用于運行具有渦輪增壓器的內燃機的方法及控制設備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于運行汽車的內燃機的方法，所述內燃機包括具有壓縮機(4)和渦輪機(3)的渦輪增壓器，所述方法具有以下步驟：確定(S20)流過內燃機的氣流的氣流參量(A)的變化參量(dA/dt)；并且，根據(jù)所述變化參量調節(jié)(S50)所述壓縮機(4)。本發(fā)明還涉及一種用于運行汽車的內燃機的控制設備(1)，所述控制設備具有：用于確定流過內燃機的氣流的氣流參量(A)的氣流參量確定設備(1)；用于確定由所述氣流確定設備確定的氣流參量(A)的變化參量(dA/dt)的變化參量確定設備(1)；和用于根據(jù)由所述變化參量確定設備確定的變化參量(dA/dt)調節(jié)所述壓縮機(4)的調節(jié)設備(1)。本發(fā)明還涉及一種具有內燃機的汽車，該內燃機帶有渦輪增壓器及所述控制設備。
【專利說明】用于運行具有渦輪增壓器的內燃機的方法及控制設備

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于運行具有渦輪增壓器的內燃機的方法、一種控制設備和一種用于實施所述方法的計算機程序產品以及一種具有這種控制設備的汽車。

【背景技術】
[0002]帶有渦輪增壓器的汽車內燃機具有用于為內燃機的燃燒室中的氣流加壓的壓縮機。在壓力升高或壓力比過大和/或在氣流過小時可能出現(xiàn)與壓縮機的輸送方向相反的不期望的回流，即所謂的泵吸或喘振(Pumpen)。
[0003]因此，按照企業(yè)內部的實踐預設所謂的穩(wěn)態(tài)喘振界限曲線，所述曲線分別為當前的氣流配置最大允許壓力比。隨即根據(jù)所述穩(wěn)態(tài)喘振界限曲線調節(jié)壓縮機。
[0004]然而這在氣流變化或者非穩(wěn)態(tài)運行時并不是最佳的:如果氣流減小，壓縮機并不是立即隨之變化，而是由于渦輪增壓器的機械慣性、其調節(jié)的慣性尤其是滯后時間和流體機械慣性滯后地變化。因此這在氣流減小時可能導致壓縮機處的壓力比過高并且由此導致不期望的泵吸或喘振。
[0005]為了防止這種情況，必須相應限制地預設喘振界限曲線。但是由此使壓縮機在穩(wěn)態(tài)運行中的效率降低。這更適用于在氣流增大的不穩(wěn)定運行中，其中上述慣性相反地使真正允許的壓力比升高滯后并且因此使壓縮機的有效運行滯后。


【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的一種實施形式所要解決的技術問題在于，改善汽車的運行。
[0007]該技術問題按本發(fā)明通過一種用于運行汽車尤其是轎車的內燃機的方法解決。本發(fā)明還提供一種相應的控制設備、汽車或者計算機程序產品。
[0008]按照本發(fā)明的一個方面，汽車尤其是轎車包括具有至少一個渦輪增壓器的內燃機，所述渦輪增壓器具有壓縮機和尤其與渦輪增壓器耦連的渦輪機。內燃機尤其可以是汽油發(fā)動機或者柴油發(fā)動機。
[0009]按照本發(fā)明的一個方面，為了運行內燃機，確定內燃機的或者流過內燃機的氣流的氣流參量的變化參量并且根據(jù)所述變化參量調節(jié)所述壓縮機。
[0010]通過根據(jù)氣流的變化調節(jié)壓縮機，可以在一種實施形式中考慮到本文開頭所述的慣性。尤其可以在氣流減小時預先減小壓力比和/或壓縮機的轉速并且由此降低喘振的危險。相反同樣地，可以在穩(wěn)態(tài)運行中提高壓力比和/或壓縮機的轉速或者更接近喘振界限，因為在氣流減小時不必再在考慮慣性的情況下將與喘振界限的距離因此預設得更大。尤其在氣流增大時可以預先增大壓力比和/或壓縮機轉速并且由此增大其效率，因為在此已經通過慣性減小了喘振的危險。
[0011]在一種實施形式中，流過內燃機的氣流可以是由壓縮機抽吸的空氣流、具有或者不具有輸送至內燃機的燃燒室尤其是氣缸的燃料的空氣流，或者是來自燃燒室的總廢氣流或者部分廢氣流。在一種實施形式中，氣流參量可以描述單位時間的氣流的體積流或質量流或者通流體積或者氣流通流質量，單位例如是[m3/s]或者[kg/s]。在一種實施形式中，氣流參量可以是尤其是熱學校正的和/或標準化的氣流參量。在一種實施形式中，變化參量可以描述氣流參量尤其隨時間的變化。所述變化參量尤其可以包括、尤其是不同時間點的氣流參量的兩個值之間的差。在一種實施形式中，所述變化參量可以包括、尤其是不同時間點的氣流參量的兩個值之間的差商或者微商，除數(shù)是所述不同時間點的時間間隔。在一種擴展設計中，變化參量可以通過多于兩個時間點確定，以便有利地得到平均的、尤其是平緩的參量。
[0012]在一種實施形式中，預設當前氣流參量與調節(jié)額定值的對應關系或者配屬關系，形式尤其為特征場、離散或分析的關系，尤其是函數(shù)等。對應關系尤其可以具有、尤其是喘振界限曲線，其尤其針對壓縮機在其出口壓力和進口壓力P2*Pl之間的壓力比(P2/Pl)為不同的氣流參量分別配置極限值，其中，這樣確定或預設調節(jié)額定值，使得壓縮機力求達到該壓力比和/或不超過該壓力比。在一種實施形式中，尤其針對壓縮機的穩(wěn)態(tài)運行尤其根據(jù)模擬和/或實驗預設對應關系，尤其是喘振界限曲線。
[0013]在本發(fā)明的一種實施形式中，通過以下方式根據(jù)變化參量調節(jié)壓縮機，即當流過所述內燃機的氣流減小或者變化參量小于預設的參考值(尤其是小于零)時，減小所述壓縮機的預設額定壓力參量，尤其是額定壓力比。作為補充或備選，當流過所述內燃機的氣流增大或者變化參量大于預設的參考值(尤其是大于零)時，可以與變化參量有關地，尤其是與其成比例地增大壓縮機的預設額定壓力參量，尤其是額定壓力比。作為補充或備選，當流過所述內燃機的氣流減小或者變化參量小于預設的參考值(尤其是小于零)時，可以與變化參量有關地，尤其是與其成比例地減小壓縮機的預設額定轉速參量，和/或當流過所述內燃機的氣流增大或者變化參量大于預設的參考值(尤其是大于零)時，可以與變化參量有關地，尤其是與其成比例地增大壓縮機的預設額定轉速參量。
[0014]在一種實施形式中，尤其通過測量和/或模型支持地確定氣流的當前氣流參量。隨即根據(jù)該當前氣流參量和變化參量確定氣流的估計氣流參量，尤其是通過將變化參量與預設時間間隔的積和當前氣流參量相加。如果變化參量顯示氣流減小或者變化參量是負的，則估計氣流參量相應地小于當前氣流參量，如果變化參量是正的，則相應地產生較大的估計氣流參量。
[0015]在一種擴展設計中，根據(jù)估計氣流參量，尤其是根據(jù)當前氣流參量與調節(jié)額定值的預設對應關系調節(jié)壓縮機，其中，取代當前氣流參量使用估計氣流參量。因此可以在一種實施形式中通過以下簡單的方式利用本身已知的、例如由壓縮機制造商預設的當前氣流參量與調節(jié)額定值的對應關系，尤其是壓縮機的穩(wěn)態(tài)喘振界限曲線，即取代當前氣流參量而使用或配置估計的或者預測的氣流參量。
[0016]在一種實施形式中，可以根據(jù)慣性參量確定估計氣流參量，所述慣性參量取決于渦輪增壓器的反應慣性、尤其是渦輪增壓器的執(zhí)行元件的反應慣性、壓縮機和/或渦輪機的反應慣性，和/或流過內燃機的氣流的反應慣性。由此可以在一種實施形式中在估計氣流參量或者預先調節(jié)壓縮機時特別好地考慮到本文開頭所述的慣性。為此，在一種實施形式中，將變化參量與尤其是恒定的慣性參量相乘，所述慣性參量取決于渦輪增壓器和/或流過內燃機的氣流的反應慣性，所述慣性或者針對氣流參量變化的反應時間延遲越大，所述慣性參量就越大。
[0017]在一種實施形式中，可以通過調節(jié)所述渦輪機的旁通閥(尤其是所謂的廢氣門)和/或通過調節(jié)壓縮機的旁通閥來調節(jié)所述壓縮機。相應地，調節(jié)額定值尤其包括、尤其是這種閥的位置或打開程度。作為補充或備選，可以通過調節(jié)渦輪機的葉片裝置和/或通過調節(jié)壓縮機的葉片裝置來調節(jié)所述壓縮機。相應地，調節(jié)額定值尤其可以包括、尤其是這種葉片裝置的位置。
[0018]按照本發(fā)明的一個方面，用于運行包括具有壓縮機和渦輪機的渦輪增壓器的內燃機的控制設備設計用于在硬件技術和/或軟件技術上實施前述方法之一。按照本發(fā)明的設備可以按照硬件技術和/或軟件技術設計，尤其具有優(yōu)選與存儲系統(tǒng)和/或總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)或信號連接的、尤其是數(shù)字的處理單元、尤其是微處理器單元(CPU)和/或一個或多個程序或程序模塊。CPU可以設計用于處理設計為保存在存儲系統(tǒng)中的程序的指令、檢測數(shù)據(jù)總線的輸入信號和/或向數(shù)據(jù)總線發(fā)送輸出信號。存儲系統(tǒng)可以具有一個或多個尤其是不同的存儲介質，尤其是光學的、磁性的、固態(tài)的和/或其它不易丟失的介質。所述程序可以設計為，使得其能夠實現(xiàn)或者實施在此描述的方法，因此CPU可以實施這些方法的步驟并且由此尤其可以調節(jié)壓縮機。
[0019]在一種實施形式中，所述控制設備相應地具有用于確定流過內燃機的氣流的氣流參量的氣流確定設備。所述氣流確定設備尤其可以具有一個或多個用于直接或間接地檢測氣流參量的傳感器，尤其是壓力和/或溫度傳感器。
[0020]在一種實施形式中，所述控制設備具有用于確定由所述氣流確定設備確定的氣流參量的變化參量的變化參量確定設備。所述變化參量確定設備尤其可以包括用于求差分的計算設備，尤其是保存不同時間點的氣流參量并且使它們相減。
[0021]在一種實施形式中，所述控制設備具有用于根據(jù)由所述變化確定設備確定的變化參量調節(jié)所述壓縮機的調節(jié)設備。所述調節(jié)設備在一種實施形式中具有用于比較根據(jù)變化參量預設的調節(jié)額定值與對應的檢測實際值并且根據(jù)這種比較輸出調節(jié)值的比較設備。
[0022]在一種實施形式中，所述控制設備具有用于確定氣流的當前氣流參量的當前參量確定設備和用于根據(jù)由所述當前參量確定設備確定的當前氣流參量和所述變化參量確定所述氣流的估計氣流參量的估計參量確定設備，其中，所述調節(jié)設備設計用于根據(jù)由所述估計參量確定設備確定的估計氣流參量調節(jié)所述壓縮機。
[0023]在一種實施形式中，渦輪增壓器具有與渦輪機并聯(lián)的可調式旁通閥和/或與壓縮機并聯(lián)的可調式旁通閥，所述可調式旁通閥可通過控制設備調節(jié)。作為補充或備選，渦輪增壓器的渦輪機和/或壓縮機具有可調式葉片裝置，所述可調式葉片裝置的位置能夠通過所述控制設備進行調節(jié)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]本發(fā)明的其它有利擴展設計由以下對優(yōu)選實施形式的說明得出。為此在附圖中部分示意性地:
[0025]圖1示出按照本發(fā)明一種實施形式的具有控制設備的汽車的內燃機；
[0026]圖2示出氣流參量與調節(jié)額定值的對應關系；并且
[0027]圖3示出按照本發(fā)明一種實施形式的用于運行圖1中內燃機的方法。

【具體實施方式】
[0028]圖1示出按照本發(fā)明一種實施形式的具有控制設備I的汽車的內燃機。
[0029]內燃機具有未詳細示出的燃燒室2，空氣燃料混合物在燃燒室中燃燒并且在此通過活塞使曲軸運動以驅動汽車。
[0030]通過壓縮機4和節(jié)氣門5為燃燒室2輸送形式為空氣的氣流。壓縮機4通過軸與渦輪增壓器的渦輪機3耦連，所述渦輪機通過來自燃燒室2的廢氣驅動。
[0031]渦輪增壓器可以由控制設備I通過以下方式調節(jié)，即如在圖1中通過點劃線表示的那樣，控制設備I控制與渦輪機3并聯(lián)的旁通閥6?？刂圃O備I也控制節(jié)氣門5。
[0032]傳感器7.1、7.2檢測壓縮機4之前或之后的氣流的壓力P1或口2?？刂圃O備I由此確定壓縮機4的當前壓力比P= (P2/Pl)。傳感器7.3還檢測形式為空氣質量流Aa(t)的當前氣流參量并且同樣將其傳輸至控制設備1，如在圖1中通過點劃線表示的那樣。
[0033]圖2示出氣流參量與調節(jié)額定值的對應關系，其形式為壓縮機4的壓縮機特征場。所述特征場是針對壓縮機4的穩(wěn)態(tài)運行預設的。在此，不同的空氣質量流值或氣流參量A和轉速叫，n2,…nn分別與壓縮機4的壓力比P對應。
[0034]在圖2的左側區(qū)域用點劃線表示所謂的喘振界限G，在該喘振界限處，處于穩(wěn)態(tài)運行的壓縮機4開始泵吸或喘振。所述喘振界限例如可以由壓縮機制造商通過模擬或者在實驗中確定和預設。與所述喘振界限保持安全距離地預設喘振界限曲線S，壓縮機4在穩(wěn)態(tài)運行中不應超過所述喘振界限曲線。
[0035]圖3示出按照本發(fā)明一種實施形式的用于運行圖1中內燃機的方法，所述方法由控制設備I實施。
[0036]在步驟SlO中，例如周期性或者連續(xù)地確定形式為當前空氣質量流Aa (t)的氣流的當前氣流參量?？刂圃O備I由此在步驟S20中通過以下方式確定氣流參量Aa (t)的變化參量(dA/dt)，即其將不同時間點t、t_At的兩個當前氣流參量Aa(t)、Aa(t_At)相減并且除以它們的時間間隔At。
[0037]控制設備I隨即在步驟S30中根據(jù)當前氣流參量Aa (t)和變化參量(dA/dt)確定氣流的估計氣流參量Ap(t)。為此，將變化參量(dA/dt)與慣性參量(KJKJK3)相乘，其中，K1取決于渦輪增壓器的旁通閥6的反應慣性，K2取決于壓縮機4的反應慣性并且K3取決于流過內燃機的氣流的反應慣性。接著將該值(KfKfK3).(dA/dt)與當前氣流參量Aa (t)相力口，這形成了估計氣流參量 Ap (t):AP (t) = Aa (t) + (K^K2+K3).(dA/dt)。
[0038]控制設備I隨即在步驟S40中根據(jù)預設的穩(wěn)態(tài)喘振界限曲線S(參見圖2)確定壓縮機4的額定壓力比Pd(t)，其中，取代當前氣流參量Aa(t)使用估計氣流參量Ap(t):Pd(t)=S(Ap(t))。接著，控制設備I在步驟S50中這樣調節(jié)壓縮機4，使得壓縮機例如通過以下方式力求達到額定壓力比Pd(t)，即，將根據(jù)傳感器7.1、7.2檢測的通過控制設備I確定的實際壓力比P= (P2/Pl)與額定壓力比Pd(t)進行比較，并且與它們的差、它們關于時間的積分和/或它們關于時間的導數(shù)成比例地打開或關閉旁通閥6。
[0039]以此方式，如圖2所示，當流過內燃機的氣流減小時，減小形式為壓縮機4的額定壓力比Pd(t)的額定壓力參數(shù):從當前氣流參量慫(0出發(fā)，并不使用該當前氣流參量，而是取而代之地使用估計氣流參量Ap (t)，以便確定額定壓力比Pd(t)。
[0040]控制設備I設計在汽車的E⑶內并且包括用于根據(jù)傳感器7.1、7.2的檢測值確定氣流參量或者用于實施步驟S1的氣流參量確定設備、用于根據(jù)傳感器7的檢測值確定當前氣流參量Aa(t)的當前參量確定設備和用于根據(jù)所述當前氣流參量Aa(t)確定變化參量(dA/dt)或者用于實施步驟S20的變化參量確定設備、用于確定估計氣流參量Ap (t)或者用于實施步驟S30的估計參量確定設備和用于調節(jié)壓縮機或者用于實施步驟S40、S50的調節(jié)設備，所述設備沒有在圖1中詳細示出。
[0041]盡管在之前的說明書中示出了示例性的實施形式，但需要指出的是，可以進行大量的變化。還需要指出的是，所述示例性的實施形式僅僅是例子，并不用于以任何方式限制本申請的保護范圍、適用性或結構。之前的說明為本領域技術人員提供了一個用于實現(xiàn)至少一種示例性實施形式的指導，其中，尤其可以在所述部件的功能和布置方面進行大量的修改，只要不背離權利要求書所述技術方案及其等同技術方案的保護范圍。
[0042]附圖標記清單
[0043]I控制設備
[0044]2燃燒室
[0045]3渦輪機
[0046]4壓縮機
[0047]5節(jié)氣門
[0048]6旁通閥(廢氣門)
[0049]7.1,7.2壓力傳感器
[0050]7.3空氣質量流傳感器
【權利要求】
1.一種用于運行汽車尤其是轎車的內燃機的方法，所述內燃機包括具有壓縮機(4)和渦輪機(3)的渦輪增壓器，所述方法具有以下步驟: 確定(S20)流過內燃機的氣流的氣流參量㈧的變化參量(dA/dt);并且 根據(jù)所述變化參量調節(jié)(S50)所述壓縮機(4)。
2.按權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法具有以下步驟: 確定(SlO)氣流的當前氣流參量(Aa(t))； 根據(jù)所述當前氣流參量(Aa (t))和所述變化參量(dA/dt)確定(S30)所述氣流的估計氣流參量(Ap (t));并且 根據(jù)所述估計氣流參量調節(jié)(S50)所述壓縮機。
3.按權利要求1或2所述的方法，其特征在于，根據(jù)慣性參量(KpK2, K3)確定所述估計氣流參量(Ap(t))，所述慣性參量取決于渦輪增壓器的反應慣性、尤其是渦輪增壓器的執(zhí)行元件(6)的反應慣性、壓縮機(4)和/或渦輪機(3)的反應慣性，和/或流過內燃機的氣流的反應慣性。
4.按前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述當前氣流參量(Aa(t))與調節(jié)額定值(Pd)的預設對應關系(S)調節(jié)所述壓縮機(4)，其中，取代所述當前氣流參量(Aa(t))使用所述估計氣流參量(Ap(t))。
5.按前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，所述預設對應關系具有喘振界限曲線⑶。
6.按前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，當流過所述內燃機的氣流減小時，減小所述壓縮機的額定壓力參量和/或額定轉速參量(Pd)，和/或當流過所述內燃機的氣流增大時，增大所述壓縮機的額定壓力參量和/或額定轉速參量(Pd)。
7.按前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，通過調節(jié)所述渦輪機(3)和/或壓縮機(4)的旁通閥(6)和/或通過調節(jié)所述渦輪機(3)和/或壓縮機(4)的葉片裝置來調節(jié)所述壓縮機(4)。
8.一種用于運行汽車尤其是轎車的內燃機的控制設備(I)，所述內燃機包括具有壓縮機(4)和渦輪機(3)的渦輪增壓器，所述控制設備具有: 用于確定流過內燃機的氣流的氣流參量(A)的氣流參量確定設備(I)； 用于確定由所述氣流確定設備確定的氣流參量(A)的變化參量(dA/dt)的變化參量確定設備(I);和 用于根據(jù)由所述變化參量確定設備確定的變化參量(dA/dt)調節(jié)所述壓縮機(4)的調節(jié)設備(I)。
9.按權利要求8所述的控制設備(I)，其特征在于，所述控制設備具有: 用于確定氣流的當前氣流參量(Aa(t))的當前參量確定設備(I);和 用于根據(jù)由所述當前參量確定設備確定的當前氣流參量(Aa(t))和所述變化參量(dA/dt)確定所述氣流的估計氣流參量(Ap (t))的估計參量確定設備(I)； 其中，所述調節(jié)設備(I)設計用于根據(jù)由所述估計參量確定設備(I)確定的估計氣流參量(Ap (t))調節(jié)所述壓縮機(4)。
10.按權利要求8或9所述的控制設備(I)，其特征在于，所述內燃機具有所述渦輪機(3)和/或壓縮機⑷的可調式旁通閥(6)和/或所述渦輪機(3)和/或壓縮機⑷的可調式葉片裝置，所述可調式旁通閥(6)或者可調式葉片裝置能夠通過所述控制設備(I)進行調節(jié)。
11.按權利要求8至10之一所述的控制設備(I)，其特征在于，所述控制設備設計用于實施按權利要求1至7之一所述的方法。
12.—種具有內燃機的汽車，尤其是轎車，所述內燃機包括具有壓縮機(4)和渦輪機(3)的渦輪增壓器以及按權利要求8至11之一所述的用于運行所述內燃機的控制設備⑴。
13.一種具有程序編碼的計算機程序產品，所述程序編碼保存在計算機可讀的介質上，所述計算機程序產品設計用于實施按權利要求1至7之一所述的方法。
【文檔編號】F02B37/12GK104420979SQ201410445967
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年9月3日 優(yōu)先權日:2013年9月5日
【發(fā)明者】J.伯納茲, M.梅爾特申克 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司