SE519901C2 - Förfarande för laddtrycksreglering vid en förbränningsmotor - Google Patents

Description

. . . . t. 519 901 2 Ändamålet med uppfinningen är att ange ett förfarande av det inledningsvis angivna slaget varmed laddtxycksregleringen kan drivas över största möjliga arbetsområde utan att följden blir en fördröjning av reglerförloppet eller översvängningar vid regle- ringen.

Uppfinningens fördelar Den nänmda uppgiften löses med särdragen enligt patentkrav 1 genom att ställstorhe- ten för ett ställelement, som påverkar avgasströmmen som ledes över avgasturbo- laddarens turbin, eller en eller flera ställstorheten bildande andra storheter inom ett karakteristikfält transformeras till sådana värden, att det efter transformationen före- ligger ett åtminstone närmelsevis linjärt samband mellan ställstorheten och reglerstorheten - laddtrycket. Genom denna åtgärd uppkommer en linjär reglerkarakteristika, medelst vilken man oberoende av arbetspunktens läge möjliggör en snabb och stabil laddtiyeksreglering.

F ördelaktiga vidareutvecklingar av uppfinningen framgår av de osjälvstândiga pa- tentkraven. Enligt dessa kan ställstorheten bildas av en proportionaldel och/eller en differentialdel och/eller en integraldel. Det är ändamålsenligt att för integraldelen förutbestämma ett gränsvärde, som bestämmes av ett av flera driftsparametrar för íörbränningsmotom beroende grundvärde samt ett detta överlagrat konigeringsvärde, som bestämmes adaptivt i beroende av motorvarvtalet, varvid flera varvtalsområden är förutbestämda.

I stället för ställstorheten själv kan även proportionaldelen och/eller differentialdelen och/eller integraldelen och/eller gränsvärdet för integraldelen i ett karakteristikfält transfonneras.

I samband med på ñtningarna återgivna utföringsformer kommer uppfinningen att beskrivas närmare i det följande, varvid fig. 1 visar ett blockschema för en motor med en laddtrycksreglering, ~ in' 519 901 3 fig. 2 visar ett funktionsdiagram för en laddnycksreglerare, fig. 3 visar ett fimktionsdiagram för bestämning av reglerparametrar, fig. 4 visar ett funktionsdiagram för bestänming av ett gränsvärde för en integraldel av en laddtiycksställstorhet och fig. 5 visar en reglerkarakteristika.

Fig. 1 visar en förbrärmingsmotor 10 med ett inloppsrör 12 och en avgaskanal 13. I inloppsröret 12 föreligger en strypventil 14 och en sensor 15 för avkänning av stryp- ventilens 14 öppningsvinkel ot. Dessutom föreligger i inloppsröret 12 nedströms strypventilen 14 en trycksensor 16 för avkänning av ärladdtrycket pvdk. På förbrän- ningsmotom 10 är en varvtalssensor 17 anordnad för avkänning av motorvarvtalet nmot. Förbränningsmotom 10 är utrustad med en turboladdare, varvid en avgasturbin 18 är anordnad i avgaskanalen 13 och en komprimator 19 är anordnad i inloppsröret 12. Komprimatorn 19 drivs via en axel 11 (antydd med streckad linje) av avgas- turbinen 18. Avgasturbinen 18 överbryggas på känt sätt av en shuntledning 20, vari en shuntventil 21 är anordnad. Shuntventilen 21 styrs på känt sätt via en fjäder- belastad tryckdosa i förening med en elektropneumatisk taktventil. Den fjäderbelas- tade tryckdosan med den elektropneumatiska taktventilen äri fig. 1 symboliserad med blocket 22.

En ytterligare nedan närmare beskriven rcglerenhet 23, som såsom insignaler erhål- ler stxypventilöppningsvinkeln ot, det uppmätta ärladduycket pvdk och motorvarvta- let nmot, alstrar en ställstorhet ldtv för shuntventilen 21. Närmare bestämt styr ställ- storheten ldtv såsom en pulsbreddmodulerad signal den elektropneumatiska taktven- tilen, som å sin sida alstrar trycket för den tjäderbelastade tryckdosan, som i sin tur 519 901 4 påverkar bypassventilen. Avgasströmmen över turbinen 18 kan även styras genom ändring av turbingeometrin.

I det följande kommer ett exempel på en reglerenhet 23 att beskrivas i samband med fig. 2, 3 och 4. Det handlar därvid om en PID-reglerare. Man kan emellertid även an- vända någon annan reglertyp.

Såsom framgår av funktionsdiagrammet enligt fig. 2 utläses ett börladdtryck psol från ett karakteristikfält KF LDPS i beroende av motorvarvtalet nmot och stxypventil- läget ot. Dessutom uppmätes med en trycksensor ärladdtrycket pvdk före strypventi- len. Vid en sammankopplingspunkt V1 bestämmes differensen mellan börladdtrycket plsol och ärladdtrycket pvdk. Denna differens betecknas som regleravvikelse lde.

Föreligger betingelsen B_ldr för en aktivering av laddtrycksregleringen, så ställes en omkopplare S1 på sammankopplingspunktens V1 utgång så, att den nämnda diffe- rensen mellan börladdtrycket plsol och ärladdtrycket pvdk föreligger som regleravvi- kelse lde på omkopplarens S1 utgång. Om laddtrycksregleringen inte är aktiv, dvs betingelsen B_ldr föreligger inte, så ligger omkopplaren S1 på 0.0. Reglerawikelsen lde är i detta fall noll.

En tröskelvärdesavgörare SEl matar en logisk 1 till S-ingången på en SR-vippa FF när regleravvikelsen lde överstiger en tröskel UMDYLDR. RS-vippans FF R-ingång är förbunden med utgången på en komparator Kl. Denna komparator Kl avger en logisk 1 när regleravvikelsen lde är mindre än eller lika med 0.0. Under de nämnda betingelsema ligger en logisk 1 på RS-vippans FF utgång Q när regleravvikelsen lde överstiger tröskeln UMDYLDR, dvs en övergång sker från stationär till dynamisk drift. Ifall det på RS-vippans FF R-ingång föreligger en logisk l, dvs regleravvikel- sen lde är mindre än O (ärladdtrycket är större än börladdnycket), så återställes vip- pan FF och på dess utgång Q föreligger en logisk 0. Utsignalen B_lddy på vippans FF Q-utgång anger om dynamisk drift (logisk 1) eller stationär drift (logisk 0) före- ligger. 519 901 I funktionsblocket Rl bestämmes i beroende av driftsbetingelsen B_1ddy och motor- varvtalet nmot en proportional- ldrkp, en differential- ldrkd samt en integralregler- parameter ldrki. Bestämningen av reglerparametrama ldrkp, ldrkd, ldrki i fimktions- blocketR1 kommer att besluivas vidare nedan i samband med fig. 3.

Genom produktbildning av proportionalreglerparametem ldrkp och regleravvikelsen lde i multiplikatom V2 uppstår en proportinaldel ldptv av turboladdarens ställstorhet ldtv.

En differentialdel lfrdtv av ställstorheten ldtv utgör resultatet av produktbildningen i multiplikatom V3 mellan differentialreglerparametem ldrkd och skillnaden mellan den aktuella regleravvikelsen lde och den, en tidtakt (ca. 50 ms) tidigare bestämda regleravvikelsen lde(i-l). Differensen mellan den aktuella reglerawikelsen lde och den tidigare bestämda regleravvikelsen lde(i-1) bildas i sammankopplingspunkten V4. Ett fördröjningselement VZl lämnar den med en tidstakt fördröjda reglerav- vikelsen lde(i-l).

Integraldelen lditv av ställstorheten ldtv bildas av en integrator INT, som beräknar produkten av integralreglerparametem ldrji och den fördröjda regleravvikelsen lde(i- 1) och denna produkt överlagras den vid den föreliggande tidstakten bestämda inte- graldelen lditv(i-1).

I sammankopplingspurikten V5 adderas slutligen proportionaldelen ldptv, differen- tialdelen ldrdtv och integraldelen lditv, varur ställstorheten ldty för en shuntventil hos turboladdaren blir resultatet.

Integraldelen lditv begränsas uppåt för undvikande av en översvängning vid ladd- ningslryckets reglering. Gränsvärdet ldimx för integraldelen lditv bestämmes i ett kretsblock R2, som kommer att beskrivas ytterligare nedan i samband med fig. 4, m n.. 519 901 6 och då i beroende av regleravvikelsen lde, integraldelen lditv, börladdtrycket plsol, motorvarvtalet nmot samt maximalfyllningen av cylindern vrlsol.

Det i fig. 3 återgivna funktionsblocket R1 innehåller tre av motorvarvtalet nmot be- roende karakteristikfalt LDRQIDY, LDRQ IST och LDRQZDY. Föreligger beting- elsen för dynamisk drift B_lddy, så genomkopplas från omkopplaren S2 integral- reglerparametem ldrki från karakteristikan LDRQ IDY för dynamisk drift till utgång- en. Av omkopplaren S3 genomkopplas från karakteristíkan LDRQZDY differential- parametem ldrkd till utgången. Proportionalreglerparametem ldrkp uppstår genom differensbildning i sammankopplingspunkten V6 mellan ett fast värde LDRQOD, som kopplas av en omkopplare S4 till sammankopplingspunkten V6, och differen- tialreglerpararnetem ldrkd. Har betingelsen B_lddy för dynamisk drift inte avgivits utan motom befinner sig i stationär drift, då uttages integralreglerparametem ldrki från karakteristikan LDRQIST. I motsvarighet därtill ligger nu omkopplaren S2 på karakteristikan LDRQIST. Differentialparametem ldrkd lägges via omkopplaren SR3 på 0.0, och proportionalparametem ldrkp sättes av omkopplaren S4 på ett fast värde LDRQoS. De fasta värdena LDRQOD, LDRQOS och karakteristikoma LDRQIDY, LDRQlST och LDRQZDY appliceras genom försök så, att laddregler- ingen optimeras i dynamiska och stationära driftstillstånd.

I fig. 4 visas funktionsblocket R2 som ur motorvarvtalet nmot, börladdtiycket plsol, regleravvikelsen lde, förhållandet mellan cylindems börfyllning och maximifyllning vrlsol och ställstorhetens integraldel lditv härleder gränsvärdet ldimx för integralde- len lditv.

Gränsvärdet ldimx är sammansatt av ett grundvärde ldimxr och ett med detta i sam- mankopplingspunkten V8 överlagrat korrigeringsvärde ldimxak. Dessutom kan ännu ett fast värde LDDIMX adderas till gränsvärdet ldimx i sammankopplingspunkten V9. Detta värde LDDMDí motsvarar en liten bråkdel (ca. 0 5%) av gränsvärdet ldimx, vilket säkerställer att detta lilla värde inte i något fall underskrides. Är den ak- 519 901 7 tuella integraldelen större än gränsvärdet utan värdet LDDMIX som bildar ett säker- hetsavstånd, så kan laddtrycket spontant regleras även utan ökning av gränsvärdet för så vitt laddtrycksavvikelsen som skall utregleras inte betingar några större värden än LDDMIX.

Ett begränsningssteg BG1 begränsar gränsvärdet ldimx till ett förutbestämbart värde TVLDMX, som exempelvis motsvarar 95% av ställstorhetens avkärmingsförhållande för laddtrycksreglering.

Det aktuella konigeringsvärdet ldimxak för gränsvärdet ldimx uppträder på utgången fiån en summerare SU. I denna summerare SU kommer det på dess ingång 1 anlig- gande konigeringsvärdet att under vissa betingelser antingen stegvis minskas eller stegvis ökas.

För att en stegvis minskning av konigeringsvärdet skall företagas i surnmeraren SU skall följande betingelser uppfyllas: Laddregleringen måste vara aktiv, dvs betingelsen B_ldr måste föreligga och det ak- tuella gränsvärdet ldimx får inte ligga vid den övre eller nedre änden av begräns- ningssteget. Båda infonnationerna föreligger på ingångama till en OCH-grind AN l, som avger en logisk l till en ytterligare OCH-grind AN2 när de båda nämnda beting- elsema är uppfyllda. En ytterligare betingelse består däri att regleravvikelsens lde belopp måste vara mindre än en tröskel LDEIA. För detta matas regleravvikelsen lde till en beloppsbildare BB och i anslutning därtill till en tröskelvärdesbestämmare SEZ, som på sin utgång avger en logisk 1 till OCH-grinden AN2 när regleravvikel- sens lde belopp ligger under tröskeln LDEIA. Denna tröskel LDEIA är nästan 0.

Vidare testas i en tröskelvärdesbestämmare SE3 om förhållandet mellan cylindems börfyllning och maximifyllning vrlsol ligger över en tröskel LDRVL, Om så är fallet anges fullastdrift for motorn och tröskelvärdesbestämmaren SE3 avger en logisk 1 till en ingång på OCH-grinden AN2. 519 901 s Såsom sista betingelse skall även uppfyllas att integraldelen lditv är mindre än gräns- värdet ldimx. En komparator K2 jämför i motsvarighet därtill integraldelen lditv av ställstorheten och gränsvärdet ldimx före sammankopplingspunkten V9. På kompara- toms K2 utgång uppträder en logisk 1 när integraldelen lditv är större än gränsvärdet ldimx. Via en inverterare NOT matas komparatorns K2 utsignal till en ingång på OCH-grinden AN2. På denna ingång till OCH-grinden AN2 föreligger även en lo- gisk l när integraldelen lditv är mindre än gränsvärdet ldimx.

När samtliga nämnda betingelser är uppfyllda föreligger en logisk 1 på OCH-grin- dens AN2 utgång. Denna betingelse B_ldimx för en negativ stegvis återföring av korrigeringsvärdet i summeraren SU fördröjes i ett fördröjningse1ementVZ2 med en fastàstudsborttagningstid TLDIAN och ledes till en omkopplare S5 och en ELLER- grind ORl. Om betingelsen B_ldimxn för en negativ stegvis återföring av gränsvär- det föreligger, så kopplar ornkopplaren S5 summerarens SU ingång 4 till ett fastvär- desminne SPl, där stegbredden LDDIAN för den negativa återföringen av gränsvär- det är lagrad. Om betingelsen B_ldimxn inte är uppfylld (motsvarar en logisk O på OCH-grindens AN2 utgång) så kopplar ornkopplaren S5 om till ett minne SP2, i vil- ket stegbredden LDDIAP för en positiv återföring av gränsvärdet är lagrad.

För en stegvis positiv återföring av gränsvärdet skall följande betingelser uppfyllas: - Liksom redan vid den negativa stegvisa återföringen måste, såsom beskrivits ovan, en logisk l föreligga på OCH-grindens AN1 utgång.

- Dessutom måste regleravvikelsen lde vara större än O, varvid redan en mycket liten avvikelse från O räcker. En tröskelvärdesbestämmare SE4 alstrar en logisk l på sin utgång när denna betingelse är uppfylld. 519 901 9 - Slutligen måste ställstorhetens aktuella integraldel lditv vara större än det aktuella gränsvärdet ldimx. Såsom redan tidigare beskrivits testas denna betingelse med kom- paratom K2.

Både utgången från denna komparator K2 och utgången från tröskelvärdesbestäm- maren SE4 och utgången från OCH-grinden AN 1 är lagda på en OCH-grind AN3. På dess utgång föreligger en logisk 1 när de tre nyssnämnda betingelsema är uppfyllda.

OCH-gríndens AN3 utsignal, betingelsen B_ldimpx för den positiva stegvisa återfö- ringen av korrigeringsvärdet, matas via ett fördröjningselement VZ3, vars fördröj- ningstid är lika med en studsborttagningstid, som härleds från en av motorvarvtalet nmot beroende karakteristik TLDIAPN. Betingelsen B_ldimxn för den negativa steg- visa återfóringen av gränsvärdet och betingelsen B_ldimxp för den positiva stegvisa återföringen anligger båda på ELLER-grindens OR1 ingångar. Dess utsignal, som anligger på surnmerarens SU ingång 2, signalerar till summeraren SU om en positiv eller negativ stegvis återföring skall företagas av det på dess ingång l anliggande gränsvärdet.

Det på summerarens SU utgång föreliggande konigeiingsvärdet ldimxak matas även till en ingång på ett fimktionsblock AS, i vilket en anpassning av korrigeringsvärdet sker. Denna anpassning företages endast när det för det första anges en fullastdrift för motorn och för det andra betingelsen för en positiv eller negativ stegvis återfö- ring av konigeringsvärdet uppfylles. En information beträffande fullastdriften kan uttagas på utgången från den ovan beskrivna tröskelvärdesbestämmaren SE3. Infor- mationen av om en positiv eller negativ stegvis återföring av konigeringsvärdet sker kan uttagas från ELLER-grindens OR1 utsignal. Både utsignalen från tröskelvärdes- bestämmaren SE3 och utsignalen från ELLER-grinden ORl inmatas på ingångama till en OCH-grind AN4. Vid uppfyllandet av de båda nämnda betingelsema är OCH- grindens AN4 utsignal B_ldimxa en logisk 1. Betingelsen B_ldímxa för en anpass- ning av korrigeringsvärdet anligger på funktionsblockets AS ingång 6. Alltid när be- 519 901 tingelsen B_1dimxa är lika med 1 övertages summerarens SU aktuella värde av en motsvarande minnescell i funktionsblocket AS, i vilket ett flertal värden for bildande av en anpassningskaralderistika lagras.

Stödställena stldea för anpassningen av korrigeringsvärdet i funktionsblocket AS lev- ereras av ett fimktionsblock R3. Funktionsblocket R3 avger dessutom en infonnation B_stldw beträffande stödställesväxling.

En ingång 1 till surmneraren SU matas för bildandet av korrigeringsvärdet ldimxa antingen med det adaptiva korrigeringsvärdet ldimxa från funktionsblockets As ut- gång eller med ett adaptivt korrigeringsvärde ldimxaa, vid vilket i negativ riktning uppträdande språng begränsas till ett minimivärde. Via en omkopplare S6 träffas va- let mellan det anpassande korrigeringsvärdet ldimxa och det begränsat anpassande korrigeringsvärdet ldimxaa. Omkopplaren S6 inkopplar det obegränsade anpassade korrigeringsvärdet ldimxa vid början av laddtrycksregleringens aktivering, dvs ome- delbart efter det att en stigningsflank uppträder för betingelsen B_ldr för laddtrycks- regleringen. Signalens B_ldr stigningsflank avkännes av en vippa AF. I annat fall lig- ger omkopplaren S6 i det andra läget och kopplar summerarens SU ingång till det begränsat anpassande korrigeringsvärdet ldimxaa.

En ingång 3 på summeraren SU erhåller från utgången på en ELLER-grind OR2 in- formation beträffande om det föreligger en stigningsflank för laddtrycksaktiverings- signalen B_ldr eller om signalen B_stldw påvisar stödställesväxling i funktions- blocket R3.

Det begränsat anpassande korrigeringsvärdet ldimxaa bildas på följande sätt. Från det på funktionsblockets AS utgång anliggande anpassande korrigeringsvärdet ldimxa subtraheras i en sammankopplingspunkt V10 det från summeraren SU utma- tade aktuella konigeringsvärdet ldimxak. Differenssigrialen ldimxad inmatas på ett begränsningssteg BG2. Begränsningssteget BG2 begränsar negativa språng hos dif- 519 901 11 ferenssignalen ldimxad till ett förutbestämt gränsvärde LDMXNN. Den begränsade differenssignalen ldimxab på begränsningsstegets BG2 utgång adderas återi sam- mankopplingspunkten V11 till det aktuella korrigeringsvärdet ldomxak, så att därur uppstår slutligen det begränsat anpassande korrigeringsvärdet ldimxaa.

I fig. 5 återges förloppet för en reglerkarakteristika. Därvid visar karakteristikan re- glerstorhetens - laddtryckets pvdk - beroende av ställstorheten ldtv. Karakteristikan a har nonnalt ett olinjärt förlopp, som i huvudsak orsakas av ställelementet, vilket består av en elektropneumatisk taktventil i en därav styrd íjäderbelastad tryckdosa och den av denna påverkade shuntventilen. På grund av sin olinjäritet besitter ka- rakteristikan a olika branthet vid långt från varandra liggande arbetspunkter A1 och A2, såsom antyds i fig. 5. Skulle exempelvis reglerenheten vara inställd på arbets- punkten Al, då skulle en ändring av ställstorheten med värdet Aldtv framkalla en laddtrycksändring Apvdkl av 40 millibar. Kom man nu till en arbetspunktsomställ- ning A2, så skulle samma ändring Aldtv för ställstorheten framkalla en väsentligt större ändring av laddtrycket med värdet Apvdk2 av ca. 220 millibar. Vid en arbets- punktsomställning från Al till A2 vid laddtrycksreglering skulle alltså en översväng- ning inställa sig med ca. 180 millibar. En dylik oönskad effekt kan undvikas därige- nom att den olinjära karakteristikan a transformeras till en linjär karakteristika b. Vid en linjär karakteristika b skulle en ändring av ställstorheten ldtv med ett värde Aldtv framkalla samma laddtrycksändring.

En linjärisering av reglerkarakteristikan kan uppnås genom följande åtgärder: Såsom visas i fig. 2 matas ställstorheten ldtv på sammankopplingspunktens V5 ut- gång till ett karakteristikfált KFLD. I detta karakteristikfált KFLD transfonneras den av reglerenheten alstrade ställstorheten för varje möjlig arbetspunkt till ett sådant värde att det slutligen föreligger ett linjärt samband mellan de transformerade värdena för ställstorheten ldtv och laddtrycket pvdk. De under applikationen av reglerenheten ur den kända olinjära karakteristikan a avledda transfonnationsvärdena 519 901 12 lagras i karakteristikfáltet KFLD, så att varje beräknat värde på ställstorheten under regelenhetens normala drift kan samordnas med ett motsvarande transformerat värde.

I stället för karakteristikfältet KFLD för transfonnationen av ställstorheten ldtv kan även den till ställstorheten ldtv ledande proportionaldelen ldptv i ett karakteristikfält KFPT och/eller differentialdelen ldrdtv i ett karakteristikfält KFDT och/ eller integraldelen lditv i ett karakteristikfält KFIT transfonneras. Samtliga karakteristikfált KF PT, KFDT, KFIT kan även sammanfattas i ett enda karakteristikfált. Förutom nämnda karakteristikfält kan även karakteristikfältet KFLD för den resulterande ställstorheten ldtv föreligga. Ett ytterligare alternativ är det där maximivärdet ldimx för integraldelen lditv i ett karakteristikfalt KFMX transfonne- ras. De anförda karakteristikfälten KFLD, KFPT, KFDT, KFIT, KFMX kan föreligga var för sig eller i kombination med andra. I varje fall skall de appliceras så, att det till slut föreligger ett åtminstone nännelsevis linjärt samband mellan ställstorheten ldtv och laddtrycket pvdk. i

Claims (5)

10 15 20 25 . . - . 1 . 519 901 13 P A T E N T K R A V

1. Förfarande för laddtrycksreglering vid en förbrärmingsmotor, varvid man ur re- gleravvikelsen mellan ett börladdnyck och ett ärladdtryck alstrar en ställstorhet for ett ställelement, som påverkar avgasströmmen som matas via turbinen i en avgastur- boladdare, kännetecknat av att ställstorheten (ldtv) eller en eller flera ställstorheten (ldtv) bildande arman/andra storhet(er) (ldptv, ldrdtv, lditv, ldimx) inom ett karakteristikfált (KFLD, KFPT, KFDT, KFIT, KFMX) transformeras till sådana värden, att det efter transformationen föreligger ett åtminstone närmelsevis linjärt samband mellan ställstorheten (ldtv) och reglerstorheten (pvdk) - laddtrycket.

2. Förfarande enligt patentkrav l, kännetecknat av att stäl1storheten(ldtv) bildas av en proportionaldel (ldptv) och/eller en differentialdel (ldrdtv) och/eller en integraldel (lditv).

3. Förfarande enligt patentkrav 2, kännetecknat av att för integraldelen (lditv) förut- bestärnmes ett gränsvärde (ldimx), som bestämmes av ett av flera driftskarakteristika (nmot, plsol, pu) för förbränningsmotorn (10) beroende grundvärde (ldimxr) samt ett detta överlagrat konigeringsvärde (ldimxak), som bestämrnes adaptivt i beroende av motorvarvtalet (nmot), varvid flera varvtalsområden är förutbestämda.

4. Förfarande enligt patentkrav 2, kännetecknat av att proportionaldelen (ldptv) och/ eller en differentialdelen (ldrdtv) och/eller en integraldelen (lditv) i ett karakteristikfált (KFPT, KFDT, KFIT) transformeras.

5. F örfarande enligt patentkrav 3, kännetecknat av att gränsvärdet (LDIMX) för in- tegraldelen (lditv) i ett karakteristíkfált (KFMX) transformeras.