專利名稱：用于控制通過渦輪增壓器增壓的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的速度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制通過渦輪增壓器增壓的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法。
背景技術(shù)：
已知一些內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)具有基于渦輪增壓器的增壓系統(tǒng)，該增壓系統(tǒng)能夠利用排氣焓來壓縮發(fā)動(dòng)機(jī)吸入的空氣，從而增加進(jìn)氣容積效率，以增加發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力?；跍u輪增壓器的增壓系統(tǒng)包括具有渦輪和壓縮機(jī)的渦輪增壓器，渦輪沿著排氣管設(shè)置以在發(fā)動(dòng)機(jī)所排出排氣的偏置力作用下高速度旋轉(zhuǎn)，壓縮機(jī)由渦輪旋轉(zhuǎn)并沿著進(jìn)氣管設(shè)置以壓縮發(fā)動(dòng)機(jī)吸入的空氣。在基于渦輪增壓器的增壓系統(tǒng)中，出于功能上的原因(即避免不規(guī)則操作或任何情況下的低效率操作)和結(jié)構(gòu)上的原因(即避免渦輪增壓器損壞)，渦輪增壓器的操作范圍必須保持在取決于曲軸位置的有效區(qū)域內(nèi)。特別是，操作范圍的有效區(qū)域由折合質(zhì)量流率(reduced mass flow rate)/壓縮比平面左邊的喘振線(surge line)和同一平面右邊的所稱的“飽和線”限制。喘振線因此界定第一“禁止”區(qū)域并由點(diǎn)的位置組成，在這些點(diǎn)中壓縮機(jī)的內(nèi)部空氣動(dòng)力平衡被打破， 在端口(mouth)處發(fā)生周期性、大噪聲、劇烈的流量排斥(rejection of flow)，結(jié)果可能破壞葉片。歐洲專利申請EP1741895A1描述了一種用于控制通過渦輪增壓器增壓的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，該渦輪增壓器包括壓縮機(jī)、渦輪和廢氣閥，渦輪適用于在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的偏置力作用下旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，廢氣閥適用于調(diào)節(jié)提供到渦輪中的排氣流量，以根據(jù)壓縮機(jī)出口處要求的目標(biāo)增壓壓力控制渦輪自身的轉(zhuǎn)速。歐洲專利申請EP1741895A1所述的控制方法包括下述步驟測量在壓縮機(jī)入口處吸入的空氣壓力；確定壓縮機(jī)的質(zhì)量流率；通過表征壓縮機(jī)操作的預(yù)定映射圖并根據(jù)預(yù)定旋轉(zhuǎn)極限速度、測量得到的空氣壓力和質(zhì)量流率， 計(jì)算增壓極限壓力，其相關(guān)于當(dāng)渦輪以基本上等于預(yù)定極限速度的速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，在壓縮機(jī)出口處可獲得的空氣壓力；確認(rèn)要求的增壓目標(biāo)壓力與計(jì)算得到的增壓極限壓力是否滿足預(yù)定關(guān)系；如果滿足該關(guān)系，則驅(qū)動(dòng)廢氣閥以根據(jù)增壓壓力控制渦輪的轉(zhuǎn)速，以便將渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速限制為基本上等于預(yù)定極限速度的值。歐洲專利申請EP2014894A1相反描述了一種用于控制由渦輪增壓器增壓的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，該渦輪增壓器具有渦輪和壓縮機(jī)，該方法包括在折合質(zhì)量流率/壓縮比平面上確定至少一個(gè)操作極限曲線、至少一個(gè)廢氣閥的干預(yù)曲線和至少一個(gè)泄壓閥(Poff valve)的干預(yù)曲線，該廢氣閥調(diào)節(jié)渦輪的旁通管，該泄壓閥調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的旁通管。根據(jù)專利申請EP2014894A1的控制方法包括使用操作極限曲線以限制由發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)使用的壓縮機(jī)下游的目標(biāo)壓力。該方法還在超出了廢氣閥的干預(yù)曲線時(shí)控制廢氣閥的開啟，并在超出了泄壓閥的干預(yù)曲線時(shí)控制泄壓閥開啟。此外，EP2014894A1的控制方法可以在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的任何操作條件下有效地確保渦輪增壓器的操作范圍保持在有效區(qū)域內(nèi)。所稱的“飽和線”界定出第二“禁止”區(qū)域并對應(yīng)于在渦輪入口處音速條件(soniccondition)(和所產(chǎn)生的流量阻塞)的實(shí)現(xiàn)，該飽和線定義出在呼吸環(huán)境的給定條件下壓縮機(jī)可提供的最大可能流量。接近于飽和線時(shí)，渦輪增壓器因此達(dá)到非常高的速度并能夠產(chǎn)生最高的動(dòng)力以用于壓縮發(fā)動(dòng)機(jī)吸入的空氣，因此增加吸入體積效率。不幸的是，接近于飽和線時(shí)，由于當(dāng)時(shí)的高速度，渦輪增壓器會(huì)以不受控制的方式加速以產(chǎn)生音速阻塞 (sonic blockage)，這對渦輪增壓器自身造成破壞性影響。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于控制通過渦輪增壓器增壓的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，該控制方法的實(shí)現(xiàn)既簡單又成本高效，具體來說，能夠在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的任何操作條件下確保渦輪增壓器的操作范圍保持在有效區(qū)域內(nèi)，其在所有情況下不產(chǎn)生音速阻塞。根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于控制通過渦輪增壓器增壓的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，所述渦輪增壓器具有渦輪和壓縮機(jī)； 該控制方法包括下述步驟確定壓縮機(jī)下游的壓力目標(biāo)；確定折合質(zhì)量流率的臨界閾值，所述臨界閾值在折合質(zhì)量流率/壓縮比平面上界定出接近于音速條件的實(shí)現(xiàn)的臨界區(qū)域；及在當(dāng)前折合質(zhì)量流率高于臨界閾值時(shí)，通過第一濾波器對壓縮機(jī)下游的壓力目標(biāo)進(jìn)行過濾。
現(xiàn)參考附圖描述本發(fā)明，附圖示出本發(fā)明的非限制性實(shí)施方案，其中圖1示意性地示出具有執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的控制方法的電子控制單元的通過渦輪增壓器增壓的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)；圖2在折合質(zhì)量流率/壓縮比平面上示出圖1所示渦輪增壓器的壓縮機(jī)的特性曲線；及圖3至圖6示出折合質(zhì)量流率/壓縮比平面，其示出在由圖1所示電子控制單元執(zhí)行的控制方法中使用的操作極限曲線和干預(yù)曲線。
具體實(shí)施例方式在圖1中，標(biāo)號1整體表示由基于渦輪增壓器的增壓系統(tǒng)2增壓的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1包括四個(gè)汽缸3，其中每個(gè)汽缸通過至少一個(gè)相應(yīng)的進(jìn)氣門(未示出)連接到進(jìn)氣歧管4并通過至少一個(gè)相應(yīng)的排氣門(未示出)連接到排氣歧管5。進(jìn)氣歧管4通過進(jìn)氣管6接收新鮮空氣(即來自外部環(huán)境的空氣)，進(jìn)氣管6具有空氣凈化器7 并由蝶閥8調(diào)節(jié)。用于冷卻進(jìn)氣的中冷器9沿著進(jìn)氣管6設(shè)置。將燃燒產(chǎn)生的廢氣輸送到排氣系統(tǒng)的排氣管10連接到排氣歧管5，排氣管將燃燒產(chǎn)生的氣體排放到大氣中且通常包括至少一個(gè)催化器11和設(shè)置在催化器11下游的至少一個(gè)消音器(未示出)。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的增壓系統(tǒng)2包括具有渦輪13和壓縮機(jī)14的渦輪增壓器12，渦輪 13沿著排氣管10設(shè)置以便在汽缸3排出的排氣的偏置力作用下高速旋轉(zhuǎn)，壓縮機(jī)14沿著進(jìn)氣管6設(shè)置并機(jī)械連接到渦輪13以便由渦輪13自身旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)，從而增加輸送到進(jìn)氣管6中的空氣的壓力。沿著排氣管1設(shè)置旁通管15，其平行地連接到渦輪13以使其端部連接到渦輪13 自身的上游和下游。沿著旁通管15設(shè)置廢氣閥16，其適用于調(diào)節(jié)流經(jīng)旁通管15的排氣流量并由致動(dòng)器(Actuator) 17驅(qū)動(dòng)。沿著排氣管6設(shè)置旁通管18，其平行地連接到壓縮機(jī) 14以便使其端部連接到壓縮機(jī)14自身的上游和下游。沿著旁通管18設(shè)置泄壓閥19，其適用于調(diào)節(jié)流經(jīng)旁通管18的排氣流量并由致動(dòng)器20驅(qū)動(dòng)。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1由電子控制單元21控制，其控制內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的所有部件，包括增壓系統(tǒng)2的操作。具體來說，電子控制單元21驅(qū)動(dòng)廢氣閥16的致動(dòng)器17和泄壓閥19的致動(dòng)器20。電子控制單元21連接到傳感器22、傳感器23和傳感器對，傳感器22測量壓縮機(jī)14上游沿著進(jìn)氣管6的溫度T。和壓力P0,傳感器23測量蝶閥8上游沿著進(jìn)氣管6的溫度和壓力，傳感器M測量進(jìn)氣歧管4內(nèi)部的溫度和壓力。此外，電子控制單元21連接到傳感器25和傳感器沈，傳感器25測量內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1曲軸的角位置(且因此測量其轉(zhuǎn)速)，傳感器沈測量進(jìn)氣門和/或排氣門的正時(shí)(timing)。類似地值得注意的是，未提供適用于測量渦輪增壓器12轉(zhuǎn)速的傳感器。尤其是，電子控制單元21將渦輪增壓器12的操作范圍保持在有效區(qū)域內(nèi)。下面對由電子控制單元21用于將渦輪增壓器12的操作范圍保持在有效區(qū)域內(nèi)并避免渦輪增壓器12實(shí)現(xiàn)接近于飽和線35的音速條件的控制方法(如圖4和圖5所示)進(jìn)行說明。在設(shè)計(jì)和調(diào)試內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的步驟期間，在折合質(zhì)量流率/壓縮比平面上分析壓縮機(jī)14的特性曲線(由渦輪增壓器12的制造商提供)。市售壓縮機(jī)14的特性曲線的一個(gè)示例在圖2中示出。圖2所示的特性曲線在絕對基準(zhǔn)溫度T。Hf和絕對基準(zhǔn)壓力P。Hf上標(biāo)準(zhǔn)化。在折合質(zhì)量流率/壓縮比平面的左邊部分，存在由喘振線界定的第一“禁止”區(qū)域，該區(qū)域由點(diǎn)的位置組成，在這些點(diǎn)中壓縮機(jī)14的內(nèi)部空氣動(dòng)力平衡被打破且在端口出發(fā)生周期性、大噪聲、劇烈的流量排斥，結(jié)果可能破壞葉片。相反在折合質(zhì)量流率/壓縮比平面的右邊部分，存在由所稱的飽和線35界定的第二禁止區(qū)域(如圖4和圖5所示)，該飽和線對應(yīng)于渦輪13入口處音速條件的實(shí)現(xiàn)(和所產(chǎn)生的流量阻塞)并定義出在進(jìn)氣環(huán)境的給定條件下壓縮機(jī)14可提供的最大可能流量。如圖3所示，通過分析壓縮機(jī)14的特性曲線來確定曲線27和曲線28，曲線27限制渦輪增壓器12的轉(zhuǎn)速，曲線觀界定渦輪增壓器12的喘振。根據(jù)曲線27和觀確定的兩個(gè)操作極限曲線四和30用于限制由發(fā)動(dòng)機(jī)控制使用的壓縮機(jī)14上游的目標(biāo)壓力。為了確定操作極限曲線四，確定(恒定或可變)閾值S1，其確定操作極限曲線四和曲線27之間的距離，該距離限制渦輪增壓器12的轉(zhuǎn)速；類似地，為了確定操作極限曲線30，確定(恒定或可變)閾值&，其確定操作極限曲線30和曲線觀之間的距離，該距離界定渦輪增壓器 12的喘振。此外，根據(jù)曲線27和觀，確定廢氣閥16的兩個(gè)干預(yù)曲線31和32以及泄壓閥19 的兩個(gè)干預(yù)曲線33和34，廢氣閥16調(diào)節(jié)渦輪13的旁通管15，泄壓閥19調(diào)節(jié)壓縮機(jī)14的旁通管18。為了確定廢氣閥16的干預(yù)曲線31，確定(恒定或可變)閾值&，其確定操作極限曲線四和廢氣閥16的干預(yù)曲線31之間的距離；類似地，為了確定廢氣閥16的干預(yù)曲線 32，確定(恒定或可變)閾值S4,其確定廢氣閥16的干預(yù)曲線32和曲線觀之間的距離，曲
6線觀界定渦輪增壓器12的喘振。為了確定泄壓閥19的干預(yù)曲線33，確定(恒定或可變) 閾值&，其確定操作極限曲線四和泄壓閥19的干預(yù)曲線33之間的距離；類似地，為了確定泄壓閥19的干預(yù)曲線34，確定(恒定或可變)閾值S6,其確定泄壓閥19的干預(yù)曲線34和曲線觀之間的距離，曲線觀界定渦輪增壓器12的喘振。在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的操作期間，電子控制單元21使用操作極限曲線19和30來限制由發(fā)動(dòng)機(jī)控制使用的壓縮機(jī)14下游的壓力目標(biāo)。換言之，在電子控制單元21中執(zhí)行的發(fā)動(dòng)機(jī)控制按已知方式根據(jù)曲軸位置確定壓縮機(jī)14下游的壓力目標(biāo)，該目標(biāo)表示壓縮機(jī)14 下游要求的壓力最優(yōu)值。如果壓縮機(jī)14下游的壓力目標(biāo)符合操作極限曲線四和30，則保持壓縮機(jī)14下游的壓力目標(biāo)，否則，如果壓縮機(jī)14下游的壓力目標(biāo)不符合操作極限曲線四和30，則將壓縮機(jī)14下游的壓力目標(biāo)限制于符合操作極限曲線四和30的最大值。特別是，為了限制壓縮機(jī)14下游的壓力目標(biāo)，確定壓縮機(jī)14的當(dāng)前折合質(zhì)量流率 Qah ；根據(jù)壓縮機(jī)14的當(dāng)前折合質(zhì)量流率Qah，使用操作極限曲線四和30確定最大可能壓縮比RC ；通過用壓縮機(jī)14上游的絕對壓力P。與最大可能壓縮比RC相乘來確定壓縮機(jī)14下游的最大可能壓力，且如果壓縮機(jī)14下游的壓力目標(biāo)高于壓縮機(jī)14下游的最大可能壓力， 則將壓縮機(jī)14下游的壓力目標(biāo)限制于壓縮機(jī)14下游的最大可能壓力。使用下述公式確定壓縮機(jī)14的折合質(zhì)量流率Qahk Qah壓縮機(jī)14的質(zhì)量流率；Qahe壓縮機(jī)14的折合質(zhì)量流率；T0壓縮機(jī)14上游的絕對溫度；P0壓縮機(jī)14上游的絕對壓力；To rif絕對基準(zhǔn)溫度；P。rif絕對基準(zhǔn)壓力。絕)(寸基準(zhǔn)溫度T。Hf和絕對基準(zhǔn)壓力P。Hf是在其中獲得壓縮機(jī)14的特性曲線且因此獲得曲線27-34的條件，并且是事先已知的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。壓縮機(jī)14上游的絕對溫度T。和壓縮機(jī)14上游的絕對壓力P。由傳感器22測量。可以通過具體的流率傳感器測量或由電子控制單元21按已知方式估計(jì)壓縮機(jī)14的質(zhì)量流率Qffl。根據(jù)不同的實(shí)施方案(未示出)，可以不包括壓縮機(jī)14上游的絕對溫度T。(即基本上為環(huán)境溫度)的測量；在該情況下，折合質(zhì)量流率Q-可以基于P。/P。rif壓力比“部分地”標(biāo)準(zhǔn)化而不考慮溫度τ。和T if之比。值得注意的是，曲線觀、30、32和34獨(dú)立于渦輪增壓器12的折合極限速度Nt。K，而曲線27、29、31和33依賴于渦輪增壓器12的折合極限速度Nt。K(即根據(jù)渦輪增壓器12的折合極限速度Nt。K而改變)。換言之，對于渦輪增壓器12，確定渦輪增壓器12的預(yù)定極限速度Nt。，超過該預(yù)定極限速度時(shí)渦輪增壓器12進(jìn)入臨界條件；通過使用渦輪增壓器12的預(yù)定速度極限Nt。，使用下述公式根據(jù)壓縮機(jī)14上游的絕對溫度T。計(jì)算渦輪增壓器12的當(dāng)前折合極限速度Nt。K:_3] NtcR = Ntc ■ ^-ψ-Ntc渦輪增壓器12的極限速度；NtcE渦輪增壓器12的折合極限速度；T0壓縮機(jī)14上游的絕對溫度；1 絕對基準(zhǔn)溫度。渦輪增壓器12的當(dāng)前折合極限速度Nt。K隨著壓縮機(jī)14上游的絕對溫度T。改變而改變，渦輪增壓器12的預(yù)定極限速度Nt。保持相同；電子控制單元21因此循環(huán)地根據(jù)壓縮機(jī)14上游的絕對溫度T。并根據(jù)渦輪增壓器12的預(yù)定極限速度Nt。(其始終保持恒定)確定渦輪增壓器12的當(dāng)前折合極限速度Nt。K，并可以根據(jù)渦輪增壓器12的當(dāng)前折合極限速度 Nt。K確定將使用的曲線27、29、31和33。替代地，為了簡化對曲線27、29、31和33的管理， 使渦輪增壓器12的預(yù)定速度極限Nt。恒定，曲線27、29、31和33自身可存儲(chǔ)在電子控制單元21中并根據(jù)壓縮機(jī)14上游的絕對溫度T。進(jìn)行參數(shù)化；從而，電子控制不需要計(jì)算渦輪增壓器12的當(dāng)前折合極限速度Nt。K，也不需要選擇將使用的曲線27、29、31和33，而是只需要根據(jù)壓縮機(jī)14上游的絕對溫度T。更新曲線27、29、31和33。根據(jù)不同的簡化的(且因此較不精確的)實(shí)施方案，可以使用當(dāng)前(未折合的) 質(zhì)量流率Qah或目標(biāo)(折合或未折合的)質(zhì)量流率Qahk,而不是使用當(dāng)前折合質(zhì)量流率Q-。一旦確定了當(dāng)前折合極限速度Nt。K，就設(shè)置電子控制單元21以確定折合質(zhì)量流率 Qahk的臨界閾值M。Hti。a。如較佳地在圖4中示出，所述臨界閾值M iti。a在折合質(zhì)量流率/壓縮比平面上界定出渦輪增壓器12的操作范圍的有效區(qū)域的一部分，該部分在下文中稱為 “臨界區(qū)域”，然而，無論是否保持在有效區(qū)域內(nèi)，該部分都表示接近于音速條件的實(shí)現(xiàn)(即接近于飽和線35)的區(qū)域。臨界區(qū)域的特征是壓縮機(jī)14的效率崩潰以及渦輪增壓器12的速度的高度不穩(wěn)定性，其可能危險(xiǎn)地加速。臨界閾值M iti。a根據(jù)折合極限速度Nt。K可變(如圖5更詳細(xì)地示出)。為了降低表征臨界區(qū)域的不穩(wěn)定性，電子控制單元21設(shè)置為對用于限制壓縮機(jī) 14下游的壓力目標(biāo)的當(dāng)前質(zhì)量流率Qahk進(jìn)行過濾。類似地，設(shè)置電子控制單元21以對壓縮機(jī)14下游的壓力目標(biāo)進(jìn)行過濾。對用于限制壓縮機(jī)14下游的壓力目標(biāo)的當(dāng)前折合質(zhì)量流率Qahk和壓縮機(jī)14下游的壓力目標(biāo)的過濾適用于降低上述量的動(dòng)態(tài)(dynamics)。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，通過低通一階濾波器進(jìn)行過濾。在折合質(zhì)量流率Qahk高于臨界閾值M。Hti。a的情況下，控制單元21因此設(shè)置為用一階低通濾波器對當(dāng)前折合質(zhì)量流率Qahk和壓縮機(jī)14下游的壓力目標(biāo)兩者進(jìn)行過濾。根據(jù)優(yōu)選的變體，控制單元配置為確定折合質(zhì)量流率Qahk的安全閾值Mmax tuA。。如圖4中更詳細(xì)地示出，安全閾值_。界定臨界區(qū)域中要避免的一部分，因?yàn)槠渥罱咏羲贄l件的實(shí)現(xiàn)(即最接近飽和線3 并表示折合質(zhì)量流率Qahk的一個(gè)值，渦輪增壓器12不能超出該值。安全閾值Mmax—turb。高于臨界閾值M。Hti。a。此外，安全閾值teb。根據(jù)折合極限速度Ntdi可變(如圖5中更詳細(xì)地示出)。電子控制單元21配置為設(shè)置使得壓縮機(jī)14的折合質(zhì)量流率Qahk低于折合質(zhì)量流率Qahk的安全閾值Mmax—tuA。。根據(jù)又一變體，電子控制單元21設(shè)置為確定增壓內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的速度的安全閾值 Nmax—turb。。進(jìn)而根據(jù)折合質(zhì)量流率Qahk的安全閾值Mmax—turb。確定增壓內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的速度的安全閾值心 _
turbo°特別是，通過下述公式計(jì)算增壓內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的安全閾值Nmax turb。Nmax turbo =Mmax ^o-其中Nfflaxjurbo增壓內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的速度的安全閾值；Mfflax turbo折合質(zhì)量流率Qahk的安全閾值；T0壓縮機(jī)14上游的絕對溫度；P0壓縮機(jī)14上游的絕對壓力；To rif絕對基準(zhǔn)溫度；Po rif絕對基準(zhǔn)壓力；Ncil內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的汽缸3的數(shù)量；和m由內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的每個(gè)汽缸3吸入的空氣質(zhì)量。安全閾值Nmax turb。用于限制增壓內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1以使當(dāng)前折合質(zhì)量流率Qahk低于閾
max_turbo°根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，為渦輪增壓器12確定渦輪增壓器12的預(yù)定極限速度Nt。， 超出該速度則渦輪增壓器12進(jìn)入臨界條件；通過使用渦輪增壓器12的預(yù)定速度極限Nt。， 使用下述公式根據(jù)壓縮機(jī)14上游的絕對溫度T。計(jì)算渦輪增壓器12的當(dāng)前折合極限速度
NteR NtcR=Ntc.昏Ntc渦輪增壓器12的極限速度；NtcE渦輪增壓器12的折合極限速度；T0壓縮機(jī)14上游的絕對溫度；1 絕對基準(zhǔn)溫度。渦輪增壓器12的當(dāng)前折合極限速度Nt。K隨著壓縮機(jī)14上游的絕對溫度T。改變而改變，且渦輪增壓器12的預(yù)定極限速度Nt。保持相同；電子控制單元21因此循環(huán)地根據(jù)壓縮機(jī)14上游的絕對溫度T。并根據(jù)渦輪增壓器12的預(yù)定極限速度Nt。(其始終保持恒定)確定渦輪增壓器12的當(dāng)前折合極限速度Nt。K，并可以根據(jù)渦輪增壓器12的當(dāng)前折合極限速度 Nt。K確定將使用的曲線27、29、31和33。替代地，為了簡化對曲線27、29、31和33的管理， 使渦輪增壓器12的預(yù)定速度極限Nt。恒定，曲線27、29、31和33自身可存儲(chǔ)在電子控制單元21中并根據(jù)壓縮機(jī)14上游的絕對溫度T。進(jìn)行參數(shù)化；從而，電子控制不需要計(jì)算渦輪增壓器12的當(dāng)前折合極限速度Nt。K，也不需要選擇將使用的曲線27、29、31和33，而是只需要根據(jù)壓縮機(jī)14上游的絕對溫度T。更新曲線27、29、31和33。根據(jù)本文所述及圖5所示，當(dāng)前折合極限速度Nt。K根據(jù)多個(gè)因素可變，特別是壓縮機(jī)14上游的絕對溫度T。。根據(jù)優(yōu)選的變體，在設(shè)定和調(diào)試的初始步驟中，確定渦輪增壓器12的較低極限速度和渦輪增壓器12的較高預(yù)定極限速度(這表示渦輪增壓器12的極限，最好不超出該極限以避免造成渦輪增壓器12自身破損或嚴(yán)重?fù)p壞)。在使用中，使用這兩個(gè)值來計(jì)算渦輪增壓器12的折合較低速度N㈩inf(其通過上述公式計(jì)算，并根據(jù)渦輪增壓器12的預(yù)定極限速度和壓縮機(jī)14上游的絕對溫度T?？勺?和渦輪增壓器12的折合上限速度NHd—sup (其也通過上述公式計(jì)算，其高于渦輪增壓器12的折合極限速度，并根據(jù)渦輪增壓器12的預(yù)定極限速度和壓縮機(jī)14上游的絕對溫度T。可變)。渦輪增壓器12的較低折合極限速度NHd—inf 和渦輪增壓器12的折合上限速度NHd—sup在折合質(zhì)量流率/壓縮比平面上界定出超速區(qū)域。 在渦輪增壓器12的有效壽命期間會(huì)頻繁地發(fā)生超速區(qū)域在折合質(zhì)量流率/壓縮比平面上移動(dòng)(例如由于壓縮機(jī)14上游的絕對溫度T。的影響)的情況。在使用中，一旦計(jì)算出當(dāng)前折合速度，電子控制單元21就設(shè)置為控制渦輪增壓器12以當(dāng)無論何時(shí)檢測到在超速范圍內(nèi)的當(dāng)前折合極限速度值時(shí)，將折合極限速度返回到低于較低折合極限速度^id inf的值。特別是，在設(shè)定和調(diào)試的第一步驟中，確定第一閾值Sw」且控制渦輪增壓器12以便一旦從在超速范圍內(nèi)檢測到當(dāng)前折合極限速度的值的時(shí)刻經(jīng)過了等于第一閾值Sw」的時(shí)間間隔，就將折合極限速度返回到低于較低折合極限速度NHd inf的值(根據(jù)圖6所示)。 換言之，在電子控制單元21檢測到包括在超速范圍中的當(dāng)前折合極限速度時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器以便一旦已經(jīng)過等于第一閾值Sw」的時(shí)間間隔，就將折合極限速度返回到低于較低折合極限速度Nrid inf的值(優(yōu)選地以漸進(jìn)的方式)。根據(jù)優(yōu)選的變體，在設(shè)定和調(diào)試的初始步驟中確定第二閾值Sw 2。電子控制單元 21設(shè)置為當(dāng)無論何時(shí)折合極限速度返回到較低折合極限速度NHd inf之下時(shí)初始化定時(shí)器， 并在等于第二閾值Sw 2的時(shí)間范圍中在超速區(qū)域中禁止渦輪增壓器12的操作。第一閾值Sw i和第二閾值Sw 2根據(jù)表示渦輪增壓器12的年齡和磨損狀態(tài)及應(yīng)力的多個(gè)參數(shù)可變。根據(jù)優(yōu)選的變體，控制單元21適用于存儲(chǔ)在超速區(qū)域內(nèi)經(jīng)過的總時(shí)間，且一旦該總時(shí)間等于(通過設(shè)定和調(diào)試的初始步驟確定的)安全極限值，就在超速區(qū)域內(nèi)禁止渦輪增壓器12的操作以保持渦輪增壓器12自身的有效壽命。此外，根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，控制單元21適用于在折合質(zhì)量流率Qahk高于臨界閾值M iti。a時(shí)在超速區(qū)域內(nèi)禁止渦輪增壓器12的操作。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，閾值Sw 2根據(jù)最近的超速的頻率可變。換言之，越頻繁地檢測到當(dāng)前折合極限速度在超速范圍內(nèi)，則閾值Sw 2越高。閾值Sw 2可以按下述計(jì)算，例如Sov 2 = f (( Σ tover speed_S0V 3)/timer)其中S。v 3是減算子(例如K*timer (定時(shí)器)，而K表示預(yù)定系數(shù))，而在超速范圍內(nèi)經(jīng)過的時(shí)間之和以及定時(shí)器在增壓內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的每次行程(trip)(即通常對于增壓內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的每個(gè)開機(jī)/停機(jī)循環(huán))初始化，并通過第一次超速計(jì)算定時(shí)器。該函數(shù)優(yōu)選地為增函數(shù)。根據(jù)又一變體，對增壓內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的每次行程(即對于增壓內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1自身的每個(gè)開機(jī)/停機(jī)循環(huán))。根據(jù)另一實(shí)施方案，一旦控制單元21確認(rèn)操作條件在超速區(qū)域內(nèi)，就起動(dòng)在超速中經(jīng)過的時(shí)間的計(jì)數(shù)器C。計(jì)數(shù)器C可以通過下述公式計(jì)算
C = kl* Σ tover—speed_k2* Σ tN0T—over—speed其中Kl和K2是初始階段中的預(yù)定系數(shù)，而在增壓內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的每次行程初始化超速范圍內(nèi)經(jīng)過的時(shí)間之內(nèi)以及在超速區(qū)域之外經(jīng)過的時(shí)間之和。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，在設(shè)定和調(diào)試的初始步驟期間確定第四閾值Sw 4，該閾值與在超速中經(jīng)過的時(shí)間的計(jì)數(shù)器C比較。如果計(jì)數(shù)器C高于或等于第四閾值Sw 4，則控制單元21適用于在超速區(qū)域內(nèi)禁止渦輪增壓器12的操作。相反，如果計(jì)數(shù)器C低于第四閾值Sw 4，則控制單元21設(shè)置為在超速區(qū)域內(nèi)(優(yōu)選地通過遲滯算子的干預(yù))允許渦輪增壓器12的操作。根據(jù)一種變體，控制單元21使用渦輪增壓器12的當(dāng)前壓力值而不是當(dāng)前折合極限速度來識別在超速區(qū)域內(nèi)的操作。上述控制方法具有多種優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)槠鋵?shí)施既簡單又成本高效，不使用電子控制單元21的高計(jì)算功率，且相對于已存在于現(xiàn)有內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的那些電子部件不需要安裝附加的電子部件(具體來說傳感器或致動(dòng)器)。此外，上述控制方法能夠特別有效地確保渦輪增壓器12的操作范圍保持在接近于飽和線的有效區(qū)域內(nèi)而從不達(dá)到音速阻塞。
權(quán)利要求
1.一種用于控制通過渦輪增壓器(1 增壓的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的方法，所述渦輪增壓器具有渦輪(π)和壓縮機(jī)(14)；所述控制方法包括下述步驟確定所述壓縮機(jī)(14)下游的壓力目標(biāo)；所述控制方法特征在于，還包括下述步驟確定折合質(zhì)量流率(Qahk)的臨界閾值(MraiticJ，所述臨界閾值(MraiticJ在折合質(zhì)量流率 /壓縮比平面上界定出接近于音速條件的實(shí)現(xiàn)的臨界區(qū)域；及在當(dāng)前折合質(zhì)量流率(Qahk)高于所述臨界閾值(Mraitira)時(shí)，通過第一濾波器對所述壓縮機(jī)(14)下游的壓力目標(biāo)進(jìn)行過濾。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，還包括下述步驟確定所述壓縮機(jī)(14)的當(dāng)前折合質(zhì)量流率(Qaiik)；在所述當(dāng)前折合質(zhì)量流率(Qahk)高于所述臨界閾值(Mraitira)時(shí)通過第二濾波器對所述當(dāng)前折合質(zhì)量流率(Qahk)進(jìn)行過濾。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述第一濾波器是一階低通濾波器和/或所述第二濾波器是一階低通濾波器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，還包括下述步驟確定所述折合質(zhì)量流率(Qahk)的安全閾值(Max—turb。)，所述安全閾值(Mmax turlJ高于所述臨界閾值(MraiticJ并在折合質(zhì)量流率/壓縮比平面上界定出所述臨界區(qū)域中最接近音速條件的實(shí)現(xiàn)的一部分；及使所述壓縮機(jī)(14)的折合質(zhì)量流率(Qahk)須低于所述折合質(zhì)量流率(Qahk)的安全閾值max_turbo) °
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于，還包括下述步驟根據(jù)所述折合質(zhì)量流率(QAm)的安全閾值(Mmax turiJ確定所述增壓內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)⑴的速度的安全閾值(Nmaxturbo )；及使所述增壓內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)⑴的速度須低于所述速度的安全閾值(Nmax tuA。)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制方法，其特征在于，通過下述公式計(jì)算所述增壓內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的速度的安全閾值(Nmax—tuA。)
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于，還包括下述步驟確定所述壓縮機(jī)(14)的預(yù)定極限速度(N)；通過使用所述壓縮機(jī)(14)的預(yù)定極限速度(N)和所述壓縮機(jī)(14)上游的絕對溫度 (T0)計(jì)算所述壓縮機(jī)(14)的折合極限速度(Nk)；及根據(jù)所述折合極限速度(Nk)確定所述折合質(zhì)量流率(Qahk)的臨界閾值(MraiticJ和/或所述折合質(zhì)量流率(Qahk)的安全閾值(Mmax turiJ。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于，還包括下述步驟 在所述折合質(zhì)量流率/壓縮比平面上確定所述壓縮機(jī)(14)的至少一個(gè)操作極限曲線(29-30)；通過使用所述操作極限曲線(四-30)并根據(jù)所述當(dāng)前折合質(zhì)量流率(Qahk)確定增壓極限值；及根據(jù)所述增壓極限值并根據(jù)由發(fā)動(dòng)機(jī)控制獲得的壓縮機(jī)(14)下游的壓力目標(biāo)確定壓縮機(jī)(14)下游的壓力目標(biāo)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制方法，其特征在于，還包括下述步驟根據(jù)所述當(dāng)前折合質(zhì)量流率(Qahk)并根據(jù)所述操作極限曲線09，30)，確定所述壓縮機(jī)(14)的當(dāng)前極限壓縮比(RC)；檢測所述壓縮機(jī)(14)上游的當(dāng)前壓力值；通過用所述壓縮機(jī)(14)上游的當(dāng)前壓力值與所述當(dāng)前極限壓縮比(RC)相乘確定所述壓縮機(jī)(14)下游的增壓極限值；無論所述增壓極限值如何，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)操作點(diǎn)確定壓縮機(jī)(14)下游的目標(biāo)壓力值； 在由發(fā)動(dòng)機(jī)控制獲得的所述壓縮機(jī)(14)下游的目標(biāo)壓力值高于所述增壓極限值的情況下，將壓縮機(jī)(14)下游的壓力目標(biāo)限制于所述增壓極限值。
全文摘要
一種用于控制通過渦輪增壓器(12)增壓的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的方法，所述渦輪增壓器具有渦輪(13)和壓縮機(jī)(14)；該控制方法包括下述步驟確定所述壓縮機(jī)(14)下游的壓力目標(biāo)；確定折合質(zhì)量流率(QAHR)的臨界閾值(Mcritica)，所述臨界閾值(Mcritica)在折合質(zhì)量流率/壓縮比平面上界定出接近于音速條件的實(shí)現(xiàn)的臨界區(qū)域；及在當(dāng)前折合質(zhì)量流率(QAHR)高于所述臨界閾值(Mcritica)時(shí)，通過第一濾波器對所述壓縮機(jī)(14)下游的壓力目標(biāo)進(jìn)行過濾。
文檔編號F02B37/12GK102418592SQ20111029646
公開日2012年4月18日 申請日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
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