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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuersystem für einen Turbolader mit variabler
Geometrie.
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Turbolader weisen eine Turbine auf, die durch Abgas angetrieben wird, das von einem
Motorauspuffkrümmer an einen Abgaseinlaß des Turboladers abgegeben wird. Die Turbine treibt einen
Kompressor an, der über einen Luftauslaß des Turboladers Luft an einen Motoransaugkrümmer abgibt. Bei
einem Turbolader mit variabler Geometrie sind physisch verschiebbare Bauteile in dem Abgaseinlaß des
Turboladers gelegen, so daß die Geometrie des Einlasses eingestellt werden kann, um den Abgasdruck
stromaufwärts von der Turbine und die Geschwindigkeit, mit der das Abgas durch die Turbine strömt, zu
steuern. Dies beeinflußt wiederum die Drehzahl der Turbine, und daher die Drehzahl des damit
verbundenen Kompressors. Mechanismen mit im allgemeinen variabler Geometrie in Turboladern werden
verschoben, um den Ansaugkrümmerdruck des Motors in geeigneter Weise zu modulieren und so die
Laufbedingungen des Motors zu optimieren.
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Es sind elektronische Steuervorrichtungen für Turbolader mit variabler Geometrie bekannt, die
Eingangssignale erhalten, die verschiedene Motorbetriebsparameter repräsentieren und ein Steuersignal
erzeugen, das verwendet wird, um einen Aktuator zu steuern, der wiederum die Geometrie des variablen
Mechanismus so steuert, daß die gewünschten Laufbedingungen erreicht werden. Die meisten der
bekannten Steuervorrichtungen sind ausgelegt, um einen gewünschten Motoransaugkrümmerdruck oder
eine gewünschte Motoransaugkrümmerdichte als Funktion der Motordrehzahl und der Kraftstoff-
Zuführungsrate aufrechtzuerhalten. Das Steuersignal kann auch modifiziert werden, um zum Beispiel die
Umgebungstemperatur und den Umgebungsdruck, die Ladelufttemperatur, die Turboladerdrehzahl und die
Drosselklappenanforderung zu berücksichtigen.
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Die bekannten Vorrichtungen können Steuersysteme mit geschlossenem Kreis sein, bei denen ein
Steuersignal durch Vergleichen einer direkten Messung des Ansaugkrümmerdrucks mit einem gewünschten
Wert dieses Parameters, oder durch Vergleichen einer berechneten tatsächlichen Ansaugkrümmerdichte mit
einem gewünschten Wert dieses Parameters erzeugt wird. Die Größe der sich bei dem Vergleich
ergebenden Differenz wird verwendet, um ein Steuersignal abzuleiten, das die Verschiebung des
Mechanismus mit variabler Geometrie bestimmt. Solche Vorrichtungen sind für einen stationären oder
quasi-stationären Betrieb zufriedenstellend, aber funktionieren bei sich rasch ändernden
Übergangsbedingungen nicht gut. Wenn zum Beispiel eine plötzliche Erhöhung des angeforderten
Ansaugkrümmerdrucks erfolgt, vielleicht infolge einer großen Änderung der Leistungsanforderung, ist der
natürliche Vorgang der Steuervorrichtung, das Steuersignal auf eine solche Weise zu steuern, daß die
Turbineneinlaßfläche verringert wird, um den Ansaugkrümmerdruck und die Ansaugkrümmerdichte zu
erhöhen. Wenn das System für eine schnelle Reaktion ausgelegt wurde, wird der Mechanismus mit
variabler Geometrie wahrscheinlich die Turbinenfläche sehr schnell auf einen minimalen Wert verringern,
um den Ansaugkrümmerdruck und die Ansaugkrümmerdichte so schnell wie möglich zu erhöhen, bevor die
Turbinenfläche wieder bis auf eine neue quasi-stationäre Fläche erhöht wird, wenn sich der
Ansaugkrümmerdruck und die Ansaugkrümmerdichte dem neuen gewünschten Wert nähern. Wenn die
Turbinenfläche während der anfänglichen Phase einer plötzlichen Änderung der Zustände verringert wird,
steigt infolge der verschiedenen Zeitkonstanten des Auspuffund des Ansaugsystems der
Auspuffkrümmerdruck unglücklicherweise viel schneller an als der Ansaugkrümmerdruck. Wenn dieser
Effekt nicht richtig geregelt wird, ist das Endergebnis ein großes negatives Druckdifferential über dem
Motor, das heißt, zwischen dem Motoransaugkrümmer und dem Motorauspuffkrümmer, und dies
verursacht eine große Verringerung des volumetrischen Wirkungsgrades des Motors. Dies hat trotz des
erhöhten Ansaugkrümmerdrucks eine Verringerung der Luftmassenströmung in den Motor zur Folge.
Obwohl die Anstiegsrate des Ansaugkrümmerdrucks sehr groß war, ist folglich die Fähigkeit des Motors,
Last anzunehmen, verringert. Von dem Fahrer des Motors wird dies als ein Leistungsverlust und eine ·
Erhöhung der Rauchemissionen wahrgenommen. Außerdem können plötzliche, sehr hohe
Auspuffkrümmerdrücke erzeugt werden, die den Motor nachteilig beeinflussen können.
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Das obige Problem eines unangemessen schnellen Auspuffkrümmerdruckanstiegs wird bei den
bekannten Steuersystemen durch Begrenzen der Anstiegsrate des Auspuffkrümmerdrucks vermieden. Dies
kann erreicht werden durch Begrenzen der Reaktionsrate der Steuervorrichtung, oder durch Begrenzen der
minimalen Turbinenfläche auf einen relativ großen Wert, zum Beispiel durch Vorgeben einer physischen
Begrenzung innerhalb der Turbine, oder durch Vorgeben von Grenzwerten bei dem von dem Steuersystem
erzeugten Steuersignal. Diese Lösungen des Problems gefährden die Übergangsleistung des Motors und des
Turboladers. Sie sind anfällig für große Fehler, weil sie Systeme mit offenem Kreis sind, bei denen keine
Information über den tatsächlichen volumetrischen Wirkungsgrad des Motors nach dem Steuerkreis
rückgekoppelt wird. Außerdem müssen zusätzliche Margen hinzugefügt werden, um
Produktionsschwankungen, Umgebungsdruck- und Umgebungstemperaturschwankungen, und
Lebensdauerschwankungen bei der Leistung des Motors und des Turboladers zu berücksichtigen. Alle diese Faktoren
gefährden die Leistung.
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Es ist auch bekannt, daß bei Turboladern mit variabler Geometrie die Motorbremsleistung durch
Einwirkung auf die Abgasströmung moduliert werden kann, zum Beispiel durch Drosselung der
Abgasströmung. Die bekannten Motorbremssteuersysteme überwachen mehrere, für
Motorbetriebsparameter repräsentative Eingangssignale, und erzeugen ein Steuersignal, das auf einen Aktuator des
Mechanismus mit variabler Geometrie gegeben wird, um die gewünschte Bremsleistung zu erreichen. Die
bekannten Systeme sind jedoch Systeme mit offenem Kreis, da keine direkte Messung der Bremsleistung
nach dem Controller rückgekoppelt wird. Es ist möglich, einen Motorschaden zu verursachen, wenn der
Mechanismus mit variabler Geometrie die Turbineneinlaßfläche zu stark drosselt, so daß ein übermäßiger
Auspuffkrümmerdruck erzeugt wird. Daher sind die gegenwärtigen Bremssteuervorrichtungen, bei denen
eine Steuerung mit offenem Kreis verwendet wird, immer mit großen Sicherheitsmargen entworfen, um
Produktionsschwankungen, Umgebungsdruck- und Umgebungstemperaturschwankungen, und
Lebensdauerschwankungen bei der Leistung des Motors und des Turboladers zu berücksichtigen. Das Ergebnis all
dieser Beschränkungen ist, daß die Motorbremsleistung, verglichen mit der potentiell zur Verfügung
stehenden Leistung, wesentlich verringert ist.
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Ein Steuersystem mit geschlossenem Kreis für einen Turbolader mit variabler Geometrie, das die
Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 hat, ist in der deutschen Patentanmeldung DE-A-
37 31 320 beschrieben.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein Steuersystem für einen Turbolader mit variabler
Geometrie zu verwirklichen, das die oben dargestellten Probleme beseitigt oder verringert.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Steuersystem für einen
Turbolader mit variabler Geometrie verwirklicht, der eine Turbine hat, die durch Abgas angetrieben wird,
das von einem Motorauspuffkrümmer nach einem Abgaseinlaß des Turboladers abgegeben wird, und der
einen von der Turbine angetriebenen Kompressor hat, um Luft über einen Luftauslaß des Turboladers nach
einem Motoransaugkrümmer abzugeben, aufweisend Mittel zum Überwachen eines Parameters, der eine
Funktion des Drucks innerhalb des Motorauspuffkrümmers ist, und Steuermittel mit geschlossenem Kreis,
zum Steuern der Verschiebung eines stromaufwärts von der Turbine gelegenen Mechanismus mit variabler
Geometrie, um den überwachten Parameter innerhalb vorgegebener Grenzen zu halten, dadurch
gekennzeichnet, daß der überwachte Parameter eine Funktion der Differenz zwischen den Drücken
innerhalb des Motorauspuffkrümmers und des Motoransaugkrümmers ist.
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Zum Beispiel kann der überwachte Parameter eine Funktion der Differenz zwischen den Drücken
innerhalb des Motorauspuffkrümmers und des Motoransaugkrümmers, geteilt durch entweder den Druck
innerhalb des Motorauspuffkrümmers oder den Druck innerhalb des Motoransaugkrümmers sein.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Steuersystem für einen
Turbolader mit variabler Geometrie verwirklicht, der eine Turbine hat, die durch Abgas angetrieben wird,
das von einem Motorauspuffkrümmer nach einem Abgaseinlaß des Turboladers abgegeben wird, und der
einen von der Turbine angetriebenen Kompressor hat, um Luft über einen Luftauslaß des Turboladers nach
einem Motoransaugkrümmer abzugeben, aufweisend Mittel zum Überwachen eines Parameters, der eine
Funktion des Drucks innerhalb des Motorauspuffkrümmers ist, und Steuermittel mit geschlossenem Kreis,
zum Steuern der Verschiebung eines stromaufwärts von der Turbine gelegenen Mechanismus mit variabler
Geometrie, um den überwachten Parameter innerhalb vorgegebener Grenzen zu halten, dadurch
gekennzeichnet, daß der überwachte Parameter eine Funktion der Dichte des Gases innerhalb des
Auspuffkrümmers ist.
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Die vorgegebene Grenze kann fest sein, oder von den Motorbetriebsbedingungen, zum Beispiel der
Motordrehzahl und der Kraftstoff-Zuführungsrate abgeleitet sein.
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Ein Schalter kann vorgesehen sein, um entweder ein erstes Steuersignal auszuwählen, das dazu
bestimmt ist, den Mechanismus mit variabler Geometrie zu steuern, um einen gewünschten
Motoransaugkrümmerdruck oder eine gewünschte Motoransaugkrümmerdichte aufrechtzuerhalten, oder ein
zweites Steuersignal auszuwählen, das dazu bestimmt ist, einen Mechanismus mit variabler Geometrie zu
steuern, um den überwachten Parameter innerhalb der vorgegebenen Grenzen zu halten. Der Schalter kann
in Abhängigkeit davon, ob das zweite Signal die Vorgegebenen Grenzen überschreitet oder nicht
überschreitet, gesteuert werden. Die Auswahl des ersten oder zweiten Steuersignals kann übersteuert
werden durch ein drittes Steuersignal, das dazu bestimmt ist, die Turboladerdrehzahl zu verringern, wenn
sie eine vorgegebene Grenze überschreitet, oder durch ein viertes Steuersignal, das dazu bestimmt ist, den
Mechanismus mit variabler Geometrie zu steuern, um einen gewünschten Auspuffkrümmerdruck während
der Motorbremsung zu erhalten, wenn der Motor in dem Bremsmodus ist.
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Die Erfindung ergibt eine Steuerung mit geschlossenem Kreis für den volumetrischen
Wirkungsgrad des Motors, die die Optimierung der Motorleistung während Übergangsbetriebsbedingungen
und eine angemessene Reaktion auf Übergangsbedingungen ermöglicht. Wenn das System in dem
Bremsmodus arbeitet, kann außerdem der Auspuffdruck als ein Rückkopplungssignal verwendet werden,
um eine optimierte Bremsleistung zu erhalten. Nachteilige Effekte auf den Motor können unter allen
Bedingungen vermieden werden. Folglich können die Übergangsreaktion des Motors und die
Motorbremsleistung maximiert werden, ohne die Sicherheitsgrenzen zu überschreiten. Außerdem
kompensiert das System Produktionsschwankungen, Umgebungsdruck- und
Umgebungstemperaturschwankungen, und Lebensdauerschwankungen bei der Leistung des Motors und des Turboladers.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mittels eines Beispiels beschrieben,
wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, die Folgendes darstellen.
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Die Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der allgemeinen Anordnung eines Motors, eines
Turboladers und eines Steuersystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Die Fig. 2 gibt die funktionalen Elemente des Steuersystems der Fig. 1 schematisch wieder.
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In der Fig. 1, auf die nun Bezug genommen wird, weist die schematisch dargestellte Anordnung
einen Turbolader auf, der ein Turbinenrad 1 und ein Kompressorrad 2 hat, die auf einer gemeinsamen Welle
3 angebracht sind. Ein Mechanismus mit variabler Geometrie (nicht wiedergegeben) ist an die Turbine 1
angrenzend angebracht. Die Erfindung ist bei vielen verschiedenen Typen von Turboladermechanismen mit
variabler Geometrie anwendbar, zum Beispiel bei dem Mechanismus, der in der veröffentlichen
europäischen Patentschrift 0342889 beschrieben ist. Welche Art von Mechanismus mit variabler Geometrie
auch verwendet wird, im wesentlichen ist es ein verschiebbarer Mechanismus, der stromaufwärts von der
Turbine 1 gelegen ist, um die Strömungsfläche und folglich die Strömungsgeschwindigkeit von Abgas zu
variieren, das von einem Auspuffkrümmer 4 eines Motors S nach eines Abgaseinlaß 6 des Turboladers
strömt. Der Mechanismus mit variabler Geometrie ist durch einen Aktuator 7 verschiebbar, der durch ein
Steuersignal S~ auf der Leitung 8 gesteuert wird, wobei die Verschiebung des Mechanismus mit variabler
Geometrie den Druck innerhalb des Einlasses 6, und daher innerhalb des Auspuffkaümmers 4, und die
Geschwindigkeit des Abgases, das auf die Turbine 1 aufprallt, bestimmt. Das Kompressorrad 2 treibt die
Umgebungsluft durch einen Luftauslaß 9 des Turboladers nach einem Motoransaugkrümmer 10.
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Das Steuersignal Sout wird durch eine elektronische Steuereinheit 11 erzeugt, die auf der Leitung
12 ein Eingangssignal NE erhält, das repräsentativ für die Motordrehzahl ist, auf der Leitung 13 ein
Eingangssignal NT erhält, das die Drehzahl des Kompressorrades 2 angibt, auf der Leitung 14 ein
Eingangssignal Q erhält, das die Rate angibt, mit der dem Motor Kraftstoff zugeführt wird, auf der Leitung
15 ein Eingangssignal P&sub2; erhält, das den Druck innerhalb des Motoransaugkrümmers angibt, und auf der
Leitung 16 ein Eingangssignal P&sub3; erhält, das den Druck in dem Motorauspuffkrümmer angibt. Das Signal
Sout hängt von den fünf Eingangssignalen ab, wie unter Bezugnahme auf die Fig. 2 ausführlicher
beschrieben wird.
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In der Fig. 2, auf die nun Bezug genommen wird, weist die elektronische Steuereinheit vier
Teilschaltungen 17, 18, 19 und 20 auf. Wie unten ausführlicher beschrieben wird, ist die Teilschaltung 17
eine herkömmliche Schaltung, die ein erstes Steuerausgangssignal SP2 erzeugt, das mit dem
Ansaugkrümmerdruck P&sub2; zusammenhängt. Die Schaltung 18 erzeugt ein zweites Steuersignal SΔP, das das
Druckdifferential über dem Motor, das heißt, das Druckdifferential zwischen dem Ansaugkrümmerdruck P&sub2;
und dem Auspuffkrümmerdruck P&sub3; begrenzt, wenn das Druckdifferential negativ ist. Die Schaltung 19
erzeugt ein drittes Steuersignal SNT, das die maximale Drehzahl des Turboladers begrenzt. Die Schaltung 20
erzeugt ein viertes Steuersignal SP3, das den Aktuator 7 steuert, wenn das System in dem Bremsmodus ist.
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Die Schaltung 17 erhält das Motordrehzahlsignal NE und das Kraftstoff-Zuführungsratensignal Q
als Eingangssignale. Diese Eingangssignale steuern eine durch die Box 21 schematisch dargestellte
Verweistabelle an, um ein Ausgangssignal P2DEM zu erzeugen, das repräsentativ für den gewünschten
Ansaugkrümmerdruck ist. Dieses Signal wird in einem Komparator 22 mit dem Ansaugkrümmerdruck P&sub2;
verglichen, und der Komparator 22 erzeugt das Differenzausgangssignal P2DIFF. Dieses
Differenzausgangssignal wird auf eine Signalaufbereitungsschaltung 23 gegeben, deren Ausgangssignal das erste
Steuersignal SP2 ist. Die erste Teilschaltung 17 ist eine Schaltung von herkömmlicher Form, und bei einem
herkömmlichen System wird das Ausgangssignal SP2 direkt auf den Aktuator 7 gegeben, um den
Mechanismus mit variabler Geometrie zu steuern.
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Die Schaltung 18 erhält das Motordrehzahlsignal NE, das Kraffstoffzuführungsmengen-
Eingangssignal Q, das Ansaugkrümmerdrucksignal P&sub2;, und das Auspuffrkühnmerdrucksignal P&sub3; als
Eingangssignale. Das Motordrehzahlsignal und das Kraftstoffzuführungsratensignal steuern eine durch die
Box 24 repräsentierte Verweistabelle an, deren Ausgangssignal ΔPMAX das maximale Druckdifferential
repräsentiert, das zugelassen werden kann, ohne daß der volumetrische Wirkungsgrad des Motors
unangemessen verringert wird, das heißt, in einem Maße verringert wird, das eine unannehmbare
Übergangsleistungsreaktion zur Folge haben würde. Ein Komparator 25 erzeugt ein Ausgangssignal ΔP, das
die Differenz zwischen dem Ansaugkrümmerdruck P&sub2; und dem Auspuffkrümmerdruck P&sub3; repräsentiert. Die
Signale ΔPMAX und ΔP werden auf einen Komparator 26 gegeben, der ein Ausgangssignal ΔPDIFF erzeugt,
das auf eine herkömmliche PID-Schaltung 27 und auf eine Schaltersteuerschaltung 28 gegeben wird. Die
Schaltung 27 verarbeitet den Differenzwert ΔIFF in einer Proportionalausdruck-Teilschaltung 29, einer
Integralausdruck-Teilschaltung 30, und einer Differentialausdruck-Teilschaltung 31. Die Ausgangssignale
dieser drei Teilschaltungen werden summiert, um das zweite Steuersignal SΔP zu erzeugen. Die Schaltung
28 steuert einen Schalter 32 und einen Schalter 33. Der Schalter 32 wählt entweder das Ausgangssignal der
Teilschaltung 17 oder das Ausgangssignal der Teilschaltung 18 aus, um ein Signal SP auf der Leitung 34 zu
bilden. Der Schalter 33 ist parallel zu der Integrator-Teilschaltung 30 vorgesehen, um eine
Integratorsättigung zu verhindern, wenn der Schalter 32 das Ausgangssignal der Teilschaltung 17 auswählt.
Der Controller 28 verbindet den Ausgang der Teilschaltung 17 mit der Leitung 34, außer wenn das Signal
ΔP größer als das Signal ΔPMAX ist, das heißt, außer wenn ΔPDIFF negativ ist. Demgemäß entspricht das
Ausgangssignal SP dem Ausgangssignal SP2 der Teilschaltung 17 während des normalen stationären
Betriebs, aber es wird auf das Ausgangssignal S&sub2; umgeschaltet, falls das Druckdifferential über dem Motor
die durch ΔPMAX repräsentierte, vorgegebene Grenze überschreitet.
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Die Teilschaltung 19 ist ein herkömmlicher Turbolader-Drehzahlegler und erhält die
Eingangssignale NE und NT. Eine durch die Box 35 repräsentierte Verweistabelle wird von dem
Motordrehzahlsignal NE angesteuert, um ein Ausgangssignal NTMAX zu erzeugen, das auf einen Komparator
36 gegeben wird. Das andere Eingangssignal des Komparators 36 ist das Signal NT, so daß das
Ausgangssignal NTDIFF des Komparators 36 die Differenz zwischen der tatsächlichen Turboladerdrehzahl
und der maximalen gewünschten Turboladerdrehzahl repräsentiert. Eine Signalaufbereitungsschaltung 37
erzeugt ein drittes Steuersignal SNT, das auf einen Schalter 38 gegeben wird, der durch einen Controller 39
gesteuert wird, der auf das Ausgangssignal NTDIFF des Komparators 36 anspricht. Der Schalter 38 nimmt
den wiedergegebenen Zustand an, außer wenn NT größer als NTMAX ist, das heißt, außer wenn NTDIFF negativ
ist.
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Die vierte Teilschaltung 20 liefert ein viertes Steuerausgangssignal SP3, das ein Eingangssignal für
einen Schalter 40 ist. Das andere Eingangssignal für den Schalter 40 ist das Signal SP, das von dem Schalter
32 ausgegeben wird. Die Schaltung 20 enthält eine durch die Box 41 repräsentierte Verweistabelle, die von
dem Motordrehzahlsignal NE angesteuert wird, um ein Ausgangssignal P3DEM für einen Komparator 42 zu
erzeugen. Der Komparator 42 erhält auch das Auspuffkrümmerdrucksignal P&sub3; und erzeugt ein
Ausgangssignal P3DIFF, das auf einen PID-Conlroller 43 gegeben wird. Die Funktionsweise der Schaltung 43
ist ähnlich wie diejenige des Controllers 27 und wird nicht weiter beschrieben. Der gewünschte
Auspuffkrümmerdruck, der durch das Signal P3DEM repräsentiert wird, wird so vorgegeben, daß die
gewünschte Motorbremsleistung erhalten wird, ohne daß irgendwelche Sicherheitsgrenzen des Motors
überschritten werden. Der PID-Controller 43 stellt sicher, daß das Ausgangssignal SP3, wenn es durch den
Aktuator 7 umgeschaltet wird, geeignet ist, um den Auspuffkrümmerdruck während des Bremsens auf das
Signal P3DEM zu begrenzen. Wenn der Motor zündet, wird das Ausgangssignal SP3 durch den Schalter 40
isoliert, und es trägt nicht zu dem Gesamtsteuersystem bei. Wenn der Motor in dem Bremsmodus ist, wird
dies durch einen Controller 44 erfaßt, der den Schalter 40 betätigt, so daß das Signal SP3 nach dem Schalter
38 weitergeleitet wird.
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Folglich entspricht das auf den Aktuator 7 gegebene Ausgangssignal Sout dem Signal SNT, wenn die
Turboladerdrehzahlgrenze überschritten wird. Wenn die Turboladerdrehzahlgrenze nicht überschritten wird,
aber der Motor in dem Bremsmodus ist, entspricht das Ausgangssignal Saut dem Signal SP3 von der vierten
Teilschaltung 20. Wenn die Turboladerdrehzahlgrenze nicht überschritten wird, und der Motor nicht in dem
Bremsmodus ist, dann entspricht das Ausgangssignal Sout dem Ausgangssignal SP2 der Teilschaltung 17,
außer wenn das Druckdifferential eine vorgegebene Grenze überschreitet, in welchem Fall das
Ausgangssignal Sout dem Ausgangssignal SΔP von der Teilschaltung 18 entspricht.
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Obwohl in der Fig. 1 fünf Motorzustandsparameter überwacht werden, können zusätzliche
Sensoren vorgesehen werden, um zusätzliche Parameter zu überwachen, zum Beispiel den
Umgebungsdruck und die Umgebungstemperatur, die Ansaugkrümmertemperatur, und die Fahrzeuggeschwindigkeit.
Der Umgebungsdruck und die Umgebungstemperatur und die Ansaugkrümmertemperatur können abgefühlt
werden, um die Leistungsfähigkeit der ersten Teilschaltung 17 zu verbessern. Die Fahrzeuggeschwindigkeit
kann überwacht werden, um die Leistungsfähigkeit der Motorbrems-Teilschaltung 20 zu verbessern. Die in
der Fig. 2 wiedergegebenen PID-Controller 27 und 43 können durch alternative Standard-
Verarbeitungsschaltungen ersetzt werden.
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Der Wert ΔP, der den Differentialdruck über dem Motor repräsentiert, kann auf viele verschiedene
Arten berechnet werden. Zum Beispiel kann als Wert ΔP einfach die Differenz zwischen dem
Auspuffkrümmerdruck und dem Ansaugkrümmerdruck, das heißt, entweder P&sub3;-P&sub2; oder P&sub2;-P&sub3; genommen
werden. In alternativer Weise kann als Wert ΔP die Differenz zwischen dem Auspuffkrümmerdruck und
dem Ansaugkrümmerdruck, geteilt durch entweder den Auspuffkrümmerdruck oder den
Ansaugkrümmerdruck, genommen werden. Der Wert ΔPMAX, das heißt, die maximale zugelassene Größe des
Differentialdrucks ΔP, kann auf viele verschiedene Arten berechnet werden. Er ist gewöhnlich eine
Funktion von mindestens der Motordrehzahl NE und der zugeführten Kraftstoffmenge, aber bei gewissen
Anwendungen könnte er ein einfacher konstanter Wert für alle Motorzustände sein.
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Bei der beschriebenen Anordnung wird der Schalter 38 betätigt, wenn die Turboladerdrehzahl NT
größer als die maximale zugelassene Turboladerdrehzahl ist. In alternativer Weise könnte der Schalter 38
auf der Basis der relativen Größe der zwei Steuersignale S und SNT betätigt werden. Bei einem Turbolader,
bei dem eine Erhöhung des Steuersignals Sout für den Aktuator eine Verringerung der Turbinenfläche, und
daher eine Erhöhung der Turboladerdrehzahl und des Ansaugkrümmerdrucks verursacht, wird das
Ausgangssignal des Schalters 38 so ausgewählt, daß es immer dem kleineren der Signale S und SNT
entspricht. Wenn die Beziehung zwischen dem Signal Sout und der Turbinenfläche umgekehrt wäre, würde
das Ausgangssignal des Schalters 38 immer das größere der Signale S und SNT sein. Die Motorbrems-
Teilschaltung 20 bei der dargestellten Anordnung spricht auf die Motordrehzahl und den
Auspuffkrümmerdruck an. Sie kann auch auf Schwankungen bei dem Umgebungsdruck, der
Umgebungstemperatur, der Ansaugkrümmertemperatur und einem Fahrer-Anforderungssignal ansprechen.
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Bei dem beschriebenen System, und immer noch unter der Annahme, daß eine Anordnung
verwendet wird, bei der eine Erhöhung des Steuersignals Sout, zu einer Verringerung der
Turbineneinlaßfläche führt, ist das Druckdifferential über dem Motor während des normalen stationären
oder quasi-stationären Betriebs positiv oder nur leicht negativ, und sicherlich nicht groß genug, um die
Leistung zu beeinträchtigen. Unter diesen Umständen ist die Größe des Differentialdrucks ΔP kleiner als
ΔPMAX. Folglich gibt der Schalter 32 das Steuersignal SP2 auf seinen Ausgang. Das System wird folglich
bewirken, daß ein gewünschter Ansaugkrümmerdruck oder eine gewünschte Ansaugkrümmerdichte
aufrechterhalten wird. Wenn eine plötzliche Erhöhung des angeforderten Ansaugkrümmerdrucks erfolgt,
wird die Ansaugkrümmerdruck-Teilschaltung 17 den Wert des Steuersignals SP2 erhöhen. Dies bewirkt, daß
sowohl der Ansaugkrümmerdruck, als auch der Auspuffkrümmerdruck ansteigt. Wenn der Übergang hart
genug ist, und die verschiedenen Trägheiten des Ansaug- und Auspuffsystems so beschaffen sind, daß die
Größe des Differenzdrucks ΔP ansteigt und die Grenze ΔPMAX überschreitet, wird bei diesem Punkt der
Schalter 32 so betätigt, daß sein Ausgang mit dem Signal SΔP verbunden wird. Bei diesem Betriebsmodus
steuert das System den Turbolader so, daß der Differentialdruck ΔP bei der Grenze ΔPMAX gehalten wird.
Wenn der Ansaugkrümmerdruck weiter ansteigt, nähert er sich dem Wert des Auspuffkrümmerdrucks, und
der Schalter 38 kehrt zur rechten Zeit in seinen früheren Zustand zurück. Je nach der Anwendung kann es
zweckmäßig sein, eine gewisse Hysterese bei dem System einzuführen, um eine unnötig häufige Betätigung
des Schalters 32 zu verhindern.
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Anstatt den Schalter 32 auf der Basis der relativen Größe der Signale ΔP und ΔPMAX zu steuern,
kann er auf der Basis der relativen Größe der Signale SΔP und SP2 gesteuert werden, wobei das
Ausgangssignal des Schalters 32 bei einem Turbolader, bei dem eine Erhöhung des Steuersignals eine
Verringerung der Turbinenfläche verursacht, immer dem kleineren der Signale SP2 und SΔP entspricht.
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Folglich bewirkt die Schaltung, daß die Reaktion des Luftsystems und des Motors maximiert wird.
Während der anfänglichen Phase des Übergangs bewirkt die
Ansaugkrümmerdruck-Überwachungsschaltung 17, daß die Turbinenfläche so rasch wie möglich verringert wird, um dem Ansaugkrümmerdruck
eine hohe Anstiegsrate zu geben. Wenn der Auspuffkrümmerdruck jedoch zu weit ansteigt, das heißt, bis zu
einem Punkt ansteigt, wo das negative Druckdifferential über dem Motor (und daher der volumetrische
Wirkungsgrad des Motors) wesentlich abzufallen beginnt, so daß ein Verlust an Leistung verursacht wird,
dann übernimmt die Teilschaltung 18 die Steuerung, um das negative Druckdifferential auf dem optimalen
Wert ΔPMAX zu halten, der gewählt wird, um die maximale Anstiegsrate des Ansaugkrümmerdrucks ohne
einen wesentlichen Verlust an volumetrischem Wirkungsgrad und Lastakzeptanz zu ermöglichen. Wenn der
Übergang weitergeht, und der Ansaugkrümmerdruck (oder die Ansaugkrümmerdichte) zu dem
gewünschten Wert hin ansteigt, fällt das negative Druckdifferential über dem Motor ab, und dann kehrt das
System zu der Steuerung in Abhängigkeit von dem Ansaugkrümmerdruck der Teilschaltung 17 zurück. Das
System kehrt dann zu einem neuen stationären Zustand zurück.
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Wenn der Motorbremsmodus von dem Fahrer ausgewählt wird, dann wird der Schalter 40 betätigt,
und der Mechanismus mit variabler Geometrie wird dann durch die Motorbrems-Teilschaltung 20 gesteuert.
Es gibt eine bekannte quantifizierbare Beziehung zwischen der Motorbremsleistung und dem
Auspuffkrümmerdruck, und es ist daher möglich, die Motorbremsleistung entsprechend dem gewünschten
Wert zu steuern. Das System ist jederzeit einer vollen Steuerung mit geschlossenem Kreis unterworfen, und
es ist daher möglich, die Fehler, die mit herkömmlichen Steuersystemen mit offenem Kreis verbunden sind,
drastisch zu verringern, und Bremsleistungen bis zu der maximalen potentiell zur Verfügung stehenden
Bremsleistung zuzulassen. Die Turboladerdrehzahl-Teilschaltung 19 stellt sicher, daß sichere
Turboladerdrehzahlen nie überschritten werden.
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Obwohl die beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung hauptsächlich auf direkten
Druckmessungen und der Berechnung von Differentialdrücken basieren, können, wie oben erwähnt wurde,
zusätzliche Parameter überwacht werden. Insbesondere wird geglaubt, daß es möglich sein kann, die
Leistung zu optimieren durch Ableiten von Ausgangssignalen, die Gasdichten anstatt einfach Gasdrücken
entsprechen, aufgrund einer geeigneten Berechnung, die auf den Ausgangssignalen von Druckmeß- und
Temperaturmeßtransducern basiert. Bei einer solchen Anordnung würde der überwachte Parameter immer
noch eine Funktion des Drucks sein, aber zusätzlich würde er eine Funktion der Temperatur sein.