m, _HP)를 나타낸다. 곡선(43)은 병렬 모드에 대한 부스트 압력 측정치(P_dc _,m, _HP)를 나타낸다.

설명된 방법은 엔진(4)의 배기 매니폴드(8)에서의 압력을 고려하지 않으면서 2 단계의 슈퍼차지 시스템이 조절될 수 있다는 것을 나타낸다. "단일 루프"의 직렬 및 병렬 구조들은 서로 매우 유사한 성능을 가진다. 추가적으로, "단일 루프" 구조는 기준의 "2 중 루프" 방법으로 얻어진 것과 거의 동일한 응답 시간을 얻을 수 있게 한다.

1. 터보 과급기 2. 터빈
3. 콤프레서 6. 흡기관
7. 배기 개스 8. 배기관

Claims

배기 개스(7)에 의해 구동되는 터빈(2,12), 흡기 공기(5)를 압축시키기 위하여 터빈(2,12)에 의해 회전 구동되는 콤프레서(3,13) 및, 터빈(2,12)을 바이패스시켜서 터빈(2,12)을 통과하지 않는 공기 유량(W_act)을 지배(command)할 수 있게 하는 바이패스 액튜에이터(15,16)를 포함하는, 연소 엔진(4)을 슈퍼차지(supercharge)하기 위한 터보과급기(1,11)를 위한 방법으로서,
압축 비율 설정점(PR_c,sp)의 함수, 압축 비율 측정치(PR _c,m)의 함수, 콤프레서(3,13)를 통한 유량의 유량 측정치(W_c _,m)의 함수, 터빈(2,12) 하류 압력의 압력 측정치(P_dt)의 함수, 콤프레서(3,13) 하류 압력의 압력 측정치(P_dc)의 함수, 터빈(2,12) 상류 온도의 온도 측정치(T_ut)의 함수 및, 콤프레서(3,13) 상류 온도의 온도 측정치(T_ut)의 함수로서, 바이패스 액튜에이터(15,16)에 대한 위치 설정점(α_sp)을 판단하는 단계를 포함하고, 상기 바이패스 액튜에이터에 대한 위치 설정점을 판단하는 단계는,
압축 비율 설정점(PR_c,sp)의 함수 및 압축 비율 측정치(PR_c _,m)의 함수로서 팽창 비율 설정점(PR_t,sp)을 판단하는 단계,
그렇게 판단된 팽창 비율 설정점(PR_t,sp)의 함수로서 바이패스 액튜에이터(15,16)에 대한 위치 설정점(α_sp)을 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연소 엔진을 슈퍼차지하기 위한 터보과급기의 방법.
제 1 항에 있어서,
팽창 비율 설정점(PR_t,sp)의 함수로서 바이패스 액튜에이터(15,16)를 위한 위치 설정점(α_sp)을 결정하는 것은 인버스 액튜에이터 모델(inverse actuator model, 25)을 이용하는, 연소 엔진을 슈퍼차지하기 위한 터보과급기의 방법.
제 2 항에 있어서,
팽창 비율 설정점(PR_t,sp)은, 인버스 액튜에이터 모델(25)을 이용하기 전에, 다음의 공식을 이용하여 터빈(2,12) 하류의 최대 인가 압력(P_dt _, _max)의 함수로서 포화되고,

여기에서, PR_t _, _sp _, _sat 은 포화 이후의 팽창 비율 설정점이고.
PR_t _, _sp 은 포화 이전의 팽창 비율 설정점이고,
P_dt 는 터빈(2,12) 하류의 압력이고,
P_dt _, _max 는 터빈(2,12) 하류의 최대 수용 가능 압력이고,
포화된 압축 비율 설정점 값(PR_t _, _sp _, _sat)은 이후에 초기 압축 비율 설정점 값(PR_t _, _sp)을 대체시키는, 연소 엔진을 슈퍼차지하기 위한 터보과급기의 방법.
제 1 항 내지 제 3 항의 어느 한 항에 있어서,
팽창 비율 설정점(PR_t,sp)은, 사전 위치 선정 모듈(21)에 의한 압축 비율 설정점(PR_c _, _sp)의 함수로서 계산된 개방 루프 팽창 비율 설정점(PR_t _, _sp _, _ol) 및 제 1 콘트롤러 모듈(22)에 의한 압축 비율 측정치(PR_c _,m)와 압축 비율 설정점(PR_c _, _sp) 사이의 에러(ε_PRC)의 함수로서 계산된 폐쇄 루프 팽창 비율 설정점(PR_t,sp,cl)의 합계와 같은, 연소 엔진을 슈퍼차지하기 위한 터보과급기의 방법.
제 1 항에 있어서,
바이패스 액튜에이터(15,16)를 위한 위치 설정점(α_sp)은 압축 비율 설정점(PR_c _, _sp)의 함수로서 계산된 개방 루프 위치 설정점(α_sp _, _ol) 및 제 2 콘트롤러 모듈(27)에 의한 압축 비율 측정치(PR_c _,m)와 압축 비율 설정점(PR_c _, _sp) 사이의 에러(ε_PRc)의 함수로서 계산된 폐쇄 루프 위치 설정점(α_sp _, _cl)의 합계와 같은, 연소 엔진을 슈퍼차지하기 위한 터보과급기의 방법.
제 5 항에 있어서,
개방 루프 위치 설정점(α_sp,ol)의 판단은:
-사전 위치 선정 모듈(26)에 의해 압축 비율 설정점(PR_c,sp)의 함수로서 개방 루프 팽창 비율 설정점(PR_,t, _sp _, _ol)을 판단하는 단계,
-인버스 액튜에이터 모델(inverse actuator model,28)을 이용하여, 판단된 개방 루프 팽창 비율 설정점(PR_t,sp,ol)의 함수로서 개방 루프 위치 설정점(α_sp,cl)을 판단하는 단계를 포함하는, 연소 엔진을 슈퍼차지하기 위한 터보과급기의 방법.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
위치 설정점(α_sp)은 다음의 공식을 이용하여 최종적으로 포화되며,
α_sp _, _sat = min(α_sp,α_sp _, _max)
여기에서, α_sp _, _sat 는 포화 이후의 위치 설정점이고,
α_sp 는 포화 이후의 위치 설정점이고,
α_sp _, _max 는 최대 위치 설정점인, 연소 엔진을 슈퍼차지하기 위한 터보과급기의 방법.
제 7 항에 있어서,
최대 위치 설정점(α_sp,max )은 인버스 액튜에이터 모델(31)을 이용하여 개방 루프 팽창 비율(PR _t, _sp _, _ol)의 함수로서 판단되는, 연소 엔진을 슈퍼차지하기 위한 터보과급기의 방법.
제 8 항에 있어서,
개방 루프 팽창 비율 설정점(PR_t,sp,ol)은, 최대 위치 설정점(α_sp,max)의 판단을 위해 인버스 액튜에이터 모델(31)을 적용하기 전에, 다음의 공식

을 이용하여 터빈(2,12) 하류의 최대 인가 압력(P_dt _, _max)의 함수로서 포화되고, 여기에서,
PR_t _, _sp _, _sat 은 포화 이후의 팽창 비율 설정점이고,
PR_t _, _sp _, 은 포화 이전의 팽창 비율 설정점이고,
P_dt 는 터빈(2,12) 하류의 압력이고,
P_dt _, _max 는 터빈(2,12) 하류의 최대 수용 가능 압력이고,
포화된 팽창 비율 설정점 값(PR_t _, _sp _, _sat)은 이후에 초기 개방 루프 팽창 비율 설정점 값(PR_t _, _sp _, _ol)을 대체하는, 연소 엔진을 슈퍼차지하기 위한 터보과급기의 방법.
제 4 항 또는 제 6 항 내지 제 9 항의 어느 한 항에 있어서,
사전 위치 선정 모듈(21,26)은,
- 다음의 공식

을 이용하여, 콤프레서(3,13)를 통한 흡기 공기(5)의 유량에 대한 유량 측정치(W_c _,m)의 함수로서 콤프레서(3,13)를 통한 흡기 공기(5)의 유량에 대한 보정된 유량 측정치(W_c _,m, _cor)를 판단하는 단계로서, 여기에서,
W _c,m, _cor 는 콤프레서(3,13)를 통한 흡기 공기(5)의 유량에 대한 보정된 유량 측정치이고,
W_c _,m 는 콤프레서(3,13)를 통한 흡기 공기(5)의 유량에 대한 공기 유량 측정치이고,
T_uc 는 콤프레서(3,13) 상류의 온도이고,
P_uc 는 콤프레서(3,13) 상류의 압력이고,
T_c _, _ref 는 콤프레서(3,1)의 기준 온도이고,
P_c _, _ref 는 콤프레서(3,13)의 기준 압력인, 보정된 유량 측정치(W_c _,m, _cor)를 판단하는 단계;
콤프레서(3,13)를 통한 흡기 공기(5)의 보정된 유량(W_c _, _cor) 및 압축 비율(PR_c)의 함수(f1)를 이용하여, 콤프레서(3,13)에 대한 보정된 속도 설정점(N_sp,corc)을 판단하는 단계로서, 상기 함수(f1)는 2 차원의 맵(map)에 의해 정의되는, 보정된 속도 설정점 판단 단계;
다음의 공식

을 이용하여 콤프레서(3,13)에 대한 보정된 속도 설정점(N_sp,corc)의 함수로서 속도 설정점(N_sp)을 판단하는 단계로서, 여기에서,
N_sp 은 터보과급기(1,11)의 속도 설정점이고,
N_sp _, _corc 는 터보과급기(1,11)의 콤프레서(3,13)에 대한 보정된 속도 설정점이고,
T_uc 는 콤프레서(3,13) 상류의 온도이고,
T_c _, _ref 는 콤프레서(3,13)의 기준 온도인, 속도 설정점의 판단 단계;
터보과급기(1,11)의 콤프레서(3,13)에 대한 보정된 속도 설정점(N_sp _, _corc) 및 콤프레서(3,13)를 통한 흡기 공기(5)의 유량에 대한 보정된 공기 유량 설정점(W_c _, _sp _, _cor)의 함수(f2)를 이용하여, 터보 과급기(1,11)의 콤프레서(3,13)에 대한 보정된 속도 설정점(N_sp _, _corc) 및 콤프레서(3,13)를 통한 흡기 공기(5)의 유량에 대한 보정된 공기 유량 설정점(W_c,sp,cor)의 함수로서, 콤프레서(3,13)의 효율(η_c)을 계산하는 단계로서, 상기 함수(f2)는 2 차원 맵으로 정의되는, 콤프레서의 효율 계산 단계;
다음의 공식

을 이용하여 콤프레서 파워 설정점(H_c,sp)을 계산하는 단계로서, 여기에서,
H_c _, _sp 는 콤프레서(3,13)의 파워 설정점이고,
W_c _,m 는 콤프레서(3,13)를 통한 흡기 공기(5)의 유량에 대한 공기 유량 측정치이고,
η_c 는 콤프레서(3,13)의 효율이고,
T_uc 는 콤프레서(3,13) 상류의 온도이고,
PR _c, _sp 은 콤프레서(3,13)의 압축 비율 설정점이고,
Cp_c 는 흡기 공기(5)의 제 1 열역학 상수이고,
γ_c는 흡기 공기(5)의 제 2 열역학 상수인, 콤프레서의 파워 설정점의 계산 단계;
공식 H_t _, _sp = H_c _, _sp 을 이용하여 터빈 파워 설정점(H_t,sp)을 계산하는 단계로서, 여기에서,
H_t _, _sp 는 터빈(2,12)의 파워 설정점이고,
H_c _, _sp 는 콤프레서(3,13)의 파워 설정점인, 터빈 파워 설정점 계산 단계;
다음의 공식

을 이용하여 속도 설정점(N_sp)의 함수로서 터빈(2,12)에 대한 보정된 속도 설정점(N_sp _, _cort)을 판단하는 단계로서, 여기에서,
N_sp 은 터보과급기(1,11)의 속도 설정점이고,
N_sp _, _cort 은 터보과급기(1,11)의 터빈(2,12)에 대한 보정된 속도 설정점이고,
T_ut 는 터빈(2,12) 하류의 온도이고,
T_t _, _ref 는 터빈(2,12)의 기준 온도인, 터빈에 대한 보정된 속도 설정점 판단 단계;
다음의 공식

을 이용하여 개방 루프 팽창 비율 설정점(PR_t,sp,ol)을 계산하는 단계로서, 여기에서,
PR_t _, _sp _, _ol 은 터빈(2,12)의 개방 루프 팽창 비율이고,
H_t _, _sp 는 터빈(2,12)의 파워 설정점이고,
N_sp _, _cort 은 터보과급기(1,11)의 터빈(2,12)에 대한 보정된 속도 설정점이고,
F 는 2 차원 맵에 의해 정의된 함수이고, 다음의 방정식

의 역(inversion)에 의해 얻어지는 것으로서, 여기에서,
H_t _, _sp 는 터빈(2,12)의 파워 설정점이고,
PR_t _, _sp _, _ol 은 터빈(2,12)의 개방 루프 팽창 비율이고,
Cp_t 는 배기 개스(7)의 제 1 열역학 상수이고
γ_t 는 배기 개스(7)의 제 2 열역학 상수이고
η_t 는 개방 루프 팽창 비율 설정점(PR) 및 터보과급기(1,11)의 터빈(2,12)에 대한 보정된 속도 설정점(N_sp _, _cort)의 함수(f3)에 의하여 표현될 수 있는 터빈(2,12)의 효율이고, 상기 함수(f3)는 2 차원 맵에 의해 정의되고,
W_t _, _sp 는 터빈(2,12)을 통한 배기 개스(7)의 유량에 대한 유량 설정점이고, 다음의 공식

의해 판단되고, 여기에서
W_t _, _sp 는 터빈(2,12)을 통한 배기 개스(7)의 유량에 대한 유량 설정점이고,
W_t _, _sp _, _cor 는 개방 루프 팽창 비율 설정점(PR_t _, _sp _, _ol) 및 터보과급기(1,11)의 터빈(2,12)에 대한 보정된 속도 설정점(N_sp,cort)의 함수(f4)에 의해 표현될 수 있는 터빈(2,12)을 통한 배기 개스(7)의 유량에 대한 보정된 유량 설정점이고, 상기 함수(f4)는 2 차원 맵에 의해 정의되고,
T_ut 는 터빈(2,12) 상류의 온도이고,
T_t _, _ref 는 터빈(2,12)의 기준 온도이고.
P_dt 는 터빈(2,12) 하류의 압력이고,
P_t _, _ref 는 터빈(2,12)의 기준 압력인, 개방 루프 팽창 비율 설정점(PR_t,sp,ol)을 계산하는 단계;를 포함하는, 연소 엔진을 슈퍼차지하기 위한 터보과급기의 방법.
제 4 항 내지 제 10 항의 어느 한 항에 있어서,
제 1 콘트롤러 모듈(22) 또는 제 2 콘트롤러 모듈(27) 각각은 상기 에러(ε_PRc)를 제거하도록 구성된 레귤레이터(22,27)인, 연소 엔진을 슈퍼차지하기 위한 터보과급기의 방법.
제 11 항에 있어서,
레귤레이터(22,27)는 퍼지 논리(fuzzy logic)의 규칙을 이용하는, 연소 엔진을 슈퍼차지하기 위한 터보과급기의 방법.
제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
레귤레이터(22,27)는 비례 적분 미분(Proportional Integral Derivative;PID) 모듈을 포함하는, 연소 엔진을 슈퍼차지하기 위한 터보과급기의 방법.
제 2 항 내지 제 4 항 및 제 6 항 내지 제 13 항의 어느 한 항에 있어서,
터빈(2,12)을 바이패스시키기 위한 바이패스 액튜에이터(15,16)는 다음의 공식

을 이용하여 생브낭 방정식(Saint Venant Equation)에 의해 모델링(modeling)되고, 여기에서,
PR 은 입력 파라미터를 나타내고, 여기에서,
PR_t _, _sp 은 팽창 비율 설정점이고,
PR_t _, _sp _, _ol 은 개방 루프 팽창 비율 설정점이고
PR_t _, _sp _, _ol _, _sat 은 포화된 개방 루프 팽창 비율 설정점이고
W_act 는 액튜에이터(15,16)를 통한 유량이고
S_act 는 액튜에이터(15,16)를 통한 단면이고
P_dt 는 터빈(2,12) 하류의 압력이고
T_dt 는 터빈(2,12) 하류의 온도이고,
ψ 변수 X 의 함수로서,

에 의해 정의되고, 여기에서,
γ_t는 배기 개스(4)의 제 1 열역학 상수로서, 1.4 와 같고,
R 은 일반 개스 상수로서, 287 J/kg/K 와 같은, 연소 엔진을 슈퍼차지하기 위한 터보과급기의 방법.
제 14 항에 있어서,
액튜에이터(15,16)를 통한 유량(W_act)은 공식
W_act = W_c _,m -W_t _, _sp
을 이용하여 판단되고, 여기에서,
W_c _,m 는 콤프레서(3,13)을 통한 유량의 측정치이고,
W_t _, _sp 는 터빈(2,12)을 통한 유량에 대한 유량 설정점인, 연소 엔진을 슈퍼차지하기 위한 터보과급기의 방법.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
액튜에이터(15,16)의 상기 단면(S_act)은 팽창 비율 설정점(PR_t _, _sp) 및 상기 액튜에이터(15,16)에 대한 위치 설정점(α_sp)의 함수로서 맵핑(mapping)되는, 연소 엔진을 슈퍼차지하기 위한 터보과급기의 방법.
연소 엔진(4)으로부터 나오는 배기 개스(7)에 의해 구동되는 고압 터빈(2), 연소 엔진(4)으로 분사된 흡기 공기(5)를 압축시키기 위하여 고압 터빈(2)에 의해 회전 구동되는 고압 콤프레서(3) 및, 고압 터빈(2)을 바이패스시켜서 고압 터빈(2)을 통과하지 않는 공기 유량(W_act _, _HP)을 지배할 수 있게 하는 고압 바이패스 액튜에이터(15)를 구비하는, 고압의 제 1 터보 과급기(1);
고압 터빈(2) 또는 고압 바이패스 액튜에이터(15)를 통하여 상기 연소 엔진(4)으로부터 나오는 배기 개스(2)에 의해 구동되는 저압 터빈(12), 고압 콤프레서(3)를 통해 연소 엔진(4)으로 분사된 흡기 공기(5)를 압축시키기 위하여 저압 터빈(12)에 의해 회전 구동되는 저압 콤프레서(13) 및, 저압 터빈(12)을 바이패스시켜서 저압 터빈(12)을 통과하지 않는 공기 유량(W_act _, _BP)을 지배할 수 있게 하는 저압 바이패스 액튜에이터(16)를 구비하는, 저압의 제 2 터보과급기(11); 및,
저압 콤프레서(13)를 엔진(4)에 직접적으로 연결시키기 위하여 고압 콤프레서(3)를 선택적으로 바이패스시킬 수 있는, 고압 콤프레서(3)를 위한 바이패스 밸브(14);를 포함하는, 연소 엔진(4)의 슈퍼차지를 위한 고정된 기하 형상의 2 중 슈퍼차지 장치에 대하여,
고압의 압력 비율 설정점(PR_c,sp,HP)의 함수, 저압의 압력 비율 설정점(PR_c,sp,BP)의 함수, 고압의 압력 비율 측정치(PR_c _,m, _HP)의 함수, 저압의 압력 비율 측정치(PR_c _,m, _BP)의 함수, 고압 콤프레서 (3) 및 저압 콤프레서(13)를 통한 공기의 유량에 대한 공기 유량 측정치(W_c _,m)의 함수, 고압 터빈(2) 및 저압 터빈(12) 각각의 하류의 압력 측정치(P_dt _, _HP) 및 (P_dt _, _BP)의 함수, 고압 콤프레서(3) 및 저압 콤프레서(13) 각각의 하류의 압력 측정치(P_dt _, _HP) 및 (P_dt _, _BP)의 함수, 고압 터빈(2) 및 저압 터빈(12) 각각의 상류의 온도 측정치(T_ut _, _HP) 및 (T_ut _, _BP)의 함수 및, 고압 콤프레서(3) 및 저압 콤프레서(13) 각각의 상류의 온도 측정치(T_uc _, _HP) 및(T_uc,BP)의 함수로서, 고압 바이패스 액튜에이터(15)를 지배하기 위한 설정점(α_st _, _HP) 및 저압 바이패스 액튜에이터(16)를 지배하기 위한 설정점(α_st,BP)을 판단하는 방법으로서,
핸들러(19)에 의하여, 고압 바이패스 액튜에이터(15) 및 저압 바이패스 액튜에이터(16)중에서 어느 바이패스 액튜에이터가 지배되어야 하는지를 선택하는 단계;
제 1 항 내지 제 16 항의 어느 한 항에 따라서, 고압의 압축 비율 설정점(PR_c _, _sp _, _HP)의 함수 및 고압의 압축 비율 측정치(PR_c _,m, _HP)의 함수로서 고압의 바이패스 액튜에이터(15)에 대한 위치 설정점(α_sp,HP)을 선택하거나, 또는 저압의 압축 비율 설정점(PR_c,sp,BP,)의 함수 및 저압의 압축 비율 측정치(PR_c _,m, _BP)의 함수로서 저압 바이패스 액튜에이터(16)에 대한 위치 설정점(α_sp,BP)을 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제 17 항에 있어서,
선택하는 단계는: 핸들러(19)에 의하여,
엔진(4)의 속도(RM)가 쓰레숄드 아래에 있을 때, 고압 바이패스 액튜에이터(15)가 작동되어, 고압 콤프레서(3)의 바이패스 밸브(14)는 폐쇄되게 강제되고 저압 바이패스 액튜에이터(16)는 폐쇄되게 강제되며,
엔진(4)의 속도(RM)가 쓰레숄드 위에 있을 때 저압 바이패스 액튜에이터(16)가 작동되어, 고압 콤프레서(3)의 바이패스 밸브(14)는 개방되게 강제되고 고압 바이패스 액튜에이터(15)는 개방되게 강제되는 규칙에 따라서 수행되는, 방법.
제 18 항에 있어서,
엔진(4)에 대한 쓰레숄드 속도(RM)는 2750 rpm 과 같은, 방법.