DE102010033313B4

DE102010033313B4 - Systeme zum Moduswechsel für einen sequentiellen Turbolader

Info

Publication number: DE102010033313B4
Application number: DE102010033313.1A
Authority: DE
Inventors: Zhiping Liu; Jerry B. Song; Anupam Gangopadhyay; Ping Ge
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2010-08-04
Publication date: 2017-12-07
Anticipated expiration: 2030-08-05
Also published as: DE102010033313A1; US20110036086A1; CN101994565A; CN101994565B; US8302397B2

Abstract

System (10) für einen sequentiellen Turbolader (18), das umfasst: ein Moduswahlmodul (200), das ein Kontrollmodussignal (Ctrl) auf der Grundlage eines Motordrehzahlsignals (EngSpd), eines Motordrehmomentsignals (EngTrq) und eines Motormodussignals (EngMod) erzeugt, wobei das Kontrollmodussignal (Ctrl) einen Steuerungsmodus oder einen Regelungsmodus anzeigt; ein Vorwärtsschub-Wahlmodul (202), das einen Vorwärtsschubwert (clFFV, olFFV) auf der Grundlage des Kontrollmodussignals (Ctrl), des Motordrehzahlsignals (EngSpd) und des Motordrehmomentsignals (EngTrq) ermittelt; und ein Regelkreismodul (204), das einen Regelungswert (PIDout) auf der Grundlage des Vorwärtsschubwerts (clFFV), eines Steue rungssignals (VGTctrl) für eine Turbine (20) mit variabler Geometrie (VGT) und eines Fehlersignals (ERR) ermittelt, wenn das Kontrollmodussignal (Ctrl) vom Steuerungsmodus in den Regelungsmodus wechselt.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Verbrennungsmotoren und insbesondere sequentielle Turboladersteuersysteme.
HINTERGRUND
Die hier bereitgestellte Hintergrundbeschreibung dient dem Zweck einer allgemeinen Darstellung des Kontexts der Offenbarung. Die Arbeit der gegenwärtig genannten Erfinder, sofern sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben wird, sowie Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt des Einreichens nicht anderweitig als Stand der Technik ausgewiesen sind, werden weder explizit noch implizit als Stand der Technik gegen die vorliegende Offenbarung anerkannt.
Ein Verbrennungsmotor (ICE) kann einen sequentiellen Turbolader verwenden, um eine Drehmomentausgabe zu erhöhen, indem zusätzliche Luft in Zylinder des ICE geliefert wird. Der sequentielle Turbolader kann ein zweistufiges Turboladersystem sein. Der sequentielle Turbolader kann einen Hochdruckturbolader und einen Niederdruckturbolader, die in Reihe angeordnet sind, enthalten. Der Hochdruckturbolader kann eine Hochdruckturbine und einen Hochdruckkompressor enthalten. Der Niederdruckturbolader kann eine Niederdruckturbine und einen Niederdruckkompressor enthalten.
Die Hochdruckturbine und die Niederdruckturbine können separat gesteuert werden, um eine Abgasströmung einzustellen. Das Abgas strömt durch die Hochdruckturbine und dann durch die Niederdruckturbine, wenn der Motor bei niedrigen Drehzahlen arbeitet. Die Abgasströmung durch die Turbinen kann eine Reaktionszeit eines Turboladerschubs, die als Turboverzögerung oder Turboloch bezeichnet wird, verringern.
Die Turboverzögerung kann unter Verwendung eines Umgehungsventils (BPV) und einer Turbine mit variabler Geometrie (VGT) gesteuert werden. Die Hochdruckturbine kann das BPV und die VGT enthalten. Die VGT weist einen Satz beweglicher Leitschaufeln auf, die verwendet werden, um einen Druck des Abgases zu steuern, das durch die VGT strömt. Bei niedrigen Motordrehzahlen ist die Abgasströmung niedrig. Die Leitschaufeln werden teilweise geschlossen, um die VGT zu beschleunigen, wenn die Abgasströmung durch die VGT niedrig ist. Das Beschleunigen der VGT erhöht einen Ladedruck, der an den Hochdruckkompressor im Hochdruckturbolader geliefert wird. Wenn die Motordrehzahl ansteigt, werden die Leitschaufeln geöffnet, um eine Drehzahl der VGT zu verringern. Das Verringern der Drehzahl der VGT verhindert, dass der Ladedruck ein vorbestimmtes Niveau überschreitet. Das BPV kann geöffnet werden, um die Abgasströmung durch das BPV umzuleiten, wenn die VGT bei hohen Drehzahlen arbeitet. Das BPV baut den Ladedruck der VGT ab, bevor er das vorbestimmte Niveau überschreitet.
Die Druckschrift DE 10 2007 040 551 A1 offenbart ein Steuerungssystem für einen sequentiellen Turbolader, bei dem auf der Grundlage von Ist- und Sollwerten für einen Krümmerabsolutdruck eines Verbrennungsmotors ein Turbosteuerungssignal erzeugt wird, auf dessen Grundlage ein VGT-Steuerungssignal zum Betätigen eines Turboladers mit variabler Geometrie erzeugt wird. Auf der Grundlage dieser beiden Signale wird außerdem ein Umgehungsventil zum Umgehen des Turboladers mit variabler Geometrie gesteuert.
In der Druckschrift DE 10 2006 061 345 A1 ist ein sequentieller Turbolader offenbart, bei dem einem Verdichter einer zweiten Stufe des Turboladers ein Verdichterzuschaltventil zugeordnet ist und einer Turbine der zweiten Stufe des Turboladers ein Turbinenzuschaltventil zugeordnet ist. Zu dem Verdichter und/oder der Turbine sind ein Umblaseventil bzw. ein Ladedruckregelventil parallel geschaltet.
Die Druckschrift DE 39 33 518 C2 offenbart einen sequentiellen Turbolader, bei dem ein Frischgasdruck sowohl hinter einem ersten Kompressor als auch hinter einem zweiten Kompressor zur Steuerung des Turboladers herangezogen wird, um eine Drehzahl des zweiten Kompressors frühzeitig herunterregeln zu können, wenn der Ladedruck hinter dem ersten Kompressor einen Grenzwert überschreitet.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen sanften Übergang mit minimalen Veränderungen bei Ladedrücken zwischen verschiedenen Kontrollmodi eines sequentiellen Turboladers bereitzustellen, um Emissionsziele einzuhalten, Kraftstoffsparsamkeitsziele zu erfüllen und die Fahrbarkeit zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
ZUSAMMENFASSUNG
Bei einer Ausführungsform wird ein System bereitgestellt, das ein Moduswahlmodul, ein Vorwärtsschub-Wahlmodul und ein Regelkreismodul enthält. Das Moduswahlmodul erzeugt ein Kontrollmodussignal auf der Grundlage eines Motordrehzahlsignals, eines Motordrehmomentsignals und eines Motormodussignals. Das Kontrollmodussignal zeigt einen Steuerungsmodus oder einen Regelungsmodus an. Das Vorwärtsschub-Wahlmodul ermittelt einen Vorwärtsschubwert auf der Grundlage des Kontrollmodussignals, des Motordrehzahlsignals und des Motordrehmomentsignals. Das Regelkreismodul ermittelt einen Regelkreiswert auf der Grundlage des Vorwärtsschubwerts, eines Steuerungssignals für die Turbine mit variabler Geometrie (VGT) und eines Fehlersignals, wenn das Kontrollmodussignal von dem Steuerungsmodus in den Regelungsmodus wechselt.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus der hier nachstehend bereitgestellten genauen Beschreibung. Es versteht sich, dass die genaue Beschreibung und spezielle Beispiele nur zur Veranschaulichung gedacht sind und den Umfang der Offenbarung nicht einschränken sollen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird anhand der genauen Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen vollständiger verstanden werden, in denen:
1 ein Funktionsblockdiagramm eines Motorsteuersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
2 ein Funktionsblockdiagramm eines VGT-Steuersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
3 ein Funktionsblockdiagramm eines BPV-Steuersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist; und
4A und 4B ein Verfahren zum Steuern einer VGT und eines BPV gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen.
GENAUE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und ist keinesfalls dazu gedacht, die Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungsmöglichkeiten einzuschränken. Der Klarheit halber werden gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um ähnliche Elemente zu bezeichnen. Bei der Verwendung hierin soll der Ausdruck mindestens eine von A, B und C so aufgefasst werden, dass er ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen Oder bedeutet. Es versteht sich, dass Schritte in einem Verfahren in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Begriff ”Modul” eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Ein Motor kann mit einem sequentiellen Turbolader konfiguriert sein, um eine Luftströmung zu regeln, die an Zylinder des Motors geliefert wird. Die Luftströmung kann durch mehrere Steuerstellglieder gesteuert werden. Die Steuerstellglieder können eine VGT und ein BPV enthalten. Die VGT und das BPV arbeiten bei verschiedenen Motorbedingungen in verschiedenen Kontrollmodi. Die Kontrollmodi können zwischen einem Steuerungsmodus und einem Regelungsmodus umschalten. Es wird ein sanfter Übergang (d. h. minimale Veränderungen bei Ladedrücken) zwischen den Kontrollmodi gewünscht, um Emissionsziele einzuhalten, Kraftstoffsparsamkeitsziele zu erfüllen und die Fahrbarkeit zu verbessern. Aufgrund von hochgradig nichtlinearen Kennlinien der Steuerstellglieder kann der Wechsel holprig sein, wenn er nicht korrekt gesteuert wird.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen Techniken zum Steuern eines sequentiellen Turboladers bereit. Die Techniken können den Betrag an Änderungen in Ladedrücken verringern und sanfte Übergänge zwischen Steuerungsmodi bereitstellen. Dies erhöht die Kraftstoffeffizienz und verbessert die Haltbarkeit des Motors, während Emissionsanforderungen erfüllt werden.
In 1 ist ein beispielhaftes Motorsteuersystem 10 eines Fahrzeugs gezeigt. Das Motorsteuersystem 10 kann einen Motor 12 und ein Turboladersteuersystem 14 enthalten. Das Turboladersteuersystem 14 kann ein Motorsteuermodul 16 mit einem zweistufigen Turboladersystem 18 enthalten. Das zweistufige Turboladersystem 18 betätigt eine VGT 20 und ein BPV 22, um eine Luftmenge zu steuern, die an den Motor 12 zur Verbrennung geliefert wird.
Das Motorsteuermodul 16 kann ein Turboladesteuermodul 24 enthalten. Das Turboladersteuermodul 24 koordiniert eine Steuerung der VGT 20 und des BPV 22. Das Turboladersteuermodul 24 kann ein VGT-Steuermodul 26 und ein BPV-Steuermodul 28 enthalten. Das VGT-Steuermodul 26 steuert ein Öffnen und Schließen von Leitschaufeln in der VGT 20 auf der Grundlage eines Motordrehzahlsignals EngSpd, eines Motordrehmomentsignals EngTrq, eines Motormodussignals EngMod und eines BPV-Positionssignals BPVpos. Ein Beispiel des VGT-Steuermoduls ist in 2 veranschaulicht. Das BPV-Steuermodul 28 steuert ein Öffnen und Schließen des BPV 22 auf der Grundlage des Motordrehzahlsignals EngSpd, des Motordrehmomentsignals EndTrq, eines Fehlersignals ERR, eines VGT-Positionssignals VGTpos, eines korrigierten Luftstromungswerts CorrAir und eines Druckverhältnisses PresRatio. Ein Beispiel des BPV-Steuermoduls ist in 3 veranschaulicht.
Während eines Motorbetriebs wird Luft in einen Ansaugkrümmer 30 eingesaugt. Die Luft im Ansaugkrümmer 30 wird in Zylinder 32 verteilt. Ein Ansaugkrümmer-Absolutdrucksensor (MAP-Sensor) 34 kann einen Luftdruck im Ansaugkrümmer 30 detektieren und ein MAP-Signal MAP erzeugen. Obwohl 1 sechs Zylinder zeigt, kann der Motor 12 eine beliebige Anzahl von Zylindern 32 enthalten. Obwohl ein mit Benzin betriebener Verbrennungsmotor gezeigt ist, treffen die hier offenbarten Ausführungsformen für Dieselmotoren und mit alternativen Kraftstoffen gespeiste Motoren zu.
Kraftstoff wird mit der Luft kombiniert und über Kraftstoffverteilerrohre 36, 38 in die Zylinder 32 eingesaugt. Ein Luft/Kraftstoff-Gemisch wird in den Zylindern 32 komprimiert und gezündet, um Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Das Antriebsdrehmoment kann eine Motordrehzahl erhöhen.
Ein Motordrehzahlsensor 40 kann eine Drehzahl des Motors 12 in Umdrehungen pro Minute (RPM) messen. Verbrennungsabgas in den Zylindern 32 wird über Abgaskrümmer 42, 44 hinausgedrückt. Das Abgas wandert durch Abgasleitungen 46, 48 und wird zu dem zweistufigen Turboladersystem 18 geleitet.
Das zweistufige Turboladersystem 18 kann einen Hochdruckturbolader 50 und einen Niederdruckturbolader 52 enthalten. Der Hochdruckturbolader 50 kann die VGT 20 und einen Hochdruckkompressor 54 enthalten. Der Hochdruckkompressor 54 dreht sich und drückt Luft in die Zylinder 32, wenn Abgas durch die VGT 20 strömt. Die VGT 20 kann einen Satz beweglicher Leitschaufeln (nicht gezeigt) aufweisen, um einen Druck des Abgases zu steuern, das durch den Hochdruckturbolader 50 strömt. Die Leitschaufeln werden teilweise geschlossen, um die Drehzahl des Hochdruckturboladers 50 zu erhöhen, wenn die Abgasströmung niedrig ist. Wenn die Motordrehzahl zunimmt, können die Leitschaufeln geöffnet werden, um die Drehzahl des Hochdruckturboladers 50 zu verringern.
Der Niederdruckturbolader 52 kann eine Turbine mit fester Geometrie (FGT) 56 und einen Niederdruckkompressor 58 enthalten. Das Abgas durch die FGT 56 bewirkt, dass sich der Niederdruckkompressor 58 dreht und Luft komprimiert. Das Abgas strömt aus den Abgaskrümmern 42, 44 in die VGT 20 und dann durch die FGT 56, wenn der Motor 12 bei niedrigen Drehzahlen arbeitet. Indem ermöglicht wird, dass Abgas durch den Hochdruckturbolader 50 und dann durch den Niederdruckturbolader 52 strömt, kann eine Turboverzögerung verringert werden. Wenn die Motordrehzahl ansteigt, kann sich das BPV 22 öffnen, um die Abgasströmung umzuleiten und zu ermöglichen, dass das Abgas durch die FGT 56 strömt. Ein Kompressorumgehungsventil (CBPV) 60 kann in Verbindung mit dem BPV 22 arbeiten. Bei einer anderen Ausführungsform können das CBPV 60 und das BPV 22 unabhängig voneinander arbeiten. Das CBPV 60 verhindert, dass sich der Hochdruckkompressor 54 schneller als mit einer vorbestimmten Drehzahl dreht, was dem zweistufigen Turboladersystem 18 Schaden zufügen würde.
In 2 ist das Turboladersteuersystem 14 für die VGT 20 des zweistufigen Turboladersystems 18 gezeigt. Das Turboladersteuersystem 14 kann das VGT-Steuermodul 26 enthalten. Das VGT-Steuermodul 26 kann ein VGT-Moduswahlmodul 200, ein Vorwärtsschub-Wahlmodul 202 und ein Regelkreismodul 204 enthalten.
Das VGT-Moduswahlmodul 200 kann Signale von Sensoren 206 empfangen. Die Sensoren 206 können den MAP-Sensor 34, den Motordrehzahlsensor 40, einen Motordrehmomentsensor 208, einen BPV-Positionssensor 210 und andere Sensoren 212 enthalten. Die anderen Sensoren 212 können einen Saustoffsensor, einen Motorkühlmitteltemperatursensor, einen Luftmassenströmungssensor (MAF-Sensor) und/oder einen Höhensensor enthalten.
Der Motordrehzahlsensor 40 kann ein Motordrehzahlsignal EngSpd erzeugen, das die Motordrehzahl in RPM anzeigt. Der Motordrehmomentsensor 208 kann ein Motordrehmomentsignal EngTrq erzeugen, das ein Ausgabedrehmoment des Motors 12 anzeigt. Der BPV-Positionssensor 210 kann ein BPV-Positionssignal BPVpos erzeugen, das einem Öffnungsbetrag des BPV 22 entspricht, der vollständig geschlossen, vollständig geöffnet und Positionen dazwischen umfasst. Ein Motormodus-Detektionsmodul 214 kann ein Motormodussignal EngMod auf der Grundlage von Signalen erzeugen, die von einem Satz der Sensoren 206 empfangen werden.
Das VGT-Moduswahlmodul 200 kann ein Kontrollmodussignal Ctrl auf der Grundlage des Motordrehzahlsignals EndSpd, des Motordrehmomentsignals EngTrq, des BPV-Positionssignals BPVpos und des Motormodussignals EngMod erzeugen. Das Kontrollmodussignal Ctrl gibt einen Kontrollmodus an, in welchem die VGT 20 betrieben wird. Der Kontrollmodus kann ein Steuerungsmodus und/oder ein Regelungsmodus sein. Der Steuerungsmodus gibt an, dass das Turboladersteuersystem 14 auf der Grundlage eines Eingangssignals, wie etwa des Motordrehzahlsignals EngSpd und des Motordrehmomentsignals EngTrq ohne Rückkopplung gesteuert wird. Ein Satz von Eingangssignalen kann verwendet werden, um einen Vorwärtsschubwert zu ermitteln, um die VGT 20 und das BPV 22 zu betreiben. Ein System im Steuerungsmodus ist ein Steuersystem.
Ein System jedoch, das eine Rückkopplung verwendet, ist ein Regelungssystem. Die Rückkopplung wird verwendet, um Entscheidungen über Veränderungen an Steuerungssignalen zu treffen, die die VGT 20 und das BPV 22 betreiben. Der Regelungsmodus zeigt an, dass das Turboladersteuersystem 14 durch ein Rückkopplungssystem gesteuert wird, das ein Einstellpunktsignal und einen Vorwärtsschubwert empfängt. Das Einstellpunktsignal zeigt eine gewünschte VGT- oder BPV-Position als einen Eingang an das Rückkopplungssystem an. Der Vorwärtsschubwert kann ein zusätzlicher Eingang in das Rückkopplungssystem sein. Das Regelungssystem liefert aufgrund der Fähigkeit zur Verstellung der Steuerungssignale auf der Grundlage der Rückkopplung gegenüber dem Steuersystem eine größere Genauigkeit.
Das VGT-Moduswahlmodul 200 überträgt das Kontrollmodussignal Ctrl an das Vorwärtsschub-Wahlmodul 202 und an ein Signalwahlmodul 216. Das Vorwärtsschub-Wahlmodul 202 kann das Kontrollmodussignal Ctrl empfangen und einen Vorwärtsschubwert auf der Grundlage des Kontrollmodussignals Ctrl, des Motordrehzahlsignals EngSpd und des Motordrehmomentsignals EngSpd ermitteln. Der Vorwärtsschubwert kann in einer Nachschlagetabelle gespeichert sein und auf der Grundlage der Motordrehzahl und des Motordrehmoments indiziert sein. In Abhängigkeit vom Kontrollmodus des Turboladersteuersystems 14 kann die Nachschlagetabelle verschiedene Sätze von Vorwärtsschubwerten enthalten.
Nur als Beispiel kann das Vorwärtsschub-Wahlmodul 202 auf einen Steuerungs-Vorwärtsschubwert olFFV von einer Steuerungs-VGT-Nachschlagetabelle 218 zugreifen, wenn das Kontrollmodussignal einen Steuerungsmodus anzeigt. Die Steuerungs-VGT-Nachschlagetabelle 218 kann einen Satz von Tabellen (z. B. Tabelle 1 – N, wobei N eine positive ganze Zahl ist) enthalten, die durch das Motordrehzahlsignal EngSpd und das Motordrehmomentsignal EngTrq indiziert sind. Auf ähnliche Weise kann das Vorwärtsschub-Wahlmodul 202 auf einen Regelungsvorwärtsschubwert clFFV von einer Regelungs-VGT-Nachschlagetabelle 220 zugreifen, wenn das Kontrollmodussignal Ctrl einen Regelungsmodus anzeigt. Die Regelungs-VGT-Nachschlagetabelle 220 kann einen Satz von Tabellen enthalten, die auf der Grundlage des Motordrehzahlsignals EngSpd und des Motordrehmomentsignals EngTrq indiziert sind.
Im Steuerungsmodus kann das Vorwärtsschub-Wahlmodul 202 den Steuerungsvorwärtsschubwert olFFV an das Signalwahlmodul 216 übertragen. Das Signalwahlmodul 216 kann entweder den Steuerungsvorwärtsschubwert olFFV oder einen Summenwert SUM wählen, der von einem Summiermodul 222 erzeugt wird. Das Signalwahlmodul 216 kann ein gewähltes VGT-Signal sVGT auf der Grundlage des Steuerungs-Vorwärtsschubwerts olFFV, des Summenwerts SUM und des Kontrollmodussignals Ctrl erzeugen. Das Signalwahlmodul 216 kann das gewählte VGT-Signal sVGT an ein Begrenzungsmodul 224 übertragen.
Das Begrenzungsmodul 224 skaliert das gewählte VGT-Signal sVGT derart, dass es innerhalb eines Arbeitsbereichs der VGT 20 liegt. Wenn 0 beispielsweise einen geschlossenen Zustand der VGT darstellt und 1 einen offenen Zustand der VGT darstellt, kann das Begrenzungsmodul 224 das gewählte VGT-Signal sVGT auf einen Wert zwischen 0 und 1 skalieren. Das Begrenzungsmodul 224 erzeugt ein skaliertes VGT-Signal cVGT auf der Grundlage des gewählten VGT-Signals sVGT und überträgt das skalierte VGT-Signal cVGT an ein Betätigungsmodul 226. Das Betätigungsmodul 226 kann ein VGT-Steuerungssignal VGTctrl auf der Grundlage des skalierten VGT-Signals cVGT erzeugen, um Leitschaufeln in der VGT 20 zu betätigen.
Im Regelungsmodus kann das Vorwärtsschub-Wahlmodul 202 den Regelungsvorwärtsschubwert clFFV an das Regelkreismodul 204 übertragen. Das Regelkreismodul 204 kann ein Controller mit einem Eingang und einem Ausgang (SISO-Controller) oder ein Controller mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen (MIMO-Controller) sein. Das Regelkreismodul 204 kann beispielsweise ein Porportional-Integral-Derivativ-Controller (PID-Controller) oder eine Variante davon (z. B. ein PI-Controller) sein.
Das Regelkreismodul 204 ermittelt einen Regelungswert PID_OUT auf der Grundlage des Regelungsvorwärtsschubwerts clFFV, des VGT-Steuerungssignals VGTctrl und eines Fehlersignals ERR. Das Fehlersignal kann auf der Grundlage eines Einstellpunktsignals SetPt und des MAP-Signals MAP von einem Fehlermodul 228 erzeugt werden. Das Fehlermodul 228 vergleicht das von einem Einstellpunkt-Wahlmodul 230 erzeugte Einstellpunktsignal SetPt mit dem MAP-Signal MAP vom MAP-Sensor 34. Das Fehlermodul 228 erzeugt das Fehlersignal ERR, das eine Differenz zwischen dem Einstellpunktsignal SetPt und dem MAP-Signal MAP darstellt.
Das Einstellpunktsignal SetPt kann von dem Einstellpunktwahlmodul 230 auf der Grundlage des Motormodussignals EngMod, des Motordrehzahlsignals EngSpd und des Motordrehmomentsignals EngTrq erzeugt werden. Nur als Beispiel kann das Einstellpunktwahlmodul 230 auf einen VGT-Einstellpunktwert von einer VGT-Einstellpunkt-Nachschlagetabelle 232 zugreifen. Die VGT-Einstellpunkt-Nachschlagetabelle kann einen Satz von Tabellen (z. B. Tabellen 1 – M, wobei M eine positive ganze Zahl ist) enthalten, die auf der Grundlage des Motordrehzahlsignals EngSpd und des Motordrehmomentsignals EngTrq indiziert sind.
Das Regelkreismodul 204 kann den Regelungswert PID_OUT an das Summiermodul 222 übertragen. Das Summiermodul 222 summiert den Regelungswert PID_OUT und den Steuerungsvorwärtsschubwert olFFV, um einen Summenwert SUM zu erzeugen. Das Summiermodul 222 überträgt den Summenwert SUM an das Signalwahlmodul 216. Das Signalwahlmodul 216 kann entweder den Steuerungsvorwärtsschubwert olFFV oder den Summenwert SUM wählen. Das Signalwahlmodul 216 kann ein gewähltes VGT-Signal sVGT auf der Grundlage des Steuerungsvorwärtsschubwerts olFFV, des Summenwerts SUM und des Kontrollmodussignals Ctrl erzeugen. Das Signalwahlmodul 216 kann das gewählte VGT-Signal sVGT an das Begrenzungsmodul 224 übertragen.
Wie beim Steuerungsmodus skaliert das Begrenzungsmodul 224 das gewählte VGT-Signal sVGT so, dass es innerhalb eines Arbeitsbereichs der VGT 20 liegt. Das Begrenzungsmodul 224 erzeugt ein skaliertes VGT-Signal cVGT auf der Grundlage des gewählten VGT-Signals sVGT und überträgt das skalierte VGT-Signal cVGT an das Betätigungsmodul 226.
Das Betätigungsmodul 226 kann ein VGT-Steuerungssignal VGTctrl auf der Grundlage des skalierten VGT-Signals cVGT erzeugen, um die Leitschaufeln in der VGT 20 zu betätigen. Außerdem überträgt das Betätigungsmodul 226 das VGT-Steuerungssignal VGTctrl an das Regelkreismodul 204. Dies stellt einen Rückkopplungspfad für die Regelung bereit.
In 3 ist das Turboladersteuersystem 14 für ein BPV 22 des zweistufigen Turboladersystems 18 gezeigt. Das Turboladersteuersystem 14 kann das BPV-Steuermodul 28 enthalten. Das BPV-Steuermodul 28 kann ein BPV-Moduswahlmodul 300, ein Vorwärtsschub-Wahlmodul 302 und ein Regelkreismodul 304 enthalten.
Das BPV-Moduswahlmodul 300 kann Signale von Sensoren 306 empfangen. Die Sensoren 306 können den MAP-Sensor 34, den Motordrehzahlsensor 40, einen Motordrehmomentsensor 308, einen VGT-Positionssensor 310 und einen Sensor 312 für die Einlasstemperatur des Hochdruckkompressors (HPC) enthalten. Der Motordrehzahlsensor 40 kann ein Motordrehzahlsignal EngSpd erzeugen, das die Motordrehzahl in RPM anzeigt. Der Motordrehmomentsensor 308 kann ein Motordrehmomentsignal EngTrq erzeugen, das ein Ausgabedrehmoment des Motors 12 anzeigt. Der VGT-Positionssensor 310 kann ein VGT-Positionssignal VGTpos erzeugen, das einem Öffnungsbetrag von (nicht gezeigten) Leitschaufeln der VGT entspricht, der vollständig geschlossen, vollständig geöffnet und Positionen dazwischen umfasst.
Das BPV-Moduswahlmodul 300 kann ein Kontrollmodussignal Ctrl aus dem Motordrehzahlsignal EngSpd, dem Motordrehmomentsignal EngTrq, dem VGT-Positionssignal VGTpos, einem korrigierten Luftströmungswert CorrAir, einem HPC-Druckverhältnis PresRatio und einem Fehlersignal ERR erzeugen. Der korrigierte Luftströmungswert CorrAir kann von einem HPC-Dektionsmodul 314 auf der Grundlage eines MAP-Signals MAP vom MAP-Sensor 34 und eines Temperatursignals HPCtemp vom HPC-Einlasstemperatursensor 312 ermittelt werden. Das HPC-Druckverhältnis PresRatio kann auch von dem HPC-Detektionsmodul 314 auf der Grundlage eines Druckverhältnisses zwischen einem HPC-Einlassdruck und einem HPC-Auslassdruck ermittelt werden. Der HPC-Einlassdruck ist ein Druckwert, der an einem Einlass des HPC 54 gemessen wird. Der HPC-Auslassdruck ist ein Druckwert, der an einem Auslass des HPC 54 gemessen wird. Das Fehlersignal ERR kann von einem Fehlermodul 328 auf der Grundlage eines Einstellpunktsignals SetPt und des MAP-Signals MAP erzeugt werden.
Das BPV-Moduswahlmodul 300 überträgt das Kontrollmodussignal Ctrl an das Vorwärtsschub-Wahlmodul 302 und ein Signalwahlmodul 316. Das Vorwärtsschub-Wahlmodul 302 kann das Kontrollmodussignal Ctrl empfangen und einen Vorwärtsschubwert auf der Grundlage des Kontrollmodussignals Ctrl, des Motordrehzahlsignals EngSpd und des Motordrehmomentsignals EngTrq ermitteln. Der Vorwärtschubwert kann in einer Nachschlagetabelle gespeichert sein, die auf der Grundlage der Motordrehzahl und des Motordrehmoments indiziert ist. Die Nachschlagetabelle kann in Abhängigkeit vom Kontrollmodus des Turboladersteuersystems 14 unterschiedliche Sätze von Vorwärtsschubwerten enthalten.
Nur als Beispiel kann das Vorwärtsschubwahlmodul 302 auf einen Steuerungsvorwärtsschubwert olFFV von einer Steuerungs-BPV-Nachschlagetabelle 318 zugreifen, wenn das Kontrollmodussignal Ctrl einen Steuerungsmodus anzeigt. Die Steuerungs-BPV-Nachschlagetabelle kann einen Satz von Tabellen (z. B. Tabelle 1 – N, wobei N eine positive ganze Zahl ist) enthalten, die auf der Grundlage des Motordrehzahlsignals und des Motordrehmomentsignals indiziert sind. Auf ähnliche Weise kann das Vorwärtsschub-Wahlmodul 302 auf einen Regelungsvorwärtsschubwert clFFV von einer Regelungs-BPV-Nachschlagetabelle 320 zugreifen, wenn das Kontrollmodussignal Ctrl einen Regelungsmodus anzeigt. Die Regelungs-BPV-Nachschlagetabelle kann einen Satz von Tabellen enthalten, die auf der Grundlage des Motordrehzahlsignals und des Motordrehmomentsignals indiziert sind.
Im Steuerungsmodus kann das Vorwärtsschub-Wahlmodul 302 den Steuerungsvorwärtsschubwert olFFV an das Signalwahlmodul 316 übertragen. Das Signalwahlmodul 316 kann entweder den Steuerungsvorwärtsschubwert olFFV oder einen Regelungswert PID_OUT wählen, der von dem Regelkreismodul 304 erzeugt wird. Das Signalwahlmodul 316 kann ein gewähltes BPV-Signal sBPV auf der Grundlage des Steuerungsvorwärtsschubwerts olFFV, des Regelungswerts PID_OUT und des Kontrollmodussignals Ctrl erzeugen. Das Signalwahlmodul 316 kann das gewählte BPV-Signal sBPV an ein Begrenzungsmodul 324 übertragen.
Das Begrenzungsmodul 324 skaliert das gewählte BPV-Signal sBPV so, dass es innerhalb eines Arbeitsbereichs des BPV 22 liegt. Das Begrenzungsmodul 324 erzeugt ein skaliertes BPV-Signal cBPV auf der Grundlage des gewählten BPV-Signals sBPV und überträgt das skalierte BPV-Signal cBPV an ein Betätigungsmodul 326. Das Betätigungsmodul 326 kann ein BPV-Steuerungssignal BPVctrl auf der Grundlage des skalierten BPV-Signals cBPV erzeugen, um das BPV 22 zu betätigen.
Im Regelungsmodus kann das Vorwärtsschub-Wahlmodul 302 den Regelungsvorwärtsschubwert clFFV an das Regelkreismodul 304 übertragen. Das Regelkreismodul 304 kann ein Controller mit einem Eingang und einem Ausgang (SISO-Controller) oder ein Controller mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen (MIMO-Controller) sein. Das Regelkreismodul 304 kann beispielsweise ein Proportional-Integral-Derivativ-Controller (PID-Controller) oder eine Variante davon (z. B. ein PI-Controller) sein.
Das Regelkreismodul 304 ermittelt den Regelungswert PID_OUT auf der Grundlage des BPV-Steuerungssignals BPVctrl und eines Fehlersignals ERR. Das Fehlersignal ERR kann von dem Fehlermodul 328 auf der Grundlage des Einstellpunktsignals SetPt und des MAP-Signals MAP erzeugt werden. Das Fehlermodul 328 vergleicht das Einstellpunktsignal SetPt, das von einem Einstellpunkt-Wahlmodul 330 erzeugt wird, mit dem MAP-Signal MAP vom MAP-Sensor 34. Das Fehlermodul 328 erzeugt das Fehlersignal ERR, das eine Differenz zwischen dem Einstellpunktsignal SetPt und dem MAP-Signal MAP darstellt.
Das Einstellpunktsignal SetPt kann von dem Einstellpunkt-Wahlmodul 330 auf der Grundlage des Motordrehzahlsignals EngSpd und des Motordrehmomentsignals EngTrq erzeugt werden. Nur als Beispiel kann das Einstellpunkt-Wahlmodul 330 auf einen BPV-Einstellpunktwert von einer BPV-Einstellpunkt-Nachschlagetabelle 332 zugreifen. Die BPV-Einstellpunkt-Nachschlagetabelle kann einen Satz von Tabellen (z. B. Tabelle 1 – M, wobei M eine positive ganze Zahl ist) enthalten, die auf der Grundlage des Motordrehzahlsignals EngSpd und des Motordrehmomentsignals EngTrq indiziert sind.
Das Regelkreismodul 304 kann den Regelungswert PID_OUT an das Signalwahlmodul 316 übertragen. Das Signalwahlmodul 316 kann entweder den Steuerungsvorwärtsschubwert olFFV oder den Regelungswert PID_OUT wählen. Das Signalwahlmodul 316 kann ein gewähltes BPV-Signal sBPV auf der Grundlage des Steuerungsvorwärtsschubwerts olFFV, des Regelungswerts PID_OUT und des Kontrollmodussignals Ctrl erzeugen. Das Signalwahlmodul 316 kann das gewählte BPV-Signal sBPV an das Begrenzungsmodul 324 übertragen.
Wie beim Steuerungsmodus skaliert das Begrenzungsmodul 324 das gewählte BPV-Signal sBPV so, dass es innerhalb eines Arbeitsbereichs des BPV 22 liegt. Das Begrenzungsmodul 324 erzeugt ein skaliertes BPV-Signal cBPV auf der Grundlage des gewählten BPV-Signals sBPV und überträgt das skalierte BPV-Signal cBPV an das Betätigungsmodul 326. Das Betätigungsmodul 326 kann ein BPV-Steuerungssignal BPVctrl auf der Grundlage des skalierten BPV-Signals cBPV erzeugen, um das BPV 22 zu betätigen. Zudem kann das Betätigungsmodul 326 das BPV-Steuerungssignal BPVctrl an das Regelkreismodul 304 übertragen. Dies stellt einen Rückkopplungspfad für die Regelung bereit.
Obwohl das VGT-Steuermodul 26 und das BPV-Steuermodul 28 mit Bezug auf das beispielhafte Motorsteuermodul 16 separat beschrieben sind, können die Steuermodule 26, 28 der vorliegenden Offenbarung zu einem System kombiniert sein oder auf getrennte Systeme verteilt sein. Nur als Beispiel können das VGT-Steuermodul 26 und das BPV-Steuermodul 28 zusammen zu einem System kombiniert sein. Das VGT-Moduswahlmodul 200 und das BPV-Moduswahlmodul 300 können miteinander kombiniert Kontrollmodussignale für eine VGT bzw. ein BPV erzeugen. Auch die Signalwahlmodule 216, 316 können als ein System arbeiten. Zusätzlich können die Begrenzungsmodule 224, 324 und die Betätigungsmodule 226, 326 im gleichen System sein, um sowohl die VGT als auch das BPV zu betätigen.
In 4A und 4B ist ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern der VGT 20 und des BPV 22 des Turboladersteuersystems 14 gezeigt. Obwohl die folgenden Schritte hauptsächlich mit Bezug auf die Ausführungsformen von 1–3 beschrieben sind, können die Schritte modifiziert werden, so dass sie auf andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zutreffen.
Das Verfahren kann bei Schritt 400 beginnen. Bei Schritt 402 kann ein VGT-Moduswahlmodul 200 anfänglich ein Kontrollmodussignal Ctrl erzeugen, das einen Steuerungsmodus anzeigt. Der Steuerungsmodus zeigt an, dass Leitschaufeln in der VGT 20 auf der Grundlage von Eingangssignalen betätigt werden. Die Eingangssignale können ein Motordrehzahlsignal EngSpd, ein Motordrehmomentsignal EngTrq, ein BPV-Positionssignal BPVpos und ein Motormodussignal EngMod umfassen. Bei Schritt 404 setzt ein Betätigungsmodul 326 das BPV 22 anfänglich auf eine vollständig geschlossene Position.
Bei Schritt 406 erzeugt das Motormodusdetektionsmodul 214 ein Motormodussignal EngMod auf der Grundlage von Signalen, die von einem Satz der Sensoren 206 empfangen werden. Nur als Beispiel kann das Motormodussignal EngMod definiert sein, wie es durch Ausdruck 1 bereitgestellt wird. EngMod = F{RPM, L, ALT, TORQ} (1)
RPM ist die Motordrehzahl. L ist die Motorlast und kann auf der Grundlage eines MAF-Signals ermittelt werden. Ein MAF-Sensor kann das MAF-Signal erzeugen, das eine Rate oder einen Durchsatz von Luft anzeigt, die durch einen Einlass des Ansaugkrümmers 30 hindurch strömt. ALT ist die Höhe und TORQ ist das Motordrehmoment. Das Motormodusdetektionsmodul 214 überträgt das Motormodussignal EngMod an das VGT-Moduswahlmodul 200 und das Einstellpunktwahlmodul 230.
Bei Schritt 408 greift das Vorwärtsschub-Wahlmodul 202 auf der Grundlage eines Kontrollmodussignals Ctrl, eines Motordrehzahlsignals EngSpd und eines Motordrehmomentsignals EngTrq auf einen Steuerungsvorwärtsschubwert olFFV von einer Steuerungs-VGT-Nachschlagetabelle 218 zu. Zum Beispiel wählt das Vorwärtsschub-Wahlmodul 202 die Steuerungs-VGT-Nachschlagetabelle 218, wenn sich die VGT 20 im Steuerungsmodus befindet. Das Vorwärtsschub-Wahlmodul 202 greift auf den Steuerungsvorwärtsschubwert olFFV zu, der in der Steuerungs-VGT-Nachschlagetabelle 218 gespeichert ist, die auf der Grundlage des Motordrehzahlsignals EngSpd und des Motordrehmomentsignals EngTrq indiziert ist.
Wenn die Motordrehzahl bei Schritt 410 größer als ein vorbestimmter Wert PredRPM ist, kann die Steuerung zu Schritt 412 weitergehen. Andernfalls kann die Steuerung zu Schritt 406 zurückkehren. Bei Schritt 412 kann die Steuerung zu Schritt 414 weitergehen, wenn die Motorlast größer als ein vorbestimmter Wert PredMAF ist. Andernfalls kann die Steuerung zu Schritt 406 zurückkehren. In den Schritten 410 und 412 ermittelt das VGT-Moduswahlmodul 200, ob die VGT 20 in einem Regelungsmodus sein kann. Das Erfüllen beider Bedingungen in den Schritten 410 und 412 zeigt an, dass die VGT 20 im Regelungsmodus betätigt werden kann.
Bei Schritt 414 kann das Regelkreismodul 204 ein VGT-Positionssignal VGTpos vom VGT-Positionssensor 310 empfangen. Ein aktueller Wert des VGT-Positionssignals VGTpos kann im Speicher gespeichert werden und für eine nachfolgende Berechnung kann auf diesen zugegriffen werden. Beispielsweise kann der aktuelle Wert des VGT-Positionssignals VGTpos beim Ermitteln eines integralen Werts eines PID-Controllers verwendet werden. Das Regelkreismodul 204 kann ein PID-Controller mit drei separaten Parametern sein: einem proportionalen (P), einem integralen (I) und einem derivativen (D) Wert. Die Parameter werden abgestimmt, um optimale P-, I- und D-Werte für eine gewünschte Steuerungsantwort zu erreichen. Die optimalen Werte können sanfte Übergänge zwischen dem Steuerungsmodus und dem Regelungsmodus bereitstellen.
Der P-Wert kann eine Reaktion auf einen aktuellen Fehler anzeigen. Der I-Wert kann eine Reaktion auf der Grundlage einer Summe von Fehlern anzeigen. Der D-Wert kann eine Reaktion auf der Grundlage einer Rate, mit welcher sich er aktuelle Fehler verändert, anzeigen. Die gewichtete Summe von drei Werten P, I, D kann verwendet werden, um einen Regelungswert PID_OUT des PID-Controllers zu ermitteln. Nur als Beispiel kann der Regelungswert PID_OUT so definiert werden, wie es durch Ausdruck 2 bereitgestellt wird. PID_OUT = P + I + D (2)
P kann ferner definiert sein, wie es durch Ausdruck 3 bereitgestellt wird. P = K·E(t) (3)
K ist eine Konstante, die eine proportionale Verstärkung angibt. E ist ein Fehler, der durch eine Differenz zwischen einem Einstellpunkt und einem Prozesswert ermittelt wird, wobei der Einstellpunkt einen gewünschten Wert angibt und der Prozesswert einen gemessenen Wert angibt. t ist der aktuelle Zeitpunkt. I kann ferner definiert sein, wie es durch Ausdruck 4 bereitgestellt wird.
K_i ist eine Konstante, die eine integrale Verstärkung angibt. t ist ein Zeitpunkt in der Vergangenheit, der zu einer integralen Antwort beiträgt. D kann ferner so definiert sein, wie es durch Ausdruck 5 bereitgestellt wird. D = K_d dE / dt (5)
K_d ist eine Konstante, die eine derivative Verstärkung angibt.
Bei Schritt 416 greift das Vorwärtsschub-Wahlmodul 202 auf der Grundlage des Kontrollmodussignals Ctrl, des Motordrehzahlsignals EngSpd und des Motordrehmomentsignals EngTrq auf einen Regelungsvorwärtsschubwert clFFV von einer Regelungs-VGT-Nachschlagetabelle 220 zu. Zum Beispiel kann das VGT-Moduswahlmodul 200 ein Kontrollmodussignal Ctrl erzeugen, das einen Regelungsmodus anzeigt. Der Regelungsmodus zeigt an, dass die Leitschaufeln in der VGT 20 auf der Grundlage einer Rückkopplung betätigt werden. Die Rückkopplung kann einen Vorwärtsschubwert, eine Motordrehzahl und eine Motorlast enthalten. Das VGT-Moduswahlmodul 200 überträgt das Kontrollmodussignal Ctrl an das Vorwärtsschub-Wahlmodul 202. Das Vorwärtsschub-Wahlmodul 202 wählt die Regelungs-VGT-Nachschlagetabelle 220. Das Vorwärtsschub-Wahlmodul 202 greift auf den Regelungsvorwärtsschubwert clFFV zu, der in der Regelungs-VGT-Nachschlagetabelle 220 gespeichert ist, die auf der Grundlage des Motordrehzahlsignals EngSpd und des Motordrehmomentsignals EngTrq indiziert ist.
Bei Schritt 418 setzt das Regelkreismodul 204 den I-Wert auf I_VGT. Zu Beginn kann I_VGT auf Null gesetzt sein. Wenn I_VGT jedoch gleich Null ist, kann eine Varianz der VGT-Leitschaufelposition signifikant sein, da die Varianz der VGT-Leitschaufelposition von Null bis zu einem aktuellen VGT-Positionswert gemessen wird. Ein Minimieren der Varianz der VGT-Leitschaufelposition ermöglicht, dass ein sanfter Übergang vom Steuerungsmodus in den Regelungsmodus bereitgestellt wird.
Nur als Beispiel kann I_VGT definiert sein, wie es durch Ausdruck 6 bereitgestellt wird. I_VGT = VGT_POS – FFD_VGT (6)
VGT_POS ist ein aktuelles VGT-Positionssignal, das von dem VGT-Positionssensor 310 empfangen wird. FFD_VGT ist ein Vorwärtsschubwert, auf den vom Vorwärtsschub-Wahlmodul 202 zugegriffen wird. In Abhängigkeit von FFD_VGT kann I_VGT einen Wert nahe bei VGT_POS aufweisen. Die Leitschaufeln der VGT werden in eine Position nahe bei einer vorherigen VGT-Leitschaufelposition betätigt, wenn FFD_VGT eine im Verhältnis zu VGT_POS kleine Zahl ist, da die vorherige VGT-Leitschaufelposition durch VGT_POS bekannt ist. Die Varianz der VGT-Leitschaufelposition kann daher nominal sein. Als Folge minimiert I_VGT unsanfte Übergangseffekte, die durch plötzliche Veränderungen der VGT-Leitschaufelposition verursacht werden.
Bei Schritt 420 werden die Leitschaufeln in der VGT 20 auf der Grundlage von Rückkopplungssignalen im Regelungsmodus betätigt. Die Rückkopplungssignale können den Regelungsvorwärtsschubwert clFFV, ein VGT-Steuerungssignal VGTctrl und ein Fehlersignal ERR umfassen. Das VGT-Steuerungssignal VGTctrl kann von dem Betätigungsmodul 226 auf der Grundlage eines skalierten VGT-Signals cVGT erzeugt werden. Das skalierte VGT-Signal cVGT kann durch das Begrenzungsmodul 224 auf der Grundlage eines gewählten VGT-Signals sVGT erzeugt werden. Das gewählte VGT-Signal sVGT kann von dem Signalwahlmodul 216 auf der Grundlage des Kontrollmodussignals Ctrl, des Steuerungsvorwärtsschubwerts olFFV und eines Summenwerts SUM erzeugt werden.
Bei Schritt 422 summiert das Summiermodul 222 den Regelungswert PID_OUT und den Steuerungsvorwärtsschubwert olFFV, um den Summenwert SUM zu erzeugen. Nur als Beispiel kann der Summenwert SUM definiert sein, wie durch Ausdruck 7 bereitgestellt wird. SUM = PID_OUT + olFFV (7)
PID_OUT ist der Regelungswert. olFFV ist der Steuerungsvorwärtsschubwert.
Bei Schritt 424 kann die Steuerung zu Schritt 426 weitergehen, wenn ein an den Hochdruckkompressor 54 gelieferter Ladedruck größer als ein vorbestimmter Ladedruck PredBP ist. Andernfalls kann die Steuerung zu Schritt 402 zurückkehren. Das VGT-Moduswahlmodul 200 empfängt ein MAP-Signal MAP vom MAP-Sensor 34, um den Ladedruck zu ermitteln. Der vorbestimmte Ladedruck PredBP zeigt an, dass eine Abgasleistung genügend Energie aufweist, um das BPV 22 in dem Regelungsmodus zu betreiben.
Bei Schritt 426 kann die Steuerung zu Schritt 428 weitergehen, wenn das MAP-Signal MAP größer als ein voreingestellter Wert MAPsetpt ist. Andernfalls kann die Steuerung zu Schritt 420 zurückkehren. Wenn ein VGT-Positionssignal VGTpos bei Schritt 428 kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert PredVGT ist, kann die Steuerung zu Schritt 430 weitergehen. Andernfalls kann die Steuerung zu Schritt 420 zurückkehren. Wenn. bei Schritt 430 die Bedingungen in den Schritten 426 und 428 eine vorbestimmte Zeitspanne PredTime lang erfüllt wurden, kann die Steuerung zu Schritt 432 weitergehen. Andernfalls kann die Steuerung zu Schritt 420 zurückkehren.
Bei Schritt 432 werden die Leitschaufeln in der VGT 20 auf der Grundlage der Eingangssignale in einem Steuerungsmodus betätigt. Bei Schritt 434 stellt das Betätigungsmodul 226 die VGT-Leitschaufelposition auf der Grundlage eines Druckverhältnisses PresRatio und eines korrigierten Luftstromungswerts CorrAir auf einen maximalen Turbowirkungsgrad ein. Das Druckverhältnis PresRatio wird auf der Grundlage eines Druckverhältnisses zwischen einem HPC-Einlassdruck und einem HPC-Auslassdruck ermittelt. Der korrigierte Luftströmungswert CorrAir kann von einem HPC-Detektionsmodul 314 auf der Grundlage eines MAP-Signals MAP vom MAP-Sensor 34 und eines Temperatursignals HPCtemp vom HPC-Einlasstemperatursensor 312 ermittelt werden.
Nur als Beispiel kann der korrigierte Luftströmungswert CorrAir definiert sein, wie es durch Ausdruck 8 bereitgestellt wird.
ActualAirflow ist eine Luftmenge, die sich durch den Motor 12 bewegt (z. B. 41,3 lbs/min). Tin ist eine absolute Einlasstemperatur (z. B. Tin = 70°F + 460 = 530°R). R steht für Rankine, was eine Absoluttemperatur anzeigt. Die Absoluttemperatur ist eine Temperatur in Grad Fahrenheit plus 460. X ist eine Konstante, die eine Standardtemperatur angibt (z. B. 545°R). Pin ist ein absoluter Einlassdruck (z. B. Pin = –0,5 psig + 14,7 = 14,2 psia, wobei psi für Pfund pro Quadratzoll steht, ”a” für absolut steht und ”g” für Druckmesser steht). Ein Absolutdruck ist ein Druckmesserdruck, der von einem Druckmesser gemessen wird, welcher 0 anzeigt, wenn er zur Umgebungsluft plus dem atmosphärischen Druck offen ist. Der atmosphärische Druck beträgt bei Meereshöhe etwa 14,7 psi (101,35 kPa). Y ist eine Konstante, die einen Standarddruck angibt (z. B. 13,949 psia).
Bei Schritt 436 kann das Regelkreismodul 304 ein BPV-Positionssignal BPVpos vom BPV-Positionssensor 210 empfangen. Ein aktueller Wert des BPV-Positionssignals BPVpos kann im Speicher gespeichert werden und für eine nachfolgende Berechnung kann darauf zugegriffen werden. Beispielsweise kann der aktuelle Wert des BPV-Positionssignals BPVpos zur Ermittlung eines integralen Werts eines PID-Controllers verwendet werden. Bei Schritt 438 setzt das Regelkreismodul 304 den I-Wert auf I_BPV.
Nur als Beispiel kann I_BPV definiert sein, wie durch Ausdruck 9 bereitgestellt wird. I_BPV = BPV_POS (9)
BPV_POS ist ein aktuelles BPV-Positionssignal, das vom BPV-Positionssensor 210 empfangen wird. Ein Vorwärtsschubwert, auf den vom Vorwärtsschub-Wahlmodul 302 für das BPV 22 zurückgegriffen wird, wird während eines Regelungsmodus auf Null gesetzt. Somit wird I_BPV auf der Grundlage von BPVpos eingestellt ohne Berücksichtigung des Regelungsvorwärtsschubwerts clFFV.
Bei Schritt 440 wird das BPV 22 auf der Grundlage von Rückkopplungssignalen in einem Regelungsmodus betätigt. Die Rückkopplungssignale können ein BPV-Steuerungssignal BPVctrl und ein Fehlersignal ERR umfassen. Wenn bei Schritt 442 das aktuelle BPV-Positionssignal BPV_POS gleich Null ist, was bedeutet, dass das BPV 22 geschlossen ist, wird das BPV 22 geschlossen gehalten und die Steuerung kann zu Schritt 410 zurückkehren. Andernfalls kann die Steuerung zu Schritt 444 weitergehen.
Wenn bei Schritt 444 das aktuelle BPV-Positionssignal BPV_POS größer als ein vorbestimmter Schwellenwert PredBPV_POS ist, kann die Steuerung zu Schritt 446 weitergehen. Andernfalls kann die Steuerung zu Schritt 440 zurückkehren. Das BPV 22 kann effektiv sein, wenn die BPV-Öffnung während des Regelungsmodus kleiner oder gleich dem vorbestimmten Schwellenwert PredBPV_POS ist. Das BPV-Steuermodul 28 verliert jedoch die Schubsteuerung, wenn die BPV-Öffnung den vorbestimmten Schwellenwert PredBPV_POS überschreitet, weil der BPV-Öffnungsbetrag beim Luftdruck keinen Unterschied mehr macht.
Bei Schritt 446 wird das BPV 22 in einem Steuerungsmodus auf der Grundlage von Eingangssignalen betätigt. Die Eingangssignale können ein Motordrehzahlsignal EngSpd, ein Motordrehmomentsignal EngTrq, ein Fehlersignal ERR, ein VGT-Positionssignal VGTpos, einen korrigierten Luftströmungswert CorrAir und ein HPC-Druckverhältnis PresRatio enthalten. Das BPV 22 kann vollständig geöffnet sein und keinen Ladedruck mehr erzeugen. Bei Schritt 448 werden die Leitschaufeln in der VGT 20 auf der Grundlage von Eingangssignalen in einem Steuerungsmodus betätigt. Die Eingangssignale können ein Motordrehzahlsignal EngSpd, ein Motordrehmomentsignal EngTrq, ein BPV-Positionssignal BPVpos und ein Motormodussignal EngMod enthalten.
Bei Schritt 450 greift das Vorwärtsschub-Wahlmodul 202 auf einen Steuerungsvorwärtsschubwert olFFV von einer Steuerungs-VGT-Nachschlagetabelle 218 auf der Grundlage eines Kontrollmodussignals Ctrl, eines Motordrehzahlsignals EngSpd und eines Motordrehmomentsignals EngTrq zu. Wenn bei Schritt 452 Bedingungen zum Schließen des BPV 22 erfüllt sind, kann die Steuerung zu Schritt 454 weitergehen. Andernfalls kann die Steuerung zu Schritt 448 zurückkehren. Die Bedingungen zum Schließen des BPV 22 können auf der Grundlage einer Beziehung zwischen der Motordrehzahl und der Motorlast bestimmt werden. Die Beziehung kann in einer kalibrierten Nachschlagetabelle im Speicher gespeichert sein. Bei Schritt 454 kann das Betätigungsmodul 326 das BPV 22 schließen und zu Schritt 444 weitergehen. Die Steuerung kann fortfahren, solange das Turboladersteuersystem 14 in Betrieb ist.
Die vorstehend beschriebenen Schritte sind als Veranschaulichungsbeispiele gedacht; die Schritte können sequentiell, synchron, gleichzeitig, ununterbrochen, während einander überschneidender Zeitspannen oder in einer anderen Reihenfolge in Abhängigkeit von der Anwendung ausgeführt werden.
Die weiten Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen implementiert werden. Obwohl diese Offenbarung spezielle Beispiele enthält, soll daher der wahre Umfang der Offenbarung nicht darauf begrenzt sein, da sich dem Fachmann bei einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche weitere Modifikationen offenbaren werden.

Claims

System (10) für einen sequentiellen Turbolader (18), das umfasst: ein Moduswahlmodul (200), das ein Kontrollmodussignal (Ctrl) auf der Grundlage eines Motordrehzahlsignals (EngSpd), eines Motordrehmomentsignals (EngTrq) und eines Motormodussignals (EngMod) erzeugt, wobei das Kontrollmodussignal (Ctrl) einen Steuerungsmodus oder einen Regelungsmodus anzeigt; ein Vorwärtsschub-Wahlmodul (202), das einen Vorwärtsschubwert (clFFV, olFFV) auf der Grundlage des Kontrollmodussignals (Ctrl), des Motordrehzahlsignals (EngSpd) und des Motordrehmomentsignals (EngTrq) ermittelt; und ein Regelkreismodul (204), das einen Regelungswert (PID_out) _{auf der Grundlage des Vorwärtsschubwerts (clFFV), eines Steue} rungssignals (VGTctrl) für eine Turbine (20) mit variabler Geometrie (VGT) und eines Fehlersignals (ERR) ermittelt, wenn das Kontrollmodussignal (Ctrl) vom Steuerungsmodus in den Regelungsmodus wechselt.
System (10) nach Anspruch 1, das ferner ein Motormodusdetektionsmodul (214) umfasst, das das Motormodussignal (EngMod) auf der Grundlage des Motordrehzahlsignals (EngSpd) und/oder des Motordrehmomentsignals (EngTrq) und/oder eines Luftmassenströmungssignals (MAF-Signals) und/oder einer Höhe erzeugt.
System (10) nach Anspruch 1, das ferner umfasst: ein Summiermodul (222), das einen Summenwert (SUM) auf der Grundlage des Vorwärtsschubwerts (olFFV) und des Regelungswerts (PIDout) ermittelt; ein Signalwahlmodul (216), das ein gewähltes VGT-Signal (sVGT) auf der Grundlage des Summenwerts (SUM) und des Vorwärtsschubwerts (olFFV) erzeugt; ein Begrenzungsmodul (224), das ein skaliertes VGT-Signal (cVGT) auf der Grundlage des gewählten VGT-Signals (sVGT) erzeugt; und ein Betätigungsmodul (226), das das VGT-Steuerungssignal (VGTctrl) auf der Grundlage des skalierten VGT-Signals (cVGT) erzeugt, um Leitschaufeln in einer VGT (20) des sequentiellen Turboladers (18) zu betätigen.
System (10) nach Anspruch 3, das ein Turboladersteuermodul (24) umfasst, das das Moduswahlmodul (200), das Vorwärtsschub-Wahlmodul (202) und das Regelkreismodul (204) enthält, und das die VGT (20) auf der Grundlage einer Motordrehzahl (EngSpd) und einer Motorlast (L) im Regelungsmodus betreibt, wobei das Betätigungsmodul (326) ein Umgehungsventil (BPV) (22) des sequentiellen Turboladers (18) auf der Grundlage einer Beziehung zwischen der Motordrehzahl (EngSpd) und der Motorlast (L) schließt.
System (10) nach Anspruch 4, wobei das Turboladersteuermodul (24) die VGT (20) und das BPV (22) auf der Grundlage des VGT-Steuerungssignals (VGTctrl) bzw. eines BPV-Steuerungssignals (BPVctrl) im Steuerungsmodus betreibt, wenn ein BPV-Positionssignal (BPVpos) größer als ein vorbestimmter Positionswert ist.
System (10) nach Anspruch 4, wobei das Turboladersteuermodul (24) die VGT (20) im Steuerungsmodus betreibt und das BPV (22) im Regelungsmodus betreibt, wenn ein Krümmerabsolutdrucksignal (MAP-Signal) eine vorbestimmte Zeitspanne lang größer als ein vorbestimmter Druck ist und ein VGT-Positionssignal (VGTpos) die vorbestimmte Zeitspanne lang kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
System (10) nach Anspruch 1, das ferner umfasst: ein Hochdruckkompressor-Detektionsmodul (HPC-Detektionsmodul) (314), das einen korrigierten Luftströmungswert (CorrAirPresRatio) auf der Grundlage eines MAP-Signals von einem MAP-Sensor (34) und eines Temperatursignals (HPCtemp) von einem HPC-Einlasstemperatursensor (312) erzeugt; ein Einstellpunktwahlmodul (230, 330), das ein Einstellpunktsignal (SetPt) auf der Grundlage des Motormodussignals (EngMod) und/oder des Motordrehzahlsignals (EngSpd) und/oder des Motordrehmomentsignals (EngTrq) erzeugt; und ein Fehlermodul (228, 328), das das Fehlersignal (ERR) auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem Einstellpunktsignal (SetPt) und dem MAP-Signal erzeugt.
System (10) nach Anspruch 7, wobei das Moduswahlmodul (200, 300) das Kontrollmodussignal (Crtl) auf der Grundlage eines VGT-Positionssignals (VGTpos) und/oder eines BPV-Positionssignals (BPVpos) und/oder des korrigierten Luftströmungswerts (CorrAirPresRatio) und/oder eines HPC-Druckverhältnisses und/oder des Fehlersignals (ERR) erzeugt, wobei das HPC-Druckverhältnis auf der Grundlage eines Druckverhältnisses zwischen einem HPC-Einlassdruck und einem HPC-Auslassdruck ermittelt wird.
System (10) nach Anspruch 1, wobei das Regelkreismodul (304) den Regelungswert (PIDout) auf der Grundlage eines BPV-Steuerungssignals (BPVctrl) und des Fehlersignals (ERR) ermittelt, wenn das Kontrollmodussignal (Ctrl) vom Steuerungsmodus in den Regelungsmodus wechselt.
System (10) nach Anspruch 9, das ferner umfasst: ein Signalwahlmodul (316), das ein gewähltes BPV-Signal (sBPV) auf der Grundlage des Regelungswerts (PIDout) und des Vorwärtsschubwerts (olFFV) erzeugt; ein Begrenzungsmodul (324), das ein skaliertes BPV-Signal (cBPV) auf der Grundlage des gewählten BPV-Signals (sBPV) erzeugt; und ein Betätigungsmodul (326), das das BPV-Steuerungssignal (BPVctrl) auf der Grundlage des skalierten BPV-Signals (cBPV) erzeugt, um ein BPV (22) des sequentiellen Turboladers (18) zu betätigen.