Control de un freno de liberación de compresión.

Método para controlar un freno de liberación de compresión en un motor (102; 304) que comprende un múltiple

(108; 324) de escape conectado a un turbocargador (112) provisto con una turbina de geometría de turbina variable (VTG) (115; 308) en donde dicha turbina se conecta, además, a una válvula (120; 312) de retropresión para controlar la caída de presión sobre dicha turbina, el método comprende

controlar dicha válvula (120; 312) de retro presión sobre la base de la velocidad del motor medida y una potencia de frenado deseada; el método caracterizado por:

determinar una presión de gas del múltiple de escape deseada sobre la base de al menos dicha velocidad del motor medida y dicha potencia de frenado deseada; y

controlar dicha geometría de turbina variable de tal manera que se minimice la diferencia entre una presión de gas del múltiple de escape medida y dicha presión de gas del múltiple de escape deseada determinada.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E12171144.

Solicitante: Daf Trucks N.V.

Nacionalidad solicitante: Países Bajos.

Dirección: Hugo van der Goeslaan 1 5643 TW Eindhoven PAISES BAJOS.

Inventor/es: LINGENS,ANDREAS, PETERS,ROEL.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES... > CONTROL DE LOS MOTORES DE COMBUSTION (accesorios... > Control eléctrico de la alimentación de mezcla... > F02D41/14 (introduciendo las correcciones en bucle cerrado)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES... > MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DE PISTONES; MOTORES... > Motores caracterizados por estar provistos de  ... > F02B37/24 (utilizando las bombas o turbinas con porta-álabes ajustables)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES... > MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DE PISTONES; MOTORES... > Motores caracterizados por estar provistos de  ... > F02B37/22 (modificando la sección de los conductos de escape o de los conductos de aire)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES... > CONTROL DE LOS MOTORES DE COMBUSTION (accesorios... > Control de los motores por estrangulamiento de los... > F02D9/06 (Frenado de los gases de escape)

PDF original: ES-2537702_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Control de un freno de liberación de compresión Campo de la invención

La invención se relaciona con el control de un freno de liberación de compresión en un motor, y en particular, aunque no exclusivamente, con un método y sistema para controlar un freno de liberación de compresión en un motor de combustión interna que comprende un turbocargador con una geometría de turbina variable, un controlador de freno de liberación de compresión para uso en tal sistema y un producto de programa de ordenador que utiliza tal método.

Antecedentes de la invención

En un motor de combustión interna (IC) que tiene un turbocargador del tipo de geometría de turbina variable (VTG), la resistencia de la turbina y energía suministrada por la turbina al compresor se puede controlar al ajustar el área de flujo de la admisión de la turbina. Cuando se utiliza tal VTG, se puede lograr el ajuste del área de flujo al rotar las aspas de la turbina en una cierta posición o transferir una pared deslizante dentro de la turbina a una cierta posición. El ajuste de la VTG tiene un efecto directo sobre la presión en los múltiples de admisión y escape. La potencia de frenado del freno de compresión en un motor IC depende de la presión del gas en los múltiples de admisión y escape de tal forma que el control del área de flujo de la VTG le da la posibilidad de controlar la potencia de frenado. En particular, variando el área de flujo de la VTG se controla la potencia de frenado. Tal método se describe en el documento de patente US 6155049.

Sin embargo, durante el tiempo en que esta activo un freno de liberación de compresión, la relación entre, por ejemplo, la posición del aspa de la turbina VTG y la presión del gas en los múltiples de admisión y escape no es constante. Esto se puede deber al hecho de que la temperatura del gas en el motor no permanece constante y las partes del equipo se expanden o encogen como una función de la temperatura, lo cual puede dar como resultado alteraciones en el flujo de escape y el funcionamiento de ese equipo (por ejemplo cambio en la presente posición VTG debido a los cambios en la relación de expansión de los brazos de enlace). Adicionalmente, la variación pieza a pieza del turbocargador da como resultado una propagación en el flujo de masa y la posición real de la VTG, que finalmente dará como resultado una propagación de las presiones del gas en los múltiples de admisión y escape.

Las variaciones en la posición de la VTG pueden ser particularmente un problema cuando es pequeña el área de flujo de la admisión de la turbina. En estas situaciones la presión del gas en el múltiple de escape es muy sensible para la posición de la VTG. Un ligero error en la posición de la VTG puede dar como resultado una gran desviación de la presión del gas en el múltiple de escape.

Este comportamiento del sistema hace imposible o, por lo menos, muy difícil obtener una respuesta rápida con la salida de potencia de frenado estable y confiable sobre la base de las posiciones VTG preseleccionadas. Este efecto tiene un impacto profundo sobre el uso del freno de liberación de compresión. En un aspecto de confiabilidad, puede ser un riesgo que los varios componentes del motor se puedan averiar en caso de que se genere demasiada presión del gas en el múltiple de escape y/o demasiado torque de frenado del motor. Para un frenado manual del motor, pero también para el frenado del motor requerido por las funciones del vehículo tal como el control de crucero, la variación en la potencia de frenado del motor puede originar problemas de comodidad o aún temas de seguridad.

Por lo tanto, cuando se utiliza un turbocargador equipado con VTG, es esencial controlar la posición VTG con base en el control de bucle cerrado sobre la presión del gas en los múltiples de admisión y/o escape para suministrar una potencia de frenado constante y confiable con una respuesta rápida. El control de bucle cerrado ajusta el aspa o la posición de la pared deslizante de la turbina de tal manera que para un conjunto particular de parámetros de motor, se puede lograr la potencia de frenado máxima.

Ciertos parámetros de turbina, sin embargo, tales como la velocidad de la turbina, no pueden exceder un máximo predeterminado. Por lo tanto, a mayores velocidades de motor, controlar el área de flujo VTG con valores pequeños incrementaría de manera sustancial el riesgo de que la velocidad de la turbina exceda una velocidad de turbina máxima tolerable. Este efecto puede reducir de manera sustancial el rango de operación del freno de motor. De esta manera, para los sistemas de control de freno de motor no es posible o es, por lo menos, muy difícil mantener una potencia de frenado máxima a velocidades de motor alta y/o a grandes altitudes.

De esta manera, subsiste la necesidad en la técnica de un método mejorado y de sistemas para controlar el frenado de motor de un motor que comprende un turbocargador con geometría de turbina variable.

El documento US 2002/0092300 describe un método para controlar un freno de liberación de compresión en un motor que comprende un múltiple de escape conectado a un turbocargador provisto con una turbina de geometría de turbina variable.

Un método similar también está incluido en la divulgación del documento US 2002/0174849 en donde la turbina se conecta, además, a una válvula de retropresión para controlar la caída de presión sobre dicha turbina.

Resumen de la invención

Es un objetivo de la invención reducir o eliminar, por lo menos, uno de los inconvenientes conocidos en la técnica anterior. En un primer aspecto la invención se puede relacionar con un método para controlar un freno de liberación de compresión en un motor que comprende un múltiple de escape conectado a un turbocargador provisto con una turbina de geometría de turbina variable en donde dicha turbina se conecta además a una válvula de retropresión para controlar la caída de presión sobre dicha turbina, en donde el método puede comprender: controlar dicha válvula de retropresión sobre la base de una velocidad de motor medida y una potencia de frenado; determinar una presión de gas del múltiple de escape deseada sobre la base de, por lo menos, dicha velocidad de motor medida y dicha potencia de frenado deseada; y, controlar dicha geometría de turbina variable de tal manera que se minimice la diferencia medida entre la presión del gas del múltiple de escape y dicha presión de gas del múltiple de escape deseada determinada. El método permite el control de la presión del gas del múltiple de escape con base en el control combinado de la VTG y la BPV. Tal control combinado suministra mejora significativa sobre la potencia de frenado producida, en particular, a mayores velocidades de motor y/o grande altitudes.

En una realización, dicha presión de gas del múltiple de escape deseada se puede determinar sobre la base de una función de presión del gas del múltiple de escape PeSc = f (n, Ps), que puede ser dependiente de la velocidad medida del motor n y de la potencia de frenado deseada Ps. En otra realización, dicha función de presión del gas del múltiple de escape predeterminada se puede efectuar como una tabla de búsqueda en una memoria que comprende, por lo menos, los valores de presión de gas del múltiple de escape almacenados como una función de, por lo menos, la velocidad del motor y la potencia de frenado deseada. En aún otra realización, dicha función de presión de gas del múltiple de escape deseada puede ser dependiente de la velocidad del motor, la presión del aire ambiente y la potencia de frenado deseada PeSc = f (n, pa, Ps), o dependiente de la velocidad del motor, la presión del aire del múltiple de admisión y la potencia de frenado deseada PeSc = f (n,... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Método para controlar un freno de liberación de compresión en un motor (102; 304) que comprende un múltiple (108; 324) de escape conectado a un turbocargador (112) provisto con una turbina de geometría de turbina variable (VTG) (115; 308) en donde dicha turbina se conecta, además, a una válvula (120; 312) de retropresión para controlar la caída de presión sobre dicha turbina, el método comprende

controlar dicha válvula (120; 312) de retro presión sobre la base de la velocidad del motor medida y una potencia de frenado deseada; el método caracterizado por:

determinar una presión de gas del múltiple de escape deseada sobre la base de al menos dicha velocidad del motor medida y dicha potencia de frenado deseada; y

controlar dicha geometría de turbina variable de tal manera que se minimice la diferencia entre una presión de gas del múltiple de escape medida y dicha presión de gas del múltiple de escape deseada determinada.

2. El método de acuerdo a la reivindicación 1 en donde dicha presión del gas del múltiple de escape deseada se determina sobre la base de una función de presión de gas del múltiple de escape peSc = f (n, ps); preferiblemente dicha función de presión de gas del múltiple de escape predeterminada se ejecuta como una tabla de búsqueda en una memoria que comprende unos valores de presión de gas del múltiple de escape almacenados como una fundón de al menos la velocidad del motor y la potencia de frenado.

3. Método de acuerdo a las reivindicaciones 1 o 2 en donde dicha presión de gas del múltiple de escape deseada es una función dependiente de la presión del aire ambiente peSc = f (n, pa, Ps) o una presión del múltiple de admisión de aire peSc = f

(n, p¡, ps).

4. El método de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 3 en donde dicha válvula (120; 312) de retropresión se controla utilizando una función de válvula de retropresión predeterminada para determinar la información de posición de dicha válvula de retropresión como una función de al menos dicha velocidad de motor y dicha potencia de frenado deseada Ybpv = f (n, Ps); preferiblemente dicha función de válvula de retropresión predeterminada se ejecuta como una tabla de búsqueda en una memoria que comprende unos valores de posición de válvula de retropresión almacenados como una función de al menos la velocidad del motor y la potencia de frenado.

5. Método de acuerdo a la reivindicación 4 en donde dicha función de retropresión es además dependiente de la presión del aire ambiente Ybpv = f (n, pa, Ps) o la presión del múltiple de entrada de aire Ybpv = f (n, p¡, Ps)

6. El método de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 5 en donde controlar dicha geometría de turbina variable comprende:

recibir una presión de gas del múltiple de escape deseada;

determinar una geometría de turbina variable deseada utilizando dicha presión de gas del múltiple de escape deseada y dicha presión de gas de múltiple de escape medida;

enviar una señal de control asociada con dicha geometría de turbina variable deseada a uno o más accionadores (116; 328) para configurar dicha turbina (115, 308) en dicha geometría de turbina variable deseada.

7. El método de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 6 en donde controlar dicha válvula (120; 312) de retropresión comprende:

determinar la posición de la válvula de retropresión;

enviar una señal de control asociada con dicha posición de válvula de retropresión a al menos un accionador (122; 332) para configurar dicha válvula de retropresión en dicha posición de válvula de retropresión.

8. El método de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 7 en donde dicha geometría de turbina variable y dicha válvula (120; 312) de retropresión se controlan de tal manera que se logra una presión de gas del múltiple de escape máxima mientras que se mantiene la velocidad de la turbina por debajo de un valor máximo predeterminado

9. Método de acuerdo a las reivindicaciones 1 - 8, en donde por encima del valor umbral de la velocidad de motor predeterminada n-r, el valor de retropresión se cierra como una función de la velocidad del motor con el fin de mantener la

velocidad de la turbina por debajo de una velocidad permisible máxima, mientras que al mismo tiempo se permite una potencia de frenado máxima.

10. Método de acuerdo a las reivindicaciones 1 - 8, en donde por encima de un valor umbral de velocidad de motor predeterminada n-r, la posición de la válvula (120; 312) de reimpresión se controla entre una posición 100% abierta y una posición 40% abierta, mientras que la posición VTG se controla entre una posición 10% abierta y una posición 30% abierta.

11. Método de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 10, en donde controlar dicha geometría de turbina variable comprende:

accionar una o más aspas rotables de una turbina (115; 308) de geometría variable; y/o, la pared deslizante dentro de la turbina.

12. Método de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 1-11, que comprende además: recibir una solicitud de una potencia de frenado deseada.

13. Un controlador de freno de liberación de compresión en un motor (102; 304) que comprende un múltiple (108; 324) de escape conectado a la turbina (115; 308) provista con una geometría de turbina variable en donde dicha turbina se conecta, además, a un válvula (120; 312) de reimpresión para controlar la caída de presión sobre dicha turbina, dicho controlador está configurado para controlar dicha válvula (120; 312) de retropresión sobre la base de la velocidad del motor medida y una potencia de frenado deseada; y caracterizada por que dicho controlador se configura para :

determinar una presión de gas del múltiple de escape deseada sobre la base de, al menos, dicha velocidad de motor medida y la potencia de frenado deseada; y

controlar dicha geometría de turbina variable de tal manera que se minimice la diferencia entre la presión del gas del múltiple de escape medida y dicha presión del gas del múltiple de escape deseada.

14. Un sistema para controlar un freno de liberación de compresión en un motor (102; 304) que comprende el múltiple (108; 324) de escape conectado a una turbina (115; 308) provista con una geometría de turbina variable, dicho sistema comprende:

un sensor de velocidad de motor (126; 316);

un sensor de presión de gas del múltiple escape (124; 324);

una válvula de retropresión (120; 312) conectada a la salida de dicha turbina (115; 308) para controlar la caída de presión sobre dicha turbina; y caracterizada por que el controlador es además configurado:

un controlador de freno de liberación de compresión configurado para recibir un requerimiento de una potencia de frenado deseada; y para controlar dicha válvula de retropresión (120; 312) sobre la base de una velocidad de motor medida mediante dicho sensor de velocidad de motor y dicha potencia de frenado deseada; para calcular una presión de gas de múltiple de escape sobre la base de dicha velocidad de motor medida y la potencia de frenado deseada; y para controlar dicha geometría de turbina variable de tal manera que se minimice la diferencia entre la presión del gas del múltiple de escape medida y dicha presión del área múltiple de escape deseada calculada.

15. Un producto de programa de ordenador, ejecutado como un medio almacenable legible por ordenador no transitorio, el producto de programa de ordenador configurado para, cuando corre en un ordenador, ejecutar las etapas del método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 12.