專利名稱：用于操作渦輪增壓器的方法和控制器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于操作車輛內燃機的渦輪增壓器的方法以及控制這種類型渦 輪增壓器的控制器。
背景技術：
渦輪增壓器包括連接到壓縮機的渦輪。通過壓縮機，環(huán)境空氣被吸入、壓縮到 更高壓力且供給至發(fā)動機。發(fā)動機的排放氣體被導向渦輪，在那里排放氣體被膨脹以驅 動壓縮機。為了控制被吸入環(huán)境空氣的壓力，設置用于旁路渦輪的旁路裝置，以使得渦 輪可被減少的排放氣體流操作。該旁路裝置通過所謂的廢氣門(waste gate)被打開和關 閉。廢氣門可被工作循環(huán)(duty cycle)的壓力促動，例如通過壓縮機后的環(huán)境空氣壓力。 廢氣門沿關閉方向被彈簧加載。由于彈簧力，需要極小的推進壓力來打開給廢氣門，其 中該極小推進壓力被稱為“基本推進壓力”。渦輪增壓器推進壓力控制僅可在基本推進 壓力上執(zhí)行，因為僅在該基本推進壓力之上，廢氣門的打開和關閉可被控制。由于基本 推進壓力限制了控制的可能性，基本推進壓力對于提供良好的渦輪增壓器控制是重要的 因數(shù)。由此高度準確地獲知基本推進壓力是重要的。但是基本推進壓力依賴于環(huán)境空氣 狀況，其不能被提前計算。已知提供一組標準狀況下的基本推進壓力數(shù)值的表，和提供其它表來校正對于 環(huán)境狀況提供的基本推進壓力數(shù)值。由此用于基于環(huán)境空氣溫度T提供校正因數(shù)的另一 表和用于基于環(huán)境空氣壓力P提供校正因數(shù)的另一表被提供。這種類型的控制方法的缺點在于，這些表必須通過借助于不同環(huán)境空氣溫度和 不同環(huán)境空氣壓力的多個試驗校準而得到，這需要較高工作量從而導致高成本。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目標是提供一種操作渦輪增壓器的方法以及控制器，由此可以基于基 本推進壓力控制渦輪增壓器，該壓力被以簡單的方式具有高精度地接收。該目標的解決是通過具有權利要求1的特征的方法以及通過權利要求8的控制器 而獲得。優(yōu)選實施例通過從屬權利要求給出。根據(jù)本發(fā)明的用于操作內燃機的渦輪增壓器的方法包括提供一組基本推進壓力 數(shù)值的步驟，該基本推進壓力被用于打開用于渦輪增壓器的廢氣門，且在包括標準溫度 Ttl和標準壓力Ptl的標準狀況下得到。環(huán)境空氣溫度T被測量。環(huán)境空氣壓力P被測量。 環(huán)境空氣的密度P被基于數(shù)學公式計算，該公式使用了測量的環(huán)境空氣溫度T和測量的 環(huán)境空氣壓力P。標準狀況下的基本推進壓力的提供的數(shù)值組的至少一點通過計算的密度 P基于校正因數(shù)被轉換為環(huán)境狀況下的基本推進壓力的估計的數(shù)值組的至少一點。基本 推進壓力的該至少一個估計的數(shù)值被用于控制渦輪增壓器。由于基本推進壓力校正表的數(shù)學確定，其必須通過耗時的校準得到，可被省 略，以使得可以基于基本推進壓力控制渦輪增壓器，該基本推進壓力被以高精度以簡化方式接收。用于標準狀況的基本推進壓力的數(shù)值組可被精心制作一次。還可以主要使 用任意標準狀況。標準基本推進數(shù)值組可被在幾乎每個大體恒定的環(huán)境空氣溫度和環(huán)境 空氣壓力下測量，因為對標準狀況的每個差別可被快速和容易地以高精度計算。標準狀 況下的基本推進數(shù)值組可被作為表提供，該表包括多個關鍵點，在它們之間可插入附加 數(shù)值。如果標準狀況下的基本推進壓力的數(shù)值組的全部或重要部分(significantpart)被轉 換，結果也可通過表來提供。設想的是，通過使用密度作為單獨擾動變量，同一時刻環(huán) 境空氣溫度和環(huán)境空氣壓力的影響可被考慮。此外，密度不被直接測量而是通過適當?shù)?數(shù)學公式計算。不需要用于測量環(huán)境空氣的密度的復雜測量設備。容易地執(zhí)行溫度和壓 力測量足矣。特別觀察到，類似理想氣體定律的簡單公式足以確定環(huán)境空氣的密度和以 令人驚訝的高精度計算基本推進壓力，盡管理想氣體定律主要僅在低壓和高溫下適用。 由于僅低計算功率和降低的儲存內存就足夠了，渦輪增壓器的控制可通過較簡單和較便 宜的計算單元而被執(zhí)行和/或附加數(shù)據(jù)可被儲存用于進一步改善控制。特別地，對于每個擋位，僅一組標準狀況下的基本推進壓力的數(shù)據(jù)被提供。用 于不同擋位的渦輪增壓器的不同狀況可被考慮。由于這些組的數(shù)值中僅一組被需要，用 于管理不同數(shù)值組的工作不顯著增加。優(yōu)選地，對于所有前進擋位，僅一組在標準狀況下的基本推進壓力的數(shù)值被提 供。更優(yōu)選地，對于所有的擋位，僅一組在標準狀況下的基本推進壓力的數(shù)值被提供。 使用的控制器的需要的儲存器和管理的工作可被最小化。特別地，在標準狀況下的基本推進壓力的提供的數(shù)值組被對于不同發(fā)動機速度 給出。由于基本推進壓力部分地以非線性方式依賴于發(fā)動機速度，依賴于發(fā)動機速度 的基本推進壓力的測量的數(shù)值組對于確定實際可用的估計基本推進壓力是非常有效的信 肩、O優(yōu)選地，用于計算密度的數(shù)學公式由數(shù)學描述的氣體定律得到?；诳茖W的公 式導致用于計算未知基本推進壓力的非常精確的結果。特別地，基本推進壓力是從理想 氣體定律和/或范德瓦爾斯方程和/或Redlich-Kwong-Soave方程得到。特別地，計算 實際基本推進壓力的方式可被改變。在相當?shù)偷膲毫拖喈敻叩臏囟认?，理想氣體定律 可被使用，其中在較高壓力下，范德瓦爾斯方程和/或Redlich-Kwong-Soave方程可被使 用。范德瓦爾斯方程和/或Redlich-Kwong-Soave方程的參數(shù)對于環(huán)境空氣大體是恒定 的且可被儲存為常數(shù)?？梢砸来螆?zhí)行計算密度P的步驟和轉換提供的基本推進壓力數(shù)值組的步驟。在 這種情況下，一個校正參數(shù)被計算，其與內燃機的附加控制是有關的。在優(yōu)選實施例 中，計算密度P的步驟和轉換基本推進壓力數(shù)值組的步驟通過使用校正因數(shù)而被大體同 時執(zhí)行，該校正因數(shù)是使用的數(shù)學公式的一部分。不必把密度P計算為特定數(shù)值。當 使用理想氣體定律來計算實際基本推進壓力時，可以把在標準狀況下特別是在特定發(fā)動 機速度下的基本推進壓力數(shù)值乘以Ρ/Ρο和凡/τ。這兩個比的乘積對應于在環(huán)境狀況和標 準狀況下的密度的比P/P。本發(fā)明還涉及用于控制內燃機的渦輪增壓器的控制器，其中該控制器特別適用 于執(zhí)行前述方法。該控制器包括存儲器，該存儲器包括儲存的打開用于渦輪增壓器的 廢氣門所需的基本推進壓力的數(shù)值組，其在包括標準溫度Ttl和標準壓力Ptl的標準狀況下得到；用于接收測量的環(huán)境空氣溫度T和測量的環(huán)境空氣壓力P的數(shù)據(jù)輸入端；計算單 元，用于基于數(shù)學公式使用測量的環(huán)境空氣溫度T和測量的環(huán)境空氣壓力P來計算環(huán)境空 氣密度P，和用于基于計算的密度P通過校正因數(shù)把在標準狀況下的基本推進壓力的提 供的數(shù)值組的至少一個點轉換為環(huán)境空氣狀況下的基本推進壓力的估計的數(shù)值組的至少 一個點，和控制元件，用于基于至少一個基本推進壓力的估計的數(shù)值操作廢氣門。由于 基本推進壓力校正表的數(shù)學確定，其必須通過耗時的校準得到，可被省略，以使得可以 基于基本推進壓力控制渦輪增壓器，其以簡化的方式高精度地被接收。該控制器可進一 步如前所述關于根據(jù)本發(fā)明的方法那樣被設計。特別地，用于測量環(huán)境空氣溫度T的溫度傳感器和用于測量環(huán)境空氣壓力P的壓 力傳感器被連接到數(shù)據(jù)輸入端。特別地，通過傳感器至數(shù)據(jù)輸入端的直接連接，控制器 可非?？焖俚乜紤]變化的環(huán)境狀況，從而導致增加的控制性能。本發(fā)明還涉及用于內燃機的渦輪增壓器。該渦輪增壓器包括連接到壓縮機的渦 輪、用于旁路渦輪的廢氣門和用于控制廢氣門的控制器，其中，控制器可被如前所述地 設計。由于基本推進校正表的數(shù)學確定，其必須用過耗時的校準得到，可被省略，以使 得可以基于基本推進壓力控制渦輪增壓器，該基本推進壓力被以簡化的方式以高精度接 收。


通過參考下面的優(yōu)選實施例的說明，本發(fā)明的這些和其它方面將變得明白。在 附圖中圖1是內燃機的示意性概念圖；圖2是測量的基本推進壓力的示意圖；以及圖3是圖2的校正后的基本推進壓力的示意圖。附圖標記10內燃機12渦輪增壓器14 渦輪16壓縮機18 車由20進氣通道22發(fā)動機24排氣通道26旁路裝置28廢氣門30廢氣門促動器32 彈簧34推進管線36推進閥38控制器
40數(shù)據(jù)線42估計的數(shù)值組/測量的數(shù)值組44基本推進壓力46發(fā)動機速度48提供的數(shù)值組/校正的數(shù)值組
具體實施例方式如圖1所示，內燃機10包括渦輪增壓器12。渦輪增壓器12包括經由軸18驅動 壓縮機16的渦輪14。經由進氣通道20，環(huán)境空氣被壓縮機16壓縮且引導至發(fā)動機22。 經由排氣通道24，來自發(fā)動機22的排放氣體可被引導通過渦輪14。一部分排放氣體經 由旁路裝置26而繞過渦輪14。旁路裝置26通過廢氣門28而被打開和關閉，廢氣門是通 過廢氣門促動器30操作的。廢氣門促動器30通過彈簧32而被沿廢氣門28的關閉方向 彈簧加載。為了打開廢氣門28，必須克服彈簧32的彈簧力。壓力經由推進管線34而被 施加至廢氣門促動器30。推進管線34經由推進閥36而受到來自進氣通道20的壓力。 推進閥36是用于操作廢氣門28的控制元件。為了控制渦輪增壓器12，推進閥36被控 制器38控制?？刂破?8經由數(shù)據(jù)線40接收關于環(huán)境空氣的環(huán)境空氣壓力和環(huán)境空氣溫 度的數(shù)據(jù)。通過接收的數(shù)據(jù)，控制器38通過數(shù)學公式校正特定標準狀況下的打開廢氣門 28所需的基本推進壓力的儲存的數(shù)值組。在圖2中，示出了不同擋位和不同溫度和不同壓力下的基本推進壓力的多個數(shù) 值組42，其中基本推進壓力44被以KPa為單位相對于以rpm為單位的發(fā)動機速度繪出。 與圖2相比較，在圖3中，數(shù)值組42通過理想氣體定律而被轉換為在關于溫度和壓力的 相同標準狀況下的校正的基本推進壓力數(shù)值組48。圖2中的校正的數(shù)值組48潰縮為大體 一條線，在不同的校正的數(shù)值組48的數(shù)值中僅有較低的差別。這意味著可以使用一組在 標準狀況下的基本推進壓力的數(shù)值48作為提供的數(shù)值組48來通過數(shù)學公式計算任意估計 的基本推進數(shù)值組42，其可基于理想氣體定律。
權利要求
1.一種用于操作內燃機(10)的渦輪增壓器(12)的方法，包括步驟提供打開渦輪增壓器(12)的廢氣門(28)所需的基本推進壓力(44)的數(shù)值組(48)， 其在包括標準溫度Ttl和標準壓力Ptl的標準狀況下得到；測量環(huán)境空氣溫度T ；測量環(huán)境空氣壓力P ；使用測量的環(huán)境空氣溫度T和測量的環(huán)境空氣壓力P基于數(shù)學公式計算環(huán)境空氣密度 (P)；將標準狀況下的基本推進壓力(44)的提供的數(shù)值組(48)中的至少一個點通過基于計 算的密度(P)的校正因數(shù)轉換為環(huán)境狀況下的基本推進壓力(44)的估計的數(shù)值組(42) 中的至少一個點；和使用基本推進壓力的該至少一個估計的數(shù)值(42)來控制渦輪增壓器(12)。
2.如權利要求1所述的方法，其中，對于每個檔位，僅提供標準狀況下的基本推進壓 力(44)的一組數(shù)值(48)。
3.如權利要求2所述的方法，其中，對于所有前進擋位，僅提供標準狀況下的基本推 進壓力(44)的一組數(shù)值(48)。
4.如權利要求1至3中任一項所述的方法，其中，標準狀況下的基本推進壓力(44) 的所述提供的數(shù)值組(48)被給出用于不同的發(fā)動機速度(46)。
5.如權利要求1至4中任一項所述的方法，其中用于計算密度(P)的數(shù)學公式由數(shù) 學描述的氣體定律得到。
6.如權利要求5所述的方法，其中，數(shù)學公式是由理想氣體定律和/或范德瓦爾斯方 程和/或Redlich-Kwong-Soave方程得到。
7.如權利要求1至6中任一項所述的方法，其中，計算密度(P)的步驟和轉換基本 推進壓力(44)的提供的數(shù)值組(48)的步驟通過使用校正因數(shù)大體同時執(zhí)行，該校正因數(shù) 是使用的數(shù)學公式的一部分。
8.—種用于控制內燃機(10)的渦輪增壓器(12)的控制器，特別用于執(zhí)行根據(jù)權利要 求1至7中任一項所述的方法，包括存儲器，包括儲存的打開用于渦輪增壓器(12)的廢氣門(28)所需的基本推進壓力 (44)的數(shù)值組(48)，該數(shù)值組在包括標準溫度Ttl和標準壓力Ptl的標準狀況下得到；數(shù)據(jù)輸入端，用于接收測量的環(huán)境空氣溫度T和測量的環(huán)境空氣壓力P ；計算單元，用于使用測量的環(huán)境空氣溫度T和測量的環(huán)境空氣壓力P基于數(shù)學公式 計算環(huán)境空氣的密度(P)，和用于把標準狀況下的基本推進壓力(44)的提供的數(shù)值組 (48)的至少一個點通過基于計算的密度(P)的校正因數(shù)轉換為環(huán)境狀況下的基本推進壓 力(44)的估計的數(shù)值組(42)的至少一個點；和控制元件(36)，用于基于基本推進壓力(44)的至少一個估計的數(shù)值(42)來操作廢氣 門(28)。
9.如權利要求8所述的控制器，其中，用于測量環(huán)境空氣溫度T的溫度傳感器和用于 測量環(huán)境空氣壓力P的壓力傳感器被連接至數(shù)據(jù)輸入端。
10.—種用于內燃機(10)的渦輪增壓器，包括連接到壓縮機(16)的渦輪(14)、用于 旁路該渦輪(14)的廢氣門(28)和根據(jù)權利要求8或9所述的用于控制廢氣門(28)的控制 器(38)。
全文摘要
一種用于操作內燃機(10)的渦輪增壓器(12)的方法，包括步驟提供打開渦輪增壓器(12)的廢氣門(28)所需的基本推進壓力(44)的數(shù)值組(48)，其在包括標準溫度T0和標準壓力P0的標準狀況下得到。測量環(huán)境空氣溫度T。測量環(huán)境空氣壓力P。使用測量的環(huán)境空氣溫度T和測量的環(huán)境空氣壓力P基于數(shù)學公式計算環(huán)境空氣密度ρ。將標準狀況下的基本推進壓力(44)的提供的數(shù)值組(48)中的至少一個點基于計算的密度ρ通過校正因數(shù)轉換為環(huán)境狀況下的基本推進壓力(44)的估計的數(shù)值組(42)中的至少一個點。和使用基本推進壓力的該至少一個校正的數(shù)值(42)來控制渦輪增壓器(12)。由于基本推進壓力(44)校正表的數(shù)學確定，其必須通過耗時的校準得到，可被省略，以使得可以基于基本推進壓力(44)控制渦輪增壓器(12)，該基本推進壓力(44)被以簡化的方式以高精度接收。
文檔編號F02B37/12GK102011641SQ20101027773
公開日2011年4月13日 申請日期2010年9月8日 優(yōu)先權日2009年9月8日
發(fā)明者埃里克·詹森, 珀·安德森 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司