專利名稱：用于控制通過渦輪增壓器增壓的內(nèi)燃機(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)燃機(jī)的速度的方法。
背景技術(shù)：
如同已知的，一些內(nèi)燃機(jī)提供有渦輪增壓器增壓系統(tǒng)，通過采用廢氣的熱焓以壓縮來自發(fā)動機(jī)的吸入空氣，從而增加進(jìn)氣的容積效率，這能夠增加發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的動力。渦輪增壓器增壓系統(tǒng)包括提供有渦輪的渦輪增壓器，其沿著排氣管道設(shè)置，以在從發(fā)動機(jī)排出的廢氣的壓力下高速旋轉(zhuǎn)；還提供有壓縮機(jī)，其通過渦輪而旋轉(zhuǎn)，沿著空氣供應(yīng)管道設(shè)置，以壓縮來自發(fā)動機(jī)的吸入空氣。在渦輪增壓器增壓系統(tǒng)中，必要的是，根據(jù)發(fā)動機(jī)點(diǎn)維持渦輪增壓器在有用區(qū)域內(nèi)的運(yùn)行范圍，這出于功能上的理由(也即用以避免故障或者低性能)和結(jié)構(gòu)上的理由 (也即用以避免損壞渦輪增壓器)。特別地，運(yùn)行范圍的有用區(qū)域是受限的，在折合質(zhì)量流速/壓縮比平面中，左側(cè)通過泵送線限定，而在相同平面的右側(cè)通過所謂的“飽和線”限定。因此泵送線限定出第一“禁止”區(qū)，并包括這些點(diǎn)的位置，其中壓縮機(jī)的內(nèi)部空氣動力學(xué)平衡被偏置，產(chǎn)生周期性的、嘈雜的和劇烈的到嘴部的流動回拒，其結(jié)果是能夠損壞葉片。專利申請EP1741895A1描述了通過渦輪增壓器增壓的內(nèi)燃機(jī)的控制方法，該渦輪增壓器包括壓縮機(jī)、適于在發(fā)動機(jī)廢氣作用下驅(qū)動以旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)的渦輪、和適于調(diào)節(jié)作為到渦輪的輸入而供應(yīng)的廢氣的流動的廢氣門閥，該廢氣門閥用于根據(jù)壓縮機(jī)所需的輸出增壓目標(biāo)壓力而控制渦輪自身的旋轉(zhuǎn)速度。專利申請EP1741895A1中所述的控制方法包括如下步驟測量進(jìn)入壓縮機(jī)的吸入空氣的壓力；確定壓縮機(jī)的質(zhì)量流速，其通過描繪了壓縮機(jī)的運(yùn)行特征的預(yù)定的圖而計(jì)算得到，并根據(jù)預(yù)置的限定旋轉(zhuǎn)速度、測量到的空氣壓力和質(zhì)量流量、增壓限定壓力，其涉及到當(dāng)渦輪以基本上等于預(yù)置限定速度旋轉(zhuǎn)時可從壓縮機(jī)獲得的輸出空氣壓力；檢驗(yàn)要求的增壓目標(biāo)壓力是否滿足與增壓限定壓力的預(yù)置關(guān)系，所述增壓限定壓力在該關(guān)系滿足的情形下計(jì)算得到，根據(jù)增壓限定壓力作動廢氣門閥以控制渦輪的旋轉(zhuǎn)速度，從而減小渦輪增壓器在基本上等于預(yù)置限定速度的值處的旋轉(zhuǎn)速度。專利申請EP2014894A1描述了通過提供有渦輪和壓縮機(jī)的渦輪增壓器增壓的內(nèi)燃機(jī)的替代的控制方法，其設(shè)想提供在折合質(zhì)量流速/壓縮比的平面中至少一個運(yùn)行限定曲線、至少一個調(diào)節(jié)渦輪的旁通管道的廢氣門閥的交互曲線、和至少一個調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的旁通管道的Poff閥的中間曲線。根據(jù)專利申請EP2014894A1的控制方法設(shè)想采用運(yùn)行限定曲線，用于限定電機(jī)控制采用的壓縮機(jī)的壓力目標(biāo)下游。該方法還設(shè)想，如果超出廢氣門閥的中間曲線，則控制廢氣門閥的開口，如果超出Poff閥的中間曲線，則控制Poff閥的開口。 通過EP2014894A1所述的控制方法能夠確保渦輪增壓器的運(yùn)行范圍在內(nèi)燃機(jī)的任何工作條件下都保持在有用區(qū)域內(nèi)。所謂的“飽和線”，其限定出第二“禁止”區(qū)并對應(yīng)于達(dá)到進(jìn)入渦輪的音速條件(和對應(yīng)于流動的阻塞)，限定出在給定的進(jìn)氣環(huán)境條件下壓縮機(jī)能夠提供的最大可能流量。緊靠飽和線，渦輪增壓器因此達(dá)到非常高的速度，并能夠發(fā)展最大動力以壓縮從發(fā)動機(jī)吸入的空氣，從而增加吸氣的容積效率。然而不幸的是，由于涉及到的高速度，緊靠飽和線可能發(fā)生渦輪增壓器加速而脫離控制，直至達(dá)到對渦輪增壓器自身具有破壞性效果的音速阻
O文件JP8200082描述了通過渦輪增壓器增壓的內(nèi)燃機(jī)的替代的控制方法，其設(shè)想確定渦輪增壓器包括在下限速度和上限速度之間的運(yùn)行超速區(qū)間(overspeed interval), 并且每當(dāng)檢測到當(dāng)前速度值包括在超速區(qū)間內(nèi)時，調(diào)節(jié)渦輪增壓器，立即使當(dāng)前速度回到小于或等于下限速度的值。換句話說，JP8200082中所述的方法完全地禁止了發(fā)動機(jī)在超速區(qū)間內(nèi)的運(yùn)行。然而上述方法不允許優(yōu)化增壓的內(nèi)燃機(jī)在靠近超速區(qū)間時的控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供用于控制通過渦輪增壓器增壓的內(nèi)燃機(jī)的控制方法，所述方法便宜且實(shí)施簡單，特別地，允許確保渦輪增壓器的運(yùn)行范圍保持在緊靠飽和線但是不達(dá)到音速阻塞的有用區(qū)域內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明，提供通過提供有渦輪和壓縮機(jī)的渦輪增壓器增壓的內(nèi)燃機(jī)的控制方法，該控制方法包括以下步驟-建立渦輪增壓器預(yù)定的下限速度和渦輪增壓器預(yù)定的上限速度；-根據(jù)渦輪增壓器預(yù)定的下限速度和壓縮機(jī)上游的絕對溫度計(jì)算渦輪增壓器的折合下限速度(reduced lower limit speed)；禾口-根據(jù)渦輪增壓器預(yù)定的上限速度和壓縮機(jī)上游的絕對溫度計(jì)算渦輪增壓器的折合上限速度；渦輪增壓器折合上限速度高于渦輪增壓器折合下限速度；-確定包括在渦輪增壓器折合下限速度和折合上限速度之間的渦輪增壓器的超速區(qū)間；-計(jì)算當(dāng)前折合限定速度；和-控制渦輪增壓器，從而使得每當(dāng)當(dāng)前折合限定速度的值被檢測到并且包含在超速區(qū)域內(nèi)時，將折合限定速度帶回到低于或等于折合下限速度的值；-在初始調(diào)節(jié)和建立階段建立第一門限值；和-控制渦輪增壓器，從而在時間間隔之后，將折合限定速度帶回到低于或等于折合下限速度的值，該時間間隔等于第一門限值(sov_i)，并從當(dāng)前折合限定速度的值被檢測到并且包含在超速區(qū)間內(nèi)的時刻起流逝。


現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明，所述附圖示例了不作為限定的實(shí)施方式，其中圖1示意性地示例了通過渦輪增壓器增壓并提供有電子控制單元的內(nèi)燃機(jī)，該電子控制單元執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明實(shí)行的控制方法；圖2示例了圖1的渦輪增壓器的壓縮機(jī)在折合質(zhì)量流速/壓縮比平面中的特征曲線，和圖3-6表述折合質(zhì)量流速/壓縮比的平面圖，其中呈現(xiàn)了運(yùn)行曲線的限定和用于在圖1的電子控制單元中執(zhí)行的控制方法的中間曲線。
具體實(shí)施例方式在圖1中，數(shù)字1總體上指示通過渦輪增壓器增壓系統(tǒng)2增壓的內(nèi)燃機(jī)。內(nèi)燃機(jī)具有四個汽缸3，每個汽缸通過至少一個各自的進(jìn)氣閥(未示出)連接到進(jìn)氣歧管4并通過至少一個各自的排氣閥(未示出)連接到排氣歧管5。進(jìn)氣歧管4通過吸氣管道6接收新鮮空氣(也即來自外部環(huán)境的空氣)，該吸氣管道6提供有空氣濾清器7 并通過節(jié)流閥8調(diào)節(jié)。沿著吸氣管道6提供有中間冷卻器9，其功能在于冷卻吸入的空氣。 在排氣歧管5上連接有排氣管道10，其將燃燒產(chǎn)生的廢氣供應(yīng)到排氣系統(tǒng)，該排氣系統(tǒng)將燃燒產(chǎn)生的氣體排放到環(huán)境中，通常包括催化劑11和設(shè)置在催化劑11下游的至少一個消音器(未示出)。內(nèi)燃機(jī)1的增壓系統(tǒng)2包括提供有渦輪13的渦輪增壓器12，其沿著排氣管道10 設(shè)置，用于在從汽缸3中排出的廢氣的作用下高速旋轉(zhuǎn)，還包括壓縮機(jī)14，其沿著吸氣管道 6設(shè)置并機(jī)械地連接到渦輪13上，以通過渦輪13自身驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)，從而增加供應(yīng)到供應(yīng)管道6內(nèi)的空氣壓力。沿著排氣管道10提供有旁通管道15，其平行于渦輪13地連接，從而使其端部連接在渦輪13自身的上游和下游。沿著旁通管道15設(shè)置有廢氣門閥16，其適于調(diào)節(jié)流過旁通管道15的廢氣流量并通過作動器17驅(qū)動。沿著供應(yīng)管道6提供有旁通管道18，其平行于壓縮機(jī)14地連接，從而使得其端部連接在壓縮機(jī)14自身的上游和下游。沿著旁通管道18 設(shè)置有PofT閥19，其適于調(diào)節(jié)流過旁通管道18的廢氣的流量并通過作動器20驅(qū)動。內(nèi)燃機(jī)1通過電子控制單元21控制，其指令內(nèi)燃機(jī)1所有組件的運(yùn)行，包括增壓系統(tǒng)2。特別地，電子控制單元21驅(qū)動廢氣門閥16和Poff閥19的控制作動器17和20。 電子控制單元21連接到傳感器22，所述傳感器22測量沿著壓縮機(jī)14上游的吸氣管道6的溫度To和壓力Po，還連接到傳感器23，所述傳感器23測量沿著節(jié)流閥8上游的吸氣管道6 的溫度和壓力，還連接到傳感器對，所述傳感器M測量吸氣歧管4里面的溫度和壓力。此外，電子控制單元21連接到傳感器25，所述傳感器25測量內(nèi)燃機(jī)1的曲軸的角度位置(從而旋轉(zhuǎn)速度)，和傳感器26，所述傳感器沈測量吸入和/或排放閥的相位。還重點(diǎn)需要注意的是，沒有提供適于測量渦輪增壓器12的旋轉(zhuǎn)速度的傳感器。除了其他之外，電子控制單元21維持渦輪增壓器12在有用區(qū)域內(nèi)的運(yùn)行范圍。 下文中示出了電子控制單元21用于保持渦輪增壓器12在有用區(qū)域中的運(yùn)行范圍的控制模式，并用于防止渦輪增壓器12在飽和線35 (在圖4和5中示例出)附近達(dá)到音速條件。在內(nèi)燃機(jī)1的設(shè)計(jì)和開發(fā)階段過程中，壓縮機(jī)14的特征曲線在折合質(zhì)量流速/壓縮比平面中得到分析(通過渦輪增壓器12的制造商提供)。商用壓縮機(jī)14的特征曲線的例子示例在圖2中。圖2所示的特征曲線規(guī)一化為絕對參考溫度To_rif和絕對參考壓力Po_rif。在折合質(zhì)量流速/壓縮比平面的左側(cè)存在通過泵送線限定的第一禁止區(qū)，該泵送線包括點(diǎn)的位置，其中壓縮機(jī)14的內(nèi)部空氣動力學(xué)平衡是偏置的，存在周期性的、嘈雜的和劇烈的到嘴部的流動回拒，其結(jié)果是能夠損壞葉片。替代地，在折合質(zhì)量流速/壓縮比平面的右側(cè)存在通過所謂的飽和線35 (在圖4 和5中示出)限定出的第二禁止區(qū)，其對應(yīng)于在渦輪13的入口處音速條件(從而阻塞流動)的獲得，并限定出壓縮機(jī)14能夠提供在吸氣環(huán)境的給定條件中的最大可能流量。根據(jù)圖3中所示的，通過對壓縮機(jī)14的特征曲線的分析，曲線27確定為限定渦輪增壓器12的旋轉(zhuǎn)速度，而曲線觀確定為限定渦輪增壓器12的泵送。根據(jù)曲線27和觀建立兩個運(yùn)行限定曲線四和30，它們用于限制發(fā)動機(jī)控制使用的壓縮機(jī)14下游的壓力目標(biāo)。為了確定運(yùn)行限定曲線29，門限Sl (恒定的或可變的)得以確定以建立在運(yùn)行限定曲線四和限定出渦輪增壓器12的旋轉(zhuǎn)速度的曲線27之間的距離；類似地，為確定運(yùn)行限定曲線30，門限S2(恒定的或可變的)得以確定，以建立在運(yùn)行限定曲線30和限定出渦輪增壓器12的泵送曲線28之間的距離。而且，根據(jù)曲線27和觀，建立調(diào)節(jié)渦輪13的旁通管道15的廢氣門閥16的兩個中間曲線31和32和調(diào)節(jié)壓縮機(jī)14的旁通管道18的Poff閥19的中間曲線33和34。為了確定廢氣門閥16的中間曲線31，門限S3(恒定的或可變的)得以確定，建立在運(yùn)行限定曲線四和廢氣門閥16的中間曲線31之間的距離；類似地，為了確定廢氣門閥16的中間曲線32，門限S4 (恒定的或可變的)得以確定，建立在廢氣門閥16的中間曲線32和限定渦輪增壓器12的泵送曲線觀之間的距離。為了確定Poff閥19的中間曲線33，門限S5(恒定的或可變的)得以確定，建立在運(yùn)行限定曲線四和Poff閥19的中間曲線33之間的距離； 類似地，為了確定Poff閥19的中間曲線34，門限S6(恒定的或可變的)得以確定，建立在 Poff閥19的中間曲線34和限定渦輪增壓器12的泵送的曲線觀之間的距離。在內(nèi)燃機(jī)1的運(yùn)行過程中，電子控制器21采用運(yùn)行限定曲線四和30限定發(fā)動機(jī)控制所使用的壓縮機(jī)14下游的壓力目標(biāo)。換句話說，在電子控制單元21中應(yīng)用的發(fā)動機(jī)控制單元以已知的方式并作為發(fā)動機(jī)點(diǎn)的函數(shù)而確定壓縮機(jī)14下游的目標(biāo)壓力，其表現(xiàn)了壓縮機(jī)14下游需要的和最佳的壓力值。如果壓縮機(jī)14下游的目標(biāo)壓力與運(yùn)行限定曲線 29和30相容，那么壓縮機(jī)14下游的目標(biāo)壓力得以保持，否則，如果壓縮機(jī)14下游的目標(biāo)壓力不與運(yùn)行限定曲線四和30相容，那么壓縮機(jī)14下游的目標(biāo)壓力限定到與運(yùn)行限定曲線 29和30相容的最大值。特別地，為了限定壓縮機(jī)14下游的目標(biāo)壓力，根據(jù)壓縮機(jī)14的當(dāng)前折合質(zhì)量流速 Qah,壓縮機(jī)14的折合質(zhì)量流速Q(mào)ah得以確定，最大可能的壓縮比RC通過采用運(yùn)行限定曲線 29和30而確定，壓縮機(jī)14下游的最大可能壓力通過乘以絕對壓力Po而確定，最大可能壓縮比RC為壓縮機(jī)14上游，壓縮機(jī)14下游的目標(biāo)壓力限定到壓縮機(jī)14下游的最大可能壓力，如果壓縮機(jī)14下游的目標(biāo)壓力大于壓縮機(jī)14下游的可能最大壓力的話。壓縮機(jī)14折合質(zhì)量流速Q(mào)ahk采用如下等式確定
權(quán)利要求
1.用于控制通過具有渦輪(13)和壓縮機(jī)(14)的渦輪增壓器(12)增壓的內(nèi)燃機(jī)(1) 的方法，該控制方法包括以下步驟-建立渦輪增壓器(1 預(yù)定的下限速度和渦輪增壓器(1 預(yù)定的上限速度； -根據(jù)渦輪增壓器(1 預(yù)定的下限速度和壓縮機(jī)(14)上游的絕對溫度(To)計(jì)算渦輪增壓器(1 的折合下限速度(Nrid_inf)；和-根據(jù)渦輪增壓器(1 預(yù)定的上限速度和壓縮機(jī)(14)上游的絕對溫度(To)計(jì)算渦輪增壓器(1 的折合上限速度(Nrid_SUp)；渦輪增壓器(1 的折合上限速度(Nrid_SUp) 高于渦輪增壓器(12)的折合下限速度(NricLinf)；-確定包括在渦輪增壓器(1 的折合下限速度(NricLinf)和折合上限速度(Nrid_ sup)之間的渦輪增壓器(12)的超速區(qū)間； -計(jì)算當(dāng)前折合限定速度；和-控制渦輪增壓器(12)，從而使得每當(dāng)當(dāng)前折合限定速度的值被檢測到并且包含在超速區(qū)域內(nèi)時，將折合限定速度帶回到低于或等于折合下限速度(NricLinf)的值； 該控制方法的特征在于其還包括如下步驟 -在初始調(diào)節(jié)和建立階段建立第一門限值(Sw i)；和-控制渦輪增壓器(12)，從而在時間間隔之后，將折合限定速度帶回到低于或等于折合下限速度(NHd inf)的值，該時間間隔等于第一門限值(S0V_1)，并從當(dāng)前折合限定速度的值被檢測到且包含在超速區(qū)間內(nèi)的時刻起算。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟 -在初始調(diào)節(jié)和建立階段建立第二門限值(S0V_2)；-在超速區(qū)間內(nèi)等于第一門限值(S0V_1)的時間間隔流逝之后，在等于第二門限值 (S0V_2)的時間間隔中抑制渦輪增壓器(12)在超速區(qū)域內(nèi)的運(yùn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中第一門限值(S0V_1)和/或第二門限值(S0V_2) 能夠根據(jù)渦輪增壓器(1 的壽命和磨損狀態(tài)而變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中越頻繁地檢測到包含在超速區(qū)間內(nèi)的當(dāng)前折合限定速度，第二門限值(SOVJ)就越高。
5.根據(jù)在前任一權(quán)利要求所述的方法，還包括以下步驟 確定壓縮機(jī)(14)的當(dāng)前折合質(zhì)量流速(Qahk)；確定折合質(zhì)量流速(Qahk)的臨界門限(M iti。al)，所述臨界門限(M。Hti。al)在折合質(zhì)量流速/壓縮比平面中限定出靠近實(shí)現(xiàn)音速條件的臨界區(qū)域；和當(dāng)當(dāng)前折合質(zhì)量流速(Qahk)高于折合質(zhì)量流速(Qahk)的臨界門限(Mraitiral)時，抑制渦輪增壓器(1 在超速區(qū)域內(nèi)的運(yùn)行。
全文摘要
用于控制通過具有渦輪(13)和壓縮機(jī)(14)的渦輪增壓器(12)增壓的內(nèi)燃機(jī)(1)的方法，該控制方法包括步驟建立渦輪增壓器(12)預(yù)定的限定速度；計(jì)算渦輪增壓器(12)的折合下限速度和折合上限速度，該下限速度和上限速度根據(jù)渦輪增壓器(12)預(yù)定的下限速度和壓縮機(jī)(14)上游的絕對溫度(To)而變化；確定包括在渦輪增壓器(12)折合下限速度(Nrid_inf)和折合上限速度(Nrid_sup)之間的渦輪增壓器(12)的超速區(qū)間；計(jì)算當(dāng)前折合限定速度；和控制渦輪增壓器(12)，從而使得每當(dāng)檢測到的當(dāng)前折合限定速度包含在超速區(qū)域內(nèi)時，將折合限定速度帶回到低于折合下限速度的值。
文檔編號F02D23/00GK102418610SQ201110301470
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
發(fā)明者M·潘奇羅利 申請人:馬涅蒂-馬瑞利公司