PROCEDIMIENTO Y APARATO DE CONTROL DE UN TURBOALIMENTADOR CON SECCION TRANSVERSAL VARIABLE DE FLUJO DE LA TURBINA.

Procedimiento para ajustar un valor real de una sección transversal de flujo de la turbina de un turboalimentador (36) de un motor de combustión (10) en un vehículo automóvil al producirse un cambio (LW_-) de la carga del motor de combustión (10) de un valor de carga más grande (L1) a un valor de carga más pequeño (L2) como el que se presenta después de una aceleración y una fuerte reducción subsiguiente de la demanda de par de giro,

caracterizado porque, para evitar la combinación crítica -tendente a la producción de álabes de guía agarrotados- de álabes de guía aún calientes y una posición abierta de dichos álabes de guía, un valor real de la sección transversal de flujo de la turbina que debe ajustarse para el valor de carga más pequeño (L2) es ajustado con retardo a un valor nominal que se preespecifica para dicho valor de carga más pequeño (L2) en condiciones estacionarias, efectuándose el ajuste al valor nominal que se ha de preespecificar en condiciones estacionarias mediante la preespecificación de una curva de evolución (V_1, V_2, ..., V_7) de valores nominales que conduzca al valor nominal que se ha de preespecificar en condiciones estacionarias, y preespecificándose la curva de evolución (V_1, V_2, ..., V_7) en dependencia de parámetros de funcionamiento del motor de combustión (10)

Procedimiento y aparato de control de un turboalimentador con sección transversal variable de flujo de la turbina.

La invención concierne tanto a un procedimiento como a un aparato de control para ajustar un valor real de una sección transversal de flujo de la turbina de un turboalimentador de un motor de combustión en un vehículo automóvil al producirse un cambio de la carga del motor de combustión desde un valor de carga más grande hasta un valor de carga más pequeño. La derivada de tiempo de la carga es entonces negativa, de modo que este cambio de carga puede denominarse también cambio de carga negativo.

Por carga del motor de combustión se entiende aquí sobre todo el llenado real normalizado a un llenado máximo posible de una cámara de combustión del motor de combustión con una mezcla combustible. El llenado relativo es una magnitud de ajuste esencial para ajustar el par de giro suministrado por el motor de combustión.

El procedimiento citado al principio es conocido por la serie "Die Bibliothek der Technik, volumen 103, Abgasturbolader", Verlag Moderne Industrie, D-86896 Landsberg/Lech, ISBN 3-478-93263-7, página 40 de ese documento. Esta bibliografía trata de un turboalimentador con geometría de turbina regulable (VTG), en el que la sección transversal de flujo de la turbina se hace más pequeña por el cierre de álabes de guía para generar un mayor gradiente de presión entre la entrada de la turbina y la salida de ésta. Para lograr una aceleración desde bajos números de revoluciones se deberán cerrar los álabes de guía a fin de obtener la máxima energía derivada del gas de escape. Asimismo, los álabes se abren al aumentar el número de revoluciones y se adaptan al respectivo punto de funcionamiento.

Los álabes de guía están dispuestos en una rendija de forma anular que es recorrida de fuera a dentro por el gas de escape. En caso de una orientación radial de los álabes de guía resulta una sección transversal de flujo de la turbina más pequeña que en el caso de una orientación tangencial de dichos álabes de guía. En motores Otto la temperatura del gas de escape antes de la turbina puede fluctuar dentro de un ancho de banda de unos pocos centenares de ºC hasta más de 1000ºC. A consecuencia de la alta carga térmica resultante de esto en los álabes de guía y a consecuencia de partículas de hollín y/o de carbonilla que se acumulan con el tiempo delante de la turbina, puede ocurrir que los álabes de guía se agarroten en la sección transversal de forma anular.

En sistemas conocidos se reconoce un agarrotamiento de los álabes de guía con medios de diagnóstico a bordo durante el funcionamiento del vehículo automóvil y se conmuta el motor de combustión a un modo de marcha de emergencia para evitar los consiguientes daños del turboalimentador y/o del motor de combustión. Esto puede ser percibido por el conductor y se siente como un inconveniente. Cuando los álabes de guía se agarrotan en una posición casi abierta, esto conduce ya, por ejemplo, a una considerable pérdida del máximo par de giro obtenible al acelerar con números de revoluciones inicialmente bajos.

Ante este antecedente, el cometido de la invención consiste en indicar un procedimiento y un aparato de control con los cuales se evite en el mayor grado posible una conmutación a un modo de marcha de emergencia, sin que tengan que aceptarse los consiguientes daños citados y/o pérdidas en el par de giro obtenible como máximo.

Este problema se resuelve en un procedimiento de la clase citada al principio por el hecho de que un valor real de la sección transversal de flujo de la turbina que se debe ajustar para el valor de carga más pequeño se ajusta con retardo a un valor nominal que se preespecifica para el valor de carga más pequeño en condiciones estacionarias.

La invención se basa en el conocimiento de que la mayoría de las veces se presenta un agarrotamiento después de un cambio de carga negativo en el estado casi abierto.

Mediante el ajuste de la sección transversal de flujo de la turbina -que se efectúa según la invención con retardo después de un cambio de carga negativo- al valor nominal válido para condiciones estacionarias se procede en cierto modo a tener en cuenta el historial previo del punto de funcionamiento actual. Se puede evitar así la combinación crítica -con miras a una tendencia al agarrotamiento de álabes de guía- de álabes de guía aún calientes y de la posición abierta de estos álabes de guía. Como consecuencia, se puede reducir sensiblemente la frecuencia con la cual se presenta un agarrotamiento de los álabes de guía y/o de su mecánica de regulación.

Se prefiere a este respecto que el ajuste al valor nominal que se debe preespecificar en condiciones estacionarias se efectúe por medio de la preespecificación de una evolución de valores nominales que conduzca al valor nominal que se debe preespecificar en condiciones estacionarias.

Se asegura de esta manera que se alcance el valor nominal válido para condiciones estacionarias cuando se haya reducido la tendencia al agarrotamiento. La preespecificación de una evolución de valores nominales permite una optimización de la reducción de la tendencia al agarrotamiento.

Se prefiere también que la evolución se preespecifique en función de parámetros de funcionamiento del motor de combustión. Por tanto, entra en consideración típicamente al menos una de las magnitudes siguientes: llenado de la cámara de combustión, número de revoluciones, temperatura del gas de escape, caudal másico acumulado de aire.

Cada una de estas magnitudes representa, individualmente o en combinación con una o varias de las demás magnitudes, una medida del calor transportado con el caudal másico de gas de escape y, por tanto, también del calentamiento y del riesgo de agarrotamiento. Por consiguiente, esta ejecución permite una restricción o retardo dependiente de un riesgo modelado de agarrotamiento durante la regulación de los álabes de guía.

Asimismo, se prefiere que los parámetros de funcionamiento dependan del entorno en el que se hace funcionar el motor de combustión. Tales parámetros de funcionamiento comprenden preferiblemente al menos un parámetro de funcionamiento que indica una presión o una temperatura en el sistema de aspiración del motor de combustión.

Esta ejecución se basa en el conocimiento de que, por ejemplo, un funcionamiento a una altura grande con pequeña presión ambiente permite una conservación más larga de una posición intermedia de los álabes, puesto que el elevado transporte de aire ligado a esto en el turboalimentador no conduce todavía, a causa de la pequeña presión ambiente, a llenados críticamente grandes de la cámara de combustión. Por tanto, la evolución citada puede extenderse aún temporalmente en estas condiciones.

Las bajas de temperaturas del aire de alimentación van acompañadas de unas temperaturas correspondientemente reducidas del gas de escape y, a causa de la acción de refrigeración ligada a ello, permiten un recalcado temporal de la curva de evolución.

Se prefiere también que la curva de evolución presente al menos un valor intermedio de la sección transversal de flujo de la turbina que sea mayor que la sección transversal de flujo de la turbina ajustada bajo el valor de carga más grande y menor que la sección transversal de flujo de la turbina que se debe ajustar para el valor de carga más pequeño en condiciones estacionarias. En otras palabras: Se limita el agrandamiento de la sección transversal de flujo de la turbina después de un cambio de carga negativo. Los álabes de guía se hacen funcionar ciertamente en una posición más abierta, pero no tan abierta como la que se presentaría en condiciones estacionarias.

Se ha visto que un agarrotamiento se presenta la mayoría de las veces en el estado casi abierto y es favorecido por altas temperaturas. Por tanto, se presenta de forma especialmente acumulada después de una posición cerrada como la que se ajusta durante la aceleración. Por consiguiente, una aceleración con una fuerte reducción subsiguiente de la demanda de par de giro representa un ejemplo de una combinación crítica de esta clase constituida por el punto de funcionamiento actual y su historial previo. Se evita esta combinación crítica con la ejecución citada.

Asimismo, se prefiere que una duración en tiempo del retardo esté limitada a un valor máximo predeterminado.

Gracias a esta ejecución no se tiene ya en cuenta la influencia del historial previo después...

1. Procedimiento para ajustar un valor real de una sección transversal de flujo de la turbina de un turboalimentador (36) de un motor de combustión (10) en un vehículo automóvil al producirse un cambio (LW_-) de la carga del motor de combustión (10) de un valor de carga más grande (L1) a un valor de carga más pequeño (L2) como el que se presenta después de una aceleración y una fuerte reducción subsiguiente de la demanda de par de giro, caracterizado porque, para evitar la combinación crítica -tendente a la producción de álabes de guía agarrotados- de álabes de guía aún calientes y una posición abierta de dichos álabes de guía, un valor real de la sección transversal de flujo de la turbina que debe ajustarse para el valor de carga más pequeño (L2) es ajustado con retardo a un valor nominal que se preespecifica para dicho valor de carga más pequeño (L2) en condiciones estacionarias, efectuándose el ajuste al valor nominal que se ha de preespecificar en condiciones estacionarias mediante la preespecificación de una curva de evolución (V_1, V_2, ..., V_7) de valores nominales que conduzca al valor nominal que se ha de preespecificar en condiciones estacionarias, y preespecificándose la curva de evolución (V_1, V_2, ..., V_7) en dependencia de parámetros de funcionamiento del motor de combustión (10).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la curva de evolución (V_1, V_2, ..., V_7) depende de al menos una de las magnitudes siguientes: llenado de la cámara de combustión, número de revoluciones, temperatura del gas de escape, caudal másico de aire acumulado.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque los parámetros de funcionamiento dependen del entorno en el que se hace funcionar el motor de combustión (10).

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque los parámetros de funcionamiento comprenden al menos un parámetro de funcionamiento que indica una presión o una temperatura en el sistema de aspiración (24) del motor de combustión (10).

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la curva de evolución (V_1, V_2, ..., V_7) presenta al menos un valor intermedio de la sección transversal de flujo de la turbina que es mayor que la sección transversal de flujo de la turbina ajustada para el valor de carga más grande (L1) y menor que la sección transversal de flujo de la turbina que se ha de ajustar para el valor de carga más pequeño (L2) en condiciones estacionarias.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque una duración en tiempo del retardo está limitada a un valor máximo predeterminado.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se comprueba si se agarrota una mecánica de regulación de los álabes de guía, y porque, al producirse un agarrotamiento, se activa una función de liberación.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque se repite periódicamente la función de liberación.

9. Procedimiento según la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque se determina una frecuencia para la aparición de una mecánica agarrotada de regulación de los álabes de guía y porque se activa un programa de marcha de emergencia cuando la frecuencia sobrepasa un valor umbral predeterminado.