專利名稱：用于確定渦輪增壓器速度的技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)，尤其涉及，但并不是僅涉及具有渦輪增壓器的內(nèi)燃機(jī)操作。
背景技術(shù)：
渦輪增壓器是已經(jīng)公知的裝置，其用于加壓進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)燃燒室的進(jìn)氣，因而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和輸出功率。通常加壓進(jìn)氣可增加在進(jìn)氣過程中進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的空氣數(shù)量，允許在理想空燃比下確定燃料供給中使用更多燃料。通常，增加的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和功率結(jié)果與沒有渦輪增壓的類似發(fā)動(dòng)機(jī)比較。
在渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中，發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣歧管通過排氣導(dǎo)管與渦輪增壓器的旋轉(zhuǎn)渦輪流體連通，流過該導(dǎo)管的廢氣使渦輪以根據(jù)廢氣壓力和流速確定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。渦輪增壓器的壓縮機(jī)機(jī)械連接渦輪。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)壓縮機(jī)被渦輪可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)。壓縮機(jī)入口接收新鮮的外界空氣，壓縮機(jī)出口通過進(jìn)氣導(dǎo)管與發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管流體連通。壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)增加了供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣數(shù)量，這導(dǎo)致壓力增加，經(jīng)常被稱作“增壓”壓力。
這種渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中實(shí)現(xiàn)的廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)將來自排氣歧管的控制數(shù)量的廢氣通過EGR導(dǎo)管供給到進(jìn)氣歧管。為了維持通過EGR導(dǎo)管的正EGR流量，將排氣導(dǎo)管中的壓力維持在大于進(jìn)氣導(dǎo)管中壓力的水平，與不具有EGR的渦輪增壓器相比，基于EGR的發(fā)動(dòng)機(jī)中的渦輪增壓器通常以更高的轉(zhuǎn)速工作。無論是哪種情況，經(jīng)常都希望精確知道渦輪增壓器轉(zhuǎn)速，特別是對于帶有EGR的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，以便在把渦輪增壓器速度維持在安全操作極限內(nèi)的同時(shí)確保正的EGR流量。
在配置渦輪增壓器速度傳感器不切實(shí)際或者成本不允許的情況下，和/或在希望冗余或“備用”渦輪增壓器速度信息的情況下，需要一個(gè)精確估計(jì)或合成渦輪增壓器轉(zhuǎn)速的系統(tǒng)。因而，在該技術(shù)領(lǐng)域仍然存在進(jìn)一步作出貢獻(xiàn)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，提供了用于確定渦輪增壓器速度的獨(dú)特技術(shù)。在其它實(shí)施例中，提供了用于確定渦輪增壓器速度的獨(dú)特方法、系統(tǒng)和裝置。
另一個(gè)實(shí)施例包括檢測內(nèi)燃機(jī)速度，內(nèi)燃機(jī)包括具有壓縮機(jī)的渦輪增壓器，壓縮機(jī)包括入口和出口。該出口連接發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣。該實(shí)施例還包括檢測壓縮機(jī)的入口壓力和增壓壓力，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)速度、入口壓力和增壓壓力確定對應(yīng)于渦輪增壓器速度的數(shù)值。該數(shù)值根據(jù)增壓壓力隨時(shí)間變化的函數(shù)精確，以表示渦輪增壓器速度。
另一個(gè)實(shí)施例包括提供內(nèi)燃機(jī)，內(nèi)燃機(jī)包括具有壓縮機(jī)的渦輪增壓器，壓縮機(jī)具有連接發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣的出口；根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)速度和壓縮機(jī)壓力比確定渦輪增壓器速度估計(jì)；和根據(jù)壓縮機(jī)增壓壓力隨時(shí)間的變化調(diào)節(jié)渦輪增壓器速度估計(jì)。
還是另一個(gè)實(shí)施例包括內(nèi)燃機(jī)；用于提供表示發(fā)動(dòng)機(jī)速度的第一信號的速度傳感器；渦輪增壓器包括具有入口和連接發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣的出口的壓縮機(jī)；用于提供表示壓縮機(jī)進(jìn)氣壓力的第二信號和表示壓縮機(jī)出口壓力的第三信號的壓力檢測裝置；和響應(yīng)于第一信號、第二信號和第三信號以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)速度和壓力比的函數(shù)確定數(shù)值的控制器。該比值取為進(jìn)氣壓力和出口壓力之間的比值?？刂破鬟€用于基于出口壓力隨時(shí)間的變化調(diào)節(jié)該數(shù)值，以提供表示渦輪增壓器速度的信號。
還是另一個(gè)實(shí)施例包括用于檢測內(nèi)燃機(jī)速度的裝置，內(nèi)燃機(jī)包括渦輪增壓器。渦輪增壓器的壓縮機(jī)包括入口和連接發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣的出口。該實(shí)施例還包括用于過濾內(nèi)燃機(jī)速度的裝置；用于檢測渦輪增壓器壓縮機(jī)入口溫度、入口壓力和增壓壓力的裝置；用于過濾增壓壓力的裝置；用于根據(jù)內(nèi)燃機(jī)速度、入口壓力和增壓壓力確定對應(yīng)于未修正渦輪增壓器速度的數(shù)值；用于利用入口溫度修正數(shù)值的裝置，以便對應(yīng)于溫度修正的渦輪增壓器速度；和用于根據(jù)增壓壓力隨時(shí)間變化的函數(shù)精確數(shù)值的裝置，以便提供精確的渦輪增壓器速度。
根據(jù)一起提供的詳細(xì)說明書和附圖，本發(fā)明的這些和另外的實(shí)施例、形式、特征、目的、優(yōu)勢、益處和方面將變得顯而易見。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的示意圖。
圖2是表征圖1系統(tǒng)的三維關(guān)系的曲線圖。
圖3是圖1系統(tǒng)內(nèi)執(zhí)行的渦輪增壓器速度估計(jì)程序的流程圖。
圖4是對應(yīng)于圖3程序的控制圖。
具體實(shí)施例方式
為了促進(jìn)對本發(fā)明原理的理解，現(xiàn)在參考附圖闡述實(shí)施例，描述同一部件時(shí)使用特殊的符號。然而應(yīng)理解不是用于限制本發(fā)明的范圍。對熟悉本發(fā)明所涉及技術(shù)領(lǐng)域的人員來說很容易想到對所述實(shí)施例的任何改變和進(jìn)一步修改，以及此文所述本發(fā)明原理的任何進(jìn)一步應(yīng)用。
現(xiàn)在參考圖1，闡述了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10。系統(tǒng)10包括內(nèi)燃機(jī)12和渦輪增壓器18。渦輪增壓器18包括壓縮機(jī)16和渦輪26。發(fā)動(dòng)機(jī)12包括進(jìn)氣歧管14，進(jìn)氣歧管14通過壓縮空氣導(dǎo)管20與壓縮機(jī)16的出口15流體連接。壓縮機(jī)16包括壓縮機(jī)入口17，該入口連接進(jìn)氣導(dǎo)管22，用于接收來自進(jìn)氣導(dǎo)管的新鮮空氣?？蛇x地，公知結(jié)構(gòu)的進(jìn)氣冷卻器與位于渦輪增壓器壓縮機(jī)16和進(jìn)氣歧管14(未顯示)之間的導(dǎo)管20串聯(lián)布置。渦輪增壓器壓縮機(jī)16通過傳動(dòng)連接器25機(jī)械連接渦輪26，其中渦輪26包括渦輪入口27，渦輪入口27通過排氣導(dǎo)管30流體連接發(fā)動(dòng)機(jī)12的排氣歧管28，渦輪還包括渦輪出口29，渦輪出口29通過排氣導(dǎo)管32流體連接外界。EGR閥36與EGR導(dǎo)管34串聯(lián)布置。導(dǎo)管34流體連通導(dǎo)管20和排氣導(dǎo)管30?？蛇x地，公知結(jié)構(gòu)的EGR冷卻器可與位于EGR閥36和導(dǎo)管20(未顯示)之間的EGR導(dǎo)管34串聯(lián)布置。
在一個(gè)形式中，發(fā)動(dòng)機(jī)12是傳統(tǒng)四沖程往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。但是，代替基于往復(fù)活塞的發(fā)動(dòng)機(jī)，在本發(fā)明可選實(shí)施例中可使用基于轉(zhuǎn)子的發(fā)動(dòng)機(jī)。同樣，在其它實(shí)施例中，可使用具有不同數(shù)目工作沖程的發(fā)動(dòng)機(jī)，例如兩沖程序列。連接器25可以采用旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)軸、帶輪和皮帶裝置、互相嚙合的齒輪、以上組合的形式，和/或?qū)κ煜け炯夹g(shù)領(lǐng)域的人員來說很容易想到的用來利用渦輪26驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)16的這種其它裝置的形式。還是在其它實(shí)施例中，可想到多級壓縮機(jī)、多級渦輪或這些的組合。
系統(tǒng)10包括控制器40，控制器優(yōu)選基于微處理器，通常用于控制和管理發(fā)動(dòng)機(jī)12的所有操作?？刂破?0包括存儲器45和多個(gè)輸入和輸出，這些輸入和輸出與連接發(fā)動(dòng)機(jī)12的各種傳感器和系統(tǒng)接口。控制器40可設(shè)置為基于數(shù)字電路、模擬電路、或者其組合的一個(gè)或多個(gè)部件的形式；和/或可基于一個(gè)或多個(gè)中央處理單元(CPU)、算術(shù)邏輯單元(ALU)或類似物；可設(shè)置為RISC(精簡指令集計(jì)算機(jī))、CISI(復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī))或者任何其它變體的形式。對于多部件的形式，這些部件可集成在單個(gè)單元中，或者相對于彼此遠(yuǎn)程布置。在一個(gè)實(shí)施例中，控制器40可以是公知的控制單元，該控制單元有時(shí)稱作電子或發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊(ECM)、電子或發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)或類似名稱，或者可選地為通用控制電路，其能以如下所述的方式操作?？刂破?0包括希望的支撐部件，例如電源、信號調(diào)節(jié)器、過濾器、限制器、格式轉(zhuǎn)換器(例如模數(shù)和/或數(shù)模類型)、輸入/輸出控制器、通信端口、操作者輸入/輸出裝置、以及熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員很容易想到的類似部件。存儲器45可包括一種或多種類型，包括但不局限于電子、光學(xué)、和/或電磁類型，和/或易失型、非易失型、或者其組合。
控制器40優(yōu)選執(zhí)行操作邏輯，以便完成下文將更加詳細(xì)描述的一個(gè)或多個(gè)控制程序。該邏輯可以采取如下形式，僅舉數(shù)例軟件或固件程序指令、專用硬件(例如同步狀態(tài)機(jī)或異步機(jī))、被編碼以為控制器提供指令的一個(gè)或多個(gè)信號和/或直接的控制器操作、或者這些的組合。在一種形式中，控制器操作邏輯安排為部分或完全執(zhí)行控制程序，以便基于來自多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)和/或渦輪增壓器操作狀態(tài)傳感器的輸入信號確定渦輪增壓器的速度估計(jì)，下面將結(jié)合圖3和4更加詳細(xì)地描述。
控制器40包括多個(gè)輸入，其用于接收來自與系統(tǒng)10連接的各種傳感器或傳感子系統(tǒng)的信號。例如，系統(tǒng)10包括溫度傳感器50，其布置為與進(jìn)氣導(dǎo)管22流體連通，且通過信號通道52電連接控制器40。傳感器50可以是公知的結(jié)構(gòu)，通常用于通過信號通道52提供壓縮機(jī)入口溫度信號(IT)，其指示進(jìn)入壓縮機(jī)16的入口17(即進(jìn)入進(jìn)氣導(dǎo)管22)的外界空氣溫度。可選地，傳感器50不必布置為流體連通進(jìn)氣導(dǎo)管22，相反可布置在相對于系統(tǒng)10任何方便的位置，以便在信號通道52上產(chǎn)生指示進(jìn)入導(dǎo)管22的新鮮外界空氣溫度的信號。在一個(gè)選擇中，IT有時(shí)或總是被合成，或者基于一個(gè)或多個(gè)其它傳感器和/或操作參數(shù)另外估計(jì)。
系統(tǒng)10還包括壓力檢測裝置60。裝置60包括分別通過信號通道64a和64b電連接控制器40的壓力傳感器62a和壓力傳感器62b。傳感器62a可以是公知的結(jié)構(gòu)，通常用于在信號通道64a上產(chǎn)生壓縮機(jī)入口壓力信號(IP)，其指示進(jìn)入壓縮機(jī)16的入口17(即進(jìn)入進(jìn)氣導(dǎo)管22)的外界空氣壓力。應(yīng)理解對本發(fā)明來說，傳感器54不必布置為流體連通進(jìn)氣導(dǎo)管22，相反可布置在相對于系統(tǒng)10任何方便的位置，只要傳感器62a能用于在信號通道64a上產(chǎn)生指示進(jìn)入導(dǎo)管22的外界空氣壓力的信號。壓力傳感器62b布置為與導(dǎo)管20流體連通，且通過信號通道64電連接發(fā)動(dòng)機(jī)控制器40的輸入(IN4)。傳感器62b可以是公知的結(jié)構(gòu)，通常用于在信號通道64b上產(chǎn)生壓縮機(jī)出口壓力信號(OP)，其指示導(dǎo)管20內(nèi)的壓力(還與壓縮機(jī)“增壓”壓力或壓縮機(jī)出口壓力相同)。應(yīng)意識到壓縮機(jī)16的出口壓力/增壓壓力由傳感器62b提供，這與傳感器62b沿著導(dǎo)管20的位置無關(guān)，以致傳感器62b可以位于導(dǎo)管34的上游或下游，和/或流體連接位于壓縮機(jī)16和進(jìn)氣14之間的導(dǎo)管20的任何其它裝置例如進(jìn)氣冷卻器(未顯示)的的上游或下游。在其它實(shí)施例中，裝置60包括更多或更少的傳感器和/或一個(gè)或多個(gè)壓力信號，這些壓力信號有時(shí)或總是被合成，或者基于一個(gè)或多個(gè)其它傳感器和/或操作參數(shù)另外估計(jì)。
系統(tǒng)10還包括發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感器66，該傳感器通過信號通道68電連接控制器40。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器66為霍爾效應(yīng)(Hall effect)類型，其用于檢測與發(fā)動(dòng)機(jī)12同步旋轉(zhuǎn)的齒輪或轉(zhuǎn)速脈沖輪上形成的多個(gè)齒中每個(gè)齒的通過?？蛇x地，傳感器66是可變磁阻傳感器或者其它已知的速度傳感器，無論在哪種情況下傳感器66都用于在信號通道68上產(chǎn)生指示發(fā)動(dòng)機(jī)12轉(zhuǎn)速的速度信號(ES)。在另外的其它實(shí)施例中，速度有時(shí)或總是被合成，或者基于一個(gè)或多個(gè)其它傳感器和/或操作參數(shù)另外估計(jì)。
控制器40還包括多個(gè)輸出，其用于控制與發(fā)動(dòng)機(jī)12和/或系統(tǒng)10連接的一個(gè)或多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)控制機(jī)構(gòu)。例如，控制器40還包括用于控制渦輪增壓器通過能力/效率的至少一個(gè)輸出，其中對本發(fā)明來說術(shù)語“渦輪增壓器通過能力/效率”定義為渦輪增壓器渦輪26的氣體通過能力。例如，如圖1所示，控制器40通過信號通道70電連接渦輪增壓器通過能力/效率控制機(jī)構(gòu)72，其中渦輪增壓器通過能力/效率控制機(jī)構(gòu)72響應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)渦輪增壓器控制信號來修改渦輪增壓器18的通過能力和/或效率。通常，本發(fā)明考慮在控制器40的指導(dǎo)下通過一個(gè)或多個(gè)公知控制機(jī)構(gòu)70控制渦輪增壓器18的通過能力和/或效率。這種控制機(jī)構(gòu)的示例包括但不限于下述的任何組合用于改變渦輪增壓器渦輪26幾何形狀的機(jī)構(gòu)、布置在導(dǎo)管30和32之間用于有選擇地轉(zhuǎn)移來自渦輪增壓器渦輪26的廢氣的廢氣門、和用于有選擇地控制廢氣通過導(dǎo)管30和32中任一個(gè)的流速的排氣節(jié)流閥?？刂破?0還包括通過信號通道74電連接EGR閥36的第二輸出。控制器40用于以公知的方式控制閥36的流動(dòng)截面積，以便有選擇地控制通過閥36的再循環(huán)廢氣的流量。
基于傳統(tǒng)的壓縮機(jī)流體動(dòng)力學(xué)，已經(jīng)確定給定下列變量中的任何兩個(gè)，可唯一確定其余的變量[TS/sqrt(IT)，OP/IP，MAF*sqrt(IT)/IP]其中MAF是進(jìn)入渦輪增壓器壓縮機(jī)16入口17的空氣質(zhì)量流量；IT是進(jìn)入壓縮機(jī)16的空氣溫度；IP是進(jìn)入壓縮機(jī)16的空氣壓力；OP是導(dǎo)管20內(nèi)(即渦輪增壓器壓縮機(jī)16出口15處)的空氣壓力，因而表示導(dǎo)管20內(nèi)的絕對增壓壓力；TS是渦輪增壓器18的轉(zhuǎn)速；“sqrt()”是平方根算符，其返回括號內(nèi)運(yùn)算數(shù)的平方根。
在上述關(guān)系中，項(xiàng)TS/sqrt(IT)表示溫度修正的渦輪增壓器速度，下文表示為CTS；項(xiàng)OP/IP表示壓縮機(jī)壓力比，下文表示為PR；項(xiàng)MAF*sqrt(IT)/IP表示修正的壓縮機(jī)質(zhì)量流量比，下文表示為CMAF。CTS、PR和CMAF之間的關(guān)系由同一申請人擁有的美國專利US6,539714的圖2闡述的那種壓縮機(jī)圖表表示，US 6,539714的全文并入此處作為參考。根據(jù)這種關(guān)系，發(fā)現(xiàn)根據(jù)如下的方程式(1)可估計(jì)溫度修正的渦輪增壓器轉(zhuǎn)速，CTSCTS＝f(PR，CMAF) (1)因此，對于包括布置為流體連通進(jìn)氣導(dǎo)管22的質(zhì)量空氣流量傳感器的實(shí)施例，CTS可根據(jù)PR和CMAF測量值的函數(shù)直接得到。但是，在不包括這種空氣質(zhì)量流量傳感器的系統(tǒng)10實(shí)施例中，和/或在包括進(jìn)氣質(zhì)量空氣流量傳感器或者不可接受的精確度或準(zhǔn)確度的CMAF合成技術(shù)的實(shí)施例中，不希望根據(jù)PR和CMAF的函數(shù)直接確定CTS。
還發(fā)現(xiàn)相比對修正的壓縮機(jī)質(zhì)量流量CMAF的敏感度，溫度修正的渦輪增壓器轉(zhuǎn)速CTS對壓縮機(jī)壓力比PR的變化更加敏感。已知當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)速度ES能繪制出相對于溫度修正的渦輪增壓器轉(zhuǎn)速CTS定值的壓縮機(jī)壓力比(CR)波動(dòng)。因此，方程(2)如下CTS＝f(PR，ES) (2)接著可通過下面的方程式(3)定義估計(jì)或合成的渦輪增壓器速度(TSE)TSE＝sqrt(IT)*f[(OP/IP)，ES] (3)圖2提供未修正的渦輪增壓器速度TS、壓縮機(jī)壓力比PR和發(fā)動(dòng)機(jī)速度ES的三維曲線圖110，其表示圖1所述那種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的特征。對于每個(gè)給定的一對PR和ES，曲線圖110闡述存在唯一確定的渦輪增壓器速度值TS。
圖3以流程圖形式闡述控制程序120。程序120提供用于估計(jì)或合成渦輪增壓器轉(zhuǎn)速的程序的一個(gè)非限制性實(shí)施例。程序120對應(yīng)于隨后描述的圖4的控制流程圖220。程序120可與系統(tǒng)10一起實(shí)現(xiàn)，根據(jù)控制器40的操作邏輯執(zhí)行。在一個(gè)形式中，程序120設(shè)置為存儲在存儲器45內(nèi)的程序指令，由控制器40以公知的方式執(zhí)行。在其它實(shí)施例中，程序120可與不同的系統(tǒng)和/或不同的操作邏輯一起實(shí)現(xiàn)。
程序120以操作122開始。在操作122中，根據(jù)壓力傳感器62a(圖1)提供的信息確定壓縮機(jī)入口壓力IP，根據(jù)壓力傳感器62b提供的信息確定壓縮機(jī)出口壓力OP。程序120以操作124繼續(xù)，其中根據(jù)OP和IP的比值計(jì)算壓縮機(jī)壓力比PR。在圖4的控制流程圖220中PR輸入指定為輸入224。應(yīng)意識到可使用PR的倒數(shù)、PR乘以已知常數(shù)、和/或PR的另一個(gè)合適函數(shù)作為適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。操作124包括對IP強(qiáng)加一定范圍的數(shù)值，以避免“除以零”的情況和/或防止不真實(shí)的低PR，例如因傳感器故障導(dǎo)致的低PR。
程序120從操作124前進(jìn)到操作126。在操作126中，根據(jù)速度傳感器66提供的信息確定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速ES，其對應(yīng)于控制流程圖220的輸入226。程序從操作126繼續(xù)到操作128。在操作128中，ES提交到低通過濾器，以移除瞬態(tài)。在控制流程序220中，過濾器228對應(yīng)于操作128。過濾器228顯示為帶有過濾器時(shí)間常數(shù)T1的復(fù)變量形式(T1s+1)-1。通常，過濾器228實(shí)現(xiàn)為軟件定義離散形式的數(shù)字過濾器。
從操作128到達(dá)操作130，其中根據(jù)來自傳感器50的信息確定入口溫度IT。操作130對應(yīng)于控制流程220的輸入230。程序120從操作130繼續(xù)到操作132，其中調(diào)節(jié)IT以便完成渦輪增壓器速度的溫度修正。操作132計(jì)算IT的平方根(控制流程220的算符232a)，并乘以0.06的轉(zhuǎn)換因子(控制流程220的算符232b)，以提供溫度修正因子TCF＝0.06*(IT)1/2。算符232b的轉(zhuǎn)換因子對應(yīng)于60秒/1000RPM，其在不同的實(shí)施例中可以變化。
程序120從操作132到達(dá)操作140，其使用PR和已過濾的ES作為輸入，以便根據(jù)三個(gè)變量的關(guān)系提供未修正的TS，例如圖2的曲線圖110，其由控制流程圖220中的3-D映射算符240表示。本發(fā)明考慮了用于執(zhí)行操作140(3-D映射算符240)的多個(gè)技術(shù)，以便基于輸入變量PR和ES提供TS。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，曲線圖110中的數(shù)據(jù)以一個(gè)或多個(gè)圖或表的形式存儲在存儲器45中。在該實(shí)施例中，控制器40用于通過映射PR和ES的當(dāng)前值來執(zhí)行操作140，從而確定ES。如果PR和ES的當(dāng)前值在數(shù)據(jù)點(diǎn)之間，利用公知的線性或非線性插值技術(shù)可獲得估計(jì)值。
在可選實(shí)施例中，圖2的曲線圖110的三維關(guān)系可通過存儲在存儲器45內(nèi)的多項(xiàng)式表示，如果給定兩個(gè)其余參數(shù)的已知值可求解該多項(xiàng)式得到TS。例如，圖2的曲線圖110表示光滑表面，因而建模為如下面方程式(4)所示的二階多項(xiàng)式TS＝a+b*PR+c*PR2+d*ES+e*ES2+f*PR*ES (4)其中a、b、c、d、e和f表示模型常數(shù)。在該實(shí)施例中，控制器40用于通過求解作為PR和ES當(dāng)前值函數(shù)的方程式(4)來執(zhí)行程序120的操作140。
還是在另一個(gè)可選實(shí)施例中，圖3的三維曲線圖110建模為作為適當(dāng)表面培養(yǎng)的兩輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以便根據(jù)已知變量PR和ES匹配TS的數(shù)據(jù)點(diǎn)。在該實(shí)施例中，控制器40用于通過根據(jù)兩輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算TS來執(zhí)行程序120的操作140。
還是在可選實(shí)施例中，圖2的曲線圖110建模為根據(jù)如下方程式的PR的二階多項(xiàng)式和ES的比例函數(shù)
TS＝(a+b*PR+c*PR2)*f(ES) (5)其中項(xiàng)(a+b*PR+c*PR2)表示二階PR模型；f(ES)是取決于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速當(dāng)前值的比例因子；a、b和c表示模型常數(shù)。在該實(shí)施例中，控制器40用于通過求解TS的方程式(5)來執(zhí)行程序120的操作140。還是在其它形式中，使用這些方法的組合來實(shí)現(xiàn)操作140/算符240，任一個(gè)3-D數(shù)據(jù)可用兩個(gè)或更多的兩維表、圖或類似物表示；或者使用熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員很容易想到的不同技術(shù)。
控制流程圖220的乘法器242表示以它各種形式中的任一種形式向3-D映射算符240的輸出應(yīng)用TCF，以便根據(jù)TS提供CTS。具體地，CTS＝TS*TCF＝TS*0.06*sqrt(IT)。乘法器242包含在操作140中以產(chǎn)生CTS。應(yīng)注意轉(zhuǎn)換因子0.06可選擇并入到算符240或242?？蛇x地或另外地，操作140和對應(yīng)的算符240可安排使用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，以便通過考慮IT的平方根和適用的修正因子來提供CTS，而不是提供TS，CTS是基于輸入PR和ES的輸出。在一個(gè)選擇中，IT與PR和ES一起被看作輸入，以便基于四個(gè)變量的關(guān)系提供相應(yīng)的CTS，僅舉幾個(gè)可能的示例該關(guān)系可設(shè)置為圖、標(biāo)、多項(xiàng)式或其它數(shù)學(xué)方程式、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或類似物。還是在其它實(shí)施例中，當(dāng)根據(jù)作為時(shí)間函數(shù)的PR和ES估計(jì)或合成渦輪增壓器速度時(shí)，不希望修正入口溫度，或者不希望僅有選擇地修正溫度。
程序120從操作140繼續(xù)到操作150。在操作150中，修正的渦輪增壓器速度CTS根據(jù)出口壓力OP的函數(shù)進(jìn)一步精確。OP對應(yīng)于控制流程圖220中的輸入244。在一個(gè)形式中，該OP函數(shù)包括低通濾波和取相對于時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)。該結(jié)果與CTS組合以便提供精確的輸出。參考控制流程圖220，過濾和時(shí)間導(dǎo)數(shù)在算符250中以復(fù)雜的拉普拉斯(Laplace)變量形式Ks/(T2s+1)表示，其中時(shí)間常數(shù)T2用于OP的低通過濾器，K是應(yīng)用于OP的常數(shù)。通常，算符250通過程序指令以離散的形式實(shí)現(xiàn)。求和算符252結(jié)合來自算符250的精確或調(diào)節(jié)因子，將該因子與來自算法242的修正的渦輪增壓器速度CTS相加。算符250合252體現(xiàn)在程序120的操作150中。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過操作128和150(和對應(yīng)的算符228和250)過濾可降低因發(fā)動(dòng)機(jī)速度ES快速變化過程中發(fā)生的峰值和瞬態(tài)導(dǎo)致的錯(cuò)誤可能。此外，操作150和算符250中體現(xiàn)的增壓壓力(OP)的時(shí)間導(dǎo)數(shù)部分經(jīng)常增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)速度快速變化過程中的預(yù)測，因而增壓壓力通常落后于系統(tǒng)調(diào)節(jié)。
如此文所述，應(yīng)意識到變量、標(biāo)準(zhǔn)、特性、量、數(shù)量、數(shù)值、常數(shù)、標(biāo)記、數(shù)據(jù)、記錄、閾值、極限值、輸入、輸出、矩陣、命令和查找表，每個(gè)通常對應(yīng)于本發(fā)明處理裝置內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)信號。應(yīng)考慮到在不脫離本發(fā)明精神的情況下，熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員很容易想到描述的有關(guān)本發(fā)明的各種功能塊、算符、操作、階段、條件、程序、閾值和過程可以改變、重新安排、替代、刪除、復(fù)制、組合或增加。
本說明書中引用的所有出版物、專利和專利申請并入此文作為參考，好像每篇單獨(dú)的出版物、專利或?qū)＠暾埗济鞔_單獨(dú)地指出并入作為參考，且在此文中以其整體提出。此文所述的任何操作理論或數(shù)據(jù)僅用于幫助更好地理解本發(fā)明，不應(yīng)解釋為將后附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明范圍限制到任何陳述的理論或數(shù)據(jù)。盡管在附圖和前述說明書中詳細(xì)描述了本發(fā)明，但同樣認(rèn)為性質(zhì)上是解釋性，而非限制性，應(yīng)理解僅顯示和描述了優(yōu)選實(shí)施例，所有落入之前所述或此前闡述和/或下面權(quán)利要求書限定的本發(fā)明精神內(nèi)的變化、修改和等同都希望得到保護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括檢測內(nèi)燃機(jī)速度，發(fā)動(dòng)機(jī)包括具有壓縮機(jī)的渦輪增壓器，壓縮機(jī)包括入口和出口，出口連接發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣；檢測壓縮機(jī)的入口壓力和增壓壓力；根據(jù)內(nèi)燃機(jī)速度、入口壓力和增壓壓力確定對應(yīng)于渦輪增壓器速度的數(shù)值；和根據(jù)增壓壓力隨時(shí)間變化的函數(shù)精確所述數(shù)值，以便表示渦輪增壓器速度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其包括檢測壓縮機(jī)入口溫度；和基于入口溫度修正所述數(shù)值。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述確定包括確定入口壓力與增壓壓力之間的比值。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其包括過濾內(nèi)燃機(jī)速度。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述精確包括過濾增壓壓力。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述函數(shù)對應(yīng)于增壓壓力的時(shí)間導(dǎo)數(shù)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其包括檢測壓縮機(jī)入口溫度；基于入口溫度修正所述數(shù)值；過濾內(nèi)燃機(jī)速度；和根據(jù)入口壓力與增壓壓力之間的比值執(zhí)行所述確定。
8.一種方法，包括提供內(nèi)燃機(jī)，內(nèi)燃機(jī)包括渦輪增壓器，渦輪增壓器包括壓縮機(jī)，壓縮機(jī)具有連接發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣的出口；根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)速度和壓縮機(jī)壓力比確定渦輪增壓器速度估計(jì)；和根據(jù)壓縮機(jī)增壓壓力隨時(shí)間變化的函數(shù)調(diào)節(jié)渦輪增壓器速度估計(jì)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其包括對渦輪增壓器速度估計(jì)作溫度修正。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述壓力比是增壓壓力與壓縮機(jī)入口壓力之間的壓力比。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述函數(shù)對應(yīng)于增壓壓力的時(shí)間導(dǎo)數(shù)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，增壓壓力的時(shí)間導(dǎo)數(shù)由離散時(shí)間域關(guān)系表示。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其包括過濾發(fā)動(dòng)機(jī)速度和增壓壓力。
14.一種系統(tǒng)，包括內(nèi)燃機(jī)；速度傳感器，其用于提供表示發(fā)動(dòng)機(jī)速度的第一信號；渦輪增壓器，其包括具有入口和出口的壓縮機(jī)，所述出口連接發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣；壓力檢測裝置，用于提供表示壓縮機(jī)進(jìn)氣壓力的第二信號和表示壓縮機(jī)出口壓力的第三信號；和控制器，響應(yīng)于第一信號、第二信號和第三信號以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)速度和壓力比的函數(shù)確定數(shù)值，所述壓力比是進(jìn)氣壓力與出口壓力之間的壓力比，所述控制器用于基于出口壓力隨時(shí)間的變化調(diào)節(jié)所述數(shù)值，以便提供表示渦輪增壓器速度的第四信號。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，還包括溫度傳感器，其用于提供對應(yīng)于壓縮機(jī)入口溫度的第五信號。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器還用于根據(jù)所述入口溫度對所述數(shù)值作溫度修正。
17.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，壓縮機(jī)出口壓力變化以離散時(shí)間域關(guān)系為特征。
18.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，渦輪增壓器包括流體連通內(nèi)燃機(jī)排氣歧管的渦輪。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，還包括用于再循環(huán)廢氣的裝置，所述再循環(huán)裝置響應(yīng)于表示渦輪增壓器速度的第四信號。
20.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器包括用于過濾發(fā)動(dòng)機(jī)速度和壓縮機(jī)出口壓力的裝置。
21.一種設(shè)備，包括用于檢測內(nèi)燃機(jī)速度的裝置，發(fā)動(dòng)機(jī)包括具有壓縮機(jī)的渦輪增壓器，所述壓縮機(jī)包括入口和連接發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣的出口；用于過濾內(nèi)燃機(jī)速度的裝置；用于檢測渦輪增壓器壓縮機(jī)入口溫度、入口壓力和增壓壓力的裝置；用于過濾增壓壓力的裝置；用于根據(jù)內(nèi)燃機(jī)速度、入口壓力和增壓壓力確定對應(yīng)于未修正渦輪增壓器速度的數(shù)值的裝置；用于利用入口溫度修正所述數(shù)值的裝置，以便對應(yīng)于溫度修正的渦輪增壓器速度；和用于根據(jù)增壓壓力時(shí)間導(dǎo)數(shù)的函數(shù)精確所述數(shù)值的裝置，以便提供精確的渦輪增壓器速度。
全文摘要
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括具有渦輪增壓器的內(nèi)燃機(jī)。渦輪增壓器包括壓縮機(jī)和渦輪，壓縮機(jī)具有連接發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣的出口，渦輪連接發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣歧管。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)速度和壓縮機(jī)入口壓力與增壓壓力之間的比值確定渦輪增壓器速度估計(jì)。根據(jù)壓縮機(jī)增壓壓力隨時(shí)間的變化進(jìn)一步調(diào)節(jié)渦輪增壓器速度估計(jì)。
文檔編號F02D23/00GK101048584SQ200580034837
公開日2007年10月3日 申請日期2005年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月13日
發(fā)明者M·D·阿金斯, D·金, T·斯拉特, B·米爾博恩, G·帕塔基 申請人:卡明斯公司