SE532264C2 - Metod och system för styrning av en VTG-motor - Google Patents

Description

532 254 retardation av motorvarvtalet.

För att få en snabb retardation av motorvarvtalet vid uppväxling kan VTG ställas in att fungera som motorbrorns. Genom att skapa ett högt avgastryck uppströms VTG-turbinen kommer detta tryck att öka pumpningstörlusterna hos motorn och därmed bidra till att minska dess varvtal. l en sådan operation gäller att ju mera sluten VTG desto större pumpnings- förluster måste absorberas av motorn, med följd att motorvarvtalet minskar snabbare.

Emellertid kan VTG ta upp tryckfall endast till en viss gräns. Följaktligen kan tryckskillnaden över VTG inte tillåtas överskrida ett visst värde som år specifikt för varje typ av VTG.

Genom kunskap om maximalt tillåten tryckskillnad över VTG och styrning av VTG till en så sluten position som möjligt utan att överskrida maximalt tillåtet tryck kommer VTG att bidra till minskning av motorns varvtal så snabbt som möjligt utan att skada VTG. Resultatet av en sådan styrstrategi är en mycket snabb retardation av motorvarvtalet, vilket i sin tur innebär att växlingen kan genomföras snabbare.

I ett utföringsexempel sluts VTG en viss tid innan växlingen genomförs, utgående från en prognos av en framtida uppväxling. Detta är gynnsamt därför att när växlingen inleds är motorbromsningen redan maximal och fullständig motorbromsning kan därmed upprätthållas under hela växlingsoperationen. l ett utföringsexcrnpel uppnås maximal VTG-bromsning genom styrning av avgastrycket till ett maximalt tillåtet tryck utan att sätta VTG i fara. Detta är gyrmsamt därför att metoden tillåter robust styrning av VTG utan beroende av en modell. Detta kan vara gynnsamt under vissa omständigheter. l ett utföringsexempel anpassas styrsystemet för att fastställa den effektiva flödcsarean för VTG, och för att fastställa maximalt tillåten slutning för VTG, utgående från den fastställda effektiva flödesarean hos VTG. Detta tillåter snabb beräkning av optimal VTG-position, vilket gör styrmetoden snabb och noggrann. l ett utföringsexempel har styrsystemet åtkomst till en lagrad tabell över VTG-positioner för olika effektiva flödesareor, så att maximalt sluten VTG-position kan fastställas direkt från tabellen, vilket ytterligare minskar tiden för att hitta optimal VTG-position. 532 284 I ett utfóringsexempel anpassas styrsystemet för att upprepade gånger uppdatera maximalt sluten position för VTG under växling. Detta säkerställer att optimalt sluten position åstadkoms under hela den period som växling pågår. Samtidigt säkerställs att VTG sluts till en position där VTG inte utsätts för fara.

I ett annat utföringsexempel kombineras motorbromsningsegenskaperna hos en VTG med en konventionell motorbromsningsanordnin g, som en avgasbroms, placerad nedströms turbinen.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas i närmare detalj genom icke-begränsande exempel och med referens till bifogade ritningar, där: - Fig. la är en generell delvy av en av en drivlina, inklusive en motor utrustad med turboladdare med VTG, - Fig. lb är en vy som illustrerar avgasflödet i motorn i tig. la i närmare detalj, - Fig. 2 är ett tlödessehema som illustrerar de steg som utförs vid styrning av en VTG-utruSïfid motor som driver ett motorfordon i enlighet med ett första förverkligande, och - Fi g. 3 är ett flödesschema som illustrerar de steg som utförs vid styrning av en VTG-UIYUSIHÖ motor som driver ett motorfordon i enlighet med ett andra förverkligande.

DETALJERAD BESKRIVNING I tig. l visas sohematiskt valda delar av en drivlina 100 i ett motorfordon 10. Drivlinan som är avbildad i fig. 1 kan till exempel vara avsedd att ingå i en lastbil eller ett annat tungt fordon, som en buss eller liknande. I drivlinan 100 ingår en motor 101, t.ex. i form av en dieselmotor.

I motom l0l ingår en turboladdare som drivs av en turbin med Variable Turbine Geometry VTG 103. Motorn är vidare ansluten till en växellåda, till exempel en växellåda anpassad för automatisk växling, 105. Fordonet l0 kan även förses med en avgasbroms så som framgår av fig. lb.

Motorn 101 och växellådan 105 styrs av minst en styrenhet 107, som en elektronisk styrenhct (ECU). Styrenheten är anpassad för att ta emot sensorsigialer från olika delar av fordonet, inklusive men inte begränsat till signaler som används för att styra växellådan Och m0ï0m- 532 E54 Styrenheten 107 är vidare anpassad för att leverera styrsigrialer till olika delar och komponenter av fordonet, som till exempel motorn och växellådan.

Styrningen av olika delar och komponenter av fordonet styrs av förprogrammerade instruktioner lagrade i styrenheten. De förprogrammerade instruktionerna utgörs typiskt av ett datorprogram som exekveras av styrenheten. Genom att ändra instruktionerna kan fordonets uppträdande i en specifik situation anpassas. Typiskt finns minneslagrade datorinstruktioneri form av en datorprogramprodukt 110, lagrad på ett läsbart digitalt lagringsrnedium 108, som ett minneskort, ctt läsminne (ROM), ett arbetsminne (RAM), en EPROM, en EEPROM eller ett flashminne.

I fig. lb visas avgasflödet för motorn som avbildas i fig. la i närmare detalj, varvid pilarna indikerar avgasernas flödesriktning. Följaktligen sitter VTG 103 nedströms motorn.

Uppströms VTG, t.ex. vid början av avgassystemet, sitter en första tryckgivare 115. En andra tryckgivare 116 sitter nedströms VTG 103. Dessutom tenn kan det finnas en avgasbroms 117 ytterligare nedströms den andra tryckgivaren 116.

I fig. 2, illustrerar ett flödesschema proceduren för styrning av en motor med VTG i ett motorfordon i enlighet med ett förverkligande av föreliggande uppfinning. Följaktligen, i ett första steg 201, beräknar styrenheten maximalt tillåten slutning av VTG med hjälp av aktuella värden från tryckgivare före och efter VTG.

Trycket på turbinens lastsida kan också approximeras med omgivningstrycket eller, till exempel, med hjälp av modellen nedan för tryckfall i avgassystemet. r__..,.,........,., . .- p.. 1141.: i y 3 pa,=~ï'5"~+\,'~4l+Å,gSRT m,- GH! a Sluten VTG-position kan till exempel beräknas med hjälp av följande prognosberäkningar: .f m, =A,_l,{iå'_-.\P ßtl-.yd (1) NITmR \p¿,_, där 532 254 Ar:Ar*Cd ye=cp/c1, f' .i i 2 f nu _ f. lf.. l y? ølpall f par f 2 Iyfl »y _ I I _\_ __..f.. wíp” V” "v" i I Pb, a/fil/ (z) Pb: l i, 2 ylye else ï/e l Genom att lösa ekvation (1) för At får man At som funktion av följande variabler.

A,=f(1f'1,~T@m-Pb,~.1n.f) <3) Genom att använda referensvärden for tryckvärden, och mätvärden for massflöde och avgasternperatur ger ekvation (3) ger den effektiva flödesarean for VTG som motsvarar önskat tryckfall över turbinen. Eftersom den effektiva flödesarean är en funktion av VTG- positionen lagras VTG-positioner som motsvarar en viss effektiv flödesarea i en tabell (fZ) i ECU.

VTG-position = f2 (Af) Beskrivning av variabler m, = massflöde genom lurbin A, = turbinens effektiva jlödesarea A, = Tvärsnittsarea avflödesvägen Cd = F lödeskoeflïcíent Km = Inställbar modellparameter T em = avgastemperatur pmm = atmosfärstryck pa, = tryck efter turbín 532 254 pb, = tryck före turbin cp = specifik värmekapacítet vid konstant tryck cv = specifik värmekapacitet vid konstant volym R = Ideal gaskonstant Beräkningarna som utförs i steg 201 förnyas kontinuerligt så att styrenheten alltid har tillgång till ett uppdaterat pro gnosvärde för graden av slutning hos VTG. När en växling skall genomföras och aktuell växel läggs ur är det önskvärt att snabbt minska motorvarvtalet till ett varvtal som är synkront med nästa växel, varefter den växeln kan läggas i. Ett högt avgastryck bidrar till att minska motorvarvtalet snabbt och minskar därmed väntetiden tills nästa växel kan läggas i. Därför är det gyrmsamt att ha ett högt avgastryck när växling skall ske.

Följaktligen, när en växling initieras i ett andra steg 203 meddelas denna händelse till styrenheten. Signalen kan till exempel vara en triggsignal från en annan styrenhet som styr växellådan, vilken, då en växling initieras, även skickar en signal till styrenheten som styr VTG-positionen. Styrenheten har åtkomst till data med avseende på aktuell maximalt sluten VTG-position och kan utfärda en styrsignal som styr VTG till motsvarande position, så att avgastrycket maxirneras i ett tredje steg 205. Därefter kontrollerar proceduren om växlingen har utförts i ett fjärde steg 207. Om växlingen har utförts avslutas proceduren i ett femte steg 209 och styrningen av VTG utförs utgående från den styrstrategi som styrenheten är programmerad att följa.

Om växlingen däremot inte har genomförts i steg 207 fortsätter proceduren till ett sjätte steg 211, där VTG-beräkningarna, så som beskrivs ovan, uppdateras så att VTG kan styras vidare till maximalt sluten position. Proceduren återgår därefter till steg 205, vari VTG åter styrs till en position motsvarande resultatet av VTG-beräkningarna.

I fig. 3 illustrerar ett flödcsscherna proceduren för styrning av VTG i ett motorfordon i enlighet med ett annat förverkligande av föreliggande uppfinning.

Efiersom det är önskvärt att avgastrycket är så högt som möjligt under växlingsfasen och eftersom det tar tid att bygga upp ett högt avgastryck kan det vara gyrmsamt att börja bygga 532 264 upp ett högt avgastryck innan den faktiska växlingen inleds. En sådan styrningsprocedur visas i fig. 3.

Följaktligen, först, i ett första steg 301, beräknar styrenheten maximalt tillåten slutning av VTG med hjälp av aktuella värden frän tryckgivare uppströms och nedströms VTG. Trycket efter turbinen kan även approximeras med omgivningstrycket eller någon annan approximation.

Sluten VTG-position kan till exempel beräknas med hjälp av beräkningarna som beskrivits ovan, tillsammans med fig. 2. Beräkningarna som utförs i steg 301 förnyas kontinuerligt så att styrenhcten alltid har tillgång till ett uppdaterat prognosvärde för graden av slutning hos VTG.

När en växling skall genomföras och aktuell växel läggs ur är det önskvärt att snabbt minska motorvarvtalet till ett varvtal som är synkront med nästa växel, varefter den växeln kan läggas i. Ett högt avgastryck bidrar till att minska motorvarvtalet snabbt och minskar därmed väntetiden tills nästa växel kan läggas i. Därför det gynnsamt att applicera ett högt avgastryck omedelbart innan en växling skall utföras, så att ett högt avgastryck kan genereras och appliceras omedelbart när en växling inleds.

Följaktligen, när en händelse som gör det sannolikt att en växling kommer att genomföras under den närmaste framtiden inträffar i ett andra steg 303 har styrenheten åtkomst till data med avseende på aktuell maximalt sluten VTG-position och kan utfärda en styrsignal som styr VTG till motsvarande position, så att avgastrycket maximeras i ett tredje steg 305. I ett annat förverkligande kan, i stället för icke återkopplande styrning av VTG-position, återkopplande reglering av avgastrycket tillämpas. Följaktligen, istället för att sluta VTG till den förväntade positionen styrs avgastrycket till det maximala tryck som VTG uppskattas tåla utan att drabbas av skador, för att säkerställa skadefri driñ av VTG.

Händelsen som triggar slutning av VTG kan till exempel vara ett minskat vridmoinentbehov eller varje annan händelse som signalerar att växling sannolikt kommer att genomföras under den närmaste framtiden.

Därefter kontrollerar proceduren om växlingen har utförts i ett fjärde steg 307. Vidare, om slutning av VTG triggades och ingen växling utfördes mäter steg 307 även tiden mellan 532 284 trigghändelsen och faktisk initiering av växling. Om ingen växling utförs inom en viss förutbestämd tid löper en timer i steg 307 ut. Om växlingen har utförts eller timem i steg 307 löper ut avslutas proceduren i ett femte steg 309 och stymingen av VTG utförs utgående från den styrstrategi som styrenheten är programrnerad att följa.

Om växlingen däremot inte har genomförts i steg 307 och timem inte har löpt ut fortsätter proceduren till ett sjätte steg 31 l, där VTG-beräkningarna, så som beskrivs ovan, uppdateras så att VTG kan styras vidare till maximalt sluten position. Proceduren återgår därefter till steg 305, vari VTG åter styrs till en position motsvarande resultatet av VTG-beräkningarna.

Dessutom, eftersom det är sannolikt att effektbehovet från motorn är högt efter avslutad växling kan det vara gynnsamt att hålla avgastrycket högt under en period efter avslutad växling. Följaktligen, genom att hålla VTG sluten under en viss tid efter avslutad växling upprätthålls ett högt av gastryck före turbinen, som kan användas för att mata turboladdaren och därmed öka effekten som levereras av motorn omedelbart efter en växling.

Metoden att ge en snabb motorretardation i samband med växling så som beskrivs här kan även kombineras med en konventionell avgasbroms om detta skulle visa sig vara gynnsamt i vissa tillämpningar.

Att använda VTG för att få en snabb retardation av motorvarvtalet är gynnsamt av många olika skäl. Det uppstår ytterst lite buller när ett högt avgastryck byggs upp. VTG är CIGSSUïOm relativt enkel att styra. Vidare tillåter ett högt avgastryck före turbinen generering av hög effekt till turbokompressorn.

Claims (16)

532 2511 PATENTKRAV

1. En metod for styrning av en förbränningsniotor (100), utrustad med en turboladdare med Variable Turbine Geometry (103) som driver ett motorfordon (10), där motorfordonet innefattar en växellåda (105), kännetecknad av stegen: - detektering (303) av en händelse som indikerar att en växling av motorfordonet sannolikt kommer att genomföras under den närmaste framtiden, - fastställande av den effektiva flödesarean for Variable Turbine Geometry, - fastställande (301) av en maximalt tillåten sluten position for Variable Turbine Geometry utgående från fastställd effektiv flödesarea hos Variable Turbine Geometry, och - styrning (305) av Variable Turbine Geometry till sin maximalt tillåtna slutna position vid detektering av en händelse som innebär att en växling är sannolik.

2. Metoden enligt patentkrav 1, kännetecknad av steget: - styrning av avgastryeket till ett maximalt tillåtet tryckvärde utan att riskera Variable Turbine Geometry.

3. , Metoden enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknad av stegen: - lagring av en tabell med Variable Turbine Geometry-positioner för olika effektiva flödesareor, - fastställande av maximalt sluten Variable Turbine Geometry -position som den position som motsvarar den effektiva flödesarean enligt tabellen.

4. Metoden enligt ett av patentkraven 1-3, kännetecknad av steget: - upprepad uppdatering av maximalt sluten position för Variable Turbine Geometry under växling.

5. Metoden enligt ett av patentkraven 1-4, kännetecknad av steget: - fastställande av att minskat behov av vridmoment innebär sannolikhet for växling. 532 E84 lv

6. Ett system for styrning av en motor med intern förbränning (100), utrustad med en turboladdare innefattande en Variable Turbine Geometry (103) som driver ett motorfordon (10), där motorfordon-et innefattar en växellåda (105), kännetecknat av: - en anordning (107) for detektering av en händelse som indikerar att en växling av motorfordonet sannolikt kommer att genomföras under den närmaste framtiden, - en anordning fór fastställande av den effektiva flödesarean for Variable Turbine Geometry, - en anordning (107) för fastställande av en maximalt tillåten sluten position för Variable Turbine Geometry utgående från fastställd effektiv flödesarea hos Variable Turbine Geometry, och - en anordning (107) for styrning av Variable Turbine Geometry till den maximalt tillåtna slutna position vid detektering av en händelse som innebär att en växling är sannolik.

7. Systemet enligt patentkrav 6, kännetecknat av: - en anordning fór styming av avgastrycket till ett maximalt tillåtet tryck utan att sätta Variable Turbine Geometry i fara.

8. Systemet enligt patcntkrav 6 eller 7, kännetecknat av: - en anordning för lagring av en tabell med Variable Turbine Geometry -positioner för olika effektiva flödesareor, - en anordning för fastställande av maximalt sluten Variable Turbine Geometry -position som den position som motsvarar den effektiva flödesarean enligt tabellen.

9. Systemet enligt ett av patentkraven 6-8, kännetecknat av - en anordning for upprepad uppdatering av maximalt sluten position for Variable Turbine Geometry under växling.

10. Systemet enligt ett av patcntkraven 6-9, kännetecknat av steget: - fastställande av att minskat behov av vridmoment innebär sannolikhet för växling.

11. En datorprogramprodukt (110) fór styrning av en motor med intern förbränning (100), utrustad med en turboladdare med Variable Geometry Turbine (103) och som driver ett motorfordon (10), kännetecknad av att datorprogramprodukten innehåller programsegment 532 264 I l som då de exekveras på en dator for styrning av motorn med intem förbränning får datorn att utfora stegen: - detekterin g av en händelse som indikerar att en växling av motorfordonet sannolikt kommer att genomföras under den närmaste framtiden, - fastställande av den effektiva flödesarean for Variable Turbine Geometry, - fastställande av en maximalt tillåten sluten position för Variable Turbine Geometry utgående från fastställd effektiv flödesarea hos Variable Turbine Geometry, och - styrning av Variable Turbine Geometry till sin maximalt tillåtna slutna position vid detektering av en händelse som innebär att en växling är sannolik.

12. Datorprogramprodukten enligt patentkrav l 1, kännetecknad av programsegrnent for: - styrning av avgastrycket till ett maximalt tillåtet tryck utan att sätta Variable Turbine Geometry i fara.

13. Datorprogramprodukten enligt patentkrav 1 I eller 12, kännetecknad av programsegxnent for: ' - lagring av en tabell med Variable Turbine Geometry -positioner for olika effektiva flödesareor, - fastställande av maximalt sluten Variable Turbine Geometry -position som den position som motsvarar den effektiva flödesarean enligt tabellen.

14. Datorprogramprodukten enligt ett av patentkraven 11-13, kännetecknad av programsegment for: - upprepad uppdatering av maximalt sluten position för Variable Turbine Geometry under växling.

15. Datorprogramprodukten enligt ett av patentkraven 1 l- 14, kännetecknad av prograrnsegment for: - fastställande av ett reducerat behov av vridmoment innebär sannolikhet for växling.

16. Ett digitalt lagringsrnedium (108) på vilket lagras datorprogramprodukten enligt något av patentkraven 11-15.