MXPA00000324A - Sistema y metodo para regular un turbosobrealimentador - Google Patents

Abstract

Se describe un método y sistema para regular un turbosobrealimentador (52, 54) en un motor de combustión interno, que incluye la verificación de una presión de sobrealimentación y establecer un valor limite en el parámetro del turbosobrealimentador para los parámetros del turbosobrealimentador. Un valor limite del toque dinámico del motor se determina con base en el valor actual del parámetro del turbosobrealimentador y el torque del motor se base en las condiciones del motor, y un torque de motor aplicado o deseado se limita al menor del valor limite del torque dinámico del motor y el toque provisional del motor.

Description

SISTEMA Y MÉTODO PARA REGULAR UN TURBOSOBREALIMENTADOR Campo téoniso •" La presente invención se refiere a los sistemas y métodos para regular un turbosobrealimentador en un motor de-Combustión interna.

Antecedentes de la invencxón En el control de los motores de combustión interna, la práctica convencional utiliza unidades de control electrónica que tienen memoria volátil y no volátil, circuitos accionadores de entrada y salida y un procesador capaz de ejecutar una serie de instrucciones almacenadas, para controlar las diferentes funciones del motor y sus sistemas asociados. ^ Una unidad de control electrónica particular se comunica con numerosos detectores, activadores y otras unidades de control electrónicas con el fin de regular las diferentes funciones, que puede incluir diferentes aspectos de suministro de combustible, control de la , transmisión, control del turbosobrealimentador o muchas otras . Un turbosobrealimantador consiste en una turbina y un coiffpresor. La presión de los gases de escape del motor hacen que la turbina gi e^ La turbina impulsa al compresor, el cual por lo común esta montado sobre el mismo eje. El giro del^ compresor crea una presión de sobrealimentación turbo que desarrolla potencia incrementada durante la combustión. Una compuerta de desagüe en la admisión de la turbina limita la cantidad de presión de sobrealimentación para proteger el turbosobrealimentador y los componentes del motor". Cuando la presión de sobrealimentación llega a un valor predeterminado, la compuerta de desagüe se abre para proporcionar una derivación para una porción de los gases de escape que pasan directamente hacia el colector o múltiple de escape. Las compuertas de íesagüe pueden incluir una válvula mecánica o una válvula accionada por solenoide. En cualquier caso, la falla de la ál la puede dar origen a un daño en el turbosobrealimentad r _ '-I motor. La falla en la válvula puede ocurrir debido ¿ ."ralos manejos- en un intento de obtener presiones de superiores. La falla en la compuerta de lebido a adulteración puede dar origen a sobrevelocidau rL . o presión de sobrealimentación turbo que puede cav ar i-sgaste excesivo y daño al turbosobrealimentador .. componentes del motor. Desde luego, otros factores p ^: :-.-r. causar sobre velocidad turbo o sobre presión turbo no sin importar si el sistema utiliza turbosobr ¿l_"^-p:ación .individual o turbosobrealimentación =e -encial en la cual una pluralidad de turbosobrealimentadores están arreglados en^ secuencia y operan selectivamente co o se desee.

Compendio de la invención Por tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar un sistema y método mejorados para regular un turbosobrealimentador. Otro objeto de la presente invención es proporcionar un sistema y método para regular un turbosobrealimentador que proteja al turbosobrealimentador de sobrevelocidad turbo y presión de sobrealimentación turbo. Al llevar a cabo los objetivos anteriores y otros objetivos y características de la presente invención se proporciona un sistema y método para regular un turbosobrealimentador. El método consiste en establecer un valor límite de los parámetros del turbosobrealimentador para un parámetro del turbosobrealimentador, como puede ser la velocidad de la turbina o la presión de la sobrealimentación turbo, y verificar el parámetro del turbosobrealimentador para determinar un valor actual para el parámetro del turbosobrealimentador. Se determina un valor límite del torque dinámico del motor con base en el valor actual del parámetro del turbosobrealimentador y el valor límite del parámetro del turbosobrealimentador. El valor del límite del torque dinámico del motor se compara con un torque provisional del motor con base en el estado del motor. El torque de motor aplicado es el menor del valor límite del torque dinámico del motor y el torque provisional del motor. El torque dinámico del motor limita el torque del motor aplicado para evitar daño que puede ser causado por velocidad excesiva de la turbina o presión de la sobrealimentación turbo. En una modalidad, el valor límite del torque dinámico del motor se determina de modo que, cuando el torque aplicado del motor es limitado al valor límite del torque dinámico del motor, el parámetro del turbosobrealimentador es controlado alrededor de trazas para el valor límite del parámetro del turbosobrealimentador. Además, en una modalidad, el valor límite del tarque dinámico del motor se determina a partir de un sistema de control de -bucle cerrado que compara el valor actual del parámetro del turbosobrealimentador con el valor límite del parámetro del turbosobrealimentador . En una modalidad preferida, la determinación del valor límite del torque dinámico del motor consiste n establecer un primer torque de motor suficiente para evitar que el motor pierda velocidad, y determinar un segundo torque de motor con base en el valor actual del_ parámetro del turbosobrealimentador y el valor límite del parámetro del turbosobrealimentador. El valor límite del torque dinámico del motor se determina como el mayor del primero y segundo torques del motor para evitar la pérdida de velocidad del motor. Además, en una modalidad preferida, para el parámetro del turbosobrealimentador se establece un valor umbral de falla menor que el valor límite del parámetro del turbosobrealimentador. Un estado de falla se determina cuando el parámetro del turbosobrealimentador excede el valor umbral de la falla cuando existe estado de falla, el torque aplicado se limita al menor del valor límite del I torque dinámico del motor y el torque provisional del motor. De otra manera, el momento de torsión aplicado es el momento de torsión provisional del motor. Un valor umbral neto menor que el valor umbral de falla se "establece para el parámetro del turbosobrealimentador a fin de proporcionar histeresis adecuada. El estado de falla es evidenciado cuando el parámetro del turbosobrealimentador cae abajo del valor umbral neto. Además, se proporciona un método para controlar un turbosobrealimentador en un sistema de sobrealimentación turbo secuencial que incluye una pluralidad de turbosobrealimentadores . La pluralidad de turbosobrealimentadores incluye un turbosobrealimentador primario - y cuando menos un turbosobrealimentador secundario. El sistema de sobrealimentación turbo secuencial es operable en un solo modo turbo en el cual solo el turbosobrealimentador primario esta activo, y un modo turbo múltiple en el cual- el turbosobrealimentador primario y cuando menos un turbosobrealimentador secundario están activos. El método consiste en limitar el momento de torsión aplicado del motor al menor de un valor límite del momento dinámico de torsión del motor y un momento le torsión provisional del motor. El valor límite del momento dinámico de torsión del motor se determina con base en el valor actual del parámetro del turbosobrealiment dor y el valor límite del parámetro del turbosobrealimentador. El método de control de un turbosobrealimentador en un sistema de sobrealimentación turbo secuencial además consiste en establecer un valor umbral de falla menor que el valor límite del parámetro del turbosobrealimentador para uno o más parámetros del turbosobrealimentador. Se indica un estado de falla cuando un parámetro del turbosobrealimentador excede el valor umbral de la falla. Cuando existe estado de falla, el sistema de sobrealimentación turbo secuencial opera en el modo turbo múltiple. El umbral de falla para el odo turbo múltiple forzado puede ser menor que otro umbral de "falla para iniciar la limitación del momento de torsión aplicado del motor como se describió previamente para ofrecer protección de turbosobrealimentador en dos etapas . Además se proporciona un sistema para regular un turbosobrealimentador. El sistema incluye un dispositivo detector para verificar el turbosobrealimentador y lógica de control para determinar el valor límite del momento dinámico de torsión del motor, determinando el momento de torsión provisional del motor y limitando el momento de torsión aplicado. Además, se proporciona un medio de almacenamiento que puede ser leído por computador que tiene información almacenada en el rrismo representando instrucciones ejecutables por un computador para controlar un vehículo que tenga un motor de - -combustión interna con un turbosobrealimentador. 11 medio de almacenamiento legible por cómputo incluye instrucciones para verificar el turbosobrealimentador, determinar un valor límite del momento de torsión dinámcD del motor, determinar un momento de torsión provisional iel motor y limitar el momento de torsión aplicado del rr. ,"_ r. Las ventajas que .• .i :. de la presente invención son numerosas. Por ejempi-, s sistemas y métodos de la presente invención sen : i ;s de limitar efectivamente la velocidad de la turbina X presión de la sobrealimentación turbo para proteger ol Lurbosobrealimentador y los componentes del motor del des aste excesivo y daño que puede ocurrir debido a una plural i íad de estados, como puede ser una compuerta de desagüe averiada. Los objetos anteriores y otros objetivos, características y ventajas de la presente invención son fácilmente evidentes a partir de la siguiente descripción detallada del mejor modo de llevar a cabo la invención cuando se tome junto con los dibujos que le acompañan.

Breve descripción de los dibujos La Figura 1 es un diagrama esquemático de un sistema de control de turbosobrealimentador hecho de acuerdo con la. presente invención; La Figura 2 es un diagrama que representa las zonas operantes para un sistema de sobrealimentación turbo secuencial doble de la presente invención; La Figura 3 es un diagrama en bloques de un sistema de control de circuito cerrado de la presente invención que determina el valor límite del momento dinámico de torsión del motor con base en la velocidad de la turbi na; _ La Figura 4 es un diagrama 'en bloques de un sistema de control de circuito cerrado de la presente invención que determina el valor límite del momento de torsión dinámico del motor con base en la presión de la sobrealimentación^ turbo; La Figura 5 es una gráfica que representa el funcionamiento de un sistema de turbosobrealimentador secuencial, doble con la limitación del momento de torsión de la presente invención; La Figura 6 es un diagrama en bloques que ilustra un método de la presente invención para regular un turbosobrealimentador; y La Figura 7 es un diagrama en bloques que ilustra un método de la presente invención para regular un turbosobrealimentador en un sistema de sobrealimentación turbo secuencial.

Mejor modo de llevar a cabo la invención Ahora con relación a la Figura 1, se muestra un sistema para regular un turbosobrealimentador. El sistema, generalmente indicado por el número de referencia ÍQ, incluye un motor 12 con una pluralidad de cilindros, cada uncr alimentado por inyectores de combustible 14. En una modalidad preferida, el motor 12 es un motor de combustión interna con ignición por compresión, como puede ser un motor a diesel de 4, 6, 8, 12, 16 o 24 cilindros, o un motor a diesel que tenga cualquier otro número deseado de cilindros. Los inyectores de combustible 14 reciben el combustible presurizado de un suministro conectado a una o más bombas de presión alta o baja (no se muestra) como es bien sabido en la técnica. De otra manera, las modalidades de la presente invención pueden emplear una pluralidad de bombas «unitarias (no se muestran) , cada bomba suministrando combustible a uno de los inyectores 14.

El sistema 10 incluye un sistema de sobrealimentación turbo secuencial 50 para llevar aire a los cilindros a fin de crear potencia incrementada durante la combustión. El sistema de sobrealimentación turbo secuencial 50 es un sistema de sobrealimentación turbo secuencial doble que incluye un turbosobrealimentador primario 52 y un turbosobrealimentador secundario 54. El escape del motor es encaminado a las admisiones de la - turbina del turbosobrealimentador a lo largo de las líneas 56. El aire arrastrado hacia la admisión de aire del motor es encaminado a través de los compresores y al motor a través de las líneas de admisión de aire 58. Se debe entender que el sistema de sobrealimentación turbo secuencial doble esta mostrado para propósitos de ilustración, y que los sistemas y métodos de la presente invención pueden ser empleados en cualquier sistema de sobrealimentación turbo secuencial multiturbo o en un sistema de sobrealimentación turbo individual . El sistema 10 también puede incluir diferentes detectores 20 para generar señales indicativas de los estados operativos correspondientes o los parámetros del motor 12, la transmisión del vehículo (no se muestra) , el sistema de sobrealimentación turbo 50 y otros componentes vehiculares. Los detectores 20 están en comunicación eléctrica con un controlador 22 a través de los puertos de entrada 24. El controlador 22 de preferencia incluye un microprocesador 26 en comunicación con diferentes medios de almacenamiento legibles por cómputo 28 a través del bus de datos y control 30. Los medios de almacenamiento legibles por cómputo 28 pueden incluir cualquiera de un número de dispositivos conocidos que funcionan como una memoria de solo lectura (ROM) 32, memoria de acceso aleatorio (RAM) 34, memoria de supervivencia (KAM) 36, y similares. ^Los medios de almacenamiento legibles por cómputo pueden ser implementados por cualquiera de un número de dispositivos físicos conocidos capaces de almacenar datos que representen las instrucciones ejecutables a través de un computador, comer puede ser el controlador 22. Los dispositivos conocidos pueden incluir, pero no están limitados a, PROM, EPROM, EEPROM, memoria instantánea y similares además de medios magnéticos, ópticos y combinación capaces de almacenamiento de datos temporal o permanente. Los medios de almacenamiento legibles por cómputo 28 realizan la lógica de control a través del software, soporte lógico inalterable, microcódigos y/o los circuitos para realizar el control de los diferentes sistemas y subsistemas del vehículo, como puede ser el motor 12, la transmisión del vehículo (no se muestra) , el sistema de sobrealimentación turbo 50 y similares. El controlador 22 recibe las señales de los detectores 20 a través de puertos de entrada 24 y genera señales de salida que pueden ser proporcionadas a los diferentes accionadores y/o componentes por los puertos de salida 38. Las señales también pueden ser provistas a un dispositivo de pantalla 40 que incluya diferentes indicadores como luces 42 para comunicar la información relacionada con el funcionamiento del sistema al operador del vehículo. Una interfaz de datos, diagnóstico y programación 44 también puede estar selectivamente conectada _aJ controlador 22 a través de un encr.^fe 46 para intercambiar información entre éstos. La interfa.: 44 puede ser utilizada para cambiar valores dentro de los ~ ? ? ~ s de almacenamiento legibles por cómputo 28, como p - ?e ser los parámetros de la configuración, variabl s a calibración, valores del umbral de fallas, lógica de c z'. ^. - y similares. Durante el funcicr. r-.-i. o, el controlador 22 recibe las señales de los detect-.'^ , y ejecuta la lógica de control para regular uno o mas - .rr sobrealimentadores limitando el momento de torsión del ~_t r cara evitar desgaste excesivo y daño a un turbosobre»- ..-•i. -ilor u otros componentes del motor debido a, r - ejemplo, sobrevelocidad o sobrealimentación. En .r.a modalidad preferida, el controlador 22 es el ccr.irlador DDEC disponible de Detroit Diesel Corporation, l -: .1, Michigan. Otras diversas características de este cp rolador se describen con detalle en la patente de los Estados Unidos No. 5,477,827 y 5,445,128, las descripciones de las cuales se incorporan en la presente como referencia en sus enterezas. Continuando con relación a la Figura 1, un controlador de la lógica, como puede ser el microprocesador 26, controla las señales enviadas a los inyectores de combustible 14. El microprocesador 26 calcula un momento de torsión provisional o deseado del motor basado en la solicitud de operador y las condiciones operantes actuales. El momento de torsión provisional del motor puede estar limitado por un valor límite del momento de torsión dinámico del motor para proteger el (los) turbosobrealimentador (es) de acuerdo con la presente invención. Las señales enviadas a los inyectores de combustible 14 son luego basadas en el momento de torsión aplicado al motor (después de limitar el momento _de torsión-cuando es adecuado) . En un sistema turbosobrealimentador secuencial 50 el microprocesador 26 determina el modo de operación del sistema turbosobrealimentador, como puede ser el modo turbo individual o el modo turbo múltiple. La limitación del momento de torsión dinámico y la selección del modo turbo pueden ser incluidos en las funciones del microprocesador 26, o pueden ser realizados en cualquier otra forma conocida en la técnica de los sistemas de control de hardware y software incluyendo una unidad de control independiente que este en comunicación con el controlador 22 para regular el turbosobrealimentador. Como apreciará un experto en la técnica, la lógica de control puede ser realizada o efectuada en hardware, software o una combinación de hardware y software. Las diferentes variaciones se efectúan de preferencia por un microprocesador programado, como puede ser el controlador DDEC, pero pueden incluir una o más funciones implementadas por circuitos eléctricos, electrónicos o integrados dedicados. Como también se apreciará, la lógica del control puede ser realizada utilizando cualquiera de_ un número de técnicas o estrategias de programación y procesamiento conocidas y no está limitado al orden > secuencia que se ilustra en la presente por conveniencia. Por ejemplo, el procesamiento de interrumpir o a un accionar se emplea por lo .común en aplicaciones de control en tiempo real, como puede ser el control de un motor o transmisión de vehículo. De la misma manera, el procesamiento paralelo o los sistemas y métodos de multitareas pueden ser utilizados para lograr los objetivos, características y ventajas de la presente invención. La presente invención es independiente del lenguaje de programación particular, el sistema operativo o el procesador utilizado para realizar la lógica de control que se ilustra. Con relación a la Figura 2, se ilustran las zonas operativas del sistema de sobrealimentación turbo secuencial doble 50. El sistema de preferencia opera en modo turbo individual en la zona A y en la zona C, y en un modo turbo doble en la zona B. Las zonas ilustradas son representativas solamente y pueden variar con base en la aplicación específica. En general, las zonas están delineadas con base en el porcentaje del momento de torsión del motor y la velocidad del motor. El sistema turbosobrealimentador secuencial 50 proporciona sobrealimentación turbo adicional a la velocidad de motor baja y en consecuencia mejor aceleración, particularmente para aplicaciones marinas. Además de la velocidad del motor y el porcentaje del momento de torsión, la estrategia de control turbo de una modalidad •preferida utiliza la velocidad -del eje del turbosobrealimentador para determinar si opera en modo turbo individual o en modo turbo doble. Las zonas operantes y las transiciones entre éstas ahora serán descritas con detalle para el sistema ilustrado. Durante la aceleración a las velocidades bajas del motor, indicadas en ia zona A y en la zona C, el turbosobrealimentador primario 52 será utilizado _ para producir tanto incremento en la presión del colector de admisión- como sea posible sin exceder la- velocidad del turbosobrealimentador. El turbosobrealimentador secundario 54 será activado antes de que el turbosobrealimentador primario 52 exceda la velocidad verificando .el primer parámetro de control, la velocidad de la turbina. En 60 se indica una línea de velocidad de turbina constante. El segundo parámetro de control es la RPM del motor. Conforme se incrementa las RPM del motor, la cantidad de flujo de aire demandada por el motor se incrementa, y el turbosobrealimentador secundario 54 se activa, en la zona B, para proporcionar el flujo de aire incrementado. Un límite de las RPM del motor a las cuales un interruptor al modo turbo doble se activa, E¿-D, esta indicado en 62. El tercer parámetro de control, el momento de torsión aplicado del motor (como un porcentaje del momento de torsión completo o máximo del motor a las RPM actuales) , define los límites superior e inferior de las zonas A y C en modo turboindividual . El propósito del límite inferior, Tt_L, indicado en 64, es evitar que el aceite del motor se combine y fugue de la junta de aceite turbosecundaria. El límite" superior, indicado en 66, proporciona la transición al modo doble para no exceder la velocidad del turbo. Además, si el motor esta en modo de arranque o el motor esta inactivo, el sistema turbo 50 de preferencia esta en el modo turbodoble. Así mismo, si el detector de velocidad turbo no esta configurado o si el detector de la velocidad turbo ha fallado, entonces la velocidad turbo de preferencia no es utiliza para determinar los puntos de transición dado que la información de la velocidad turbo no esta disponible y no puede ser fiable. Las transiciones entre los modos turbo se resumen en lo siguiente. Cualquiera de las siguientes condiciones es suficiente para causar una transición al modo turbo doble del modo sencillo: a) el motor esta en modo de arranque; b) el motor esta inactivo; c) las RPM del motor son mayores que un umbral que puede ser calibrado (indicado en 62); d) la velocidad ttrco es mayor o igual a un umbral que puede ser calibrado indicado en 60), y el momento de torsión es mayor o igu^ a un momento de torsión que puede ser calibrado como una función de las RPM del motor (indicado en 66); ó e) el momento de ' rsión es menor -que un momento de torsión que puede ser talicrado como una función de las RPM del motor indicando . .ir.ea del momento de torsión de velocidad baja (indica , • -:. - 4; . Todas las siy .:• :."- condiciones se _ requieren simultáneamente para p: i . v -ir una transición al modo turbo individual desde el moa. : ,:t doble: a) el motor no es'.j -_-n modo de arranque; b) el motor no esta .r.activo; c) las RPM del m-cr ¿on menores que o iguales a un umbral que puede ser calibrado, de preferencia cont histeresis (indicado en 62) ; d) la velocidad turbo es menor que un umbral_ que puede ser ^calibrado, de preferencia con histeresis (indicado en 60) , o el momento de torsión es menor que un momento de torsión que puede ser calibrado como una función de las RPM del motor, de preferencia con histeresis (indicado en 66) ; y e) el momento de torsión es mayor que o igual a un momento de torsión que puede ser calibrado como una función de las RPM del motor, de preferencia con histeresis, indicando la línea del momento de torsión de velocidad baja (indicado en 64) . En las declaraciones condicionales anteriormente descritas, las afirmaciones que se refieren a la velocidad turbo pueden ser resueltas si el detector ha fallado o no está configurado como sigue. Si la comprobación del momento de torsión en la misma declaración está habilitada, entonces la velocidad turbo es considerada como arriba del valor umbral, es decir, la velocidad turbo se elimina del criterio. Esto permitirá transiciones con base en "el momento de torsión, pero no en la velocidad turbo. Si la comprobación del momento de torsión en la misma declaración está deshabilitada, entonces la velocidad turbo es considerada como abajo del valor umbral. En una modalidad preferida, particularmente adecuada para aplicaciones marinas, las RPM del motor están en el intervalo desde aproximadamente 0 a 2,400 RPM. La línea de la velocidad turbo constante, indicada en 60, tiene un valor umbral superior de aproximadamente 40,000 RPM, y un valor umbral inferior de aproximadamente 35,000 RPM para producir histeresis. El límite de las RPM del motor, indicado en 62, tiene un valor umbral superior de aproximadamente 1,750 RPM, y un valor umbral inferior de aproximadamente 1,700 RPM para producir histeresis. Además, en una modalidad preferida, el límite mínimo del momento de torsión, indicado en 64, tiene un cronómetro para retardar las transiciones de un modo al otro modo, además de la histeresis del valor del parámetro. El cronómetro evitará transiciones cuando el jiomento de torsión aplicado cambie significativamente en una dirección, y luego regrese a su valor inicial dentro de un periodo de tiempo corto. Por ejemplo, cuando el motor esta en modo turbo sencillo, y ocurre una caída en la demanda del momento de torsión debido a una ligera desaceleración o disminución en 'la velocidad solicitada, entonces el motor regresa a su demanda previa del momento de torsión, el motor permanece en modo turbo sencillo debido al retraso del cronómetro. De preferencia, todas las condiciones de transición tienen algún retardo en el tiempo además de histeresis del parámetro para evitar rápida oscilación entre los modos. Una variedad en las condiciones puede provocar exceso de velocidad turbo o sobrealimentación. Por ejemplo, la falla de la compuerta de desagüe (posiblemente debido a adulteración) , falla de las aletas de escape que se abren para permitir turbosobrealimentadores adicionales en un sistema de turbosobrealimentación en secuencia, u otras condiciones pueden causar exceso de velocidad turbo o sobrealimentación turbo. Para proteger a un turbosobrealimentador del daño causado por exceso de velocidad, se indica un estado de falla para el exceso de velocidad turbo de modo que puede tomarse una acción correctiva. El exceso de velocidad turbo ocurre cuando la velocidad turbo excede un valor umbral de falla activo establecida que es menor que el valor limite de la velocidad turbo. La falla en el exceso de velocidad turbo se borra cuando la velocidad turbo cae abajo del valor . umbral activo de la falla con histeresis, o borra el valor umbral. Cuando existe una falla activa en la sobrevelocidad turbo, de preferencia la luz de comprobación del motor se energiza para alertar a un operador del estado de falla. Si el detector de la velocidad turbo no está configurado, entonces las fallas en el exceso de velocidad turbo no pueden ser fácilmente detectadas y registradas. De la misma manera, si fallan los detectores de la velocidad turbo, los estados de exceso de velocidad turbo no se determinan fácilmente y las fallas del exceso de velocidad no serán registradas. Si una falla en el exceso de velocidad está en progreso cuando la velocidad turbo se hace inválida, entonces se borrará la falla del exceso de velocidad. Cuando la falla en el exceso de velocidad turbo se hace activa en un sistema turbosobrealimentador doble, ya sea en modo turbo sencillo o doble, el sistema turbo" es forzado al modo turbo dobie. El sistema permanece en modo turbo doble durante un tiempo mínimo que puede ser calibrado para permitir al sistema completar su transición al modo turbo doble. El modo puede cambiar solo después de que ha expirado el tiempo mínimo, y la falla en el exceso de velocidad turbo se ha eliminado en cuyo punto el sistema turbo opera en forma normal. Con referencia a la Figura 3, se proporciona un valor límite del momento de torsión dinámico del motor para proteger el turbosobrealimentador durante un estado de sobrevelocidad. El límite del momento de torsión se determina de preferencia con base en un sistema de control de circuito cerrado, generalmente indicado en 68. El sistema de control de circuito cerrado 68 de preferencia incluye un término proporcional/integral 70, aunque es posible utilizar otro tipo de controladores. El sistema de control 68 incluye la lógica que limita el momento de torsión 72, el cual limita el momento de torsión aplicado al motor 74 seleccionando o pasando el menor de sus momentos de torsión de entrada a su salida los cuales entonces se convierten en el momento de torsión aplicado del motor. El controlador de circuito cerrado 68 de preferencia se habilita cuando la velocidad turbo alcanza el valor umbral de falla activa en velocidad en exceso, provocando un estado de falla en la velocidad en exceso. El controlador proporciona el control de la velocidad de la turbina a través de la limitación del momento de torsión del motor. El limite del momento de torsión dinámico se basa en la diferencia (o error) entre el valor limite de la velocidad del turbosobrealimentad establecido y la velocidad actual de la turbina. El valor limite del parámetro del turbosobrealimentador _se elige mayor que el valor umbral de la falla activa en r-rrovelocidad para permitir que el sistema proporciona ur.a respuesta controlada y proteger el sistema turbo. El controlador sir. r.ac ilitado hasta que la velocidad turbo medida cae ara'- :°l valor umbral neto de la sobrevelocidad turbo _ • na quitado la falla de la sobrevelocidad. En este r rer.to, el controlador 68 deja de proporcionar un limite :--- r ;rento de torsión. El limite del momento de torsión pr:p- r :onado por la protección del exceso de velocidad turr ; :. _ debe ser menor que un momento de torsión de motor -euíi i te para evitar que el motor pierda velocidad.

Cuando el sistema de control 68 esta habilitado, y el momento de torsión provisional 78 es mayor que el limite del momento de torsión dinámico 76, el momento" de torsión aplicado 80 se vuelve efectivamente el limite del momento de torsión dinámico 76. A medida que la velocidad de la turbina llega a su valor limite establecido debido a la demanda del momento de torsión excediendo el limite del momento de torsión dinámico, el error se reduce, dando origen a una reducción en el limite del momento de torsión dinámico 76. Esto reduce efectivamente el momento de torsión del motor para reducir el flujo de escape a través de la turbina, de modo que el turbosobrealimentador no excede en la velocidad. Cuando el momento de torsión provisional 78 es menor que el limite del momento de torsión 76, el momento "de torsión aplicado 80 es el momento de torsión provisional 78, permitiendo que el motor funcione sin limitación del momento de torsión mientras el sistema de control 68 permanece habilitado . Para proteger el turbosobrealimentador de daño debido a sobrealimentación, se indica un estado de falla de la sobrealimentación turbo de modo que puede tomarse acción correctiva. La sobrealimentación turbo ocurre cuando la presión de la sobrealimentación turbo excede un valor umbral de falla activa establecido que es menor que el valor limite de la presión de la sobrealimentación turbo. La falla de la sobrealimentación turbo se borra cuando la presión de sobrealimentación turbo cae abajo del valor umbral de falla activa con histeresis, o el valor umbral neto. Cuando existe falla de sobrealimentación turbo activa, la luz de comprobación del motor debe encenderse para alentar a un operador del estado de falla. Si el detector de la presión de sobrealimentación turbo no esta configurado, entonces la falla de sobrealimentación turbo no puede ser fácilmente" detectada y registrado. De la misma manera, sí falla el detector de la presión de la sobrealimentación turbo entonces los estados de sobrealimentación turbo no son fácilmente determinables y no se registraran las_ fallas en la sobrealimentación. Si una falla en la sobrealimentación esta en progreso cuando la presión de la sobrealimentación turbo se hace inválida, entonces se eliminará la falla de la sobrealimentación. Cuando la falla de sobrealimentación turbo se hace activa en un sistema turbosobrealimentador doble, ya sea en el modo turbo sencillo o doble, el sistema turbo es forzado al modo turbo doble. El sistema seguirá estando en modo turbo doble durante un tiempo mínimo que puede ser calibrado para permitir al sistema completar su transición al modo turbo doble. El modo del sistema cambiará después de que ha expirado el tiempo mínimo, y la falla de sobrealimentación turbo se ha eliminado, en cuyo punto el sistema turbo operará normalmente. Con referencia a la Figura 4, un valor limite del momento de torsión dinámico del motor se proporciona para proteger al turbosobrealimentador durante el estado de sobrealimentación. El limite del momento de torsión se determina de preferencia con base en un sistema de control de circuito cerrado, generalmente indicado en 88. El sistema de control de circuito cerrado 88 de preferencia incluye un término proporcional/integral 90, aunque es posible utilizar otro tipo de controladores. El sistema de control 88 incluye la lógica de limitación del momento de torsión 92, la cual limita el momento de torsión aplicado al motor 94 seleccionando o pasando el menor de sus momentos de torsión de entrada a su salida el cual entonces se convierte en el momento de torsión aplicado al motor. El controlador de- circuito cerrado 88 de preferencia se habilita cuando la presión de sobrealimentación turbo llega a -un valor umbral de falla activa de sobrealimentación, provocando un estado de falla de la sobrealimentación. El controlador proporciona control de la presión de sobrealimentación turbo limitando el momento de torsión del motor. El limite del momento de torsión dinámico se basa en la diferencia (o error) entre- el valor limite de la presión de sobrealimentación turbo establecido y la presión de sobrealimentación turbo actual. El valor limite del parámetro del turbosobrealimentador se elige mayor que el valor umbral de falla activa de sobrealimentación para permitir que el sistema proporcione una respuesta controlada y para proteger el sistema turbo. El controlador sigue habilitado hasta que la presión de sobrealimentación turbo medida cae abajo del valor umbral neto de sobrealimentación turbo, y la falla de sobrealimentación se ha borrado o eliminado. En este momento, el controlador 88 deja de proporcionar un limite del momento de torsión. El límite del momento de torsión proporcionado por la protección de sobrealimentación turbo de preferencia es cuando menos suficiente para evitar que el motor pierda velocidad. — Cuando el sistema de control 88 está habilitado, y el momento de torsión provisional 98 es mayor que el limite del momento de torsión dinámico 96, el momento de torsión aplicado 100 se vuelve efectivamente del límite" del momento de torsión dinámico 96. A media que la presión de sobrealimentación turbo llega a su valor limite establecido por la demanda del momento de torsión excediendo el limite del momento de torsión dinámico, el error se reduce, dando origen a una reducción del limite del momento de torsión dinámico 96. Esto efectivamente reduce el momento de torsión del motor para reducir el flujo de escape a través de la turbina de modo que el turbosobrealimentador no se sobrealimentará. Cuando el momento de torsión provisional 98 es menor que el limite del momento de torsión-96, el momento de torsión aplicado 80 es el momento de torsión provisional 98, permitiendo que el motor funcione sin limitación del momento de torsión mientras el sistema de control 88 sigue habilitado . En los sistemas de control de circuito cerrado anteriormente descritos para protección turbo del exceso de velocidad y exceso de alimentación, los valores de ganancia representativos son "tomo sigue. Para un sistema de verificación de la velocidad turbo, una ganancia proporcional de aproximadamente 0.008% del momento de torsión/RPM, y una gar.ar. ia integral de aproximadamente 0.008% momento de tors ln 's/RPM puede utilizarse donde el por ciento del moment- l torsión representa la salida demandada del motor y -as HPM son las RPM de la turbina. Para un sistema de tarrprobación de la presión de sobrealimentación turr, , .r.a ganancia proporcional de aproximadamente 0.7" : _ .• -tentó de torsión/kPa, y una ganancia integral de apr;x.~ adámente 0.7% momento de torsión *s/kPa pueden utilizar ^ . Desde luego, estos valores variarán con base en l-_¡ aplicación específica y las características de la respuesta deseadas del controlador de circuito cerrado durante ia limitación del momento de torsión dinámico.

Se debe entender que los sistemas y métodos de la presente invención pueden controlar y limitar la velocidad turbo y la presión de sobrealimentación turbo, y/o cualquier otro parámetro del turbosobrealimentador utilizando un limite del momento de torsión dinámico con base en el valor actual del parámetro del turbosobrealimentador y un valor limite del parámetro del turbosobrealimentador. Los sistemas y métodos de preferencia se realizan utilizando control de circuito cerrado para limitar el momento de torsión del motor con base en una señal de error entre el valor medido del parámetro actual del turbosobrealimentador y el valor límite establecido. Ahora con referencia a la Figura 5 se ilustra el funcionamiento de un turbosobrealimentador secuencial doble de acuerdo con la presente invención. Un parámetro turbo seleccionado del grupo que consiste en velocidad turbo o presión de sobrealimentación turbo o cualquier otro parámetro adecuado está indicado en las ordenadas. El tiempo esta indicado en las abscisas. En el punto G, el parámetro turbo excede un valor umbral operante establecido en el cual se desea la transición al modo turbo doble. En el punto H, el parámetro del turbosobrealimentador excede un valor umbral de falla inactiva, haciendo que el sistema cambie al modo turbo doble como se describió anteriormente. En el punto I, el parámetro turbo excede un valor umbral de falla activa establecido, habilitando la limitación del momento de torsión dinámico de la presente invención. Mientras se habilita la limitación del momento de torsión dinámico, el momento de torsión aplicado del motor se limita substancialmente por el valor del limite del momento de torsión dinámico del motor. De otra manera, el momento de torsión aplicado del motor es el momento de torsión provisional del motor. Se debe entender que la limitación del momento de torsión dinámico siempre puede ser habilitado si se desea, dado que el valor del limite del momento de torsión dinámico determinado siempre será muy grande (debido a la señal de error grande) a menos que el parámetro medido del turbosobrealimentador sea cercano al valor limite establecido. En el punto J, debido al momento de torsión provisional que excede el valor limite del momento de torsión dinámico, el parámetro turbo es substancialmente limitado por el valor limite del parámetro del turbosobrealimentador 'en una forma determinada por el tipo de controlador, cualquiera de los valores de ganancia asociados y las condiciones del motor. Se debe apreciar que el criterio del diseño, como puede ser el sobreimpulso máximo, el tiempo de subida, el tiempo de respuesta y otros criterios pueden ser cumplidos sintonizando adecuadamente el controlador Pl y/o incluyendo elementos de control adicionales en el sistema como control derivado o compensadores de avance/retardo. En el punto K, el parámetro turbo esta abajo del umbral neto, borrando la falla activa y deshabilitando la limitación del momento de torsión dinámico. En el punto L, la falla inactiva se ha aclarado permitiendo la transición nuevamente al modo turbo sencillo. Se debe entender que los sistemas y métodos de la presente invención pueden ser aplicados a un turbo sencillo para proteger el turbo limitando el momento de torsión del motor, o a múltiples turbos en cualquier tipo de sistema turbo múltiple. Con referencia ahora a la Figura 6, se describirá un método de la presente invención. En el paso 110, el valor limite del parámetro del turbosobrealimentador se establece para un parámetro del turbosobrealimentador de preferencia seleccionado del grupo que consiste en velocidad de la turbina y presión de sobrealimentación turbo. En el paso 112, el parámetro del turbosobrealimentador se verifica con detectores adecuados para medir el parámetro del turbosobrealimentador. En el paso 114, se determina un valor limite del momento de torsión dinámico del motor con base en el valor actual del parámetro del turbosobrealimentador y el valor limite del parámetro del turbosobrealimentador. De preferencia, el valor limite del momento de torsión dinámico del motor se determina a partir de un sistema de control de circuito cerrado del tipo que incluye retroalimentación negativa para comparar el valor actual del parámetro del turbosobrealimentador al valor limite del parámetro del turbosobrealimentador . En el paso 116 se determina un momento de torsión provisional del motor con base en las condiciones del motor. De otra manera, el combustible por ciclo o por ciento de carga pueden ser utilizados para los propósitos del control del sistema en lugar del momento de torsión que regula el motor. En el paso 118, el valor limite del momento de torsión dinámico del motor se compara con el momento de torsión provisional del motor, y el momento de torsión aplicado del motor se limita al menor de los dos momentos de torsión. En una modalidad preferida, se establece un primer limite del momento de torsión del motor suficiente para evitar que el motor pierda velocidad. Se determina un segundo momento de torsión del motor con base en el sistema de control de circuito- cerrado . El valor limite del momento de torsión dinámico del motor del paso 114 se determina como el mayor de éstos primero y segundo valores del momento de torsión. Con referencia a la Figura 7, se describirá otro método de la presente invención. En el paso 120 se establece un valor umbral de falla inactiva para forzar el modo turbo múltiple en un sistema turbosobrealimentador múltiple. El valor umbral de falla inactiva es menor que el valor límite del parámetro del turbosobrealimentador. En el paso 122, se establece un valor umbral de falla activa para habilitar la limitación del momento de torsión dinámico de la presente invención. El valor umbral de la falla activa es menor que el valor limite del parámetro del turbosobrealimentador, y mayor que el valor umbral de la falla inactiva. En el paso 124 se determina un estado de falla inactiva cuando el parámetro ael turbosobrealimentador excede el valor umbral de la falla inactiva. En el paso 126, con la determinación del estala de falla inactiva, el sistema de turbosobrealimentación es forzado al modo turbo múltiple, o modo doble en un sistema de turbosobrealimentación secuencial doble. En el paso 128 .se etermina un estado de falla activa" cuando el parámetro tl turbosobrealimentador excede el valor umbral de la f . - '... _? i tiva. En el paso 130, con la determinación del esf i :^_ l falla activa, el momento de torsión aplicado del rr t_r -^ * imita de acuerdo con el valor limite del momento ao torsió dinámico del motor, y de preferencia se somete a :p tomento de torsión minimo para evitar que el motor pieria velocidad. Se debe apreciar que - presente invención obtiene un control preciso sobre :r.o o más parámetros del turbosobrealimentador, cot puede ser la velocidad de la turbina y la presión de sobrealimentación turbo. Los sistemas y métodos de la presente invención son aplicables a cualquier tipo de sistema de turbosobrealimentación incluyendo los sistemas turbo sencillo y turbo múltiple, y proporciona control sobre los parámetros del turbosobrealimentador utilizando un limite del momento de torsión dinámico. Aunque el mejor modo contemplado para realizar la invención ha sido descrito con detalle, quienes están familiarizados con la técnica a la cual pertenece esta invención reconocerán diferentes diseños alternativos y modalidades para practicar la invención como se define mediante las siguientes cláusulas.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Un método para controlar un turbosobrealimentador para limitar un parámetro del turbosobrealimentador a un valor limite deseado en un motor de combustión interna, el método consiste en: verificar el turbosobrealimentador para determinar un valor actual para el parámetro del turbosobreálimentador; determinar un valor limite del momento de torsión dinámico del motor con base en el valor actual del parámetro del turbosobrealimentador y el valor limite del parámetro del turbosobrealimentador; y limitar un momento de torsión de motor aplicado al valor limite del momento de torsión dinámico del motor para limitar el parámetro del turbosobrealimentador.

2. El método de la reivindicación 1, en donde el valor limite del momento de torsión dinámico del motor se determina de modo que, cuando el momento de torsión aplicado del motor está limitado al valor limite del momento de torsión dinámico del motor, el valor actual del parámetro del turbosobrealimentador se limita substancialmente por el valor limite del .parámetro del turbosobrealimentador.

3. El método de- la reivindicación 2, en donde el valor límite del momento- de torsión dinámico del motor se determina a partir de un sistema de control de circuito cerrado que compara el valor actual del parámetro del turbosobrealimentador con el valor limite del parámetro del sobrealimentador .

4. El método de la reivindicación 1, en donde el parámetro del turbosobrealimentador se selecciona del grupo que consiste en la velocidad de la turbina y la presión de sobrealimentación turbo.

5. El método de la reivindicación 1, en donde la determinación de un valor límite del momento de torsión dinámico del motor consiste en: establecer un primer momento de torsión suficiente para evitar que el motor pierda velocidad; determinar un segundo momento de torsión del motor con base en el valor actual del parámetro del turbosobrealimentador y el valor límite del parámetro del turbosobrealimentador; y determinar el valor límite del momento de torsión dinámico del motor como el mayor del primer momento de torsión del motor y el segundo momento de torsión del motor.

6. El método de la reivindicación 1, en donde la limitación de un momento de torsión aplicado al motor consiste' en: establecer un valor umbral de falla para el parámetro del turbosobrealimentador, siendo el valor umbral de falla menor que el valor límite del parámetro del turbosobrealimentador; determinar un estado de falla cuando el parámetro del turbosobrealimentador excede el valor umbral de la falla; y limitar el momento de torsión aplicado del motor al menor del valor limite del momento de torsión dinámico del motor y el momento de torsión provisional del motor cuando existe un estado de falla.

7. El método de la reivindicación 6 además comprende: establecer un valor umbral neto para el parámetro del turbosobrealimentador, siendo el valor umbral neto menor que el valor umbral de la falla; y borrar el estado de falla cuando el parámetro del turbosobrealimentador cae abajo del valor umbral neto.

8. Un método para controlar un turbosobrealimentador para limitar un parámetro del turbosobrealimentador a un valor límite deseado en un sistema de turbosobrealimentación secuencial que incluye una pluralidad de turbosobrealimentadores, el método consiste en: verificar el turbosobrealimentador para determinar un valor actual del parámetro del turbosobrealimentador; determinar valores en el momento de torsión dinámico del motor con base en el valor actual del parámetro del turbosobrealimentador y el valor límite del parámetro del turbosobrealimentador; y limitar un momento de torsión aplicado del motor al valor límite del momento de torsión dinámico del motor para limitar el parámetro del turbosobrealimentador.

9. El método de la reivindicación 8, en donde el valor limite del momento de torsión dinámico del motor se determina de modo que, cuando el momento de torsión aplicado del motor está limitado al valor límite del momento de torsión dinámico del motor, el valor actual del parámetro del- turbosobrealimentador esta substancialmente limitado por el valor limite del parátetro del turbosobrealimentador.

10. El método de i a reivindicación 9, en donde el valor limite del momento de torsión dinámico del motor se determina a partir de un sistema de control de circuito cerrado que compara ol valor actual del parámetro del turbosobrealimentador cor. el valor limite del parámetro del turbosobrealimentador.

11. El método de la reivindicación 8, en donde el parámetro del turbosct r al tentador se selecciona del grupo que consiste en la ve_t; aal de la turbina y la presión de sobrealimentación turbo .

12. El método d? .a reivindicación 8, en donde la determinación de un va. r Limite del momento de torsión dinámico del motor comprc-r. ae : ' establecer un primer momento de torsión del motor suficiente para evitar que el motor pierda velocidad; determinar un segundo tomento de torsión del motor con base en el valor actual del parámetro del turbosobrealimentador y el valor límite del parámetro dei turbosobrealimentador; y determinar el valor limite del momento de torsión dinámico del motor como el mayor del primer momento de torsión del motor y el segundo momento de torsión del motor.

13. El método de la reivindicación 8, en donde la selección de un momento de torsión aplicado del motor consiste en: establecer un valor umbral de falla para el parámetro del turbosobrealimentador, siendo el valor umbral de la falla menor que el valor limite del parámetro del turbosobrealimentador; determinar un estado de falla cuando el parámetro del turbosobrealimentador excede el valor umbral de la falla7 y limitar el momento de torsión aplicado del motor al menor del valor limite de momento de torsión dinámico del motor y el momento de torsión provisional del motor cuando existe el estado de falla.

14. El método de la reivindicación 13 además comprende: establecer un valor umbral neto para el parámetro del turbosobrealimentador, siendo el valor umbral neto menor que el valor umbral de falla; borrar es estado de falla cuando el parámetro del turbosobrealimentador cae abajo del valor umbral neto.

15. El método de la reivindicación 8, en donde la pluralidad de turbosobrealimentadores incluye un turbosobrealimentador primario y cuando menos un turbosobrealimentador secundario, siendo el sistema de sobrealimentación secuencial operable en un modo turbo sencillo en el cual solo esta activo el turbossbrealimentador primario, y un modo turbo múltiple en el que el turbosobrealimentador primario y cuando menos un turbosobrealimentador _ secundario están activos, el método además comprende: establecer un valor umbral de falla para el parámetro del turbosobrealimentador, siendo el valor umbral de la falla menor que el valor limite del parámetro del turbosobrealimentador; * determinar un estado de falla cuando el parámetro del turbosobrealimentador excede el valor umbral de falla; y operar el sistema de turbosobrealimentación secuencial en el modo turbo múltiple cuando exista estado dé falla.

16. Un sistema para controlar un turbosobrealimentador en un motor de combustión interna, el sistema comprende: un dispositivo detector para verificar el turbosobrealimentador para determinar un valor actual para un parámetro del turbosobrealimentador; la lógica de control para determinar un valor límite del momento de torsión dinámico del motor con base en el valor actual del parámetro del turbosobrealimentador y un valor limite establecido del parámetro del turbosobrealimentador, determinando un momento de torsión provisional del motor y limitando un momento de torsión aplicado del motor al menor del valor limite del momento de torsión dinámico del motor y el momento de torsión provisional del motor.

17. El sistema de la reivindicación 16, en donde la lógica de control determina el valor limite del momento de torsión dinámico del motor de modo que, "cuando el_ momento de torsión aplicado del motor esta limitado al valor limite del momento de torsión dinámico del motor, el valor actual del - parámetro del turbosobrealimentador esta substancialmente limitado por el valor limite del parámetro del turbosobrealimentador.

18. El método de la reivindicación 17, en donde la lógica de control determina el valor limite del momento de torsión dinámico del .motor a partir de un sistema de control de circuito cerrado que compara el valor actual del parámetro del turbosobrealimentador con el valor limite del parámetro del turbosobrealimentador.

19. Un medio de almacenamiento que puede ser leído_ por computador y que tiene información almacenada en el mismo representando instrucciones ejecutables por un computador para_" controlar un vehículo que tiene un motor, de combustión interna con un turbosobrealimentador, el medio de almacenamiento legible por computo contiene: instrucciones para comprobar el turbosobrealimentador para determinar un valor actual para un parámetro del turbosobrealimentador; instrucciones para determinar un valor limite del momento de torsión dinámico del motor con base en el valor actual del parámetro del turbosobrealimentador y un valor limite establecido del parámetro del turbosobrealimentador; instrucciones para determinar un momento _de torsión provisional del motor; y instrucciones para limitar un momento de torsión aplicado al motor al menor del valor limite del -momento de torsión dinámico del motor y el momento de torsión provisional del motor.

20. El medio de ..almacenamiento legible por cómputo de la reivindicación 19 además comprende: instrucciones para determinar el valor límite del momento de torsión dinámico del motor de modo que cuando el momento de torsión aplicado al motor esta limitado por el valor limite del momento - de torsión dinámico del motor, el parámetro del turbosobrealimentador rastrea substancialmente para el valor limite del parámetro del turbosobrealimentador.