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KR102625569B1 - 배기가스 구동식 과급기의 과급기 액추에이터를 위한 조작 변수를 결정하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

배기가스 구동식 과급기의 과급기 액추에이터를 위한 조작 변수를 결정하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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KR102625569B1
KR102625569B1 KR1020160108614A KR20160108614A KR102625569B1 KR 102625569 B1 KR102625569 B1 KR 102625569B1 KR 1020160108614 A KR1020160108614 A KR 1020160108614A KR 20160108614 A KR20160108614 A KR 20160108614A KR 102625569 B1 KR102625569 B1 KR 102625569B1
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 연소 엔진(2)을 구비한 엔진 시스템(1) 내의 배기가스 구동식 과급기(7)를 작동하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 과급기(7)는 효율적인 터빈 구조의 가변 조정을 위한 과급기 액추에이터(74)를 갖는 터빈(71) 및 상기 터빈(71)을 우회하며 조정 가능한 바이패스 단면적(AByp)을 갖는 바이패스 라인(75)을 포함하며, 상기 방법은,
- 요구된 목표 터빈 출력(PTrbsoll)을 제공하는 단계와,
- 현재 바이패스 단면적(ABypist)에서, 요구된 목표 터빈 출력(PTrbsoll)에 상응하는 유효 목표 터빈 단면적(ATrbsoll)을 결정하는 단계(S1, S2)와,
- 결정된 유효 목표 터빈 단면적(ATrbsoll)에 따라 과급기 액추에이터(74)를 구동하는 단계를 포함한다.

Description

배기가스 구동식 과급기의 과급기 액추에이터를 위한 조작 변수를 결정하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING OF A MANIPULATED VARIABLE FOR A SUPERCHARGER ACTUATOR OF A SUPERCHARGER DRIVEN BY EXHAUST GASES}
본 발명은, 배기가스 구동식 과급기를 갖는 연소 엔진에 관한 것이며, 특히 가변 터빈 구조(variable turbine geometry)을 갖는 과급기의 터빈의 과급기 액추에이터를 구동하는 방법에 관한 것이다.
과급식 연소 엔진은 통상, 예를 들어 터보 챠저와 같은 배기가스 구동식 과급기를 포함한다. 과급기는, 연소 엔진의 출력 증가를 구현하도록, 연소 엔진의 공기 공급부에 상승된 과급압을 제공하는데 이용된다. 통상, 과급기는, 배기가스 배출 도관 내에 배치되며 그 효율을 가변적으로 조정 가능한 터빈을 포함하는데, 즉, 배기가스 배출 도관 내에 제공된 배기가스 엔탈피로부터 획득되는 기계적 출력의 부분이 설정될 수 있다. 변환된 출력에 의해 과급기의 압축기가 구동된다. 과급기의 효율의 가변 조정을 위해, 과급기는 제어 가능한 가변 터빈 구조 또는 제어 가능한 웨이스트 게이트 밸브 등을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 청구항 제1항에 따른 연소 엔진을 갖는 엔진 시스템 내의 배기가스 구동식 과급기를 작동하기 위한 방법 및 동격의 청구항에 따른 장치 및 엔진 시스템이 제공된다.
다른 구성들은 종속 청구항에 명시된다.
제1 양태에 따르면, 연소 엔진을 갖는 엔진 시스템 내의 배기가스 구동식 과급기를 작동하기 위한 방법이 제공되며, 과급기는 유효 터빈 구조의 가변 조정을 위한 과급기 액추에이터를 갖는 터빈 및 터빈을 우회하며 조정 가능한 바이패스 단면적을 갖는 바이패스 라인을 포함하며, 상기 방법은
- 요구된 목표 터빈 출력을 제공하는 단계와,
- 현재 바이패스 단면적에서, 요구된 목표 터빈 출력에 상응하는 유효 목표 터빈 단면적을 결정하는 단계와,
- 결정된 유효 목표 터빈 단면적에 따라 과급기 액추에이터를 구동하는 단계를 포함한다.
연소 엔진을 갖는 엔진 시스템 내의 배기가스 구동식 과급기를 작동하기 위한 상술된 방법은, 터빈 구조의 가변 조정을 위한 과급기 액추에이터, 및 조정 가능한 바이패스 단면적을 갖는 바이패스 라인을 구비한 과급기의 터빈이 제공된 엔진 시스템의 위상(topology)과 관련된다. 이 경우에, 과급기 액추에이터의 설정은 요구된 터빈 출력에 상응하는 유효 터빈 단면적에 관한 정보를 통해, 또는 참조 변수로서의 유효 터빈 단면적을 기초로 하는 과급압 조절을 통해 직접 수행되어야 한다. 적어도 부분적으로 개방된 바이패스 라인에서, 요구된 터빈 출력과, 과급기의 과급기 액추에이터를 위한 조작 변수를 형성하는 상응하는 유효 터빈 단면적 간의 관계 결정은 종래의 접근법에 의해서는 간단하지 않다.
상술된 방법은, 엔진 제어부에 의해 사전 설정된 과급압 요구로부터 형성되는 과급기에 대한 사전 설정된 출력 요구를 위해, 보고된 유효 바이패스 단면적으로 바이패스 라인이 적어도 부분적으로 개방되었을 경우, 과급기의 터빈이 요구된 터빈 출력을 제공하는 유효 터빈 단면적 결정을 제공한다. 유효 터빈 단면적으로부터, 과급기의 과급기 액추에이터를 위한 상응하는 조작 변수가 도출될 수 있다.
사전 설정된 터빈 출력 또는 과급 출력에 도달하기 위한 유효 터빈 단면적의 계산적 결정은, 순수 과급압 피드백 제어에 비해, 과급압을 더 빠르게 형성하는 것을 가능케 하는 장점을 갖는다. 반면, 종래 과급압 피드백 제어는, 목표 과급압 및 실제 과급압 간의 편차에 대해 반응할 수 있으며, 이는 사전 설정된 터빈 출력을 기초로 하는 유효 터빈 단면적의 계산적 결정을 통해, 과급압 변경 간섭에 직접 또는 바이패스 면적의 변경에 직접 반응하는 것이 가능하다. 이에 의해, 과급기의 과급기 액추에이터가 순수 제어식 작동으로 또는 파일럿 제어에 의해 작동될 수 있으며, 이에 의해, 터빈 출력에 대한 상응하는 요구에 대해 과급기 액추에이터의 더 신속한 반응이 가능하다.
또한, 요구된 목표 터빈 출력은 작동 상태에 따라 연소 엔진에 대한 부하 요구에 상응하게 사전 설정될 수 있으며, 특히 과급기의 실제 작동 상태에 따라, 특히 과급기의 회전 속도에 따라, 과급기의 사전 설정된 물리적 모델을 이용하여 결정된다.
일 실시예에 따르면, 과급기 액추에이터가 제어식으로, 유효 터빈 단면적에 따른 조작 변수에 의해 구동될 수 있다.
과급기 액추에이터가 제어식으로, 유효 목표 터빈 단면적에 따른 조작 변수에 의해 구동될 수 있다.
대안적인 일 실시예에 따르면, 과급기 액추에이터가, 유효 목표 터빈 단면적으로부터, 사전 설정된 과급압 피드백 제어를 이용하여 형성되는 조작 변수에 의해 구동될 수 있다.
또한, 실제 터빈 출력이 현재 부하 정보, 특히 실제 과급압으로부터 결정될 수 있으며, 현재 바이패스 단면적에서, 실제 터빈 출력에 상응하는 유효 실제 터빈 단면적이 결정되며, 과급기 액추에이터는 결정된 유효 목표 터빈 단면적 및 결정된 유효 실제 터빈 단면적에 따라 결정된다.
현재 바이패스 단면적에서, 터빈 출력에 상응하는 유효 터빈 단면적의 결정은 터빈을 통한 압력비의 결정을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 유효 터빈 단면적에 대한 터빈 출력의 함수의 역함수를 계산하는 함수의 반전(inversion)이 수행됨으로써, 요구된 터빈 출력에 대한 유효 터빈 단면적의 함수가 결정될 수 있으며, 상기 반전을 위해, 요구된 터빈 출력의 최대값이 사전 설정된 종속성을 이용하여, 특히 특성 영역으로부터 결정되거나, 수치적으로 결정된다.
또한, 터빈 출력에 상응하는 유효 터빈 단면적의 결정이 요구된 터빈 출력과 관련한 유효 터빈 면적의 함수를 토대로 실시될 수 있으며, 상기 함수는 하나의 최대값을 가지며, 요구된 터빈 출력이 최대 터빈 출력 미만일 경우, 2개의 가능 유효 터빈 면적 중 하나는 배기가스 역압이 최소가 되도록 선택된다.
다른 일 양태에 따르면, 상술된 방법을 실행하기 위해 구성된, 연소 엔진을 갖는 엔진 시스템 내의 배기가스 구동식 과급기를 작동하기 위한 장치가 제공된다.
다른 일 양태에 따르면, 연소 엔진과, 터빈 구조의 가변 조정을 위한 과급기 액추에이터를 갖는 터빈 및 상기 터빈을 우회하며 조정 가능한 바이패스 단면적을 갖는 바이패스 라인을 가진 과급기와, 상술된 장치를 구비한 엔진 시스템이 제공된다.
다른 일 양태에 따르면, 제어 장치에서 상술된 방법을 실행하도록 구성된, 기계 판독 가능한 저장 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램이 제공된다.
다른 일 양태에 따르면, 상술된 컴퓨터 프로그램이 저장된 기계 판독 가능한 저장 매체가 제공된다.
다른 일 양태에 따르면, 상술된 전자 저장 매체를 구비한 전자 제어 장치가 제공된다.
이하, 실시예들이 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명된다.
도 1은 과급기를 갖는 엔진 시스템의 개략도를 도시한다.
도 2는 터빈과, 조정 가능한 바이패스 단면적을 가지며 터빈을 둘러싸는 바이패스 라인을 갖는 과급기의 일 부분의 상세도를 도시한다.
도 3은 과급압 피드백 제어에 따른 과급기 액추에이터를 위한 조작 변수를 결정하기 위한 피드백 제어 시스템을 도시한다.
도 4는 도 1의 엔진 시스템을 위한 과급기의 작동을 위한 방법의 도해를 위한 흐름도를 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 유효 터빈 단면적에 대한 터빈 출력의 함수의 도면에 대한 그래프를 도시한다.
도 1에는 연소 엔진(2)을 갖는 엔진 시스템(1)이 도시된다. 연소 엔진(2)은 4기통 엔진으로서 구성되며 특히 디젤 엔진 또는 가솔린 엔진일 수 있다. 연소 엔진(2)은 (예를 들어 4개의) 실린더(3)를 포함하며, 공기 공급 섹션(4)을 통해 공기가 상기 실린더로 공급된다. 공기 공급 섹션(4) 내에는 스로틀 밸브(5)가 배치될 수 있다. 연소 배기가스는 연소 엔진(2)으로부터 배기 가스 배출 섹션(6)을 통해 방출된다.
출력 개선을 위해, 배기가스 배출 섹션(6) 내에 터빈(71)이 그리고 공기 공급 섹션(4) 내에 압축기(72)를 포함하는 배기가스 구동식 과급기(7)가 엔진 시스템(1)에 제공된다. 터빈(71)은 예를 들어 샤프트(73)를 통해 압축기(72)와 기계적으로 결합된다. 과급기(7)의 터빈(71)은 과급의 효율, 즉, 기계적 에너지로 변환되는 존재하는 배기 가스 엔탈피의 부분을 설정할 수 있는 과급기 액추에이터(74)를 포함한다.
과급기 액추에이터(74)는 VTG 액추에이터(VGT: Variable Turbine Geometry, 가변 터빈 구조)으로서 형성될 수 있다. 작동 중에, 터빈(71)으로부터 제공된 기계적 출력은 터빈(71)의 입력 측과 출력 측 간의 압력차 및 터빈(71)을 통한 배기가스 질량 유동으로부터 결정된다. 터빈(71)의 입력 측에서의 압력은 배기가스 역압으로 언급되고, 예를 들어 촉매 컨버터와 같은 배기가스 후처리를 위한 후속되는 장치가 제공될 경우에, 출력 측에는 실제로 주위 압력 또는 거의 주위 압력 아래의 공기가 존재한다. 다단 과급기의 경우에, 터빈(71)의 출력 측에서의 압력은 주위 압력보다 명확히 위에 있을 수 있다. 과급기 액추에이터(74)의 위치에 따라, 터빈(71)을 통한 유동 저항 또는 배기가스 질량 유동의 관류량을 나타내는 유효 터빈 단면적이 형성된다.
터빈(71)을 우회하면서 바이패스 라인(75)이 제공되는데, 바이패스 라인 내에는 조정 가능한 바이패스 밸브(76)가 배치된다. 바이패스 밸브(76)의 위치는, 바이패스 라인(75)을 통한 유동 저항 또는 배기가스 질량 유동의 관류량을 결정하는 유효 바이패스 단면적을 결정한다.
압축기(72)는, 특히 (도시되지 않은) 공기 필터를 통해, 또는 추가로, 다단 과급기의 경우에 상류에 연결된 압축기를 통해, 주위로부터 공기를 흡입하며, 과급 공기로서 압축기(72)의 출력 측에서 과급 공기 섹션(41) 내에, 특히 압축기(72)와 스로틀 밸브(5) 사이에 제공된다.
배기가스 배출 섹션(6)을 흡기관 섹션(42)과 연결시키는 배기가스 재순환부(8)가 제공될 수 있다. 배기가스 재순환부(8) 내에는 배기가스 재순환 밸브(81)가 제공될 수 있다.
연소 엔진(2)의 작동은 제어 장치(10)를 이용하여 제어되는데, 제어 장치는 부하 요구(V)의 입력값을 기초로 하여, 그리고 예를 들어 회전 속도(n) 등과 같은 상태 변수를 기초로 하여, 스로틀 밸브(5), 배기가스 재순환 밸브(81), 사전 결정된 연료량의 분사를 위한 (도시되지 않은) 분사 밸브 및 과급기 액추에이터(74)를 적절한 방식으로, 특히 과급압 피드백 제어에 따라 구동한다.
터빈(71)의 입력 측에서 배기가스 역압이 결정된 경우에, 증가된 출력 요구 또는 부하 요구 시에, 즉, 상승된 토크에 대한 요구 또는 상승된 회전 속도에 대한 요구 시에, 과급기 액추에이터(74)는, 터빈(71) 내에 제공된 배기가스 엔탈피의 더 많은 부분이 기계적 출력으로 변환되도록 구동된다. 과급기 액추에이터(74)의 상응하는 위치는 원칙적으로, 먼저, 배기가스 역압의 증가를 구현함으로써, 터빈(71)에 대한 압력차가 상승된다. 이는, 가변 터빈 구조의 형태로 구성된 과급기 액추에이터(74)에서 터빈 블레이드의 틸팅 또는 변위를 통해 달성된다.
도 2는 터빈(71), 및 바이패스 밸브(76)가 그 안에 배치된 바이패스 라인(75)을 갖는 과급기(7)의 일 부분의 상세도를 도시한다. 과급기(7)를 통해 유동하는 전체 배기가스 질량 유동(
Figure 112016082974315-pat00001
)의 다른 상태 변수, 바이패스 라인(75)을 통한 바이패스 질량 유동(
Figure 112016082974315-pat00002
), 터빈(71)을 통한 터빈 질량 유동(
Figure 112016082974315-pat00003
), 터빈(71) 상류의 온도(TUs), 터빈(71) 하류의 온도(TDs), 터빈(71) 상류의 압력(PUs), 터빈(71) 하류의 압력(PDs) 및 유효 바이패스 단면적(AByp) 및 과급기 액추에이터(74)에 의한 터빈 구조의 설정을 통해 변경될 수 있는 유효 터빈 단면적(ATrb)이 표시된다.
도 3에는 예시적으로 모델을 기초로 하는 과급압 피드백 제어부를 갖는 피드백 제어 시스템(80)이 도시된다. 과급압 피드백 제어부는, 처리 유닛(83)으로부터의 실제 터빈 단면적(ATrbist)과, 파일럿 제어 장치(86)로부터의 목표 터빈 단면적(ATrbsoll) 간의 차가 공급되는 피드백 제어 장치(81)를 포함한다. 이러한 차는 차분 부재(82)에서 결정된다. 피드백 제어 장치(81)는 종래의 PID-제어기(81)로서 구성될 수 있으며, 조작 변수(S)는 과급기 액추에이터(74)를 위한 펄스 점유율로서 출력될 수 있다. 처리 유닛(83)은, 엔진 시스템(1)으로부터, 예를 들어 과급압 센서로부터, 또는 제어 장치(10) 내에서 계산된 상응하는 계산 모델로부터의 실제 과급압(PLDist)에 관한 정보를 포함하며, 그로부터, 알려진 방식으로 출력 계산 블록(84)에서 실제 과급압(PLDist)의 설정을 위해 요구된 실제 터빈 출력(PTrbist)을 결정한다. 실제 과급압(PLDist)에 상응하는 터빈 출력(PTrbist)으로부터, 상응하는 유효 실제 터빈 단면적(ATrbist)이 제1 터빈 면적 계산 블록(85)에서 결정된다.
현재 부하 요구로부터 목표 과급압(PLDsoll)이 형성된다. 목표 과급압(PLDsoll)은 파일럿 제어 장치(86)에 제공되며 궤적 블록(87) 내에서 후술되는 계산에 상응하게 목표 터빈 출력(PTrbsoll)을 결정한다. 목표 터빈 출력(PTrbsoll)은, 후술되는 방법에 따라 상응하게 유효 목표 터빈 단면적(ATrbsoll)을 결정하는 제2 터빈 면적 계산 블록(88)에 공급된다. 목표 터빈 단면적(ATrbsoll)에 관한 정보는 피드백 제어 장치(81) 및 차분 부재(82)에 공급된다.
파일럿 제어는 설정된 바이패스 단면적(AByp) 및 요구된 터빈 출력(PTrb)을 기초로 한다. 바이패스 단면적(AByp)은 제어식으로 특히 작동점에 따라 사전 설정된다. 과급기 액추에이터(74)를 위한 조작 변수(S)는 요구된 터빈 출력(PTrb)에 상응하게 유효 터빈 단면적(ATrb)으로부터 형성된다.
도 4에는 엔진 시스템 내의 과급기의 작동을 위한 방법의 도해를 위한 흐름도가 도시된다.
단계(S1)에서, 부하 요구(V)로서의 요구된 엔진 토크를 기초로 하여, 요구된 목표 과급압(PLDsoll) 및 요구된 목표 과급압(PLDsoll)의 설정을 위해 과급기(7)의 터빈(71)의 상응하는 터빈 출력(PTrb)이 제어 장치(10)에 의해 결정된다. 터빈(71)의 목표 터빈 출력(PTrbsoll)은 예를 들어 적절한 특성 영역과 같은 사전 설정된 함수에 따라, 요구된 목표 과급압(PLDsoll)으로부터 형성된다.
그로부터, 단계(S2)에서, 후술되는 계산 방법에 따라 유효 목표 터빈 단면적(ATrbsoll)이 결정된다. 유효 목표 터빈 단면적(ATrbsoll)은 피드백 제어부를 위한 파일럿 변수를 나타낸다.
단계(S3)에서, 과급기(7)의 터빈(71)의 상응하는 실제 터빈 출력(PTrbist)이 실제 과급압(PLDist)을 기초로 하여 제어 장치(10)에 의해 결정된다. 터빈(71)의 실제 터빈 출력(PTrbist)이 예를 들어 적절한 특성 영역과 같은 사전 설정된 함수에 따라 실제 과급압(PLDist)으로부터 형성된다.
그로부터, 단계(S4)에서, 후술되는 계산 방법에 따라 유효 실제 터빈 단면적(ATrbist)이 결정된다.
단계(S5)에서, 실제 터빈 단면적(ATrbist)과 목표 터빈 단면적(ATrbsoll) 간의 차 및 목표 터빈 단면적(ATrbsoll)이 피드백 제어 장치(81)에 공급되며, 피드백 제어 장치는 그로부터 과급기 액추에이터(71)를 위한 조작 변수를 결정하고, 예를 들어 이를 특성 영역에 따라 할당한다. 이러한 방법은, 조작 변수(S)를 주기적으로 결정하기 위해 주기적으로 실행됨으로써, 요구된 목표 터빈 출력(PTrbsoll)의 변경 또는 바이패스 단면적(AByp)의 변경에 대한 더 즉각적인 반응이 수행될 수 있다. 이하, 상응하는 터빈 출력(PTrb)이 사전 설정된 경우에, 적어도 부분적으로 개방된 바이패스 라인(75)에서, 유효 터빈 면적(ATrb)의 계산을 위한 가능한 방법이 설명된다.
상술된 방법은, 조작 변수(S)를 이용하여 과급기(71)를 구동하는 것을 가능케 함으로써, 바이패스 단면적(AByp)의 변경 시에 과급압 차단 및 과급압 오버 부스트가 신뢰성있게 억제될 수 있다. 특히, 모델을 기초로 하는 파일럿 제어를 통해 바이패스 단면적(AByp)의 변경에 대해 빠르게 반응할 수 있다.
제1 및 제2 터빈 면적 계산 블록(85, 88)에서 유효 터빈 면적을 결정하기 위한 방법이 실행된다. 방법은 이하의 방정식을 기초로 한다:
Figure 112016082974315-pat00004
여기서,
Figure 112016082974315-pat00005
이고,
Figure 112016082974315-pat00006
터빈(71)(방정식 1) 및 바이패스 라인(75)(방정식 2)에 대한 스로틀 방정식 및 터빈 출력(PTrb)(방정식 4). 이러한 연립 방정식은 유효 터빈 단면적(ATrb)에 따라 풀릴 수 있다. 관류 함수(Ψ) 및 출력 방정식의 지수(R/ c p )에 대한 승을 기초로 하는 비선형성은 연립 방정식의 직접적인 풀이를 불가능하게 한다. 따라서, 근사적인 해법이 이용된다.
방정식(1 내지 4)이 먼저 대입을 통해,
Figure 112016082974315-pat00007
여기서,
Figure 112016082974315-pat00008
이며,
Figure 112016082974315-pat00009
으로 변환되며,
Figure 112016082974315-pat00010
이며, 표준화된 관류 특성 곡선은
Figure 112016082974315-pat00011
이다. 방정식(5)에서 터빈 면적이 비종속 파라미터로서 고려될 경우, 압력비(Π)가 터빈 단면적(A Trb )의 함수로서 표현된다.
Figure 112016082974315-pat00012
이러한 함수를 계산하는 문제 제기는 비종속적인 것으로 고려될 수 있다. 따라서, 방정식(6 및 7)에 의해, 터빈 출력(PTrb)이 유효 터빈 단면적(ATrb)의 함수로서 표현될 수 있다.
Figure 112016082974315-pat00013
이러한 함수는 반전(invert)되어야 하며, 이로써, 터빈 출력(PTrb)이 사전 설정된 경우에, 이를 위해 요구되는 터빈 면적(ATrb)이 결정될 수 있다. PTrb(ATrb)는 도 5a 및 도 5b에서 외부 파라미터의 한 세트에 대해, 예를 들어 (a)에서 터빈 면적(ATrb)에 대해 도시되며, (b)에서 반전된 터빈 면적(1/ATrb)에 대해 도시된다. 반전에 대한 중요한 문제는 PTrb(ATrb)가 최대값을 포함한다는 것이다. 즉, 동일한 터빈 출력(PTrb)이 달성되도록 하는 유효 터빈 단면적(ATrb)의 두 개의 가능한 위치가 존재한다. 이는, 터빈 단면적이 출력 최대값을 지나 감소되는 경우로부터 형성되며, 그렇지 않은 경우, 불변경된 파라미터[특히 불변경된 바이패스 단면적(AByp)]가 압력비(
Figure 112016082974315-pat00014
)를 더 증가시키는데, 이는 바이패스 라인(75)을 통한 바이패스 질량 유동의 증가 또는 터빈(71)을 통한 터빈 질량 유동의 하강을 유도한다. 압력비(
Figure 112016082974315-pat00015
)의 증가는 방정식(4)에 따라 터빈 출력(PTrb)의 상승을 유도하는 반면, 터빈 질량 유동(
Figure 112016082974315-pat00016
)의 하강은 터빈 출력(PTrb)의 상승을 최대값의 초과 후에 과보상한다.
배기가스 역압을 가급적 최소화하여, 연소 엔진(2) 내의 손실이 감소되는 것은 바람직하다. 즉, 그를 위해 터빈 면적(ATrb)이 더 큰 값을 취하는 해결책이 두 개의 가능성으로부터 선택될 수 있다.
수치적인 반전을 위해, 최대값의 위치를 인식하는 것이 필요한데, 그 이유는 단조성(monotonicity)이 반전을 위한 전제 조건이기 때문이다. 실질적인 변환은 영점(zero point) 문제로서의 공식에 의해 수행되며, 그 풀이를 위해 역방향 알고리즘이 문헌으로부터 공지되어 있다. 그에 대한 예는 2분법 또는 뉴턴법 또는 함수 곡선을 고려하는 방법 또는 복수의 방법들의 조합들이 있다.
터빈 단면적(ATrb)의 최대값의 결정은 별도의 문제이다. 명백하게, 방정식(8)에 따른 PTrb(Atrb)의 최대값의 위치는 전적으로 방정식(5 및 7)에 상응하여 함수 Π(A Trb )의 곡선에 따르며, 값(R/ c p )에 따른다. 이러한 종속성은 적절한 방식으로 제어 장치(10) 내에 저장되어야 한다.
이론적으로, 전체적인 최대값이 적절한 방법으로 제어 장치(10) 내에서 결정될 수 있으나, 이는 계산 복잡성을 증가시킬 수도 있다. 방정식(5)의 분석은, 최대값의 위치는 R/ c p 에 부가적으로 단지 하나의 추가의 변수에만 따른다. 즉, 최대값의 위치가 예를 들어, 특성 영역 내에서, R/c p 에 따라, 그리고
Figure 112016082974315-pat00017
에 따라, 하기 값,
Figure 112016082974315-pat00018
으로서 저장될 수 있다. 주어진 외부 파라미터에서 출력 최대값을 유도하는 유효 터빈 면적(ATrb)은 상기 값으로부터 계산될 수 있다. R / c p 의 종속성이 경우에 따라 그의 작은 영향으로 인해 무시되어야 한다면, 특성 영역 대신에 단지 하나의 XByp의 종속성만을 갖는 특성 영역으로 충분하다. 특성 곡선은, 출력의 최대값이 R/c p 의 관련 값 범위 내에서 초과될 수 없도록 데이터 입력된다.
상기 계산 방법은, 바이패스 라인(75)이 개방된 경우에, 요구된 터빈 출력(PTrb)에 대해, 터빈(71)이 요구된 출력을 제공하는 유효 터빈 면적(ATrb)을 계산한다.
이전에 설명한 현재 작동점에서 최대 가능한 터빈 출력 상부에서 요구된 출력을 위해, 상기 방법은, 이전에 설명한 면적 제한을 기초로 하여, 터빈(71)이 그를 위해 최대 가능한 출력을 제공하는 터빈 단면적(ATrb)을 계산한다. 이에 의해, 터빈 단면적(ATrb)이 하향 제한됨으로써, 작동점에 따른 최소 면적이 하회될 수 없다.
그러나 예를 들어, 모델화된 터빈 단면적으로부터 과급압 피드백의 피드백 편차를 결정하기 위해, 제한되지 않은 터빈 단면적(ATrb)이 계산될 수도 있다. 이는, 예를 들어, 최대 터빈 출력을 초과하는 터빈 출력(PTrb)이 요구되었을 경우, 이전에 규정된 특성 영역을 통해 사전 설정된 작동점에 따른 최소 터빈 단면적이, 최대 터빈 출력과 요구된 터빈 출력의 비율에 의해, 계산된 제한되지 않은 면적이 최소 유효 터빈 면적을 하회하도록 환산됨으로써 달성될 수 있다.

Claims (13)

  1. 연소 엔진(2)을 구비한 엔진 시스템(1) 내의 배기가스 구동식 과급기(7)를 작동하기 위한 방법으로서, 상기 과급기(7)는 효율적인 터빈 구조의 가변 조정을 위한 과급기 액추에이터(74)를 가진 터빈(71) 및 상기 터빈(71)을 우회하며 조정 가능한 바이패스 단면적(AByp)을 갖는 바이패스 라인(75)을 포함하며, 상기 방법은,
    요구된 목표 터빈 출력(PTrbsoll)을 제공하는 단계와,
    실제 바이패스 단면적(ABypist)에서, 요구된 목표 터빈 출력(PTrbsoll)에 상응하는 유효 목표 터빈 단면적(ATrbsoll)을 결정하는 단계(S1, S2)와,
    결정된 유효 목표 터빈 단면적(ATrbsoll)에 따라 과급기 액추에이터(74)를 구동하는 단계(S5)를 포함하는, 과급기 작동 방법.
  2. 제1항에 있어서, 요구된 목표 터빈 출력(PTrbsoll)은, 작동 상태에 따라 연소 엔진(2)에 대한 부하 요구에 상응하게 사전 설정되는, 과급기 작동 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 과급기 액추에이터(74)는 유효 목표 터빈 단면적(ATrbsoll)에 따른 조작 변수(S)에 의해 제어되어 구동되고,
    조작 변수(S)는 과급기 액추에이터(74)를 위한 펄스 점유율로서 출력되는, 과급기 작동 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 과급기 액추에이터(74)는, 유효 목표 터빈 단면적(ATrbsoll)으로부터 사전 설정된 과급압 피드백 제어를 이용하여 도출되는 조작 변수(S)에 의해 구동되는, 과급기 작동 방법.
  5. 제4항에 있어서, 현재 부하 정보로부터 실제 터빈 출력이 결정되고, 실제 바이패스 단면적(ABypist)에서 실제 터빈 출력(PTrbist)에 상응하는 유효 실제 터빈 단면적(ATrbist)이 결정되며, 과급기 액추에이터(74)는 결정된 유효 목표 터빈 단면적(ATrbsoll) 및 결정된 유효 실제 터빈 단면적(ATrbist)에 따라 결정되는, 과급기 작동 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 실제 바이패스 단면적(ABypist)에서, 터빈 출력(PTrb)에 상응하는 유효 터빈 단면적(ATrb)의 결정은 터빈(71)을 통한 압력비의 결정을 포함하는, 과급기 작동 방법.
  7. 제6항에 있어서, 유효 터빈 단면적(ATrb)에 대한 터빈 출력(PTrb)의 함수의 역함수를 계산하는 함수의 반전이 수행됨으로써, 요구된 터빈 출력(PTrbsoll)에 대한 유효 터빈 단면적(ATrbist)의 함수가 결정되며, 상기 반전을 위해, 요구된 목표 터빈 출력(PTrbsoll)의 최대값이 사전 설정된 종속성을 이용하여 또는 수치적으로 결정되는, 과급기 작동 방법.
  8. 제6항에 있어서, 목표 터빈 출력(PTrbsoll)에 상응하는 유효 터빈 단면적(ATrb)의 결정은 요구된 목표 터빈 출력(PTrbsoll)과 관련한 유효 터빈 면적(ATrb)의 함수를 토대로 실시되며, 상기 함수는 하나의 최대값을 가지며, 요구된 터빈 출력(PTrbsoll)이 최대 터빈 출력 미만일 경우, 2개의 가능 유효 터빈 면적(ATrb) 중 하나는 배기가스 역압이 최소가 되도록 선택되는, 과급기 작동 방법.
  9. 연소 엔진(2)을 구비한 엔진 시스템(1) 내의 배기가스 구동식 과급기(7)를 작동하기 위한 장치로서, 제1항 또는 제2항에 따른 방법을 실행하도록 구성된 과급기 작동 장치.
  10. 엔진 시스템(1)으로서, 연소 엔진(2)과; 과급기 액추에이터(74)를 가진 터빈(71) 및 상기 터빈(71)을 우회하며 가변 조정 가능한 바이패스 단면적(ABypist)을 갖는 바이패스 라인(75)을 가진 과급기(7)와; 제9항에 따른 장치를 구비한 엔진 시스템(1).
  11. 제어 장치에서 제1항 또는 제2항에 따른 방법을 실행하도록 구성된, 기계 판독 가능한 저장 매체에 저장된, 컴퓨터 프로그램.
  12. 제11항에 따른 컴퓨터 프로그램이 저장된 기계 판독 가능한 저장 매체.
  13. 제12항에 따른 전자 저장 매체를 구비한 전자 제어 장치.
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