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Die
Erfindung bezieht sich auf die Steuerung eines Abgasregelklappenventils
in einer Verbrennungskraftmaschine.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Erfindung ist in erster Linie auf große, industrielle Verbrennungsmotoren
gerichtet, die Naturgas als Kraftstoff verwenden und die dazu bestimmt sind, über lange
Zeiträume
betrieben zu werden und die in der Lage sind, Tausende von Pferdestärken (PS)
zu erzeugen. Diese großen
Motoren werden normalerweise für
das Erzeugen von Elektroenergie, für das Pumpen von Naturgas und Öl oder für die Energieversorgung
von Offshore-Bohroperationen usw. verwendet.
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Die
Erfindung wird für
Verbrennungsmotoren mit Turbolader angewendet, die ein Abgasregelklappenventil
aufweisen. Ein Turbolader weist eine Turbine und einen Kompressor
auf. In einem Motor mit Turbolader treiben die Abgase ein Turbinenrad
in der Turbine, welches wiederum eine Welle antreibt, die mit einem
Kompressorrad in dem Kompressor verbunden ist. Die aus dem Turbolader
austretenden Abgase entweichen durch einen Abgasauslasskanal. Der
Kompressor setzt normalerweise Umgebungsluft unter Druck oder lädt sie mit
dem Turbolader auf und drückt
die unter Druck gesetzte Ansaugluft durch einen Zwischenkühler und
einen Vergaser (oder eine andere Kraftstoffzuführungsvorrichtung, beispielsweise
eine elektronische Kraftstoffeinspritzvorrichtung), durch ein Drosselventil
in eine Ansaugleitung des Motors. In einigen Systemen ist der Vergaser stromaufwärts von
dem Kompressor angeordnet, so dass der Kompressor ein Gemisch von
Kraftstoff und Luft unter Druck setzt.
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Die
Abgase entweichen durch eine Abgasleitung aus dem Motor und werden
durch einen Abgasleitung-Ausströmkanal
zu der Turbine des Turboladers geleitet. Oft ist ein Abgasregelklappenventil
vorgesehen, um einen Teil oder die gesamte Abgasenergie des Motors
von der Turbine des Turboladers abzuleiten. Normalerweise ist die
Abgasregelklappe in einem Kanal zwischen dem Abgasleitung-Ausströmkanal und
dem Auslasskanal des Abgassystems angeordnet.
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Bei
Verwendung einer Standard-Abgasregelklappensteuerung, ansonsten
als Maximal-Ladedruckregler bekannt, bleibt das Abgasregelklappenventil
geschlossen, bis der Druck der unter Druck gesetzten Ansaugluft
von dem Kompressor groß genug wird,
um einen Federmechanismus in dem Abgasregelklappenbetätiger zu
betätigen,
um das Abgasregelklappenventil zu öffnen. Das System leitet somit die
Motorabgase von der Turbine weg in den Turbolader, wenn der Kompressorlieferdruck
einen maximalen Ladedruckwert erreicht. In einem solchen Maximal-Ladedruck-System
bleibt das Abgasregelklappenventil bei geringer Last geschlossen
und bleibt weiterhin geschlossen, bis der Motor etwa 80% bis 90%
der Vollast erreicht. Sogar wenn in einem Maximal-Ladedrucksystem
die Drossel vollständig
geöffnet
ist, wird das Öffnen
des Abgasregelklappenventils die Energiemenge verringern, die der
Turbine in dem Turbolader zugeführt
wird und wird wiederum den Ausströmdruck des Kompres sors bei
dem maximalen Ladedruck halten.
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Es
ist im Fachgebiet bekannt, eine Abgasregelklappensteuerung mit einem
festgelegten ΔP
in Verbindung mit einem Maximal-Ladedruckregler zu verwenden. In
einer Abgasregelklappensteuerung mit einem festgelegten ΔP ist das
Abgasregelklappenventil eingestellt, eine festgesetzte Druckreserve über eine
Drossel aufrechtzuerhalten (d.h. einen festgesetzten Druckabfall über die
Drossel bei geringer oder mittlerer Motorlast). Verglichen mit der
Standard-Abgasregelklappensteuerung, die nur einen Maximal-Ladedruckregler verwendet,
neigt die Abgasregelklappensteuerung mit einem festgelegten ΔP dazu, den
Motorwirkungsgrad bei geringer und mittlerer Last wegen des verringerten
Abgasdrucks und den damit verbundenen Pumpverlusten zu erhöhen. Der
Maximal-Ladedruckregler
in einer Abgasregelklappensteuerung mit einem festgelegten ΔP funktioniert
in einer ähnlichen
Weise, wie die Standard-Abgasregelklappensteuerung, um dem maximalen
Kompressor-Ausströmdruck zu
begrenzen.
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In
einer Abgasregelklappensteuerung mit einem festgelegten ΔP kann die
Drosseldruckreserve mechanisch unter Verwendung einer Druckmessstelle
stromaufwärts
von der Drossel und einer anderen Druckmessstelle stromabwärts von
der Drossel überwacht
werden. Die Druckdifferenz zwischen den Druckmessstellen treibt
normalerweise einen federbetätigten
Abgasregelklappenventilbetätiger
an. Alternativ kann die Drosseldruckreserve elektronisch durch Druckmessung
sowohl stromaufwärts
als auch stromabwärts
der Drossel und Subtrahieren der beiden elektronisch gemessenen
Drücke
festgestellt werden, um eine Druckdifferenz über die Drossel zu bestimmen.
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Große, industrielle
Verbrennungskraftmaschinen arbeiten normalerweise bei einer festgelegten
Drehzahl, wobei sich jedoch die Motorlast verändert. Wenn ein großer Lastanstieg
zu verzeichnen ist, öffnet
die Drossel an dem Motor und die Druckdifferenz über die Drossel fällt ab,
wodurch ein anfänglicher
Anstieg der Motorleistung erzielt wird. Mit anderen Worten, die
Drosseldruckreserve liefert den anfänglichen Anstieg der Motorleistung.
Der restliche Leistungsanstieg ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass
der Turbolader kontinuierlich beschleunigt, wenn die Abgasregelklappe
geschlossen bleibt. Die Abgasregelklappe bleibt geschlossen, bis
die Drosseldruckreserve (d.h. der Druckabfall über die Drossel) wiederhergestellt
ist. Es dauert relativ lange (z.B. 5 Sekunden) für den Turbolader, um zu beschleunigen
und um den Druckabfall über
die Drossel wiederherzustellen. In großen industriellen Verbrennungskraftmaschinen,
die eine Abgasregelklappensteuerung mit einem festgelegten ΔP aufweisen,
wird die gewünschte
Drosseldruckreserve normalerweise so gewählt, dass ein Kompromiss zwischen
einem angemessenen Kraftstoffverbrauch und dem Beibehalten einer
zufriedenstellenden Lastannahme erreicht wird.
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Mit
einer Abgasregelklappensteuerung mit einem festgelegten ΔP kann der
Motorwirkungsgrad durch Beibehaltung eines geringen Druckabfalls über die
Drossel erhöht
werden, wobei jedoch die Lastannahme des Motor verringert ist. Eine
höhere
Drosseldruckreserve gestattet es dem Motor, größere Lasten bei konstanter
Drehzahl anzunehmen, oder bei konstanter Last wegen des Fehlens
eines Ansaugleitungsdrucks ohne Verzögerung nach dem Öffnen der Drossel
zu beschleunigen. Um einen optimalen Motorwirkungsgrad zu erreichen,
ist es jedoch gewünscht,
die Drossel in einer offenen Stellung zu halten und dadurch die
Drosseldruckreserve und die Leistungsannahme des Motors zu verringern.
Es besteht somit ein Kompromiss zwischen Motorverhalten und Kraftstoffverbrauch.
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Es
ist zu erkennen, dass es, um den Motorwirkungsgrad zu erhöhen, erwünscht wäre, eine
relativ kleine Drosseldruckreserve, wenn die Motorlast relativ stabil
ist und eine relativ große
Drosseldruckreserve aufrechtzuerhalten, um die Lastannahme zu verbessern,
wenn die Motorlast schwankt. In dem US-Patent Nr. 5,551,236, Anmeldung
Nr. 08/236,467 mit dem Titel „Turbolader-Steuerungs-Managementsystem„, übertragen
an den Rechtsnachfolger der vorliegenden Anmeldung durch Abtretung,
wird ein Abgasregelklappensteuerungssystem mit einem festgelegten ΔP in Verbindung
mit einer elektronischen Steuerung erläutert. In dieser Anmeldung
wird vorgeschlagen, dass die gewünschte
Drosseldruckreserve in Abhängigkeit
von einem gewünschten Lastverhalten
des Motors eingestellt werden kann, das, in Abhängigkeit von verschiedenen
Zuständen, in
die Steuerung übertragen
ist. Jedoch selbst mit dem System der vorher angeführten Bezugsanmeldung
ist es schwierig, vorherzusagen, wann die Drosseldruckreserve groß und wann
sie klein sein sollte.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Erfindung stellt eine Verbrennungskraftmaschine mit Turboladung
zur Verfügung,
mit
einem Motor;
einem Turbolader mit einer Turbine und
einem Kompressor;
einer Drossel, die zwischen den Kompressor
und den Motor geschaltet ist;
einem stromaufwärtigen Drucksensor,
der den Druck stromaufwärts
von der Drossel zwischen der Drossel und dem Kompressor misst, wobei
der stromaufwärtige
Drucksensor ein stromaufwärtiges
Drucksignal in Abhängigkeit
davon erzeugt;
einem stromabwärtigen Drucksensor, der den
Druck stromabwärts
von der Drossel zwischen der Drossel und dem Motor misst, wobei
der stromabwärtige Drucksensor
ein stromabwärtiges
Drucksignal in Abhängigkeit
davon erzeugt;
einem Motorlastsensor, der ein Motorlastsignal
erzeugt;
einer elektronischen Steuerung, die das stromaufwärtige und
das stromabwärtige
Drucksignal und das Motorlastsignal aufnimmt und ein Abgasregelklappen-Steuersignal
abgibt; und mit
einer Abgasregelklappe, die zwischen den Motor
und die Turbine geschaltet ist und die die Motorabgase von der Turbine
in Abhängigkeit
von einem Abgasregelklappen-Steuersignal ableitet; dadurch gekennzeichnet,
dass bei zumindest einer vorgegebenen Motorbelastung die elektronische
Steuerung das Abgasregelklappen-Steuersignal und zumindest teilweise
einen gewünschten
Drosseldruck-Reservewert unter Verwendung einer Anzahl von vergangenen Motorlastsignalen
erzeugt, die von dem Motorlastsensor über eine gewünschte Zeitspanne
geliefert worden sind, wodurch die elektronische Steuerung dem Rechnung
trägt,
ob die Motorlast schwankt oder verhältnismäßig gleichmäßig ist und die das Abgasregelklappen-Steuersignal
unter Verwendung des gewünschten
Drosseldruck-Reservewertes erzeugt.
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In
einer Ausführung
ist der Motorlastsensor ein Motorgeschwindigkeitssensor und das
Motorlastsignal ist ein Motorgeschwindigkeitssignal.
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Der
Motorgeschwindigkeitssensor kann ein Motordrehzahlsensor und das
Motorgeschwindigkeitssignal ein Motordrehzahlsignal sein.
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In
einer anderen Ausführung
ist der Motorlastsensor ein elektrischer Sensor zum Aufzeichnen der
elektrischen Ausgabe von einem elektrischen Generator, der von dem
Motor angetrieben werden soll.
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In
einer noch anderen Ausführung
ist der Motorlastsensor ein MAP-Sensor,
der den absoluten Ansaugdruck in der Ansaugleitung misst und der
das Motorlastsignal in Abhängigkeit
davon erzeugt.
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Die
elektronische Steuerung kann das Abgasregelklappen-Steuersignal
unter Verwendung der vergangenen Motorlastsignale und des gegenwärtigen Motorlastsignals
erzeugen.
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Das
Abgasregelklappen-Steuersignal kann unter Verwendung von aufeinanderfolgenden
gewünschten
Drosseldruck-Reservewerten erzeugt werden, die von der elektronischen
Steuerung zumindest teilweise unter Verwendung der vergangenen Motorlastsignale
erzeugt werden.
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Die
elektronische Steuerung kann die aufeinanderfolgenden Drosseldruck-Reservewerte
unter Verwendung einer festgelegten negativen Verstärkung erzeugen,
die aufeinanderfolgende gewünschte Drosseldruck-Reservewerte
beim Fehlen einer wesentlichen Schwankung in der Motorlast nach
unten drückt,
um den gewünschten
Druckreservewert nach oben zu treiben.
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Die
elektronische Steuerung kann die aufeinanderfolgenden Drosseldruck-Reservewerte
unter Verwendung eines aktuellen Motorlastsignals erzeugen.
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Die
elektronische Steuerung kann das Abgasregelklappen-Steuersignal
unter Verwendung aufeinanderfolgender gewünschter Drosseldruck-Reservewerte
erzeugen, die von der elektronischen Steuerung nach der folgenden
Gleichung festgelegt werden: ΔP(t+1) = –GAIN + P·NSE + I·∫ NSE + ΔP(t)worin:
ΔP(t) der
gewünschte
Drosseldruck-Reservewert für eine
aktuelle Zeitspanne ist;
ΔP(t+1)
der gewünschte
Drosseldruck-Reservewert für
die nächste
darauffolgende Zeitspanne ist;
GAIN der festgelegte Wert ist,
der gewählt
wurde, um den gewünschten
Drosseldruck-Reservewert langsam gegen Null zu treiben, wenn keine
wesentliche Schwankung in der Motorlast vorliegt;
P eine proportionale
Verstärkung
darstellt;
NSE ein negativer Geschwindigkeitsfehler ist, der
einem eingestellten vorgegebenen Motorgeschwindigkeitswert entspricht,
vermindert um die Motorgeschwindigkeit, wie sie von dem Motorgeschwindigkeitssensor
während
der aktuellen Zeitspanne gemessen wird, sofern nicht die Motorgeschwindigkeit, die
von dem Motorgeschwindigkeitssensor während der aktuellen Zeitspanne
gemessen wird, schneller als der eingestellte vorgewählte Motorgeschwindigkeitswert
ist, in welchem Fall NSE gleich 0 ist;
I eine integrale Verstärkung ist;
und
∫ NSE
das Integral des negativen Geschwindigkeitsfehlers über die
gewünschte
Zeitspanne in der Vergangenheit ist.
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Die
vorgegebene Motorbelastung kann eine Motorbelastung sein, die 25%
größer als
die geschätzte
Motor-Nennlast ist.
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Der
negative Geschwindigkeitsfehler kann berechnet werden, um für ein Totband
Rechnung zu tragen, bei dem der negative Geschwindigkeitsfehler gleich
Null gesetzt wird, solange die Motordrehzahl, wie sie von dem Motorgeschwindigkeitssensor
gemessen wird, nicht wesentlich kleiner als der vorgewählte Motorgeschwindigkeitseinstellpunkt
ist.
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Die
Erfindung beinhaltet auch ein Verfahren zum Steuern der Stellung
des Abgasregelklappenventils in einer Verbrennungskraft maschine
mit Turboladung, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
Messen
einer Druckdifferenz über
eine Drossel in dem Motor;
Messen der Last an dem Motor wiederholt über die Zeit;
und
gekennzeichnet durch Erzeugen eines gewünschten Drosseldruck-Reservewerts bei
zumindest einer vorgegebenen Motorbelastung wenigstens teilweise durch
Verwendung einer Anzahl von Vergangenheits-Motorlastsignalen, die über eine
gewünschte Zeitspanne
gemessen wurden, um dem Rechnung zu tragen, ob die Motorlast schwankt
oder verhältnismäßig gleichmäßig ist;
Vergleichen
der gemessenen Druckdifferenz über
die Drossel mit der gewünschten
Drosseldruckreserve und elektronisches Erzeugen eines Abgasregelklappen-Steuersignals
in Abhängigkeit
davon; und
Verwenden des Abgasregelklappen-Steuersignals zum
Steuern eines Abgasregelklappenbetätigers, um das Abgasregelklappenventil
zu öffnen,
wenn die gemessene Druckdifferenz über die Drossel größer als die
gewünschte
Drosseldruckreserve ist, und um das Abgasregelklappenventil zu schließen, wenn
die gemessene Druckdifferenz über
die Drossel kleiner als die gewünschte
Drosseldruckreserve ist.
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Der
erzeugte gewünschte
Drosseldruck-Reservewert kann auch teilweise wenigstens von einer konstanten
negativen Verstärkung
abhängen,
die die gewünschten
aufeinanderfolgenden Drosseldruck-Reservewerte nach unten treibt, wenn
eine wesentliche Schwankung in der Motorlast fehlt, um den gewünschten
Druckreservewert nach oben zu treiben.
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Die
aufeinanderfolgenden gewünschten Drosseldruck-Reservewerte
können
anpassungsmäßig mit
einem Schleifenaktualisierungsschema erzeugt werden.
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In
einer Ausführung
wird die Motorlast gemessen durch Messen der Motorgeschwindigkeit
mit einem Motorgeschwindigkeitssensor, wobei der gewünschte Drosseldruck-Reservewert
adaptiv über aufeinanderfolgende
Zeitperioden nach der folgenden Gleichung erzeugt wird: ΔP(t+1)
= –GAIN
+ P·NSE
+ I·∫ NSE + ΔP(t)worin:
ΔP(t) der
gewünschte
Drosseldruck-Reservewert für eine
aktuelle Zeitspanne ist;
ΔP(t+1)
der gewünschte
Drosseldruck-Reservewert für
die nächste
darauffolgende Zeitspanne ist;
GAIN der festgelegte Wert ist,
der gewählt
wurde, um den gewünschten
Drosseldruck-Reservewert langsam gegen Null zu treiben, wenn keine
wesentliche Schwankung in der Motorlast vorliegt;
P eine proportionale
Verstärkung
darstellt;
NSE ein negativer Geschwindigkeitsfehler ist, der
einem eingestellten vorgegebenen Motorgeschwindigkeitswert entspricht,
vermindert um die Motorgeschwindigkeit, wie sie von dem Motorgeschwindigkeitssensor
während
der aktuellen Zeitspanne gemessen wird, sofern nicht die Motorgeschwindigkeit, die
von dem Motorgeschwindigkeitssensor während der aktuellen Zeitspanne
gemessen wird, schneller als der eingestellte vorgewählte Motorgeschwindigkeitswert
ist, in welchem Fall NSE gleich 0 ist;
I eine integrale Verstärkung ist;
und
∫ NSE
das Integral des negativen Geschwindigkeitsfehlers über die gewünschte Zeitspanne
in der Vergangenheit ist.
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Die
Größe einer
Erhöhung
des gewünschten Drosseldruck-Reservewerts zwischen
zwei aufeinanderfolgenden gewünschten
Druckwerten kann auf einen vorgewählten Wert begrenzt sein.
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Das
Verfahren kann ferner den Schritt einer vorübergehenden Anreicherung des
Kraftstoff-Luftgemisches, das in den Motor beim Einsetzen einer Lasterhöhung nach
einer Periode ausgedehnter Lastgleichmäßigkeit eingespeist wird, einschließen.
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Um
die Erfindung gut zu verstehen, wird nun eine Ausführung davon
lediglich in Form eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen Stand der Technik
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1 ist
eine schematische Darstellung, die eine Verbrennungskraftmaschine
mit Turboladung mit einer Standard-Abgasregelklappen-Steuerung erläutert, wie
sie im Fachgebiet bekannt ist.
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2 ist
eine schematische Darstellung, die eine Verbrennungskraftmaschine
mit Turboladung mit einer Abgasregelklappen-Steuerung mit festgelegtem ΔP erläutert, wie
sie im Fachgebiet bekannt ist.
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Vorliegende
Erfindung
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3 ist
eine schematische Darstellung, die eine Verbrennungskraftmaschine
mit Turboladung mit einer Abgasregelklappen-Steuerung mit adaptiven ΔP gemäß der Erfindung
erläutert.
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4 ist
ein Flussdiagramm, welches das bevorzugte Schema für die kontinuierliche
Einstellung der gewünschten
Drosseldruckreserve für
das in 3 dargestellte System erläutert.
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5a bis 5c sind
graphische Darstellungen des ΔP-
Einstellpunkts, der Motordrehzahl und des Motordrehmoments über der
Zeit, die das Reagieren der Abgasregelklappen-Steuerung mit adaptiven ΔP, die in 3 und 4 dargestellt
ist, auf Veränderungen
der Motorlast darstellt.
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Ausführliche
Beschreibung der Zeichnungen Stand der Technik
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1 und 2 erläutern schematisch
zwei Versionen eines großen
Industrie-Verbrennungskraftmaschinen-Systems 10 mit Turbolader 12 und einem
Abgasregelklappenventil 14, das in einer im Fachgebiet
bekannten Art und Weise gesteuert wird. Insbesondere erläutert 1 ein
System mit einer Standard-Abgasregelklappen-Steuerung, die ansonsten als Maximum-Verstärkungsregler
bekannt ist und 2 erläutert eine Steuerung mit festgelegtem ΔP (d.h. mit
einer Steuerung mit festgelegter Drosseldruckreserve).
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In 1 weist
ein Motor 10 eine Ansaugleitung 16 und eine Abgasleitung 18 auf.
Die Abgase entweichen aus der Abgasleitung 18 durch eine
Abgasausströmleitung 20 und
strömen
zu dem Turbolader 12. Der Turbolader weist eine Turbine 22 und
einen Kompressor 24 auf. Die Motorabgase durchströmen den
Turbolader 12 in eine Abgasaustrittsleitung 26.
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Die
Umgebungsluft tritt in den Kompressor 24 durch eine Luftansaugleitung 28 ein.
Normalerweise ist in der Luftansaugleitung 28 ein Luftreiniger (nicht
dargestellt) angeordnet. Da die in den Kompressor 24 eintretende
Umgebungsluft durch einen Luftreiniger angesaugt wird, befindet
sich die Luft in der Luftansaugleitung 28 normalerweise
im Zustand eines partiellen Vakuums. Die Energie in den durch die
Turbine 22 strömenden
Abgasen treibt ein Turbinenlaufrad 30, welches wiederum
eine Welle 32 antreibt, um ein Kompressorlaufrad 34 anzutreiben. Das
Kompressorlaufrad 34 komprimiert die Umgebungsluft, die
durch die Luftansaugleitung 28 zu dem Kompressor 24 strömt (d.h.
es setzt sie unter Druck, ladet sie durch den Turbolader auf oder
beschleunigt sie) und setzt die Ansaugluft, die aus dem Kompressor 24 in
die Kompressorausströmleitung 36 austritt, unter
Druck. Die unter Druck gesetzte Luft in der Kompressorausströmleitung 36 wird
durch einen Zwischenkühler 38 gedrückt, der
als Wärmetauscher wirkt,
um überschüssige Wärme aus
der turboaufgeladenen Ansaugluft zu entfernen. Die turboaufgeladene
Ansaugluft wird dann durch einen Vergaser 39, eine Drossel 40 und
durch die Ansaugleitung 16 zu dem Motor 10 geleitet.
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Der
Vergaser 39 ist normalerweise zwischen dem Zwischenkühler 38 und
der Drossel 40 angeordnet. Der Kraftstoff wird in dem Vergaser 39 mit
der komprimierten Luft gemischt und das Kraftstoff-Luft-Gemisch strömt dann
zu der Drossel 40. In großen industriellen Verbrennungskraftmaschinen
ist der Kraftstoff normalerweise Naturgas, obwohl auch andere Kraftstoffe
verwendet werden können.
Alternativ kann der Vergaser 39 stromaufwärts von
dem Kompressor 24 in der Luftansaugleitung 28 angeordnet
sein. In einer solchen Gestaltung komprimiert der Kompressor 24 für den Turbolader 12 das
Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Leitung 28 und gibt das
unter Druck gesetzte Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Kompressorausströmleitung 36 ab.
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Die
Drossel 40 erzeugt einen Druckabfall, so dass der Luftdruck
in die Drossel hinein dem Kompressorabgabedruck oder geringfügig darunter
und der Luftdruck stromabwärts
der Drossel 40 dem Druck in der Ansaugleitung entspricht.
Die Größe des Luftdruckabfalls über die
Drossel 40 wird als die Drosseldruckreserve bezeichnet.
Die Drosseldruckreserve oder die Größe des Luftdruckabfalls über die Drossel
hängt sowohl
von dem Luftstrom durch die Drossel 40 als auch von der
Stellung der Drossel 40 ab.
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Ein
Abgasregelklappendurchfluss 42 ist zwischen der Abgasausströmleitung 20 aus
der Abgasleitung 18 und der Abgasaustrittsleitung 26 aus
der Turbine 22 des Turboladers 12 vorgesehen.
Ein Abgasregelklappenventil 14 ist in dem Abgasregelklappendurchfluss 42 angeordnet,
um die Energiemenge in den Motorabgasen zu regeln, die die Turbine 22 des
Turboladers 12 umgeht. Wenn das Abgasregelklappenventil 14 teilweise
oder vollständig
geöffnet ist,
werden die Motorabgase in der Abgasausströmleitung 20 zu der
Abgasaustrittsleitung 26 abgeleitet, wodurch der Abgasmassenfluss
zu der Turbine 22 in dem Turbolader 12 verringert
wird. Das Verringern des Abgasmassenflusses zu der Turbine 22 verringert
die Abgabe des Kompressors 24 und verringert dadurch den
Kompressorabgabedruck in der Kompressorausströmleitung 36.
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Die
in 1 dargestellte, dem Stand der Technik entsprechende
Abgasregelklappen-Steuerung ist ein Maximum-Verstärkungsregler
und weist einen Abgasregelklappenventilbetätiger 46 und eine Druckabzweigung 48 auf.
Die Druckabzweigung 48 überwacht
normalerweise den Druck in der Kompressorausströmleitung 36 stromaufwärts der
Drossel 40. Wenn auch 1 die Druckabzweigung 48 darstellt, die
den Druck in der Kompressorausströmleitung 36 zwischen
dem Zwischenkühler 38 und
dem Kompressor 34 überwacht,
ist es auch bekannt, den Luftdruck in der Kompressorausströmleitung 36 zwischen
der Drossel 40 und dem Zwischenkühler 38 zu überwachen.
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Die
Druckabzweigung 48 ist mit einem federbetätigten Abgasregelklappenventilbetätiger 46 verbunden.
Der Betätiger 46 steuert
das Abgasregelklappenventil 14, wie es schematisch durch
die Leitung 47 dargestellt ist. In der speziellen Ausführung von 1 bleibt
das Abgasregelklappenventil 14 geschlossen, bis der Druck
in der Kompressorausströmleitung 36 und
in der Druckabzweigung ausreichend ist, um den federbelasteten Betätiger 46 zu
betätigen.
Die Leitung 45 von dem Abgasregelklappenventilbetätiger 46 ist
zu den Umgebungsbedingungen hin offen und ist dargestellt, um aufzuzeigen, dass
der Betätiger 46 das
Abgasregelklappenventil 14 in Abhängigkeit von der Differenz
des Drucks in der Leitung 48 über dem Umgebungsdruck in der
Leitung 45 betätigt.
Dieser Typ einer Standard-Abgasregelklappen-Steuerung, oder eines
Maximum-Verstärkungsreglers
dient dazu, den Betrieb des Kompressors 24 zu begrenzen,
wenn der Motor bei hohen Belastungen, beispielsweise mit 80 bis
90% der maximalen Gesamtbelastung betrieben wird. Das dem Stand
der Technik entsprechende System von 1 begrenzt
daher die Maximalleistung des Motors 10, indem es die Leistungsabgabe
oder die Verstärkung des
Kompressors 24 in dem Turbolader 12 begrenzt.
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Wenn
auch 1 eine mechanische Ausgestaltung für die Standard-Abgasregelklappen-Steuerung
darstellt, sind elektronische Schemata unter Verwendung eines Druckwandlers
zum Messen des Drucks in der Kompressorausströmleitung 36 im Fachgebiet
bekannt.
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Wenn
auch die Druckabzweigung 48 in 1 so dargestellt
ist, dass sie den Druck in der Kompressorausströmleitung 36 stromaufwärts der Drossel 40 überwacht,
kann sie alternativ den Druck in der Ansaugleitung 16 stromabwärts der
Drossel 40 überwachen,
ohne den Betrieb des Maximum-Verstärkungsreglers wesentlich zu
beeinträchtigen.
Das ist darauf zurückzuführen, dass
die Drossel 40 normalerweise vollständig oder fast vollständig geöffnet ist,
wenn der Motor 10 bei hohen Belastungen arbeitet. Unter
solchen Maximum-Verstärkungsbedingungen
ist der Druck stromabwärts
der Drossel 40 im Wesentlichen der gleiche oder geringfügig geringer als
der Druck stromaufwärts
der Drossel 40.
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2 stellt
eine Abgasregelklappen-Steuerung mit festgelegtem ΔP dar, wie
sie im Fachgebiet bekannt ist. Außer der Abgasregelklappen-Steuerung
gleicht das in 2 dargestellte System dem in 1 dargestellten
System und es werden in 2, wo es angebracht ist, gleiche
Bezugszahlen verwendet. Die in 2 dargestellte
Abgasregelklappen-Steuerung mit festgelegtem ΔP weist eine stromaufwärtige Druckabzweigung 50 zum Überwachen
des Drucks in der Kompressorausströmleitung 36 stromaufwärts der
Drossel 40 und eine stromabwärtige Druckabzweigung 52 zum Überwachen
des Drucks in der Ansaugleitung stromabwärts der Drossel 40 auf.
Wie in Bezug auf das in 1 dargestellte System beschrieben,
kann die stromaufwärtige Druckabzweigung 50 in
der Kompressorausströmleitung 36 zwischen
dem Zwischenkühler 38 und
dem Kompressor 34 oder alternativ zwischen dem Zwischenkühler 38 und
der Drossel 40 angeordnet sein.
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Die
stromaufwärtige
Druckabzweigung 50 steht, wie auch die stromabwärtige Druckabzweigung 52 mit
einem Abgasregelklappenventilbetätiger 54 mit
festgelegtem ΔP
in Verbindung. Ein Verstärkungsregler 56 ist
in der stromaufwärtigen
Druckabzweigung 50 angeordnet oder kann alternativ in der stromabwärtigen Druckabzweigung 52 angeordnet sein.
Der Verstärkungsregler 56 funktioniert
in gleicher Weise, wie der in 1 beschriebene
Verstärkungsregler 46 und
ist vorgesehen, um das Abgasregelklappenventil 14, wie
es schematisch durch die Leitung 58 dargestellt ist, zu öffnen, wenn
der Druck in der Druckabzweigung 50, oder alternativ in
der Leitung 52 einen Schwellenwert überschreitet, um die maximale
Leistungsabgabe des Kompressors 24 bei normalerweise 80
bis 90% der maximalen Motorlast zu steuern. Die Leitung 60 von
dem Maximum-Verstärkungsregler 56 ist
gegenüber
den Umgebungsbedingungen offen und ist dargestellt, um aufzuzeigen,
dass der Verstärkungsregler 56 das
Abgasregelklappenventil 14, in Abhängigkeit von der Differenz
des Drucks in der Leitung 50 (oder alternativ in der Leitung 52) über dem
Umgebungsdruck in der Leitung 60 betätigt.
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Der
Abgasregelklappenventilbetätiger 54 mit festgelegtem ΔP wird betrieben,
um das Abgasregelklappenventil 14, wie es schematisch durch
die Leitung 62 dargestellt ist, zu steuern, wenn der Motor
bei Teillast betrieben wird, um eine festgelegte Druckdifferenz
zwischen den Druckabzweigungen 50 und 52 einzuhalten.
Mit anderen Worten, der Abgasregelklappenventilbetätiger 54 mit
festgelegtem ΔP
wird betrieben, um eine festgelegte Drosseldruckreserve beizubehalten.
Insbesondere öffnet
der Abgasregelklappenventilbetätiger 54 mit
festgelegtem ΔP
das Abgasregelklappenventil 14, bei geringen oder mittleren
Motorbelastungen, wenn der Kompressorabgabedruck, der durch die
stromaufwärtige
Druckabzweigung 50 überwacht
wird, den Druck in der Ansaugleitung, der durch die stromabwärtige Druckabzweigung 52 überwacht
wird, um mehr als eine ausgewählte
Drosseldruckreserve oder den ΔP-Sollwert überschreitet.
Für eine
Abgasregelklappen-Steuerung mit festgelegtem ΔP liegt der ΔP-Sollwert oder die gewünschte Drosseldruckreserve
bei etwa 229 mm (9 Inch) Quecksilbersäule (0,281 kp/cm2 (4
psi)) für
gleichförmige
Belastungen und 330 mm (13 Inch) Quecksilbersäule (0,42 kp/cm2(6
psi)) für
schwankende Belastungen.
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Wenn
auch 2 eine mechanische Ausgestaltung für eine Abgasregelklappen-Steuerung
mit festgelegtem ΔP
darstellt, sind elektronische Schemata unter Verwendung eines stromaufwärtigen Druckwandlers
zum Messen des Kompressorabgabedrucks und eines stromabwärtigen Druckwandlers zum
Messen des Ansaugleitungsdruck im Fachgebiet bekannt. Eine solche
Offenbarung wird in dem vorher angeführten US-Patent Nr. 5,551,236,
Anmeldung Nr. 08/236,467 mit dem Titel „Managementsystem für eine Turboladersteuerung", übertragen
an den Rechtsnachfolger der vorliegenden Anmeldung, das hierin durch
Bezugnahme einbezogen ist, behandelt. In einem solchen System kann
die Drosseldruckreserve elektronisch durch Messen des Drucks sowohl
stromaufwärts
als auch stromabwärts
der Drossel und elektronisches Subtrahieren der beiden gemessenen
Werte bestimmt werden. Wie vorher angeführt, schlägt diese Anmeldung vor, dass
die gewünschte
Drosseldruckreserve in Abhängigkeit
von einem gewünschten
Lastverhalten des Motors, das in Abhängig keit von verschiedenen
Bedingungen in eine elektronische Steuereinrichtung eingetragen werden
kann, eingestellt werden kann.
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Vorliegende
Erfindung
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3 zeigt
schematisch ein großes
industrielles Verbrennungskraftmaschinensystem 10 mit einem
Turbolader 12 und einem Abgasregelklappenventil 14,
das gemäß der Erfindung
gesteuert wird. Außer
der Abgasregelklappen-Steuerung gleicht das in 3 dargestellte
System dem in 1 und 2 dargestellten
System und es werden in 3, wo es angebracht ist, gleiche
Bezugszahlen verwendet. In der Erfindung wird eine elektronische
Steuerung 64 verwendet, um adaptiv einen gewünschten
Drosseldruck-Reservewert zu erzeugen, so dass das Lastverhalten
verbessert wird, wenn die Motorlast schwankt und der Kraftstoffverbrauch
verringert wird, wenn die Motorlast relativ gleichmäßig ist.
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In
der bevorzugten Ausführung
der Erfindung überwacht
ein stromaufwärtiger
Drucksensor 66 den Druck in der Kompressorausströmleitung 36 und
erzeugt ein stromaufwärtiges
Drucksignal in Abhängigkeit
davon. Das stromaufwärtige
Drucksignal wird über
die Leitung 68 zu der elektronischen Steuerung 64 übertragen.
Das stromaufwärtige
Drucksignal ist vorzugsweise ein analoges Drucksignal, beispielsweise
ein 0- bis 5-Volt-Signal oder ein 4- bis 20-Milliampere-Signal.
Ein stromabwärtiger
Druckwandler 70 misst den Druck in der Ansaugleitung und erzeugt
ein stromabwärtiges
Drucksignal in Abhängigkeit
davon. Das stromabwärtige
Drucksignal wird über
die Leitung 72 zu der elektronischen Steuerung 64 übertragen.
Das stromabwärtige
Drucksignal ist ebenfalls vorzugsweise ein analoges Drucksignal, beispielsweise
ein 0- bis 5-Volt-Signal
oder ein 4-bis 20-Milliampere-Signal.
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Der
Motorlastsensor 74 überwacht
die Motorlast und erzeugt ein Motorlastsignal in Abhängigkeit
davon. Das Motorlastsignal wird über
die Leitung 76 zu der elektronischen Steuerung 64 übertragen. Der
Motorlastsensor 74 kann allgemein ein Sensortyp sein, der
einige Betriebskennwerte des Motors misst, aus denen die Motorlast
bestimmt oder abgeleitet werden kann. So kann zum Beispiel in einem System,
in dem der Motor 10 einen elektrischen Generator antreibt,
die Motorlast direkt durch Messen der elektrischen Leistungsabgabe
von dem Generator unter Verwendung eines Wattwandlers oder Ähnlichem
gemessen werden. Ein anderer gebräuchlicher Weg zum Ableiten
von Veränderungen
der Motorlast würde
sein, den absoluten Druck der Ansaugleitung unter Verwendung eines
Absolutdruck-Leitungssensors an der Ansaugleitung 16 zu überwachen.
Der bevorzugte Weg der Überwachung
der Motorlastveränderung
ist die Überwachung
der Motorgeschwindigkeit unter Verwendung eines Motordrehzahlsensors
und das Erzeugen eines Motordrehzahlsignals, das zu der elektronischen
Steuerung übertragen
wird. Die Veränderung
der Motorgeschwindigkeit ist ein praktischer und zuverlässiger Ersatz
für die
Motorlastveränderung
in Anwendungen mit großen
industriellen Verbrennungskraftmaschinen, weil Schwankungen der
Motorgeschwindigkeit anzeigen, dass eine Schwankung der Motorlast vorhanden
ist. Ein geeigneter Typ des Drehzahlsensors ist ein Sensortyp, der
einen magnetischen Geber verwendet, um ein auf der Frequenz der
Motorumdrehungen basierendes Signal zu erzeugen.
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Die
elektronische Steuerung 64 erzeugt adaptiv eine gewünschte Drosseldruckreserve,
die nicht nur auf dem gegenwärtigen
Motorlastsignal basiert, sondern auch auf vergangenen Motorlastsignalen.
Wenn die elektronische Steuerung 64 feststellt, dass die
Motorlast schwankt, stellt sie den gewünschten Drosselreservewert
auf einen verhältnismäßig großen Wert
ein. Wenn die elektronische Steuerung 64 feststellt, dass
die Motorlast verhältnismäßig unveränderlich
ist, stellt sie den gewünschten Drosselreservewert
auf einen verhältnismäßig kleinen
Wert ein. Nachdem die elektronische Steuerung den gewünschten
Drosseldruck-Reservewert bestimmt hat, vergleicht sie den gewünschten
Drosseldruck-Reserve wert mit der aktuellen Drosseldruckreserve,
die als die Differenz zwischen dem stromaufwärtigen Drucksignal in der Leitung 68 und
dem stromabwärtigen
Drucksignal in der Leitung 72 definiert ist.
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Die
elektronische Steuerung 64 gibt ein Abgasregelklappen-Steuersignal in der
Leitung 78 aus, um den Abgasregelklappenbetätiger 80 zu
betätigen, der
die Stellung des Abgasregelklappenventils 14 steuert. Wenn
die aktuelle Drosseldruckreserve größer ist als der gewünschte Drosseldruck-Reservewert, überträgt die elektronische
Steuerung 64 ein Steuersignal in der Leitung 78,
um den Abgasregelklappenbetätiger 80 anzuweisen,
das Abgasregelklappenventil 14 in die geöffnete Stellung
zu bringen. Wenn die aktuelle Drosseldruckreserve kleiner ist als der
gewünschte
Drosseldruck-Reservewert, überträgt sie elektronische
Steuerung 64 ein Steuersignal in der Leitung 78,
um den Abgasregelklappenbetätiger 80 anzuweisen,
das Abgasregelklappenventil 14 in die geschlossene Stellung
zu bringen.
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Das
bevorzugte Schema für
das adaptive Erzeugen des gewünschten
Drosseldruck-Reservewerts in der elektronischen Steuerung ist schematisch
in 4 dargestellt. Beim Anlaufen (Zeit (t)=0), liegt
der gewünschte
Drosseldruck-Reservewert, oder der ΔP-Sollwert, normalerweise bei etwa 330 mm
(13 Inch) Quecksilbersäule,
was einem typischen gewünschten
Drosseldruck-Reservewert für eine
schwankende Belastung entspricht. Es kann jedoch auch ein anderer ΔP-Sollwert
beim Anlaufen des Motors gewählt
werden. Das Diagramm in 4 zeigt, dass nach dem Anlaufen
des Motors (d.h. Zeit (t)≠0)
der gewünschte
Drosseldruck-Reservewert kontinuierlich gemäß einem Schleifenschema angepasst
wird, es sei denn, der gewünschte
Drosseldruck-Reservewert ist aus einem bestimmten anderen Grund
eingestellt. So kann zum Beispiel der Kraftstoffverbrauch bei geringen
Belastungen manchmal relativ unwichtig sein, so dass es erwünscht sein
kann, den Drosseldruck-Reservewert für geringe
Belastungen auf einen hohen Wert einzustellen und das adaptive Schema
nur für
mittlere und hohe Bela stungen zu verwenden.
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Block 82 zeigt,
dass ein gewünschter
Drosseldruck-Reservewert anfangs zu der Zeit (t)=0 gewählt ist. 4 zeigt,
dass der gewünschte
Drosseldruck-Reservewert für
jede nachfolgende Abtastperiode (Block 84), durch Subtrahieren
einer festgelegten oder konstanten Verstärkung (Block 86) und
Hinzufügen
einer proportionalen Verstärkung
(Block 88) und einer integralen Verstärkung (Block 90) zu
dem vorherigen gewünschten
Drosseldruck-Reservewert bestimmt
wird. Die Abtastrate für
die elektronische Steuerung würde
normalerweise in der Größenordndung
von 10-15 Hz liegen. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf eingeschränkt.
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Es
ist bevorzugt, dass die festgelegte Verstärkung (Block 86) immer
von dem vorherigen gewünschten
Drosseldruck-Reservewert subtrahiert wird. Das Subtrahieren der
festgelegten Verstärkung (Block 86)
treibt den gewünschten
Drosseldruck-Reservewert nach unten und verbessert daher den Motorwirkungsgrad,
wenn nicht das Glied der proportionalen Verstärkung (Block 88) oder
das Glied der integralen Verstärkung
(Block 90) den gewünschten Drosseldruck-Reservewert
nach oben treiben, wenn ein verbessertes Motorverhalten wegen vergangener oder
gegenwärtiger
Lastschwankungen gewünscht wird.
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Block 88 zeigt,
dass ein Glied der proportionalen Verstärkung hinzugefügt ist,
um den gewünschten
Drosseldruck-Reservewert nach oben zu treiben, wenn die gegenwärtige Motorlast
ansteigt. Der Zweck des Blocks 88 ist es, zu erlauben,
dass der gewünschte
Drosseldruck-Reservewert steigt, wenn sich die Motorlast erhöht. Es kann
gewünscht sein,
maximale Grenzen für
den Anstieg des gewünschten
Drosseldruck-Reservewert festzulegen, um stoßförmige Beanspruchungsprobleme
zu vermeiden, die auftreten können,
wenn die Last des Kompressors 24 verhältnismäßig instabil ist. Das proportionale
Glied (Block 88) weist normalerweise einen Ausdruck auf,
der die Veränderung
der Last multipliziert mit einem propor tionalen Verstärkungswert anzeigt.
Block 90 zeigt an, dass ein integrales Verstärkungsglied
hinzugefügt
ist, um die gewünschte Drosseldruckreserve
nach oben zu treiben, wenn die Last in der Vergangenheit über die
Zeit geschwankt hat.
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Der
bevorzugte Weg zum Ausführen
des in 4 dargestellten Schemas schließt die Verwendung eines negativen
Geschwindigkeitsfehlers als Anzeige der Motorlast ein. Der negative
Geschwindigkeitsfehler kann als gewünschter Sollwert der Geschwindigkeit
für den
Motor 10 kleiner als die aktuelle Geschwindigkeit des Motors 10 definiert
werden. Bei Anwendung für
einen elektronischen Generator würde
der gewünschte
Sollwert der Geschwindigkeit in den Vereinigten Staaten von Amerika
normalerweise 60 Hz und für
Europa 50 Hz betragen. Der negative Geschwindigkeitsfehler ist eine
Anzeige der Motorlast, weil der Motor 10 dazu neigt, langsamer
zu werden, wenn die Belastung ansteigt. Unter Verwendung des negativen
Geschwindigkeitsfehlers als Ersatz für die Motorlast kann das Schema
in 4 gemäß der folgenden
Gleichung (1) ausgeführt
werden: ΔP(t+1)
= –GAIN
+ P·NSE
+ I·∫NSE + ΔP(t)worin:
ΔP(t) der
gewünschte
Drosseldruck-Reservewert für eine
aktuelle Zeitspanne ist;
GAIN ein festgelegter Wert ist, der
gewählt
wurde, um den gewünschten
Drosseldruck-Reservewert langsam gegen Null zu treiben,
P das
Glied für
die proportionale Verstärkung
darstellt;
NSE gleich dem negativen Geschwindigkeitsfehler ist
(d.h. ein vorausgewählter
Sollwert für
den Motorgeschwindigkeitswert, vermindert um die Motorgeschwindigkeit,
wie sie von dem Motorge schwindigkeitssensor gemessen wird);
I
das Glied für
die integrale Verstärkung
darstellt
∫NSE
das Integral des negativen Geschwindigkeitsfehlers über die
gewünschte
Zeitspanne in der Vergangenheit ist.
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Bei
der Anwendung der Gleichung (1) ist es bevorzugt, dass der negative
Geschwindigkeitsfehler (NSE) auf Null festgelegt ist, wenn die aktuelle
Motorgeschwindigkeit über
dem Sollwert der vorausgewählten
Motorgeschwindigkeit liegt. Unter Verwendung der Gleichung (1) treibt
das Glied für
die festgelegte Verstärkung
(Block 86) den gewünschten
Drosseldruck-Reservewert immer weiter nach unten, bis Schwierigkeiten
mit der Steuerfähigkeit
des Motors wegen der schwankenden Motorbelastungen einsetzen, die
mit unzureichender Drosseldruckreserve auftreten. Natürlich ist
es niemals erlaubt, dass ΔP(t+Δ) auf Null
zurückgeht
und vorzugsweise ist es niemals erlaubt, dass das Glied unter einen
kleinen positiven Wert zurückgeht.
Jedes der Verstärkungsglieder
in der Gleichung (1) (d.h. GAIN, P und I) kann in Bezug zueinander
gewählt
sein, um das Verhalten des Steuerschemas festzulegen. Vorzugsweise
werden die Verstärkungsglieder
(GAIN, P und I) so gewählt,
dass der gewünschte
Drosseldruck-Reservewert in zumindest einigen Minuten nach dem Auftreten
einer Lastabweichung wiederhergestellt ist.
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Ferner
kann ein Totband für
den negativen Geschwindigkeitsfehler verwendet werden, indem der
negative Geschwindigkeitsfehler gleich Null gesetzt wird, wenn die
aktuelle Motorgeschwindigkeit um nur wenige Umdrehungen pro Minute
geringer ist, als der vorausgewählte
Sollwert für
die Motorgeschwindigkeit. Ein solches Negativgeschwindigkeits-Totband
verhindert eine unnötige
Einstellung des gewünschten
Drosseldruck-Reservewerts unter den Umständen, wenn die Motorgeschwindigkeit
aus Gründen,
die nicht mit der Motorbelastung im Zusammenhang stehen, wie zum
Beispiel Zündker zen-Fehlzündungen
usw., nur geringfügig
abfällt.
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5a bis 5c stellen
grafisch das Verhalten der adaptiven ΔP-Abgasregelklappen-Steuerung bei Motorlastveränderungen
dar. 5b und 5c zeigen,
dass sich das Motorlastdrehmoment zu der Zeit = 20 Sekunden, angezeigt
durch den Punkt 92, ändert.
Diese Veränderung
der Motorlast an Punkt 92 führt zu einer ungewünschten
Motorgeschwindigkeitsänderung.
An Punkt 93 verringert sich das Motorlastdrehmoment und
die Motorgeschwindigkeit steigt entsprechend an. 5a zeigt,
dass sich der ΔP-Sollwert
oder der gewünschte
Drosseldruck-Reservewert an Punkt 94 in Reaktion auf die beiden
Lastveränderungen 92 und 93 zu
verändern beginnt.
Der gewünschte
Drosseldruck-Reservewert steigt auf einen ausreichenden Wert, um
eine konstante Motorgeschwindigkeit, angezeigt durch die Bezugszahl 95,
beizubehalten. Nachdem die Last stetig gehalten ist, wird die gewünschte Drosseldruckreserve
verringert, um den Kraftstoffverbrauch zu verringern, wie es durch
die Bezugszahl 96 angezeigt ist. Das Verringern des gewünschten
Drosseldruck-Reservewerts bewirkt nicht nur, dass der Kraftstoffverbrauch
verringert wird, sondern kann auch ungewünschte Schadstoffemissionen
verringern, die während Übergangsbelastungen
auftreten.
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Es
ist daher zu erkennen, dass das in 4 und in
Gleichung (1) beschriebene Steuerschema nicht nur die Motorlast
der Vergangenheit berücksichtigt,
sondern auch den gewünschten
Drosseldruck-Reservewert
als ein Funktion der gegenwärtigen
Veränderungen
der Motorlast.
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Nach
einem längeren
Zeitraum ohne Lastveränderungen
wird die Abgasregelklappe so eingestellt sein, dass eine sehr geringe
Drosselreserve zur Verfügung
gestellt wird. Wenn unter diesen Bedingungen eine beginnende Belastungsänderung
auftritt, ist sehr wenig Drosseldruckreserve vorhanden, um eine
plötzliche
Lasterhöhung
aufzunehmen. Um dieses Problem zu überwinden, ist es bevor zugt,
eine vorübergehende
Anreicherung des Kraftstoff-Luftgemisches, das in den Motor 10 eingespeist
wird, vorzunehmen, wenn nach einem Zeitraum von längerer Laststetigkeit
ein plötzlicher
Lastanstieg auftritt.
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Die
Ausführung
stellt eine adaptive Abgasregelklappen-Steuerung zur Verfügung, in
welcher die gewünschte
Drosseldruckreserve oder der ΔP-Sollwert
in Abhängigkeit
von der Vergangenheit der Motorlast oder der Vergangenheit irgendeines
anderen Faktors, beispielsweise der Motorgeschwindigkeit oder des
Absolutdrucks in der Ansaugleitung bestimmt wird, der eine Anzeige
der Motorlast darstellt. Auf diese Weise kann die Ausführung eine
große Drosseldruckreserve
bereitstellen, wenn die Motorlast schwankt und dadurch das Motorverhalten
gegenüber
Lastveränderungen
zu verbessern, und eine kleine Drosseldruckreserve bereitstellen,
wenn die Motorlast relativ stabil ist, wodurch der Kraftstoffverbrauch
verringert wird.
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Insbesondere
schließt
die bevorzugte Ausführung
die Verwendung einer elektronischen Steuerung ein, die ein Signal
von einem Druckwandler, der stromaufwärts der Drossel angeordnet
ist, ein Signal von einem anderen Druckwandler, der stromabwärts der
Drossel angeordnet ist, und ein Motorlastsignal von einem Motorlastsensor
empfängt.
Die elektronische Steuerung erzeugt ein Abgasregelklappen-Steuersignal,
das einen Abgasregelklappenbetätiger
anweist, die Abgasregelklappe zu schließen oder zu öffnen. Die
elektronische Steuerung erzeugt adaptiv einen gewünschten
Drosseldruck-Reservewert, der zumindest teilweise von der vergangenen Motorlast
abhängt.
Wenn der Druckabfall über
die Drossel, wie er aus den Signalen von dem stromaufwärtigen und
dem stromabwärtigen
Druckwandler bestimmt ist, größer als
der gewünschte
Drosseldruck-Reservewert ist, erzeugt die elektronische Steuerung
ein Abgasregelklappen-Steuersignal, welches das Abgasregelklappenventil
anweist, zu öffnen.
Wenn der Druckabfall über
die Drossel größer als
der gewünschte
Drosseldruck-Reservewert ist, weist die elektronische Steuerung
den Abgasregelklappenbetätiger
an, das Abgasregelklappenventil zu schließen. Da der gewünschte Drosseldruck-Reservewert
zumindest teilweise von der vergangenen Motorlast abhängt, kann
die elektronische Steuerung einen verhältnismäßig großen Drosseldruck-Reservewert
für schwankende
Belastungen bereitstellen, um die Lastannahme zu verbessern und
sie kann eine verhältnismäßig kleine
Drosseldruckreserve bereitstellen, um den Kraftstoffverbrauch zu
verringern, wenn die Belastungen verhältnismäßig stetig sind.
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Es
ist bevorzugt, dass der gewünschte
Drosseldruck-Reservewert ständig
nach unten getrieben wird, um dadurch ohne eine wesentliche Schwankung
der Motorlast den Motorwirkungsgrad zu erhöhen oder den Kraftstoffverbrauch
zu verringern, um den gewünschten
Drosseldruck-Reservewert nach oben zu treiben. Das kann in der elektronischen Steuerung
durch Verwendung eines konstant negativen Verstärkungsglieds sowie durch Motorlastglieder in
einem Schleifenaktualisierungsschema erreicht werden.
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Die
Erfindung erfordert nicht, dass dieser Typ des adaptiven Schemas über alle
Motorlastbereiche verwendet wird. So ist zum Beispiel bei industriellen Anwendungen
zur Stromerzeugung der Motorwirkungsgrad bei geringen Motorlasten
verhältnismäßig unwichtig,
so dass es gewünscht
sein kann, den Drosseldruck-Reservewert
für geringe
Lasten auf einem hohen Pegel festzulegen und ein adaptives Schema
anzuwenden, um den Motorwirkungsgrad nur bei höheren Lasten zu verwenden.
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Die
Motorlast kann auf verschiedenen Wegen überwacht werden und die Erfindung
ist nicht dazu bestimmt, auf einen dieser speziellen Wege für das Überwachen
der Motorlast eingeschränkt
zu sein. Ein praktischer Weg für
die Überwachung
der Motorlastveränderung
ist es, die Motorgeschwindigkeit, beispielsweise durch einen Motordrehzahlsensor,
zu überwachen.
Die Motorlastveränderung
ist ein ziemlich guter Ersatz für
die Motorlastveränderung, insbeson dere
in großen
industriellen Anwendungen.
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Es
ist daher zu erkennen, dass die Ausführung leicht die Aufgabe lösen kann,
es großen
industriellen Verbrennungskraftmaschinen zu erlauben, bei stetigen
Belastungen den Kraftstoffverbrauch zu verringern und dabei noch
eine ausreichende Drosseldruckreserve für eine zufriedenstellende Lastannahme
bereitzustellen, wenn die Motorlast schwankt.
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Es
ist zu erkennen, dass viele Variationen, Modifikationen, Alternativen
und Äquivalente
hinsichtlich der hierin beschriebenen Ausführung vorhanden sein können und
dass anzunehmen ist, dass die Erfindung diese vollständig in
den Schutzumfang der Ansprüche
einschließt.