用于控制增壓裝置的工作溫度的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本申請(qǐng)涉及用于控制增壓裝置的工作溫度的方法和系統(tǒng)。一種用于控制車輛的增壓裝置的工作溫度TX的方法，該方法包括：確定升壓裝置的當(dāng)前工作壓力PX和目標(biāo)增壓壓力PLIM之間的壓力差ΔP(100)，在該目標(biāo)增壓壓力PLIM下增壓裝置運(yùn)行在工作溫度極限TLIM處；確定壓力步距大小dP(110)，其中壓力步距大小dP是壓力差ΔP與預(yù)定的壓力步距數(shù)N的函數(shù)；以及以壓力步距大小dP(120)連續(xù)調(diào)節(jié)當(dāng)前工作壓力PX直到增壓裝置的工作溫度TX基本上等于工作溫度極限TLIM。
【專利說明】用于控制增壓裝置的工作溫度的方法和系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于控制增壓裝置的工作溫度的方法和系統(tǒng)，并且具體地，但不 僅僅涉及調(diào)節(jié)增壓裝置的工作壓力，使得所述增壓裝置的工作溫度基本上等于工作溫度極 限。

【背景技術(shù)】
[0002] 增壓裝置，如渦輪增壓器和機(jī)械增壓器，是為了增加經(jīng)由進(jìn)氣歧管供應(yīng)到發(fā)動(dòng)機(jī) 的空氣壓力的目的，可與車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用的部件。進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣壓力的增加可 導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)性能和/或效率的提高。
[0003] 然而，該空氣壓力能夠增加的量會(huì)受到增壓裝置的工作溫度極限的制約，例如最 大的氣體出口溫度。超過該工作溫度極限一段時(shí)間段可導(dǎo)致增壓裝置本身或發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的部 件的損壞，其可影響車輛的長期可靠性。因此，可根據(jù)車輛的可靠性要求限制增壓裝置的工 作溫度。
[0004] 為了降低增壓裝置的工作溫度，工作壓力（例如增壓裝置兩端的壓力比）必須被 限制。然而，限制增壓裝置的工作壓力會(huì)限制發(fā)動(dòng)機(jī)性能并且會(huì)對(duì)車輛的整體燃油經(jīng)濟(jì)性 不利。
[0005] 為了獲得最大的發(fā)動(dòng)機(jī)效率和性能，希望在接近工作溫度極限的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，使 得來自增壓裝置的輸送的增壓壓力最大化。因此，期望準(zhǔn)確地并一致地將增壓裝置的工作 溫度控制在工作溫度極限內(nèi)，以便達(dá)到可獲得的最好的性能，并滿足可靠性要求。
[0006] 人們普遍認(rèn)為增壓裝置以依賴于通過它的質(zhì)量流和其兩端的壓力比的效率在其 正常工作范圍內(nèi)壓縮。增壓裝置制造商通常會(huì)供應(yīng)壓縮機(jī)特性圖，其繪出等熵效率和壓縮 機(jī)速度對(duì)空氣質(zhì)量流率和壓縮比的等高線，均以入口溫度為基準(zhǔn)。
[0007] 已知使用質(zhì)量流率和裝置兩端的壓力比計(jì)算增壓裝置的工作溫度估計(jì)值。該出口 溫度估計(jì)值可隨后通過閉環(huán)控制器用于迭代地降低工作壓力，直到工作溫度估計(jì)值低于工 作溫度極限。然而，這種方法有許多缺點(diǎn)，例如校準(zhǔn)困難、穩(wěn)定性能的權(quán)衡和有限的動(dòng)態(tài)響 應(yīng)。此外，使用這種方法時(shí)，為達(dá)到期望的在工作溫度極限處的工作壓力可能需要大量的迭 代，這可能在計(jì)算上昂貴并且結(jié)果是不靈敏的。
[0008] 因此，希望直接計(jì)算出該增壓裝置必須運(yùn)行在其中的增壓壓力，從而使工作溫度 基本上等于工作溫度極限。然而，這不是簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橘|(zhì)量流率本身是增壓壓力的函 數(shù)，而效率是兩者的函數(shù)。
[0009] 本發(fā)明的試圖解決這些問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于控制車輛的增壓裝置的工作溫度的方 法，所述方法包括：確定增壓裝置的當(dāng)前工作壓力和目標(biāo)增壓壓力之間的壓力差，在目標(biāo)增 壓壓力下增壓裝置運(yùn)行在工作溫度極限；確定壓力步距（pressure st?。┐笮?，其中所述 壓力步距大小是壓力差和預(yù)定的壓力步距數(shù)的函數(shù)；以及以壓力步距大小連續(xù)調(diào)整當(dāng)前工 作壓力直到增壓裝置的工作溫度基本上等于工作溫度極限。
[0011] 該方法可進(jìn)一步包括確定目標(biāo)增壓壓力的估計(jì)值，在該目標(biāo)增壓壓力下增壓裝置 運(yùn)行在工作溫度極限。目標(biāo)增壓壓力的估計(jì)值可以基于在當(dāng)前工作壓力下的增壓裝置的效 率。目標(biāo)工作壓力可以是增壓裝置的工作溫度極限和預(yù)定的增壓-質(zhì)量空氣流特性的函 數(shù)。增壓裝置的預(yù)定的增壓-質(zhì)量空氣流特性與增壓裝置的效率有關(guān)。增壓裝置的預(yù)定的 增壓-質(zhì)量空氣流特性可以是增壓裝置的特征性能圖，該圖繪出的等熵效率和工作速度對(duì) 質(zhì)量空氣流和增壓裝置的壓縮比的等高線，均以增壓裝置的氣體入口溫度為基準(zhǔn)。
[0012] 調(diào)整所述增壓裝置的工作壓力可包括以第一壓力步距大小連續(xù)減小增壓裝置的 當(dāng)前工作壓力。調(diào)整所述增壓裝置的工作壓力可包括以第二壓力步距大小連續(xù)增加增壓裝 置的當(dāng)前工作壓力。該方法還可以包括以所述第一壓力步距大小連續(xù)減小增壓裝置的工作 壓力，然后以第二壓力步距大小連續(xù)增加增壓裝置的工作壓力。
[0013] 增壓裝置的當(dāng)前工作壓力可以以第一壓力步距大小連續(xù)地減小，直到增壓裝置的 工作溫度低于工作溫度極限。增壓裝置的當(dāng)前工作壓力可以以第二壓力步距大小連續(xù)地增 力口，直到增壓裝置的工作溫度高于工作溫度極限。
[0014] 第二壓力步距大小可以小于第一壓力步距大小。第二個(gè)壓力步距大小可以是第一 壓力步距大小的除數(shù)。
[0015] 該方法可以進(jìn)一步包括：確定增壓裝置的當(dāng)前工作溫度；并且比較當(dāng)前工作溫度 與工作溫度極限。
[0016] 該方法可以進(jìn)一步包括：反復(fù)地調(diào)整當(dāng)前工作溫度，直到當(dāng)前工作溫度低于或高 于工作溫度極限。
[0017] 預(yù)定的步距數(shù)可以根據(jù)增壓裝置和/或車輛的性能要求來選擇。預(yù)定的壓力步距 數(shù)可以與最佳計(jì)算次數(shù)相關(guān)。
[0018] 工作溫度極限可以是增壓裝置和/或車輛的性能要求的函數(shù)。工作溫度極限可以 根據(jù)環(huán)境壓力來選擇。工作溫度極限可以根據(jù)增壓裝置和/或車輛的老化因素來選擇。工 作溫度極限可以是可變的或固定的。工作溫度可以是增壓裝置的氣體出口溫度。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種控制車輛的增壓裝置的工作溫度的系統(tǒng)， 該系統(tǒng)包括：一個(gè)或多個(gè)控制裝置，其被配置為：確定在增壓裝置的當(dāng)前工作壓力和目標(biāo) 增壓壓力之間的壓力差，在目標(biāo)增壓壓力下增壓裝置運(yùn)行在工作溫度極限；確定壓力步距 大小，其中，所述壓力步距大小是所述壓力差和預(yù)定的壓力步距數(shù)的函數(shù)；并提供信號(hào)，例 如到系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)器的信號(hào)，以調(diào)節(jié)增壓裝置的壓力，該信號(hào)被配置成調(diào)節(jié)當(dāng)前工作壓力 若干壓力步距，使得增壓裝置的工作溫度基本上等于工作溫度極限。
[0020] 該系統(tǒng)還可以包括被配置為測(cè)量增壓裝置的溫度的一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器。該系 統(tǒng)還可以包括被配置為測(cè)量增壓裝置的壓力和/或環(huán)境壓力的一個(gè)或多個(gè)壓力傳感器?？?制裝置可以是一個(gè)實(shí)時(shí)嵌入式控制器。
[0021] 車輛或發(fā)動(dòng)機(jī)可包括用于控制增壓裝置的工作溫度的上述系統(tǒng)。
[0022] 增壓裝置可以是渦輪增壓或機(jī)械增壓器。增壓裝置可以是壓縮機(jī)，例如機(jī)械增壓 器或渦輪增壓器的壓縮機(jī)?？商娲兀鰤貉b置可以是渦輪，例如渦輪增壓器的渦輪。
[0023] 在此本發(fā)明要求保護(hù)的是一種迭代方法，它使用增壓壓力/質(zhì)量流的關(guān)系的知識(shí) 來解決導(dǎo)致壓縮機(jī)出口溫度在工作溫度極限處的最高增壓壓力。
[0024] 任何上述提到的壓力可以是增壓裝置的壓力比。例如，壓力比可以是增壓裝置的 入口壓力與出口壓力的比。
[0025] 本發(fā)明還提供了軟件，例如用于執(zhí)行任何本文所述的方法的計(jì)算機(jī)程序或計(jì)算機(jī) 程序產(chǎn)品，以及具有存儲(chǔ)在其上用于執(zhí)行本文所述的任何方法的程序的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。 體現(xiàn)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上，或者可以是，例如，信號(hào)的形式， 如從因特網(wǎng)網(wǎng)站提供的可下載數(shù)據(jù)信號(hào)，或者它可以是任何其它形式。
[0026] 控制裝置可以被進(jìn)一步配置以執(zhí)行任何上述方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 為了更好地理解本公開，并且更清楚地顯示如何可以對(duì)其付諸實(shí)施，現(xiàn)在將通過 舉例參考附圖，其中：
[0028] 圖1示出了用于控制增壓裝置的工作溫度的方法的流程圖；
[0029] 圖2示出了確定目標(biāo)增壓壓力的估計(jì)值的步驟的流程圖；
[0030] 圖3示出了用于控制增壓裝置的工作溫度的方法的流程圖，該方法包括確定目標(biāo) 增壓壓力的估計(jì)值的步驟；
[0031] 圖4示出確定增壓裝置的當(dāng)前工作溫度的步驟和將當(dāng)前工作溫度與工作溫度極 限進(jìn)行比較的步驟的流程圖；
[0032] 圖5示出了用于控制所述增壓裝置的工作溫度的方法的流程圖，該方法包括：確 定所述增壓裝置的當(dāng)前工作溫度的步驟和將當(dāng)前工作溫度與工作溫度極限進(jìn)行比較的步 驟；
[0033] 圖6示出了用于控制所述增壓裝置的工作溫度的方法的流程圖，該方法包括：減 小增壓裝置的工作壓力的步驟和增加增壓裝置的壓力的步驟；
[0034] 圖7示出了該方法用于控制增壓裝置的工作溫度的圖示例；以及
[0035] 圖8示出了用于控制增壓裝置的工作溫度的系統(tǒng)。

【具體實(shí)施方式】
[0036] 本發(fā)明提供一種用于控制車輛中的增壓裝置（諸如渦輪增壓器或機(jī)械增壓器的 壓縮機(jī)）的工作溫度的方法和系統(tǒng)，其中增壓裝置的增壓壓力被調(diào)節(jié)使得增壓裝置的工作 溫度T x (例如氣體出口溫度）基本上等于工作溫度極限Tm。以這種方式，由增壓裝置產(chǎn)生 的增壓壓力對(duì)于一組給定的工作標(biāo)準(zhǔn)（如增壓裝置的可靠性/或發(fā)動(dòng)機(jī)的性能）為所允許 的最大增壓壓力。為簡(jiǎn)潔描述該方法，假定工作溫度極限T m是單一的固定值，但是取決于 若干因素在實(shí)踐中可以是可變的，例如下面所討論的車輛的工況和/或發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)歷和老 化。
[0037] 該系統(tǒng)的目的之一是要在使得工作溫度基本上等于工作溫度極限Tm的被限制的 壓力下運(yùn)行增壓裝置。下面的方法描述了一種實(shí)現(xiàn)此控制，高效地實(shí)施和校準(zhǔn)，并使增壓裝 置、發(fā)動(dòng)機(jī)和/或車輛的性能最大化的方法。
[0038] 圖1示出了用于控制車輛的增壓裝置的工作溫度的方法。該方法包括確定增壓裝 置的當(dāng)前工作壓力P x和目標(biāo)增壓壓力Pum之間的壓力差ΛΡ的步驟100,其中在目標(biāo)增壓 壓力Pum下增壓裝置的工作溫度Tx基本上等于工作溫度極限Tum。壓力差Λ P是由以下等 式確定：
[0039] Δ P - PX_PLIM
[0040] 該方法進(jìn)一步包括確定壓力步距大小dP的步驟110,其中壓力步距大小dP是壓力 差ΛΡ和預(yù)定的步距數(shù)N的函數(shù)。壓力步距大小dP是由以下等式確定：
[0041]

【權(quán)利要求】
1. 一種控制車輛的增壓裝置的工作溫度的方法，所述方法包括： 確定增壓裝置的當(dāng)前工作壓力和目標(biāo)增壓壓力之間的壓力差，在所述目標(biāo)增壓壓力下 所述增壓裝置運(yùn)行在工作溫度極限處； 確定壓力步距大小，其中所述壓力步距大小是所述壓力差和預(yù)定的壓力步距數(shù)的函 數(shù)；以及 以所述壓力步距大小連續(xù)調(diào)整所述當(dāng)前工作壓力直到所述增壓裝置的所述工作溫度 基本上等于所述工作溫度極限。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括： 確定所述目標(biāo)增壓壓力的估計(jì)值，在所述目標(biāo)增壓壓力下所述增壓裝置運(yùn)行在所述工 作溫度極限處。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述目標(biāo)增壓壓力的所述估計(jì)值基于所述增壓裝 置在所述當(dāng)前工作壓力下的效率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其中調(diào)節(jié)所述增壓裝置的所述工作壓力包 括： 以第一壓力步距大小連續(xù)減小所述增壓裝置的所述當(dāng)前工作壓力；以及 隨后，以第二壓力步距大小連續(xù)增加所述增壓裝置的所述當(dāng)前工作壓力。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述增壓裝置的所述當(dāng)前工作壓力以所述第一壓 力步距大小連續(xù)減小直到所述增壓裝置的所述工作溫度低于所述工作溫度極限。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其中所述增壓裝置的所述工作壓力以所述第二壓 力步距大小連續(xù)增加直到所述增壓裝置的所述工作溫度高于所述工作溫度極限。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4-6中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述第二壓力步距大小小于所述第一 壓力步距大小。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4-7中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述第二壓力步距大小是所述第一壓 力步距大小的除數(shù)。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括： 確定所述增壓裝置的當(dāng)前工作溫度；以及 比較所述當(dāng)前工作溫度與所述工作溫度極限。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括： 反復(fù)調(diào)整所述當(dāng)前工作溫度直到所述當(dāng)前工作溫度低于或高于所述工作溫度極限。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述預(yù)定的壓力步距數(shù)根據(jù)所述增 壓裝置和/或所述車輛的性能要求來選擇。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述工作溫度極限是所述增壓裝置 和/或所述車輛的所述性能要求的函數(shù)。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述預(yù)定的壓力步距數(shù)與最佳計(jì)算 次數(shù)相關(guān)。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述工作溫度極限根據(jù)環(huán)境壓力來 確定。
15. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述工作溫度極限根據(jù)所述增壓裝 置和/或所述車輛的老化因素來確定。
16. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述工作溫度極限是可變的或者固 定的。
17. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述工作溫度是所述增壓裝置的氣 體出口溫度。
18. -種控制車輛的增壓裝置的工作溫度的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括： 一個(gè)或多個(gè)控制裝置，其被配置用于： 確定所述增壓裝置的當(dāng)前工作壓力和目標(biāo)增壓壓力之間的壓力差，在所述目標(biāo)增壓壓 力下所述增壓裝置運(yùn)行在工作溫度極限； 確定壓力步距大小，其中所述壓力步距大小是所述壓力差和預(yù)定的壓力步距數(shù)的函 數(shù)；以及 提供信號(hào)以調(diào)整所述增壓裝置的壓力，所述信號(hào)被配置用于調(diào)節(jié)所述當(dāng)前工作壓力若 干壓力步距，使得所述增壓裝置的所述工作溫度基本上等于所述工作溫度極限。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括： 一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器，其被配置用于測(cè)量所述增壓裝置的溫度；和/或 一個(gè)或多個(gè)壓力傳感器，其被配置用于測(cè)量所述增壓裝置的壓力和/或環(huán)境壓力。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18或19中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述控制裝置是實(shí)時(shí)嵌入式控制 器。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1-17中任一項(xiàng)所述的方法或根據(jù)權(quán)利要求18-20中任一項(xiàng)所述的系 統(tǒng)，其中所述增壓裝置是渦輪增壓器或機(jī)械增壓器。
22. 由計(jì)算裝置執(zhí)行的軟件使得所述計(jì)算裝置實(shí)施權(quán)利要求1-17中任一項(xiàng)所述的方 法。
23. -種車輛或發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括根據(jù)權(quán)利要求18-20中任一項(xiàng)的用于控制增壓裝置的 工作溫度的系統(tǒng)。
24. -種系統(tǒng)，其如本文參照附圖描述并在附圖中示出。
25. -種方法，其如本文參照附圖描述并在附圖中示出。
【文檔編號(hào)】F02D23/00GK104454195SQ201410483122
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月19日
【發(fā)明者】J·狄克遜, A·愛萊瓦洛, A·J·奧克利 申請(qǐng)人:福特環(huán)球技術(shù)公司