DE3002701A1 - CHARGING SYSTEM FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents
CHARGING SYSTEM FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINEInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Aufladesystem für eine Brennkraftmaschine nach den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Regelung des Aufladeprozesses nach Merkmalen des Oberbegriffes von AnspruchThe invention relates to a charging system for an internal combustion engine according to the features of the preamble of claim 1 and a method for regulating the charging process according to features of the preamble of claim
Die fortschreitende Leistungssteigerung bei Brennkraftmaschinen, insbesondere selbstzündenden Brennkraftmaschinen, durch höhere Aufladung erfordert Maßnahmen, die geeignet sind, um deren Lastverhalten in den einzelnen Lastbereichen, insbesondere im Teillastbereich, zu verbessern. Es gilt dabei besonders den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemission zu verringern sowie die Beschleunigung und das Drehmomentverhalten der Brennkraftmaschine zu verbessern. Dies erfordert eine besondere Anpassung des Aufladesystems an das gewünschte Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine. Als hierzu bekannte Maßnahmen sind zu nennen die verdichterseitige Drosselung der Ladeluft, das turbinenseitige bzw. verdichterseitige Abblasen von Abgasen bzw. Ladeluft oder das Verstellen eines Leitapparates in der Turbine des Abgasturboladers im Aufladesystem.The progressive increase in performance in internal combustion engines, in particular compression-ignition internal combustion engines, through higher charging requires measures that are suitable for their load behavior in the individual To improve load ranges, especially in the partial load range. The fuel consumption is particularly important and to reduce pollutant emissions as well as the acceleration and torque behavior of the internal combustion engine to improve. This requires a special adaptation of the charging system to the desired operating behavior the internal combustion engine. Known measures for this purpose include throttling on the compressor side the charge air, the turbine-side or compressor-side blowing off exhaust gases or charge air or the adjustment a diffuser in the turbine of the exhaust gas turbocharger in the supercharging system.
Eine optimale Ausführung dieser Maßnahmen scheiterte bislang an der NichtVerfügbarkeit geeigneter, kostengünstiger Steuerungs- und Regeleinrichtungen. Bekannte Steuerungsund Regelungseinrichtungen kamen bisher völlig getrennt voneinander zum Einsatz und waren auch meist nur in zweiAn optimal implementation of these measures has so far failed due to the unavailability of suitable, more cost-effective ones Control and regulation devices. Known control and regulation devices were previously completely separate from each other and were mostly only in two
schenstellungen, betreibbar.between positions, operable.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einem Aufladesystem der eingangs genannten Art eine Ladeprozeßsteuerung zuzu ordnen, die in der Lage ist, unter Berücksichtigung desIt is therefore the object of the invention to add a charging process control to a charging system of the type mentioned at the beginning arrange that is able to take into account the
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Gesichtspunktes einer weitgehenden Motorbetriebsoptimierung mehrkreisige Regeleingriffe an verstellbaren Mechanismen des Aufladesystems koordiniert auszuführen.From the point of view of extensive engine operation optimization, multi-circuit control interventions on adjustable mechanisms of the charging system in a coordinated manner.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Aufladesystem nach den Merkmalen des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Regelung des Aufladeprozesses nach den Merkmalen des Anspruches 20 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Lösung sind in den UnteranSprüchen gekennzeichnet. According to the invention, this object is achieved by a charging system according to the features of claim 1 and a method for regulating the charging process according to the features of claim 20 solved. Advantageous further developments of this solution are identified in the subclaims.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines aufladesystemeigenen elektronischen Computers ist es möglich, den gesamten Ladeprozeß genau koordiniert zu steuern und zu überwachen. Darüber hinaus ist es möglich, durch den elektronischen Computer auch hoch beanspruchte Teile des Aufladesystems zu überwachen und unzulässige Abweichungen derselben anzuzeigen. Durch die Benützung eines elektronischen Computers ist es möglich, folgende Steuerfunktionen auszuführen, nämlich eine Anpassung des Ladeprozesses an die jeweils herrschenden bzw. geforderten Motorbetriebszustände durch Verstellen des Turbinenleitapparates, durch Abblasen vor der Turbine des Abgasturboladers, durch Drosseln vor dem Verdichter des Abgasturboladers, durch Vordransteuerung, durch Abblasen nach dem Verdichter des Abgasturboladers und durch Regelung der Ladeluftkühlung. Darüber hinaus lassen sich durch die computerseitige Steuerung Anlaufvorgänge im Aufladesystem verbessern, nämlich durch Steuern eines Laderhilfsantriebes oder durch Steuern eines Vorsatzgebläses mit Absperrschieber. Bei der computerseitigen überwachung der hoch beanspruchten Aufladesystembauteile werden diese hinsichtlich Temperatur, Vibration,By using an electronic computer built into the charging system according to the invention, it is possible to use the entire Controlling and monitoring the charging process in a precisely coordinated manner. In addition, it is possible through the Electronic computers also monitor highly stressed parts of the charging system and monitor impermissible deviations the same to display. By using an electronic computer it is possible to perform the following control functions execute, namely an adaptation of the charging process to the prevailing or required Engine operating states by adjusting the turbine nozzle, by blowing off in front of the turbine of the exhaust gas turbocharger, by throttling in front of the compressor of the exhaust gas turbocharger, by means of forward control, by blowing off after the compressor of the exhaust gas turbocharger and by regulating the charge air cooling. In addition, the computer-based control enables start-up processes improve in the charging system, namely by controlling a charger auxiliary drive or by controlling a front fan with gate valve. When monitoring the highly stressed charging system components on the computer side are these in terms of temperature, vibration,
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Verschleiß und dergleichen tiberprüft» Im Betrieb werden erfindungsgemäß in den aufladesystemeigenen elektronischen Computer eine Vielzahl von verschiedenen, fortlaufend durch entsprechende Überwachungselemente ermittelten Betriebs-, Verbrennungsprozeß- und Ladeprozeßparametern eingespeist und dort anhand einprogrammierter Daten, insbesondere nach einprogrammierten ein- und mehrdimensionalen Betriebskennfeldern verarbeitet mit dem Ergebnis, daß gegenseitig genau aufeinander abgestimmte Befehle an angeschlossene Regel- und Steuerelemente ausgegeben werden, durch die die Betriebsfaktoren des Aufladeprozesses beeinflussende Mechanismen gegenseitig genau aufeinander abgestimmt in solche Betriebszustände gebracht werden, bei denen alle Parameter des Aufladeprozesses allen unterschiedlichen Lastzuständen der Brennkraftmaschine und den damit verbundenen Betriebsfaktoren optimal angepaßt sind.Checked for wear and the like »Be in operation according to the invention in the charging system's own electronic Computer a large number of different, continuously determined by appropriate monitoring elements Operating, combustion process and charging process parameters fed in and there based on programmed data, in particular processed according to programmed one-dimensional and multi-dimensional operating maps with the result that mutually precisely coordinated commands are output to connected regulation and control elements, due to the mechanisms influencing the operating factors of the charging process, they are mutually exact be brought into such operating states in a coordinated manner, in which all parameters of the charging process all different load conditions of the internal combustion engine and the associated operating factors are optimally adapted.
Nachstehend ist die Erfindung anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen:The invention is described in more detail below with reference to two exemplary embodiments shown in the drawing. Show it:
Fig. 1 ein erstes AusführungsbeispielFig. 1 shows a first embodiment
eines Aufladesystems für eine Brennkraftmaschine,a charging system for an internal combustion engine,
Fig. 2 ein zweites AusführungsbeispielFig. 2 shows a second embodiment
eines Aufladesystems für eine Brennkraftmaschine.a charging system for an internal combustion engine.
Zueinander identische Bauteile beider Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung mit gleichen Bezugszeichen versehen«Components of both exemplary embodiments which are identical to one another are given the same reference symbols in the drawing Mistake"
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In der Zeichnung ist eine Brennkraftmaschine, hier eine dreizylindrige selbstzündende Brennkraftmaschine, mit und ein Abgasturbolader, hier ein einstufig ausgebildeter Abgasturbolader, mit 2 bezeichnet. Obschon in der Zeichnung nur ein einstufiger Abgasturbolader dargestellt ist, ist die Erfindung nicht auf diese Bauart beschränkt, sondern jederzeit auch bei mehrstufigen Abgasturboladern anwendbar.In the drawing, an internal combustion engine, here a three-cylinder compression-ignition internal combustion engine, is included and an exhaust gas turbocharger, here a single-stage exhaust gas turbocharger, denoted by 2. Although in the Drawing only shows a single-stage exhaust gas turbocharger, the invention is not based on this type of construction limited, but can also be used at any time with multi-stage exhaust gas turbochargers.
Die mit 3, 4 und 5 bezeichneten Zylinder der Brennkraftmaschine 1 sind über Zuleitungen 6, 7 und 8 an eine Ladeluftleitung 9 sowie über Abgasleitungen 10, 11 und 12 mit einer Abgassammelleitung 13 verbunden. Die Ladeluftleitung 9 ist an den Austritt eines Verdichters 14 des Abgasturboladers 2, die AbgasSammelleitung 13 dagegen an dessen Turbine 15 angeschlossen. Die nicht dargestellten Räder des Verdichters 14 und der Turbine 15 sind über eine Welle 16 starr miteinander verbunden, die drehbar in Lagern 17 bzw. 18 gelagert ist. Diese Lager sind geschmiert und wie durch Pfeile angedeutet an eine Schmierölversorgung angeschlossen. Am Ladelufteinlaß des Verdichters 14 ist ein Ladeluftansaugkanal 19 mit Schalldämpfer 20 angeschlossen. Dem Verdichter 14 des Abgasturboladers 2 ist außerdem ein Laderhilfsgebläse 21 vorgeschaltet, dessen Gebläseausgang an den Ladeluftansaugkanal 19 angekoppelt ist. In letzterem ist unmittelbar vor dem Eintritt des Verdichters 14 eine Drallregler-Drosselklappe 22 angeordnet, die an einen Stellmotor angeschlossen, von diesem verstellbar ist und zum Drosseln der angesaugten Ladeluft sowie zur Vordrallsteuerung dient. Im Ladeluftansaugkanal 19 ist außerdem ein Absperrschieber 24 längs verschieblich angeordnet, der bei Betrieb des Laderhilfsgebläses 21 zur AbsperrungThe cylinders of the internal combustion engine labeled 3, 4 and 5 1 are connected via feed lines 6, 7 and 8 to a charge air line 9 and via exhaust lines 10, 11 and 12 an exhaust manifold 13 is connected. The charge air line 9 is at the outlet of a compressor 14 of the exhaust gas turbocharger 2, the exhaust manifold 13 on the other hand whose turbine 15 is connected. The wheels, not shown, of the compressor 14 and the turbine 15 are over a shaft 16 rigidly connected to one another, which is rotatable is stored in bearings 17 and 18, respectively. These bearings are lubricated and, as indicated by arrows, are connected to a lubricating oil supply connected. At the charge air inlet of the compressor 14 is a charge air intake duct 19 with a silencer 20 connected. The compressor 14 of the exhaust gas turbocharger 2 is also preceded by an auxiliary supercharger fan 21, its blower outlet to the charge air intake duct 19 is coupled. In the latter, immediately before the compressor 14 enters, there is a swirl regulator throttle valve 22 arranged, which is connected to a servomotor, adjustable by this and for throttling the intake charge air as well as for pre-swirl control. In the charge air intake channel 19 is also a Gate valve 24 is arranged to be longitudinally displaceable, which is used to shut off when the auxiliary loader fan 21 is in operation
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des vom Schalldämpfer 20 in den Ladeluftansaugkanal 19 einmündenden Ladeluftweges dient, an einen Stellmotor angekoppelt und von diesem verstellbar ist.from the muffler 20 into the charge air intake duct 19 discharging charge air path is used, coupled to a servomotor and adjustable by this.
Alternativ zum Laderhilfsgebläse 21 kann als Laderhilfsantrieb ein direkt an die Welle 16 des Abgasturboladers ankoppelbarer drehzahlvariabler Elektromotor vorgesehen sein, durch den bei Bedarf der Abgasturbolader 2 zur hinreichenden Förderung von Ladeluft insbesondere im unteren Lastbereich der Brennkraftmaschine 1 antreibbar ist. Ein weiterer Stellmotor 26 ist einem motorisch verstellbaren Abblaseventil 27 zugeordnet, das in der Ladeluftleitung 9 zwischen dem Austritt des Verdichters 14 und einem Ladeluftkühler 28 angeordnet ist ο Der Ladeluftkühler 28 ist von Kühlmittel durchflossen, das innerhalb eines Kühlmittelleitungssystemes 29 zirkuliert. In dieses Kühlmittelleitungssystem 29 ist in Flußrichtung vor dem Ladeluftkühler 28 ein Kühlmittelmengendurchflußstellglied 30 eingeschaltet, das an einen Stellmotor 31 angekoppelt, von diesem verstellbar ist und zur Variierung der den Ladeluftkühler 28 durchströmenden Kühlmittelmenge dient. Ein weiterer Stellmotor 32 dient zur Einbzw. Verstellung eines in der Turbine 15 des Abgasturboladers 2 angeordneten verstellbaren Leitapparates 33, der wiederum wie an sich bekannt unter anderem die Strömungsbedingungen des der Turbine 15 zugeführten Abgases beeinflußt. In der Abgassammelleitung 13 ist ferner vor der Turbine 15 des Abgasturboladers ein weiteres Abblaseventil 34 eingeschaltet, das ebenfalls an einen Stellmotor 35 angekoppelt und von diesem verstellbar ist. Ein weiterer Elektromotor, nämlich ein drehzahlvariabler Antriebsmotor 36, schließlich ist als AntriebseinrichtungAs an alternative to the auxiliary supercharger fan 21, an auxiliary supercharger drive can be connected directly to the shaft 16 of the exhaust gas turbocharger be provided that can be coupled, variable-speed electric motor, through which, if necessary, the exhaust gas turbocharger 2 can provide sufficient Promotion of charge air can be driven in particular in the lower load range of the internal combustion engine 1. Another servomotor 26 is assigned to a motor-adjustable blow-off valve 27, which is located in the charge air line 9 between the outlet of the compressor 14 and a charge air cooler 28 is arranged ο the charge air cooler 28 is flowed through by coolant that is inside a coolant line system 29 circulates. In this Coolant line system 29 is a coolant quantity flow control element upstream of the charge air cooler 28 in the direction of flow 30 switched on, which is coupled to a servomotor 31, adjustable by this and for variation the amount of coolant flowing through the charge air cooler 28 is used. Another servomotor 32 is used for einzw. Adjustment of an adjustable diffuser 33 arranged in the turbine 15 of the exhaust gas turbocharger 2, which in turn, as is known per se, among other things, the flow conditions of the exhaust gas supplied to the turbine 15. In the exhaust manifold 13 is also before the turbine 15 of the exhaust gas turbocharger switched on a further blow-off valve 34, which is also connected to a servomotor 35 is coupled and adjustable by this. Another electric motor, namely a variable speed one Drive motor 36, finally, is used as a drive device
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für das Laderhilfsgebläse 21 vorgesehen und an dieses angekoppelt.provided for the auxiliary charger fan 21 and coupled to this.
Das Laderhilfsgebläse 21, die Drallregler-Drosselklappe 22, der Absperrschieber 24, die beiden Abblaseventile und 34, das Kühlmittelmengendurchflußstellglied 30 und der verstellbare Leitapparat 33 stellen Mechanismen dar, die durch Regelbefehle in bestimmte Funktionsstellungen betätigbar sind und dadurch die Betriebsfaktoren eines Aufladeprozesses den unterschiedlichen Lastzuständen der Brennkraftmaschine angepaßt beeinflussen. Die Stell- bzw. Antriebsmotoren 23, 25, 26, 31, 32, 35 und 36 stellen dabei Steuerelemente dar, die elektrische Regelbefehle in entsprechende mechanische Ein- bzw. Verstellbewegungen der angeschlossenen Mechanismen umwandeln. The auxiliary supercharger fan 21, the swirl regulator throttle valve 22, the gate valve 24, the two relief valves and 34, the coolant quantity flow control element 30 and the adjustable diffuser 33 represent mechanisms that can be actuated by control commands in certain functional positions and thereby the operating factors of a charging process for the different load conditions Influencing engine adapted. The servo or drive motors 23, 25, 26, 31, 32, 35 and 36 represent control elements that convert electrical control commands into corresponding mechanical setting or adjustment movements of the connected mechanisms.
Erfindungsgemäß ist zur exakt koordinierten Steuerung aller dieser vorstehend genannten verstellbaren Mechanismen des Aufladesystems ein diesen allen gemeinsamer elektronischer Computer 37 vorgesehen. Dieser Computer umfaßt einen Mikroprozessor 38 mit Speichereinheiten, eine Eingabeeinheit 39 für Parametereingaben in die Speichereinheiten, eine Ein- und Ausgabeeinheit 40 für Dialogverkehr mit einem nicht dargestellten Leitstand der Brennkraftmaschine, und außerdem Melde- und Abfragestationen 41 und 42. Die Eingabeeinheit 39 ist mit dem Mikroprozessor 38 über einen Dateneingabekanal 43 verbunden, während die Ein- und Ausgabeeinheit 40 mit dem Mikroprozessor 38 über je einen Eingabekanal 44 und einen Ausgabekanal 45 verbunden ist. Die Melde- bzw. Abfragestationen 41 und 42 sind über je einen Taktkanal 46 bzw. 47 sowie je einen Abfragekanal 48 bzw.According to the invention is for the precisely coordinated control of all of these adjustable mechanisms mentioned above of the charging system an electronic computer 37 common to all of them is provided. This computer comprises a microprocessor 38 with memory units, an input unit 39 for entering parameters into the Storage units, an input and output unit 40 for dialog traffic with a control center (not shown) the internal combustion engine, and also reporting and query stations 41 and 42. The input unit 39 is with the Microprocessor 38 connected via a data input channel 43, while the input and output unit 40 with the Microprocessor 38 is connected via an input channel 44 and an output channel 45 each. The reporting resp. Interrogation stations 41 and 42 are each via a clock channel 46 or 47 and an interrogation channel 48 or
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mit dem Mikroprozessor 38 verbunden» Letzterer besitzt eine Reihe von Befehlsausgängen, die mit 50, 51, 52, 53, 54, 55 und 56 bezeichnet sind. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist jeder dieser Befehlsausgänge 50 bis 56 des Mikroprozessors 38 über einen jeweils daran angeschlossenen Steuerkanal mit einem ersten Eingang einer elektrischen bzw. elektronischen Befehlssteuerschaltung 57, 58, 59, 60, 61, 62 und 63 verbunden, von denen jede einem der Stell= bzw. Antriebsmotoren 23, 25, 26, 31, 32, 35 und 36 vorgeschaltet und als Nachlaufregelschaltung ausgebildet ist. Darüber hinaus ist jedem der Stell- bzw. Antriebsmotoren 23, 25, 26, 31, 32, 35 und 36 ein Überwachungselement 64, 65, 66, 67, 68, 69 und 70 nachgeordnet, das zur überwachung der vollständigen Ausführung eines computerseitig vorgegebenen Steuerbefehls dient und über eine Rückmeldeleitung an einen zweiten Eingang der dem jeweiligen Antriebs- bzw. Stellmotor zugehörigen Befehlssteuerschaltung angeschlossen ist. Jedes dieser Überwachungselemente 64 bis 70 meldet die Stellbewegungen ihres zugehörigen, durch einen Steuerbefehl über die zugehörige Befehlssteuerschaltung aktivierten Antriebs- bstv. Stellmotors über die Rückmeldeleitung an die zugehörige Befehlssteuerschaltung, in der das rückgemeldete Stellsignal mit dem computerseitig vorgegebenen Befehlssignal verglichen wird bis Koinzidenz derselben erreicht ist. Liegt eine derartige Koinzidenz dann vor, gibt die jeweilige Befehlssteuersehaltung 57 bis 63 an den zugehörigen Stell- bzw. Antriebsmotor einen Stoppbefehl aus, so daß dieser in seiner momentan eingenommenen Betriebsstellung stehen bleibt und somit auch der vom Stell- bzw. Antriebsmotor betätigte Mechanismus 21, 22, 24, 27, 30, 32 und 33 inconnected to the microprocessor 38 »The latter has a number of command outputs that are labeled 50, 51, 52, 53, 54, 55 and 56 are designated. In the embodiment shown in FIG. 1, each of these is command outputs 50 to 56 of the microprocessor 38 via a respectively connected control channel with a first input an electric or electronic command control circuit 57, 58, 59, 60, 61, 62 and 63 connected by each of which is connected upstream of one of the actuating or drive motors 23, 25, 26, 31, 32, 35 and 36 and as a follow-up control circuit is trained. In addition, each of the actuating or drive motors 23, 25, 26, 31, 32, 35 and 36 a monitoring element 64, 65, 66, 67, 68, 69 and 70 arranged downstream, which is used to monitor the complete Execution of a control command specified by the computer is used and via a feedback line to a second input of the respective drive or servomotor associated command control circuit is connected. Each of these monitoring elements 64 to 70 reports the adjusting movements of their associated, by a control command via the associated command control circuit activated drive agent Servomotor via the feedback line to the associated command control circuit, in which the reported control signal with the computer side predetermined command signal is compared until coincidence thereof is reached. Is there such a thing Coincidence is then given by the respective command control circuit 57 to 63 to the associated servomotor or drive motor issue a stop command so that it is in its currently assumed operating position remains and thus also the mechanism 21, 22, 24, 27, 30, 32 and 33 in
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einer bestimmten Funktionsstellung, die er aufgrund der vorausgegangenen motorischen Ein- bzw. Verstellung eingenommen hat, verbleibt.a certain functional position, which he due to the previous motorized adjustment or adjustment remains.
Eine Alternative zu dieser vorbeschriebenen Lösung, bei der die Befehlsausführung von computerseitig ausgegebenen Steuerbefehlen durch externe Befehlssteuerschaltungen und Überwachungselemente überwacht wird, ist in Fig. 2 gezeigt.An alternative to this solution described above, in which the command execution is issued by the computer Control commands is monitored by external command control circuits and monitoring elements is in Fig. 2 shown.
Bei dieser Ausführungsvariante ist jedem der Stell- bzw. Antriebsmotoren 23, 25, 26, 31, 32, 35 und 36 für jeden der ein- bzw. verstellbaren Mechanismen 21, 22, 24, 27, 30, 33 und 34 eine Leistungsverstärkerschaltung 71, 72, 73, 74, 75, 76 und 77 vorgeschaltet, von denen jede über einen Steuerkanal an einem der Befehlsausgänge 50 bis 56 des Mikroprozessors 38 angeschlossen ist. Außer einer dieser Leistungsverstärkerschaltungen 71 bis 77 ist jedem der Antriebs- bzw. Stellmotoren 23, 25, 26, 31, 32, 35 und 36 ein Überwachungselement 78, 79, 80, 81, 82, 83 und 84 zugeordnet, von denen jedes über einen Rückmeldekanal mit einem Eingang der Melde- und Abfragestation 42 verbunden ist. Jedes der Überwachungselemente 78 bis 84 dient zur überwachung der vollständigen Ausführung eines computerseitig vorgegebenen Steuerbefehls, durch den der angeschlossene Antriebs- bzw. Stellmotor 23, 25, 26, 31, 32, 35 bzw. 36 zur Ein- bzw. Verstellung des nachgeordneten Mechanismus 21, 22, 24, 27, 30, 33 bzw. 34 aktiviert wird, wobei jedes der überwachungselemente 78 bis 84 fortlaufend die Ein- bzw. Verstellbewegungen des zugehörigen Antriebs- bzw. Stellmotors in die Melde- und Abfragestation 42 meldet, von der die digitalisierten Werte dieser Stellbewegungen vom Mikroprozessor 38 fort-In this embodiment, each of the servo or drive motors 23, 25, 26, 31, 32, 35 and 36 for each of the adjustable or adjustable mechanisms 21, 22, 24, 27, 30, 33 and 34 a power amplifier circuit 71, 72, 73, 74, 75, 76 and 77 are connected upstream, each of which via a control channel at one of the command outputs 50 to 56 of the microprocessor 38 is connected. Except one of these power amplifier circuits 71 to 77 are each of the drive or servomotors 23, 25, 26, 31, 32, 35 and 36 a monitoring element 78, 79, 80, 81, 82, 83 and 84 assigned, each of which has a feedback channel with an input of the reporting and interrogation station 42 connected is. Each of the monitoring elements 78 to 84 is used to monitor the complete execution of a control command given by the computer through which the connected drive or servomotor 23, 25, 26, 31, 32, 35 or 36 for setting or adjusting the downstream mechanism 21, 22, 24, 27, 30, 33 or 34 activated is, wherein each of the monitoring elements 78 to 84 continuously the adjustment and adjustment movements of the associated drive or servomotor in the signaling and Interrogation station 42 reports, from which the digitized values of these adjusting movements from the microprocessor 38
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laufend abgefragt werden; liegt Koinzidenz zwischen dem rückgemeldeten Stellsignal und dem vom Mikroprozessor 38 ausgegebenen Befehlssignal vor, so wird der aktivierte Antriebs- bzw. Stellmotor in seiner nunmehr eingenommenen Betriebsstellung angehalten, mit der Folge, daß auch der an ihn angekoppelte Mechanismus 21, 22, 24, 27, 30, 33 bzw. 34 in seiner neuen Funktionsstellung arretiert bleibt.are continuously queried; If there is coincidence between the feedback control signal and the command signal output by the microprocessor 38, the activated drive or control motor is stopped in its operating position, with the result that the mechanism 21, 22, 24, 27, 30, 33 or 34 remains locked in its new functional position.
Der elektronische Computer 37 arbeitet anhand von in den Mikroprozessor 38 und dessen Speichereinheiten einprogrammierten Daten, insbesondere nach einprogrammierten ein- und mehrdimensionalen Betriebskennfeldern. Um alle Parameter des Aufladeprozesses den Betriebsfaktoren der Brennkraftmaschine 1 in allen unterschiedlichen Lastzuständen derselben optimal anpassen und hierzu die ein- bzw. verstellbaren Mechanismen 21, 22, 24, 27, 30, 33 bzw. 34 des Aufladesystems gegenseitig genau aufeinander abgestimmt in entsprechende Funktionsstellungen bringen zu können, werden von einer Vielzahl von an den verschiedensten Stellen des Aufladesystems und der Brennkraftmaschine angeordneten Überwachungselementen fortlaufend Betriebs-, Verbrennungsprozeß- und Ladeprozeßparameter in den elektronischen Computer eingespeist und von diesem anhand der in ihn einprogrammierten Betriebskennlinienfeldern verarbeitet. Die Anordnung der nachstehend näher erläuterten Überwachungselemente ist in beiden AusführungsVarianten gleich, so daß in beiden Figuren hierfür die gleichen Bezugszeichen verwendet sind. Zur Lieferung von Verbrennungsprozeßparametern sind wenigstens folgende Überwachungselemente vorgesehen, nämlichThe electronic computer 37 operates on the basis of what is programmed into the microprocessor 38 and its storage units Data, in particular according to programmed one-dimensional and multi-dimensional operating maps. To all parameters of the charging process to the operating factors of the internal combustion engine 1 optimally adjust the same in all different load conditions and for this purpose the adjustable or adjustable Mechanisms 21, 22, 24, 27, 30, 33 and 34 of the charging system are mutually precisely matched to one another To be able to bring them into corresponding functional positions, there are a multitude of the most varied Set the charging system and the internal combustion engine arranged monitoring elements continuously operating, combustion process and charging process parameters fed into the electronic computer and from there on the basis of the operating characteristic fields programmed into it processed. The arrangement of the monitoring elements explained in more detail below is the same in both Design variants are the same, so that in both figures the same reference numerals are used for this. For the delivery of combustion process parameters are at least the following monitoring elements are provided, namely
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- ein Sensor 85 in der Abgassammelleitung 13 zur Messung der Abgastemperatur vor der Turbine 15 des Abgasturboladers 2,- A sensor 85 in the exhaust manifold 13 for measuring the exhaust gas temperature upstream of the turbine 15 of the exhaust gas turbocharger 2,
- ein Sensor 86 in der Abgassammelleitung 13 zur Messung des Abgasdruckes vor der Turbine 15 des Abgasturboladers 2, - A sensor 86 in the exhaust manifold 13 for measuring the exhaust pressure upstream of the turbine 15 of the exhaust gas turbocharger 2,
- eine Lambda-Sonde 87 zur Messung der Abgaszusammensetzung des Abgases in der Abgasleitung 88 nach der Turbine 15 des Abgasturboladers 2.- A lambda probe 87 for measuring the composition of the exhaust gas of the exhaust gas in the exhaust line 88 after the turbine 15 of the exhaust gas turbocharger 2.
Zur Lieferung von Motorbetriebsparametern ist wenigstens eine die Motordrehzahl aufzeigende überwachungseinrichtung 89 vorgesehen.To deliver engine operating parameters, there is at least one monitoring device showing the engine speed 89 provided.
Zur Lieferung von Ladeprozeßparametern sind folgende überwachungselemente vorgesehen, nämlichThe following monitoring elements are provided for the delivery of loading process parameters, namely
- ein Sensor 90 zur Ermittlung des Ladeluftdruckes in der Ladeluftleitung 9 zwischen dem Ausgang des Verdichters 14 des Abgasturboladers 2 und dem vor dem Ladeluftkühler 28 sitzenden Abblaseventil 27,- A sensor 90 for determining the charge air pressure in the charge air line 9 between the outlet of the compressor 14 of the exhaust gas turbocharger 2 and the relief valve 27 located in front of the charge air cooler 28,
- ein Sensor 91 zur Ermittlung des Ladeluftdruckes in der Ladeluftleitung 9 nach dem Ladeluftkühler 28,- A sensor 91 for determining the charge air pressure in the charge air line 9 after the charge air cooler 28,
- ein Sensor 92 zur Ermittlung der Ladelufttemperatur in der Ladeluftleitung 9 nach dem Ladeluftkühler 28.- A sensor 92 for determining the charge air temperature in the charge air line 9 after the charge air cooler 28.
Darüber hinaus übernimmt der elektronische Computer auch die überwachung des Abgasturboladerbetriebes im Hinblick auf dessen einwandfreien Betriebszustand oder etwaige Betriebsstörungen. Hierzu sind zur Lieferung von Betriebsdaten am Abgasturbolader folgende Überwachungselemente vorgesehen, nämlichIn addition, the electronic computer also monitors the turbocharger operation in the With regard to its flawless operating condition or any malfunctions. These are for delivery of operating data on the exhaust gas turbocharger, the following monitoring elements are provided, namely
- ein Sensor 93 zur Feststellung der Turboladerdrehzahl mit dem Zweck, ein längeres Betreiben des Abgas-- A sensor 93 for determining the turbocharger speed with the purpose of prolonged operation of the exhaust gas
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turboladers in kritischen Drehzahlbereichen, beispielsweise Bereichen mit starker Schwingungsanregung der Turbinen- bzw. Verdichterschaufeln zu vermeiden, wobei das Herausfahren aus diesen kritischen Drehzahlbereichen computerseitig per Programm gesteuert ist,turbocharger in critical speed ranges, for example areas with strong vibration excitation of the Avoid turbine or compressor blades, while moving out of these critical speed ranges computer-controlled by program,
- mehrere Sensoren 94 und 95 zur Feststellung der Schmieröltemperatur in den Lagern 17 bzw= 18 des Abgasturboladers 2,- Several sensors 94 and 95 for determining the lubricating oil temperature in the bearings 17 or = 18 of the exhaust gas turbocharger 2,
- mehrere Sensoren 96 und 97 zur Feststellung des Schmieröldruckes in den Lagern 17 bzw» 18 des Abgasturboladers 2,- Several sensors 96 and 97 for determining the lubricating oil pressure in the bearings 17 or »18 of the exhaust gas turbocharger 2,
- mehrere Sensoren 98, 99 „ 100 und 101 zur Feststellung unzulässiger Abweichungen von Normalzuständen bestimmter Abgasturboladerbauteile beispielsweise zur Feststellung von Abnützungen der Lager 17 bzw. 18 oder Feststellung von ünwuchten der Turboladerräder verursacht durch Schaufelverschmutzung bzw. mechanische Beschädigung der Schaufeln.- Several sensors 98, 99, 100 and 101 for detection impermissible deviations from normal conditions of certain exhaust gas turbocharger components, for example to determine caused by wear of the bearings 17 or 18 or the detection of imbalances in the turbocharger wheels due to contamination of the blades or mechanical damage to the blades.
Die zur Lieferung von Verbrennungsprozeßparametern und Motorbetriebsparametern dienenden überwachungselemente 85, 86, 87 und 89 sind jeweils über einen Meldekanal mit der Melde- und Abfragestation 41 verbunden, von der die gemeldeten Werte durch den Mikroprozessor per Programm gesteuert abgerufen und verarbeitet werden. Die zur Lieferung von Ladeprozeßparametern und von Betriebsparametern des Abgasturboladers dienenden Überwachungselemente dagegen sind jeweils über einen Meldekanal mit einem Eingang der Melde- und Abfragestation 42 verbunden, von der die gemeldeten Daten bzw. Werte ebenfalls durch den Mikroprozessor 38 per Programm gesteuert abgerufen und verarbeitet werden. Anstelle der beiden Melde- und Abfragestationen 41 bzw. 42 kann auch eine einzige zentrale Abfragestation vorgesehen sein, an die sämtlicheThe monitoring elements used to deliver combustion process parameters and engine operating parameters 85, 86, 87 and 89 are each connected via a reporting channel to the reporting and query station 41, from which the reported values can be called up and processed under program control by the microprocessor. the on the other hand, monitoring elements serving to deliver charging process parameters and operating parameters of the exhaust gas turbocharger are each provided via a reporting channel connected to an input of the reporting and query station 42, from which the reported data or values also can be accessed and processed under program control by the microprocessor 38. Instead of the two reporting and interrogation stations 41 and 42, a single central interrogation station can also be provided to which all
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der vorstehend beschriebenen Überwachungselemente angeschaltet sind. Darüber hinaus kann der Mikroprozessor im Informationsverbund mit anderen Computern, beispielsweise, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, mit jenem für die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung zuständigen Computer 102, stehen und von diesem Informationen übernehmen bzw. an diesen ausgeben.the monitoring elements described above are switched on. In addition, the microprocessor can in the information network with other computers, for example, as shown in Figs. 1 and 2, with those responsible for the control of the fuel injection Computer 102, are available and receive information therefrom or output to them.
Durch die programmseitige Verarbeitung der in den Computer eingespeisten Betriebs-, Ladeprozeß- und Verbrennungsprozeßparameter durch den Mikroprozessor ist es möglich, den gesamten Ladeprozeß genau koordiniert zu steuern und zu überwachen. Außerdem ist es mit Hilfe des elektronischen Computers auch möglich, die hoch beanspruchten Teile des Aufladesystems zu überwachen und unzulässige Abweichungen derselben anzuzeigen, wobei die Informationen über diese Überwachungen vom Mikroprozessor aus über die Ein- und Ausgabeeinheit 40 an den nicht dargestellten Leitstand und dort an entsprechende Anzeigeelemente bzw. Instrumente weitergeleitet werden. Durch die programmseitige Verarbeitung der zugeführten Informationen sind vom Mikroprozessor über dessen Befehlsausgänge 50 bis Steuerbefehle an die angeschlossenen Steuer- und Regelelemente ausgebbar, durch die die ein- bzw. verstellbaren Mechanismen beeinflußt werden und innerhalb des Aufladesystems zur Beeinflussung des Ladeprozesses folgende Wirkungen hervorrufen, die exakt an die jeweils herrschenden bzw. geforderten Motorbetriebszustände angepaßt sind, nämlichBy the program-side processing of the in the computer fed in operating, charging process and combustion process parameters by the microprocessor, it is possible Control and monitor the entire charging process in a precisely coordinated manner. Besides, it is with the help of the electronic Computers also allow the highly stressed parts of the charging system to be monitored and impermissible deviations the same, with the information about these monitors from the microprocessor via the Input and output unit 40 to the control station, not shown, and there to corresponding display elements or Instruments are forwarded. Due to the processing of the information supplied by the program from the microprocessor via its command outputs 50 to control commands to the connected control and regulating elements can be output through which the adjustable or adjustable mechanisms are influenced and within the Charging system for influencing the charging process the following Cause effects that are precisely adapted to the prevailing or required engine operating conditions are, namely
- die Regelung der Ladeluftkühlung durch entsprechende Steuerung des Kühlmittelmengendurchflußstellgliedes 30,- the regulation of the charge air cooling by appropriate control of the coolant quantity flow control element 30,
- ein Abblasen von Abgas vor der Turbine 15 des Abgasturboladers 2 durch entsprechende Steuerung des Abblaseventiles 34,- A blow-off of exhaust gas in front of the turbine 15 of the exhaust gas turbocharger 2 by appropriate control of the relief valve 34,
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- eine Drosselung der Ladeluft mit Vordrallsteuerung im Ladeluftkanal 19 vor dem Verdichter 14 des Abgasturboladers durch entsprechende Steuerung der Drallreglerdrosselklappe 22,- a throttling of the charge air with pre-swirl control in the Charge air duct 19 in front of the compressor 14 of the exhaust gas turbocharger by appropriate control of the swirl regulator throttle valve 22
- eine Steuerung des Laderhilfsantriebes durch entsprechende Ein- bzw. Verstellung der Drehzahl des das Laderhilfsgebläse 21 antreibenden Antriebsmotores 36,- A control of the auxiliary loader drive by setting or adjusting the speed of the das Auxiliary loader fan 21 driving drive motor 36,
- eine Steuerung des Absperrschiebers 24 bei Betrieb des Laderhilfsgebläses 21,- A control of the gate valve 24 during operation of the auxiliary loader fan 21,
- ein Abblasen von Ladeluft nach dem Verdichter 14 durch entsprechende Steuerung des Abblaseventiles 27 und- A blow-off of charge air after the compressor 14 by corresponding control of the relief valve 27 and
- eine Beeinflussung der Strömungsverhältnisse des der Turbine 15 zugeführten Abgases durch Verstellen des Leitapparates 33.- Influencing the flow conditions of the exhaust gas fed to the turbine 15 by adjusting the Diffuser 33.
Die Befehle, die vom Mikroprozessor zur Ein- bzw. Verstellung dieser Mechanismen ausgegeben werden, sind gegenseitig genau aufeinander abgestimmt, so daß diese Mechanismen in solche bestimmte Betriebszustände gebracht werden, bei denen alle Parameter des Aufladeprozesses allen, unterschiedlichen Lastzuständen der Brennkraftmaschine und den damit verbundenen Betriebsfaktoren optimal angepaßt sind. Es ist somit im Gegensatz zu den bisher getrennt angewandten, meist halbautomatischen Einzelsteuerungsverfahren mit Hilfe des elektronischen Computers nunmehr möglich, den gesamten Aufladeprozeß tatsächlich echt zu optimieren. Die Programme sowie die ein- und mehrdimensionalen Betriebskennfelder, die in die Speicher des elektronischen Computers einprogrammiert sind und diesem als Arbeitsgrundlage dienen, basieren dabei sowohl auf wissenschaftlichen Erkenntnissen als auch Ergebnissen technischer Praxisversuche und außerdem auf den technisch-konstruktiven GegebenheitenThe commands issued by the microprocessor for setting or adjusting these mechanisms are issued, are mutually precisely coordinated, so that these Mechanisms brought into such specific operating states in which all parameters of the charging process all, different load conditions of the Internal combustion engine and the associated operating factors are optimally adapted. It is thus in opposition to the previously separately applied, mostly semi-automatic individual control methods with the help of the electronic Computers are now able to actually optimize the entire charging process. The programs as well as the one-dimensional and multi-dimensional operating maps which are programmed into the memory of the electronic computer and serve as a working basis, are based on both scientific knowledge as well as the results of technical practical tests and also on the technical-constructive conditions
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der an das Aufladesystem angeschlossenen Brennkraftmaschine. the internal combustion engine connected to the charging system.
Abschließend sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr besteht beispielsweise auch ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen die Möglichkeit, daß entweder nicht alle der vorstehend beschriebenen Mechanismen 21, 22, 24, 27, 30, 33, 34, die die Betriebsfaktoren eines Aufladeprozesses beeinflussen, in einem Aufladesystem vorhanden sein müssen oder aber zu den genannten Mechanismen bei Bedarf noch weitere hinzugefügt werden, die dann ebenfalls funktionsseitig vom elektronischen Computer gesteuert werden.Finally, it should be pointed out that the invention is not limited to the exemplary embodiments shown is. Rather, for example, even without departing from the scope of the invention, there is the possibility of that either not all of the above-described mechanisms 21, 22, 24, 27, 30, 33, 34 affecting the operating factors of a charging process, must be present in a charging system or one of the above Mechanisms can be added if necessary, which then also functionally from the electronic computer being controlled.
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L e e r s e i t eL e r s e i t e
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