專利名稱：一種控制內(nèi)燃機(jī)中的渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制內(nèi)燃機(jī)中的渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速的方法和裝置。
背景技術(shù)：
正如已知的，某些機(jī)動車輛的內(nèi)燃機(jī)都裝備有增壓系統(tǒng)，它能夠通過利用發(fā)動機(jī)本身的排出氣體中的殘留能量來增大發(fā)動機(jī)的實發(fā)功率。
上述類型的增壓系統(tǒng)典型地裝備有一個渦輪增壓器，依次包括沿排氣管分布的渦輪機(jī)，其在發(fā)動機(jī)排出的廢氣的作用下高速旋轉(zhuǎn)；沿進(jìn)氣管分布的壓縮機(jī)，其通過軸與渦輪機(jī)連接從而在渦輪機(jī)本身的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，以將從外邊吸入的空氣“推”向發(fā)動機(jī)的氣缸。推力的作用產(chǎn)生了增壓，也就是說，供給發(fā)動機(jī)的空氣壓力增加，因此確定了實發(fā)功率的增加.
另外已知，在上述的增壓系統(tǒng)中，出于功能和結(jié)構(gòu)上的原因，有必要限制當(dāng)發(fā)動機(jī)的運轉(zhuǎn)條件變化時渦輪增壓器的最大轉(zhuǎn)速，以避免能夠?qū)е聹u輪增壓器損壞的臨界運轉(zhuǎn)狀態(tài)。
美國專利US5829254公開了一種增壓壓力控制裝置，其中用于飛機(jī)的內(nèi)燃機(jī)的渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速通過調(diào)整廢氣閘門閥的開口進(jìn)行控制。在內(nèi)燃機(jī)的控制裝置中，渦輪增壓器壓縮機(jī)進(jìn)口空氣流量，進(jìn)口空氣的壓力，進(jìn)口空氣的溫度，以及內(nèi)燃機(jī)的油氣比都由各自獨立的傳感器進(jìn)行探測。在這些條件下，計算當(dāng)渦輪增壓器接近最大允許轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時的壓縮機(jī)的壓縮比。同時，控制閘門閥的開口以獲得所述計算出的壓縮比。這樣，渦輪增壓器就在接近最大允許轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行。
發(fā)明概述因此本發(fā)明的目的在于提供一種用來控制內(nèi)燃機(jī)中渦輪增壓器轉(zhuǎn)速的裝置，該裝置簡單且價格低廉，并且能夠確保發(fā)動機(jī)在任何運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速都保持在一個預(yù)設(shè)值以下。
依據(jù)本發(fā)明，其中提供了用于控制內(nèi)燃機(jī)中渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速的方法，所述渦輪增壓器包括壓縮機(jī)；在發(fā)動機(jī)廢氣的作用下驅(qū)動壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)；以及一個用于調(diào)節(jié)渦輪機(jī)進(jìn)口處廢氣流量的廢氣閘門閥，用于以目標(biāo)增壓壓力的函數(shù)的方式控制渦輪機(jī)自身的轉(zhuǎn)速，所述目標(biāo)增壓壓力表示基于發(fā)動機(jī)的目標(biāo)圖(objective map)以及一組發(fā)動機(jī)的參數(shù)的、所述壓縮機(jī)的出口處所需要的增壓壓力值；所述方法其特征在于包括如下步驟-設(shè)定渦輪增壓器的極限轉(zhuǎn)速；并且在通過所述廢氣閘門閥來控制渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)速時，執(zhí)行如下步驟-測量壓縮機(jī)輸入口所吸進(jìn)空氣的壓力；-確定該壓縮機(jī)的質(zhì)量流率；-通過預(yù)先確定的表征壓縮機(jī)運轉(zhuǎn)的圖，以預(yù)設(shè)的極限轉(zhuǎn)速、測得的空氣壓力和質(zhì)量流率的函數(shù)的方式，計算極限增壓壓力，該極限增壓壓力與當(dāng)渦輪機(jī)在與所述預(yù)設(shè)極限轉(zhuǎn)速大致相等的速度下運轉(zhuǎn)時、在壓縮機(jī)的出口所能獲得的空氣壓力相關(guān)；-驗證所需要的目標(biāo)增壓壓力是否滿足與所計算出的極限增壓壓力之間的預(yù)設(shè)關(guān)系式；并且-在滿足所述關(guān)系式的情況下，啟動以極限增壓壓力的函數(shù)的方式控制渦輪機(jī)轉(zhuǎn)速的所述廢氣閘門閥，以將所述渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速限制到與所述預(yù)設(shè)極限轉(zhuǎn)速大致相等的值上。
依據(jù)本發(fā)明，提供了一種用來控制內(nèi)燃機(jī)中的速度的裝置，包括壓縮機(jī)；渦輪機(jī)，設(shè)計用來在發(fā)動機(jī)廢氣的作用下驅(qū)動所述壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)；以及一個廢氣閘門閥，設(shè)計用來調(diào)節(jié)渦輪機(jī)的進(jìn)口處廢氣的流量；所述控制裝置包括一個支配所述廢氣閘門閥的控制單元，用于以目標(biāo)增壓壓力的函數(shù)的方式控制渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，所述目標(biāo)增壓壓力表示基于發(fā)動機(jī)的目標(biāo)圖(objective map)以及一組發(fā)動機(jī)的參數(shù)的、所述壓縮機(jī)的出口處所需要的增壓壓力值；所述控制裝置的特征在于其包括-用于測量在所述壓縮機(jī)入口處的空氣壓力的第一傳感裝置；而且所述控制單元包括-一個計算單元，其輸入端接收一組參數(shù)，所述參數(shù)包括一個預(yù)設(shè)的極限速度，在壓縮機(jī)入口處所測得的空氣壓力，以及所述壓縮機(jī)的質(zhì)量流率，所述計算單元設(shè)計用來處理所述參數(shù)，通過預(yù)先確定的表征壓縮機(jī)運轉(zhuǎn)的圖，來確定一個極限增壓壓力，該極限增壓壓力與在渦輪機(jī)以與所述預(yù)設(shè)最大極限速度大致相等的速度運轉(zhuǎn)的條件下，在壓縮機(jī)的出口所能獲得的空氣壓力相關(guān)；-一個比較單元，設(shè)計用來驗證所需的目標(biāo)增壓壓力是否滿足于與所述計算得出的極限增壓壓力之間的預(yù)設(shè)關(guān)系式；和-一個驅(qū)動單元，在所述預(yù)設(shè)關(guān)系式被滿足的情況下，被設(shè)計用來支配所述廢氣閘門閥，使其以所述極限增壓壓力的函數(shù)的方式來控制渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，以將所述渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速限制到與所述預(yù)設(shè)的極限轉(zhuǎn)速相等的值上。


參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行說明，附圖示出一非限制性的實施方案的示例，其中-圖1是一增壓系統(tǒng)的示意圖，其設(shè)有根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的用來控制渦輪增壓器轉(zhuǎn)速的裝置；-圖2顯示了包括在圖1所示的用來控制速度的裝置中的電子控制單元的框圖；-圖3顯示了壓縮機(jī)運轉(zhuǎn)的圖，其包括一組曲線，每條曲線與一轉(zhuǎn)速相關(guān)并且表示了壓縮機(jī)的壓縮比作為其質(zhì)量流率函數(shù)的曲線；-圖4顯示了壓縮機(jī)運轉(zhuǎn)的詳細(xì)的圖，其中示出了兩個極限臨界值，其中的一個定義了控制速度的禁止范圍，另一個定義了速度的限制范圍。
具體實施例方式
參照圖1，編號1整體表示一增壓系統(tǒng)，其具有通過利用發(fā)動機(jī)2所排出的氣體中的剩余能量來增大發(fā)動機(jī)2所產(chǎn)生的機(jī)械功率的功能。
發(fā)動機(jī)2包括設(shè)計用來從外部環(huán)境中吸收空氣或者類似流體的進(jìn)氣管3；連接到進(jìn)氣管3來接收空氣且將其供應(yīng)到發(fā)動機(jī)2的氣缸的歧管4；以及節(jié)流閥5，置于進(jìn)氣管3和歧管4之間來調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)2的入口所供給的空氣流量。發(fā)動機(jī)2還設(shè)有排氣管6，發(fā)動機(jī)2在燃燒之后產(chǎn)生的廢氣通過它被排向外部環(huán)境。
參照圖1，該增壓系統(tǒng)1包括，渦輪增壓器7，其依次包括渦輪機(jī)8，沿排氣管6安裝，用于在發(fā)動機(jī)2所排出的廢氣的作用下高速旋轉(zhuǎn)；以及壓縮機(jī)9，沿著進(jìn)氣管3安裝，并被機(jī)械地連接到渦輪機(jī)8上，用于在渦輪機(jī)8自身的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，以增大歧管4中所供應(yīng)空氣的壓力，致使發(fā)動機(jī)2增壓。
系統(tǒng)1包括一用來控制渦輪增壓器7的轉(zhuǎn)速的裝置10，該裝置依次包括與渦輪機(jī)8平行連接到排氣管6的旁通管11，其連接方式為一端連接到渦輪機(jī)8本身的上游，另一端連接到渦輪機(jī)8的下游；調(diào)節(jié)閥，在下文中稱為廢氣閘門閥12，其沿旁通管11安裝，用來調(diào)節(jié)渦輪機(jī)8的進(jìn)口所供應(yīng)的廢氣流量；以及一個已知類型的促動器13，其具有在指令下開動廢氣閥12的功能。
控制裝置10還包括一電子控制單元14，其具有通過促動器13來支配廢氣閘門閥12的功能，其支配方式為使一部分從發(fā)動機(jī)2排出的廢氣不經(jīng)過渦輪機(jī)8直接到達(dá)排氣管6的末端，因此能夠控制渦輪機(jī)6自身的轉(zhuǎn)速。
參照圖2，電子控制單元14主要包括一個計算單元15，它在輸入端接收與壓縮機(jī)9的質(zhì)量流率QAH相關(guān)聯(lián)的信號，該質(zhì)量流率通過每單位時間通過壓縮機(jī)9的空氣質(zhì)量的估計值或測量值來確定；與渦輪增壓器7的預(yù)設(shè)極限速度Ntc相關(guān)聯(lián)的信號，超過該極限速度，渦輪增壓器會進(jìn)入臨界狀態(tài)；以及在壓縮機(jī)9上游所測得的空氣溫度TAMB。
以輸入端所接收的參數(shù)QAH，TAMB和Ntc的函數(shù)的方式，并且在一預(yù)定的表征壓縮機(jī)運轉(zhuǎn)特性的圖(下文中將詳細(xì)說明)的基礎(chǔ)上，計算單元15計算極限增壓壓力SP1，該極限增壓壓力SP1與當(dāng)渦輪機(jī)8以與預(yù)設(shè)極限速度Ntc大致相等的速度運轉(zhuǎn)時、壓縮機(jī)9的出口可獲得的壓力相關(guān)。也就是說，該極限增壓壓力SP1表示壓縮機(jī)9出口能夠達(dá)到的最大增壓壓力，超過該壓力所對應(yīng)的是渦輪增壓器7的轉(zhuǎn)速高于渦輪增壓器7本身能承受的預(yù)設(shè)的極限速度Ntc。
電子控制單元14還包括一個比較單元16，它在輸入端接收極限增壓壓力SP1，和目標(biāo)壓力POB，該目標(biāo)壓力表示基于一發(fā)動機(jī)目標(biāo)圖(已知并未示出)以及一組發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)參數(shù)(例如像發(fā)動機(jī)r.p.m.，發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣效率等)，在壓縮機(jī)9的下游，即發(fā)動機(jī)2的入口處，系統(tǒng)1所需要的增壓壓力的值。
特別的，該比較單元16能夠驗證該目標(biāo)壓力POB滿足或不滿足與增壓壓力SP1之間的給定關(guān)系式(在下文中將詳細(xì)說明)，并且在輸出端產(chǎn)生了一個信號，該信號包括一個指令壓力PEC，根據(jù)所述的驗證結(jié)果，該指令壓力被賦值為極限增壓壓力SP1(PEC＝SP1)或者為目標(biāo)壓力POB(PEC＝POB)。
該電子控制單元14還包括一個驅(qū)動單元17，它在輸入端接收包括指令壓力PEC的信號并且根據(jù)后者產(chǎn)生一個信號SWG；該驅(qū)動單元通過促動器13支配廢氣閘門閥12，來調(diào)節(jié)在渦輪機(jī)8進(jìn)氣口處所供應(yīng)的廢氣壓力，從而增加/降低渦輪機(jī)8和壓縮機(jī)9的旋轉(zhuǎn)速度，從而在進(jìn)氣管3中在壓縮機(jī)9的下游達(dá)到指令壓力PEC。
參照圖2，計算單元15能夠在一預(yù)先確定的運轉(zhuǎn)圖的基礎(chǔ)上產(chǎn)生極限增壓壓力SP1，該圖包括多條有關(guān)壓縮機(jī)9運轉(zhuǎn)的特性曲線，在下文表示為Ci(i從1到n)，每一條特性曲線對應(yīng)于一給定的恒定速度Vtc并且給出壓縮機(jī)9出口的空氣壓力P0和壓縮機(jī)9自身的入口所供應(yīng)的空氣壓力PAMB之間的壓縮比RP作為其質(zhì)量流率的函數(shù)變化。
特別的，計算單元15被設(shè)計用來處理預(yù)先確定的運轉(zhuǎn)圖，以識別對應(yīng)于速度Vtc的運轉(zhuǎn)特性曲線Ci，該速度Vtc對應(yīng)于極限速度Ntc，并且通過所識別的曲線Ci、并以質(zhì)量流率QAH的函數(shù)的方式確定壓縮機(jī)9的最大壓縮比RM。一旦最大壓縮比RM被確定，計算單元15能夠根據(jù)在壓縮機(jī)9進(jìn)口所測得的空氣壓力PAMB、來確定提供給比較單元16的輸入端的臨界極限增壓值SP1。在當(dāng)前的例子中，計算單元15被設(shè)計成用最大壓縮比RM和空氣壓力PAMB的乘積來確定臨界極限增壓值SP1(SP1＝RM*PAMB)。
需要指出的是，預(yù)先確定的運轉(zhuǎn)圖以及相應(yīng)的壓縮機(jī)9的運轉(zhuǎn)曲線Ci都是在渦輪增壓器7的測試和校準(zhǔn)的步驟中確定的，在這個過程中，重要的物理量，即，旋轉(zhuǎn)速度Vtc，質(zhì)量流率QAH，以及壓縮比RM在以基準(zhǔn)溫度TRIF和基準(zhǔn)壓力PRIF為特征的基準(zhǔn)條件下被測量和確定。在當(dāng)前的例子中，該預(yù)先確定的運轉(zhuǎn)圖以及相應(yīng)的運轉(zhuǎn)曲線Ci典型地以標(biāo)準(zhǔn)化的形式呈現(xiàn)，使之能夠在非基準(zhǔn)條件下的渦輪增壓器7的其他任何運轉(zhuǎn)條件下確定上述參數(shù)。
參照圖3和4所示出的示例，存儲在計算單元15中的運轉(zhuǎn)圖15a以及相應(yīng)的參數(shù)優(yōu)選地，但不是必須地，參照在渦輪增壓器7的測試和校準(zhǔn)中所作的測量中采用的預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)條件來被“標(biāo)準(zhǔn)化”。特別的，運轉(zhuǎn)圖15a中的曲線Ci是“標(biāo)準(zhǔn)化的”，也就是說，是指的預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)條件(PRIFand TRIF)，以便能夠確定渦輪增壓器7在不同于預(yù)設(shè)基準(zhǔn)條件的任一條件下運轉(zhuǎn)的壓縮比RP。
更詳細(xì)的，圖3和4中所示出的“標(biāo)準(zhǔn)化的”運轉(zhuǎn)圖中的每一曲線Ci與一個用下面的關(guān)系式計算出的折合速度Vtcr相關(guān)a)Vtcr=Vtc*TRTFTAMB]]>同時質(zhì)量流率被用如下關(guān)系式來標(biāo)準(zhǔn)化b)QAHR=QAH*TAMBTRIF*PRIFPAMB]]>其中QAHR為壓縮機(jī)9的折合質(zhì)量流率；需要指出的是，質(zhì)量流率QAH可以在一組發(fā)動機(jī)的運轉(zhuǎn)參數(shù)的基礎(chǔ)上以已知的方式被估計，或者另外也可以通過在進(jìn)氣管3中、優(yōu)選地在壓縮機(jī)9上游設(shè)置流量計19來測量；而且PAMB和TAMB分別為進(jìn)氣管3中空氣的壓力和溫度，優(yōu)選的可以通過定位在壓縮機(jī)9上游的對應(yīng)于進(jìn)氣管3的相應(yīng)位置的分別的傳感器20a和20b來測得。
參照圖2，3和4所示出的實施方案，計算單元15主要包括一個計算模塊21，它在輸入端接收質(zhì)量流率QAH，壓力PAMB，并優(yōu)選地接收壓縮機(jī)9上游所測得的溫度TAMB，與預(yù)先確定的圖15a中曲線Ci相對應(yīng)的基準(zhǔn)壓力PRIF和基準(zhǔn)溫度TRIF，并且它在輸出端發(fā)出通過應(yīng)用上面列出的關(guān)系式b)所確定的折合質(zhì)量流率QAHR。
計算單元15還包括計算模塊22，它在輸入端接收預(yù)先確定的極限速度Ntc，并優(yōu)選地接收溫度TAMB和TRIF，并且被設(shè)計用來執(zhí)行關(guān)系式Ntcr=Ntc*TRTFTAMB]]>從而在輸出端給出相對于基準(zhǔn)條件所標(biāo)準(zhǔn)化的折合極限速度Ntcr。
參照圖2，計算單元15還包括處理模塊23，它在輸入端接收折合極限速度Ntcr和折合質(zhì)量流率QAHR，并且在輸出口給出極限增壓壓力SP1和一個信號AWG，該信號包括允許/禁用通過系統(tǒng)1來控制廢氣閘門閥12(下文中將描述)的控制指令。
特別的，在圖2所示出的實施方案中，處理模塊23包括處理塊24，該處理塊包括“標(biāo)準(zhǔn)化”形式的預(yù)先確定的運轉(zhuǎn)圖15a，并且被設(shè)計用來在該圖本身中確定與對應(yīng)于折合極限速度Ntcr的折合速度Vtcr相關(guān)的曲線Ci。
更詳細(xì)的，參照圖4，在識別出與折合極限速度Ntcr相對應(yīng)的曲線Ci之后，該處理塊24以折合質(zhì)量流率QAHR的函數(shù)的方式來確定最大壓縮比RM并且將其在輸出端輸出。
參照圖2，優(yōu)選的，但并非必要的，處理模塊23還包括計算塊26，該計算塊26在輸入端接收最大壓縮比RM并且將其減去一個第一安全臨界值ΔC1來確定極限壓縮比RPL(RPL＝RM-ΔC1)。
需要指出的是，設(shè)立第一安全臨界值ΔC1，用來確定壓縮機(jī)9的“極限運轉(zhuǎn)范圍”，在該范圍內(nèi)，控制裝置10通過干預(yù)廢氣閘門閥12來限制渦輪增壓器7的轉(zhuǎn)速。該極限運轉(zhuǎn)范圍在圖4中被示出，在上端以表示對應(yīng)于折合極限速度Ntcr的速度Vtcr的曲線Ci為界限，在下端以與第一安全臨界值ΔC1相關(guān)的曲線(以虛線示出)為界限。因此顯然，第一安全臨界值ΔC1的調(diào)整能夠有利于賦予渦輪增壓器7的極限轉(zhuǎn)速的確定。
處理模塊23還包括一個計算塊27，該計算塊27在輸入端接收極限壓縮比RPL和壓力PAMB并且在輸出端給出極限增壓壓力SP1。在當(dāng)前的例子中，該計算塊27用關(guān)系式SP1＝RPL*PAMB來計算極限增壓壓力SP1。
參照圖2，處理模塊23還包括一個解除激活塊(deactivationblock)28，該解除激活塊28在輸入端接收最大壓縮比RM，壓力PAMB，與通過放置在相當(dāng)于與節(jié)流閥5相應(yīng)位置的傳感器29所測得的壓縮機(jī)9下游的空氣壓力相對應(yīng)的壓力PUTH，以及第二預(yù)設(shè)安全臨界值ΔC2(在圖4中示出)，并且在輸出端給出包括允許/禁用增壓作用指令的信號AWG。
特別的，解除激活塊28被設(shè)計用來執(zhí)行如下操作確定一個有效壓縮比RE＝PUTH/PAMB，其與壓縮機(jī)9的輸出端所測得的壓力PUTH和壓縮機(jī)9的輸入端所測得的壓力PAMB之間的比例相對應(yīng)；從最大的計算出的壓縮比RM中減去第二安全臨界值ΔC2，以用來確定解除激活壓縮比RD＝(RM-ΔC2)；并且檢查有效壓縮比RE是否滿足一個預(yù)設(shè)的與解除激活壓縮比RD相比較的關(guān)系式。在當(dāng)前的例子中，如果有效壓縮比RE大于或者等于解除激活壓縮比RD(RE≥RD)，那么解除激活塊28將解除激活廢氣閘門閥12的指令編碼到信號AWG中(導(dǎo)致增壓作用部分或者全部的減少)，但是，如果有效壓縮比RE低于解除激活壓縮比RD，解除激活塊27將激活廢氣閘門閥12(控制增壓的狀態(tài))的控制的指令編碼進(jìn)信號AWG中。
更具體的，解除激活塊28發(fā)送信號AWG到驅(qū)動單元17，在信號AWG編碼有激活指令的情況下，驅(qū)動單元根據(jù)指令壓力PEC支配廢氣閥12，以控制渦輪增壓器7的轉(zhuǎn)速(從而維持增壓的有效性)。
相反的，如果信號AWG編碼有禁用指令，驅(qū)動單元17進(jìn)入關(guān)于支配廢氣閥12的抑制狀態(tài)。在該后一種情況中，廢氣閘門閥12會自動的進(jìn)入預(yù)設(shè)的操作條件，其中增壓壓力會部分或者完全的減低。例如，在抑制狀態(tài)開始時，增壓系統(tǒng)1可以停止對廢氣閘門閥12的電子控制并且可以設(shè)想對其進(jìn)行傳統(tǒng)類型的控制，如“機(jī)械式”控制，其中，當(dāng)壓縮機(jī)9下游的壓力超過預(yù)設(shè)的極限臨界值時，促動器13在進(jìn)氣管3的出口處所產(chǎn)生的空氣壓力作用下操縱廢氣閘門閥12。超過所述的壓力臨界值，實際上，會引起對促動器13的機(jī)械控制，促動器啟動廢氣閘門閥12，從而導(dǎo)致對渦輪機(jī)8的速度限制以及相應(yīng)的增壓壓力的降低。
在上述說明中，需要明確的是，第二安全臨界值ΔC2被設(shè)置用來確定渦輪增壓器7的一個“解除激活區(qū)域”，在該區(qū)域內(nèi)控制裝置10干預(yù)廢氣閘門閥12從而部分或者完全的降低發(fā)動機(jī)2的增壓壓力。該解除激活區(qū)域在圖4中被示意性的示出，在上端以對應(yīng)于折合極限速度Vtcr＝Ntcr的曲線Ci為界限，在底端以與第二安全臨界值ΔC2相關(guān)的曲線(以點劃線示出)為界限。因此顯然，調(diào)整第二安全臨界值ΔC2能夠有利地建立對控制裝置10禁用增壓作用的干涉。
在上述說明中，需要明確的是，第一安全臨界值ΔC1和/或第二安全臨界值ΔC2可以設(shè)為定值，或者能夠各自作為與壓縮機(jī)9所吸入的空氣相關(guān)的一組參數(shù)的函數(shù)而變化，例如像溫度TAMB、質(zhì)量流率QAH，壓力PAMB以及壓力PUTH等，以及/或者作為發(fā)動機(jī)的一個或者多個運轉(zhuǎn)參數(shù)的函數(shù)而變化，例如像歧管4的壓力，發(fā)動機(jī)潤滑油的溫度，渦輪增壓器潤滑油的溫度，發(fā)動機(jī)冷卻液的溫度，發(fā)動機(jī)r.p.m.等等。
在比較單元16方面，它比較所需要的目標(biāo)壓力POB和極限增壓壓力SP1，并且根據(jù)比較的結(jié)果將目標(biāo)壓力POB或極限增壓壓力SP1賦值給指令壓力PEC。在當(dāng)前的例子中，在所示出的實施例中，如果所需的目標(biāo)壓力POB低于或等于極限增壓壓力SP1，對比單元16將目標(biāo)壓力POB賦值給指令壓力PEC。在這種情況下，在輸入端已經(jīng)接收到目標(biāo)壓力POB的驅(qū)動單元17調(diào)整渦輪增壓器7的轉(zhuǎn)速，以獲得對應(yīng)于目標(biāo)壓力POB本身的增壓作用。
反之，如果所需的目標(biāo)壓力POB高于極限增壓壓力SP1，比較單元16將極限增壓壓力SP1賦值給指令壓力PEC。在這種情況下，已經(jīng)接收到極限增壓壓力SP1的驅(qū)動單元17，將渦輪增壓器7的轉(zhuǎn)速限制到一個對應(yīng)于最大預(yù)設(shè)速度Ntc的值上，以這種方式在壓縮機(jī)9的下游維持極限增壓壓力SP1。
在上述說明中，需要明確的是，控制裝置10可以沒有用于測量溫度的傳感器20b，并且折合質(zhì)量流率QAHR可以在壓力PRIF/PAMB的比值基礎(chǔ)上被“部分的”標(biāo)準(zhǔn)化，而不考慮溫度TAMB和TRIF的比值。在這種情況下，能夠有利地對“部分的”標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行“補償”，并且，通過適當(dāng)?shù)母淖兊谝话踩R界值ΔC1和/或第二安全臨界值ΔC2，從而在對最大速度的限制中保證一個給定的安全余量。
增壓系統(tǒng)1的控制裝置10具有簡單和制造成本低的優(yōu)勢，其不需要任何附加的測量裝置，例如像安裝在渦輪增壓器7中的測量其旋轉(zhuǎn)速度的測速傳感器，而使用典型的存在于傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)和增壓系統(tǒng)中的傳感器。另外，當(dāng)環(huán)境條件和/或發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)狀態(tài)變化時，控制裝置10具有確保渦輪增壓器的極限轉(zhuǎn)速的優(yōu)勢。
最后，顯然，可以在不超出本發(fā)明所附的權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)，對本文中所說明和圖示的控制裝置進(jìn)行修改和變化。
特別的，依據(jù)一個變例(未示出)，渦輪增壓器的運轉(zhuǎn)圖可以關(guān)聯(lián)于一個給定的極限速度臨界值，該值是“未折合”的，即沒有參照基準(zhǔn)溫度TRIF標(biāo)準(zhǔn)化，同時，該運轉(zhuǎn)圖本身的每一曲線可以相關(guān)于一個在壓縮機(jī)9入口的空氣的給定溫度T并且提供了一個按照折合質(zhì)量流率QAHR的函數(shù)來變化的壓縮比RP的圖形。在這種情況下，計算單元15沒有計算塊22，并且計算塊24確定用來計算作為空氣溫度TAMB函數(shù)的最大壓縮比RM的曲線Ci。
權(quán)利要求
1.一種用來控制內(nèi)燃機(jī)(2)中的渦輪增壓器(7)轉(zhuǎn)速的方法，包括壓縮機(jī)(9)，在發(fā)動機(jī)(2)廢氣的作用下驅(qū)動壓縮機(jī)(9)旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)(8)；以及一個用于調(diào)節(jié)渦輪機(jī)(8)進(jìn)口處廢氣流量的廢氣閘門閥(12)，用于以目標(biāo)增壓壓力(POB)的函數(shù)的方式控制渦輪機(jī)(8)自身的轉(zhuǎn)速，所述目標(biāo)增壓壓力表示基于發(fā)動機(jī)的目標(biāo)圖(objective map)以及一組發(fā)動機(jī)的參數(shù)的、所述壓縮機(jī)的出口處所需要的增壓壓力值；所述方法其特征在于包括如下步驟-設(shè)定一個渦輪增壓器(7)的極限轉(zhuǎn)速(Ntc)；并且在通過所述廢氣閥(12)控制渦輪機(jī)(8)的轉(zhuǎn)速時，執(zhí)行如下步驟-測量在壓縮機(jī)(9)入口所吸進(jìn)空氣的壓力(PAMB)；-確定該壓縮機(jī)(9)的質(zhì)量流率(QAH)；-通過預(yù)先確定的表征壓縮機(jī)(9)運轉(zhuǎn)的圖(15a)，以預(yù)設(shè)的極限轉(zhuǎn)速(Ntc)、測得的空氣壓力(PAMB)和質(zhì)量流率(QAH)的函數(shù)的方式，計算極限增壓壓力(SP1)，該極限增壓壓力(SP1)與當(dāng)渦輪機(jī)(8)在與所述預(yù)設(shè)的極限轉(zhuǎn)速(Ntc)大致相等的速度下運轉(zhuǎn)時、在壓縮機(jī)(9)出口所能獲得的空氣壓力相關(guān)；-驗證所需要的目標(biāo)增壓壓力(POB)是否滿足與所計算出的極限增壓壓力(SP1)之間的一個預(yù)設(shè)關(guān)系式；并且-在滿足所述關(guān)系式的情況下，啟動以極限增壓壓力(SP1)的函數(shù)的方式控制渦輪機(jī)(8)轉(zhuǎn)速的廢氣閘門閥(12)，以將所述渦輪增壓器(7)的轉(zhuǎn)速限制到與所述預(yù)設(shè)極限轉(zhuǎn)速(Ntc)大致相等的值上。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)先確定的圖(15a)包括多個運轉(zhuǎn)特性曲線(Ci)，每一條曲線分別與壓縮機(jī)(9)的一個轉(zhuǎn)速(Vtc)相關(guān)聯(lián)并且被設(shè)計用來以其質(zhì)量流率(QAH)和預(yù)設(shè)極限速度(Ntc)的函數(shù)的方式、產(chǎn)生壓縮機(jī)(9)自身的最大壓縮比(RM)；所述計算極限增壓壓力(SP1)的步驟包括在預(yù)先確定的圖(15a)上識別與對應(yīng)于預(yù)設(shè)的極限速度(Ntc)的速度值(Vtc)相關(guān)聯(lián)的運轉(zhuǎn)特性曲線(Ci)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)先確定的圖(15a)包括多個與壓縮機(jī)(9)的同一個轉(zhuǎn)速(Vtc)相關(guān)的運轉(zhuǎn)特性曲線(Ci)，它們分別與壓縮機(jī)(9)進(jìn)口的空氣溫度(T)相關(guān)，并被設(shè)計用來以其質(zhì)量流率(QAH)和壓縮機(jī)(9)入口處所測得的空氣溫度(TAMB)的函數(shù)的方式、產(chǎn)生壓縮機(jī)(9)自身的最大壓縮比(RM)；所述計算極限增壓壓力(SP1)的步驟包括識別與對應(yīng)于所述壓縮機(jī)上游(9)測得的周圍環(huán)境溫度(TAMB)的溫度(T)相關(guān)的運轉(zhuǎn)特性曲線(Ci)。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述計算極限增壓壓力(SP1)的步驟包括通過所識別的運轉(zhuǎn)特性曲線(Ci)并以所述質(zhì)量流率(QAH)的函數(shù)的方式來確定最大壓縮比(RM)；以及以最大壓縮比(RM)和所述測得的空氣壓力(PAMB)的函數(shù)的方式來計算所述極限增壓壓力(SP1)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法包括設(shè)立一個第一安全臨界值(ΔC1)的步驟，而且所述確定最大壓縮比(RM)的步驟包括通過所述最大壓縮比(RM)和所述第一安全臨界值(ΔC1)之差來確定極限壓縮比(RPL)的步驟；所述極限增壓壓力(SP1)以極限壓縮比(RPL)和壓縮機(jī)(9)入口處所測得的空氣壓力(PAMB)的函數(shù)的方式來確定。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法包括步驟設(shè)立第二安全臨界值(ΔC2)，測量壓縮機(jī)(9)出口處所供給的空氣壓力(PUTH)，確定分別在壓縮機(jī)出口和入口所測得的壓力(PUTH)之間的有效壓縮比(RE)，以所述最大壓縮比(RM)和所述第二安全臨界值(ΔC2)之差的函數(shù)的形式來確定解除激活壓縮比(RD)，驗證所述有效壓縮比是否滿足與解除激活壓縮比相比較的預(yù)設(shè)關(guān)系式，以及根據(jù)所述驗證的結(jié)果禁用或者不禁用對所述廢氣閘門閥(12)的控制。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一和/或第二安全臨界值(ΔC1，ΔC2)可以分別設(shè)定一個預(yù)設(shè)的定值，或者可以分別以壓縮機(jī)(9)所吸入的空氣的一個或者多個參數(shù)(TAMB，QAH，PAMB，PUTH)的函數(shù)的方式變化，和/或以發(fā)動機(jī)(2)的一個或者多個運轉(zhuǎn)參數(shù)的函數(shù)的方式變化。
8.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，預(yù)先確定的運轉(zhuǎn)圖(15a)中的特性曲線(Ci)以及對應(yīng)的表征所述曲線的參數(shù)(Vtcr，QAHR)參照基準(zhǔn)壓力(PRIF)和/或基準(zhǔn)溫度(TRIF)被標(biāo)準(zhǔn)化；所述計算極限增壓壓力(SP1)的步驟包括識別對應(yīng)于預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化的極限速度(Ntcr)的運轉(zhuǎn)曲線(Ci)，以及在所識別的曲線(Ci)的基礎(chǔ)上以標(biāo)準(zhǔn)化的質(zhì)量流率(QAHR)的函數(shù)的方式來確定最大壓縮比(RM)。
9.一種用來控制內(nèi)燃機(jī)中的速度的裝置(10)，包括壓縮機(jī)(9)；渦輪機(jī)(8)，設(shè)計用來在發(fā)動機(jī)(2)廢氣的作用下驅(qū)動所述壓縮機(jī)(9)旋轉(zhuǎn)；以及一個廢氣閘門閥(12)，設(shè)計用來調(diào)節(jié)渦輪機(jī)(8)的進(jìn)口處廢氣的流量；所述控制裝置(10)包括一個支配所述廢氣閘門閥(12)的控制單元(14)，用于以目標(biāo)增壓壓力(POB)的函數(shù)的方式控制渦輪機(jī)(8)的轉(zhuǎn)速，所述目標(biāo)增壓壓力表示基于發(fā)動機(jī)的目標(biāo)圖(objective map)以及一組發(fā)動機(jī)的參數(shù)的、所述壓縮機(jī)(9)的出口處所需要的增壓壓力值；所述控制裝置(10)的特征在于其包括-用于測量在所述壓縮機(jī)(9)入口處的空氣壓力(PAMB)的第一傳感裝置(20a)；而且所述控制單元(14)包括-一個計算單元(15)，其輸入端接收一組參數(shù)，所述參數(shù)包括一個預(yù)設(shè)的極限速度(Ntc)，在壓縮機(jī)(9)入口處所測得的空氣壓力(PAMB)，以及所述壓縮機(jī)(9)的質(zhì)量流率(QAH)，所述計算單元設(shè)計用來處理所述參數(shù)，通過預(yù)先確定的表征壓縮機(jī)運轉(zhuǎn)特性的圖(15a)，來確定一個極限增壓壓力(SP1)，該極限增壓壓力與在渦輪機(jī)(8)以與所述預(yù)設(shè)最大極限速度(Ntc)大致相等的速度運轉(zhuǎn)的條件下，在壓縮機(jī)(9)的出口所能獲得的空氣壓力相關(guān)；-一個比較單元(16)，設(shè)計用來驗證所需的目標(biāo)增壓壓力(POB)是否滿足于與所述計算得出的極限增壓壓力(SP1)之間的預(yù)設(shè)關(guān)系式；和-一個驅(qū)動單元(17)，在所述預(yù)設(shè)關(guān)系式被滿足的情況下，被設(shè)計用來支配所述廢氣閘門閥(12)，使其以所述極限增壓壓力(SP1)的函數(shù)的方式來控制渦輪機(jī)(8)的轉(zhuǎn)速，以將所述渦輪增壓器(7)的轉(zhuǎn)速限制到與所述預(yù)設(shè)的極限轉(zhuǎn)速(Ntc)相等的值上。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述計算單元(15)包括含有所述預(yù)先確定的圖(15a)的第一計算裝置(24)，該所述預(yù)先確定的圖(15a)包括多個運轉(zhuǎn)曲線(Ci)，每一條曲線與一預(yù)設(shè)的速度(Vtc)相關(guān)聯(lián)并且被設(shè)計用來以其給定的質(zhì)量流率(QAH)的函數(shù)和所述極限速度(Ntc)的函數(shù)的方式、產(chǎn)生壓縮機(jī)(9)的最大壓縮比(RM)；所述第一計算裝置(24)被設(shè)計用來識別與對應(yīng)于預(yù)先設(shè)定的極限速度(Ntc)的速度(Vtc)相關(guān)聯(lián)的運轉(zhuǎn)曲線(Ci)。
11.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述計算單元(15)包括含有所述預(yù)先確定的圖(15a)的第一計算裝置(24)，該所述預(yù)先確定的圖(15a)包括多個運轉(zhuǎn)曲線(Ci)，它們與壓縮機(jī)(9)的同一個轉(zhuǎn)速(Vtc)相關(guān)聯(lián)，并且每一個曲線與壓縮機(jī)(9)進(jìn)口的相應(yīng)空氣溫度(T)相關(guān)，并且被設(shè)計用來以其質(zhì)量流率(QAH)和在所述壓縮機(jī)(9)上游所測得的溫度(TAMB)的函數(shù)的形式、產(chǎn)生壓縮機(jī)(9)的最大壓縮比(RM)；所述第一計算裝置(24)被設(shè)計用來識別與對應(yīng)于所述壓縮機(jī)(9)上游測得的環(huán)境溫度(TAMB)的溫度(T)相關(guān)的運轉(zhuǎn)曲線(Ci)。
12.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述第一計算裝置(28)被設(shè)計用來在所識別的曲線(Ci)的基礎(chǔ)上，以所述質(zhì)量流率(QAH)的函數(shù)的方式來確定最大壓縮比(RM)，以便以所述最大壓縮比(RM)和所述測得的空氣壓力(PAMB)的函數(shù)的方式來計算極限增壓壓力(SP1)。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述計算單元(15)包括第二計算裝置(26)，其在輸入端接收預(yù)設(shè)的第一預(yù)設(shè)安全臨界值(ΔC1)，并且被設(shè)計用來以所述最大壓縮比(RM)和所述第一安全臨界值(ΔC1)之差的函數(shù)的方式來確定極限壓縮比(RPL)；和第三計算裝置(27)，其被設(shè)計用來以所述極限壓縮比(RPL)和在壓縮機(jī)(9)入口測得的空氣壓力(PAMB)的函數(shù)的方式、來確定所述極限增壓壓力(SP1)。
14.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于其包括-第二傳感裝置(29)，設(shè)計用來測量在壓縮機(jī)(9)出口存在的空氣壓力(PUTH)；-解除激活裝置(28)，其在輸入端接收一組參數(shù)，該參數(shù)包括第二預(yù)設(shè)安全臨界值(ΔC2)和所述在壓縮機(jī)(9)出口測得的空氣壓力(PUTH)；所述解除激活裝置(28)被設(shè)計用來確定在所述壓縮機(jī)(9)的出口測得的空氣壓力(PUTH)和所述壓縮機(jī)(9)進(jìn)口測得的壓力(PAMB)之間的有效壓縮比(RE)；以所述最大壓縮比(RM)和所述第二安全臨界值(ΔC2)之差的函數(shù)的方式來確定解除激活壓縮比(RD)；以及驗證所述有效壓縮比(RE)是否滿足與解除激活壓縮比(RD)相比較的預(yù)設(shè)的關(guān)系式，以根據(jù)所述驗證的結(jié)果禁用或者不禁用對所述廢氣閘門閥(12)的控制。
全文摘要
控制內(nèi)燃機(jī)中渦輪增壓器速度的裝置，包括壓縮機(jī)；驅(qū)動壓縮機(jī)的渦輪機(jī)；和用于調(diào)整渦輪機(jī)入口處廢氣流量的廢氣閘門閥；該裝置包括計算單元，接收包括渦輪增壓器的預(yù)設(shè)極限轉(zhuǎn)速、壓縮機(jī)入口測得的空氣壓力以及壓縮機(jī)的質(zhì)量流率的一組參數(shù)，并處理所述參數(shù)，通過預(yù)設(shè)的壓縮機(jī)運轉(zhuǎn)圖確定極限增壓壓力，其與渦輪機(jī)以與預(yù)設(shè)極限轉(zhuǎn)速大致相等的速度運轉(zhuǎn)時、在壓縮機(jī)出口可獲得空氣壓力相對應(yīng)；比較單元，用來驗證所需的目標(biāo)增壓壓力是否滿足與計算出的極限增壓壓力之間的預(yù)設(shè)關(guān)系式；以及驅(qū)動單元，用來在預(yù)設(shè)關(guān)系式被滿足時支配廢氣閘門閥，以便以極限增壓壓力的函數(shù)的方式控制渦輪機(jī)的速度，將渦輪增壓器的速度限制到大致等于極限速度的值上。
文檔編號F02B37/12GK1896471SQ20061009118
公開日2007年1月17日 申請日期2006年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月5日
發(fā)明者M·潘奇洛李 申請人:瑪涅蒂瑪瑞利動力系公開有限公司