專利名稱：用于操作渦輪增壓器的方法和控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于操作車輛內(nèi)燃機(jī)的渦輪增壓器的方法以及控制這種類型渦 輪增壓器的控制器。
背景技術(shù)：
渦輪增壓器包括連接到壓縮機(jī)的渦輪。通過壓縮機(jī)，環(huán)境空氣被吸入、壓縮到 更高壓力且供給至發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)的排放氣體被導(dǎo)向渦輪，在那里排放氣體被膨脹以驅(qū) 動壓縮機(jī)。為了控制被吸入環(huán)境空氣的壓力，設(shè)置用于旁路渦輪的旁路裝置，以使得渦 輪可被減少的排放氣體流操作。該旁路裝置通過所謂的廢氣門(waste gate)被打開和關(guān) 閉。廢氣門可被工作循環(huán)(duty cycle)的壓力促動，例如通過壓縮機(jī)后的環(huán)境空氣壓力。 廢氣門沿關(guān)閉方向被彈簧加載。由于彈簧力，需要極小的推進(jìn)壓力來打開給廢氣門，其 中該極小推進(jìn)壓力被稱為“基本推進(jìn)壓力”。渦輪增壓器推進(jìn)壓力控制僅可在基本推進(jìn) 壓力上執(zhí)行，因?yàn)閮H在該基本推進(jìn)壓力之上，廢氣門的打開和關(guān)閉可被控制。由于基本 推進(jìn)壓力限制了控制的可能性，基本推進(jìn)壓力對于提供良好的渦輪增壓器控制是重要的 因數(shù)。由此高度準(zhǔn)確地獲知基本推進(jìn)壓力是重要的。但是基本推進(jìn)壓力依賴于環(huán)境空氣 狀況，其不能被提前計(jì)算。已知提供一組標(biāo)準(zhǔn)狀況下的基本推進(jìn)壓力數(shù)值的表，和提供其它表來校正對于 環(huán)境狀況提供的基本推進(jìn)壓力數(shù)值。由此用于基于環(huán)境空氣溫度T提供校正因數(shù)的另一 表和用于基于環(huán)境空氣壓力P提供校正因數(shù)的另一表被提供。這種類型的控制方法的缺點(diǎn)在于，這些表必須通過借助于不同環(huán)境空氣溫度和 不同環(huán)境空氣壓力的多個試驗(yàn)校準(zhǔn)而得到，這需要較高工作量從而導(dǎo)致高成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種操作渦輪增壓器的方法以及控制器，由此可以基于基 本推進(jìn)壓力控制渦輪增壓器，該壓力被以簡單的方式具有高精度地接收。該目標(biāo)的解決是通過具有權(quán)利要求1的特征的方法以及通過權(quán)利要求8的控制器 而獲得。優(yōu)選實(shí)施例通過從屬權(quán)利要求給出。根據(jù)本發(fā)明的用于操作內(nèi)燃機(jī)的渦輪增壓器的方法包括提供一組基本推進(jìn)壓力 數(shù)值的步驟，該基本推進(jìn)壓力被用于打開用于渦輪增壓器的廢氣門，且在包括標(biāo)準(zhǔn)溫度 Ttl和標(biāo)準(zhǔn)壓力Ptl的標(biāo)準(zhǔn)狀況下得到。環(huán)境空氣溫度T被測量。環(huán)境空氣壓力P被測量。 環(huán)境空氣的密度P被基于數(shù)學(xué)公式計(jì)算，該公式使用了測量的環(huán)境空氣溫度T和測量的 環(huán)境空氣壓力P。標(biāo)準(zhǔn)狀況下的基本推進(jìn)壓力的提供的數(shù)值組的至少一點(diǎn)通過計(jì)算的密度 P基于校正因數(shù)被轉(zhuǎn)換為環(huán)境狀況下的基本推進(jìn)壓力的估計(jì)的數(shù)值組的至少一點(diǎn)。基本 推進(jìn)壓力的該至少一個估計(jì)的數(shù)值被用于控制渦輪增壓器。由于基本推進(jìn)壓力校正表的數(shù)學(xué)確定，其必須通過耗時的校準(zhǔn)得到，可被省 略，以使得可以基于基本推進(jìn)壓力控制渦輪增壓器，該基本推進(jìn)壓力被以高精度以簡化方式接收。用于標(biāo)準(zhǔn)狀況的基本推進(jìn)壓力的數(shù)值組可被精心制作一次。還可以主要使 用任意標(biāo)準(zhǔn)狀況。標(biāo)準(zhǔn)基本推進(jìn)數(shù)值組可被在幾乎每個大體恒定的環(huán)境空氣溫度和環(huán)境 空氣壓力下測量，因?yàn)閷?biāo)準(zhǔn)狀況的每個差別可被快速和容易地以高精度計(jì)算。標(biāo)準(zhǔn)狀 況下的基本推進(jìn)數(shù)值組可被作為表提供，該表包括多個關(guān)鍵點(diǎn)，在它們之間可插入附加 數(shù)值。如果標(biāo)準(zhǔn)狀況下的基本推進(jìn)壓力的數(shù)值組的全部或重要部分(significantpart)被轉(zhuǎn) 換，結(jié)果也可通過表來提供。設(shè)想的是，通過使用密度作為單獨(dú)擾動變量，同一時刻環(huán) 境空氣溫度和環(huán)境空氣壓力的影響可被考慮。此外，密度不被直接測量而是通過適當(dāng)?shù)?數(shù)學(xué)公式計(jì)算。不需要用于測量環(huán)境空氣的密度的復(fù)雜測量設(shè)備。容易地執(zhí)行溫度和壓 力測量足矣。特別觀察到，類似理想氣體定律的簡單公式足以確定環(huán)境空氣的密度和以 令人驚訝的高精度計(jì)算基本推進(jìn)壓力，盡管理想氣體定律主要僅在低壓和高溫下適用。 由于僅低計(jì)算功率和降低的儲存內(nèi)存就足夠了，渦輪增壓器的控制可通過較簡單和較便 宜的計(jì)算單元而被執(zhí)行和/或附加數(shù)據(jù)可被儲存用于進(jìn)一步改善控制。特別地，對于每個擋位，僅一組標(biāo)準(zhǔn)狀況下的基本推進(jìn)壓力的數(shù)據(jù)被提供。用 于不同擋位的渦輪增壓器的不同狀況可被考慮。由于這些組的數(shù)值中僅一組被需要，用 于管理不同數(shù)值組的工作不顯著增加。優(yōu)選地，對于所有前進(jìn)擋位，僅一組在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的基本推進(jìn)壓力的數(shù)值被提 供。更優(yōu)選地，對于所有的擋位，僅一組在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的基本推進(jìn)壓力的數(shù)值被提供。 使用的控制器的需要的儲存器和管理的工作可被最小化。特別地，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的基本推進(jìn)壓力的提供的數(shù)值組被對于不同發(fā)動機(jī)速度 給出。由于基本推進(jìn)壓力部分地以非線性方式依賴于發(fā)動機(jī)速度，依賴于發(fā)動機(jī)速度 的基本推進(jìn)壓力的測量的數(shù)值組對于確定實(shí)際可用的估計(jì)基本推進(jìn)壓力是非常有效的信 肩、O優(yōu)選地，用于計(jì)算密度的數(shù)學(xué)公式由數(shù)學(xué)描述的氣體定律得到?；诳茖W(xué)的公 式導(dǎo)致用于計(jì)算未知基本推進(jìn)壓力的非常精確的結(jié)果。特別地，基本推進(jìn)壓力是從理想 氣體定律和/或范德瓦爾斯方程和/或Redlich-Kwong-Soave方程得到。特別地，計(jì)算 實(shí)際基本推進(jìn)壓力的方式可被改變。在相當(dāng)?shù)偷膲毫拖喈?dāng)高的溫度下，理想氣體定律 可被使用，其中在較高壓力下，范德瓦爾斯方程和/或Redlich-Kwong-Soave方程可被使 用。范德瓦爾斯方程和/或Redlich-Kwong-Soave方程的參數(shù)對于環(huán)境空氣大體是恒定 的且可被儲存為常數(shù)?？梢砸来螆?zhí)行計(jì)算密度P的步驟和轉(zhuǎn)換提供的基本推進(jìn)壓力數(shù)值組的步驟。在 這種情況下，一個校正參數(shù)被計(jì)算，其與內(nèi)燃機(jī)的附加控制是有關(guān)的。在優(yōu)選實(shí)施例 中，計(jì)算密度P的步驟和轉(zhuǎn)換基本推進(jìn)壓力數(shù)值組的步驟通過使用校正因數(shù)而被大體同 時執(zhí)行，該校正因數(shù)是使用的數(shù)學(xué)公式的一部分。不必把密度P計(jì)算為特定數(shù)值。當(dāng) 使用理想氣體定律來計(jì)算實(shí)際基本推進(jìn)壓力時，可以把在標(biāo)準(zhǔn)狀況下特別是在特定發(fā)動 機(jī)速度下的基本推進(jìn)壓力數(shù)值乘以Ρ/Ρο和凡/τ。這兩個比的乘積對應(yīng)于在環(huán)境狀況和標(biāo) 準(zhǔn)狀況下的密度的比P/P。本發(fā)明還涉及用于控制內(nèi)燃機(jī)的渦輪增壓器的控制器，其中該控制器特別適用 于執(zhí)行前述方法。該控制器包括存儲器，該存儲器包括儲存的打開用于渦輪增壓器的 廢氣門所需的基本推進(jìn)壓力的數(shù)值組，其在包括標(biāo)準(zhǔn)溫度Ttl和標(biāo)準(zhǔn)壓力Ptl的標(biāo)準(zhǔn)狀況下得到；用于接收測量的環(huán)境空氣溫度T和測量的環(huán)境空氣壓力P的數(shù)據(jù)輸入端；計(jì)算單 元，用于基于數(shù)學(xué)公式使用測量的環(huán)境空氣溫度T和測量的環(huán)境空氣壓力P來計(jì)算環(huán)境空 氣密度P，和用于基于計(jì)算的密度P通過校正因數(shù)把在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的基本推進(jìn)壓力的提 供的數(shù)值組的至少一個點(diǎn)轉(zhuǎn)換為環(huán)境空氣狀況下的基本推進(jìn)壓力的估計(jì)的數(shù)值組的至少 一個點(diǎn)，和控制元件，用于基于至少一個基本推進(jìn)壓力的估計(jì)的數(shù)值操作廢氣門。由于 基本推進(jìn)壓力校正表的數(shù)學(xué)確定，其必須通過耗時的校準(zhǔn)得到，可被省略，以使得可以 基于基本推進(jìn)壓力控制渦輪增壓器，其以簡化的方式高精度地被接收。該控制器可進(jìn)一 步如前所述關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的方法那樣被設(shè)計(jì)。特別地，用于測量環(huán)境空氣溫度T的溫度傳感器和用于測量環(huán)境空氣壓力P的壓 力傳感器被連接到數(shù)據(jù)輸入端。特別地，通過傳感器至數(shù)據(jù)輸入端的直接連接，控制器 可非?？焖俚乜紤]變化的環(huán)境狀況，從而導(dǎo)致增加的控制性能。本發(fā)明還涉及用于內(nèi)燃機(jī)的渦輪增壓器。該渦輪增壓器包括連接到壓縮機(jī)的渦 輪、用于旁路渦輪的廢氣門和用于控制廢氣門的控制器，其中，控制器可被如前所述地 設(shè)計(jì)。由于基本推進(jìn)校正表的數(shù)學(xué)確定，其必須用過耗時的校準(zhǔn)得到，可被省略，以使 得可以基于基本推進(jìn)壓力控制渦輪增壓器，該基本推進(jìn)壓力被以簡化的方式以高精度接 收。


通過參考下面的優(yōu)選實(shí)施例的說明，本發(fā)明的這些和其它方面將變得明白。在 附圖中圖1是內(nèi)燃機(jī)的示意性概念圖；圖2是測量的基本推進(jìn)壓力的示意圖；以及圖3是圖2的校正后的基本推進(jìn)壓力的示意圖。附圖標(biāo)記10內(nèi)燃機(jī)12渦輪增壓器14 渦輪16壓縮機(jī)18 車由20進(jìn)氣通道22發(fā)動機(jī)24排氣通道26旁路裝置28廢氣門30廢氣門促動器32 彈簧34推進(jìn)管線36推進(jìn)閥38控制器
40數(shù)據(jù)線42估計(jì)的數(shù)值組/測量的數(shù)值組44基本推進(jìn)壓力46發(fā)動機(jī)速度48提供的數(shù)值組/校正的數(shù)值組
具體實(shí)施例方式如圖1所示，內(nèi)燃機(jī)10包括渦輪增壓器12。渦輪增壓器12包括經(jīng)由軸18驅(qū)動 壓縮機(jī)16的渦輪14。經(jīng)由進(jìn)氣通道20，環(huán)境空氣被壓縮機(jī)16壓縮且引導(dǎo)至發(fā)動機(jī)22。 經(jīng)由排氣通道24，來自發(fā)動機(jī)22的排放氣體可被引導(dǎo)通過渦輪14。一部分排放氣體經(jīng) 由旁路裝置26而繞過渦輪14。旁路裝置26通過廢氣門28而被打開和關(guān)閉，廢氣門是通 過廢氣門促動器30操作的。廢氣門促動器30通過彈簧32而被沿廢氣門28的關(guān)閉方向 彈簧加載。為了打開廢氣門28，必須克服彈簧32的彈簧力。壓力經(jīng)由推進(jìn)管線34而被 施加至廢氣門促動器30。推進(jìn)管線34經(jīng)由推進(jìn)閥36而受到來自進(jìn)氣通道20的壓力。 推進(jìn)閥36是用于操作廢氣門28的控制元件。為了控制渦輪增壓器12，推進(jìn)閥36被控 制器38控制?？刂破?8經(jīng)由數(shù)據(jù)線40接收關(guān)于環(huán)境空氣的環(huán)境空氣壓力和環(huán)境空氣溫 度的數(shù)據(jù)。通過接收的數(shù)據(jù)，控制器38通過數(shù)學(xué)公式校正特定標(biāo)準(zhǔn)狀況下的打開廢氣門 28所需的基本推進(jìn)壓力的儲存的數(shù)值組。在圖2中，示出了不同擋位和不同溫度和不同壓力下的基本推進(jìn)壓力的多個數(shù) 值組42，其中基本推進(jìn)壓力44被以KPa為單位相對于以rpm為單位的發(fā)動機(jī)速度繪出。 與圖2相比較，在圖3中，數(shù)值組42通過理想氣體定律而被轉(zhuǎn)換為在關(guān)于溫度和壓力的 相同標(biāo)準(zhǔn)狀況下的校正的基本推進(jìn)壓力數(shù)值組48。圖2中的校正的數(shù)值組48潰縮為大體 一條線，在不同的校正的數(shù)值組48的數(shù)值中僅有較低的差別。這意味著可以使用一組在 標(biāo)準(zhǔn)狀況下的基本推進(jìn)壓力的數(shù)值48作為提供的數(shù)值組48來通過數(shù)學(xué)公式計(jì)算任意估計(jì) 的基本推進(jìn)數(shù)值組42，其可基于理想氣體定律。
權(quán)利要求
1.一種用于操作內(nèi)燃機(jī)(10)的渦輪增壓器(12)的方法，包括步驟提供打開渦輪增壓器(12)的廢氣門(28)所需的基本推進(jìn)壓力(44)的數(shù)值組(48)， 其在包括標(biāo)準(zhǔn)溫度Ttl和標(biāo)準(zhǔn)壓力Ptl的標(biāo)準(zhǔn)狀況下得到；測量環(huán)境空氣溫度T ；測量環(huán)境空氣壓力P ；使用測量的環(huán)境空氣溫度T和測量的環(huán)境空氣壓力P基于數(shù)學(xué)公式計(jì)算環(huán)境空氣密度 (P)；將標(biāo)準(zhǔn)狀況下的基本推進(jìn)壓力(44)的提供的數(shù)值組(48)中的至少一個點(diǎn)通過基于計(jì) 算的密度(P)的校正因數(shù)轉(zhuǎn)換為環(huán)境狀況下的基本推進(jìn)壓力(44)的估計(jì)的數(shù)值組(42) 中的至少一個點(diǎn)；和使用基本推進(jìn)壓力的該至少一個估計(jì)的數(shù)值(42)來控制渦輪增壓器(12)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，對于每個檔位，僅提供標(biāo)準(zhǔn)狀況下的基本推進(jìn)壓 力(44)的一組數(shù)值(48)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，對于所有前進(jìn)擋位，僅提供標(biāo)準(zhǔn)狀況下的基本推 進(jìn)壓力(44)的一組數(shù)值(48)。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其中，標(biāo)準(zhǔn)狀況下的基本推進(jìn)壓力(44) 的所述提供的數(shù)值組(48)被給出用于不同的發(fā)動機(jī)速度(46)。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中用于計(jì)算密度(P)的數(shù)學(xué)公式由數(shù) 學(xué)描述的氣體定律得到。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，數(shù)學(xué)公式是由理想氣體定律和/或范德瓦爾斯方 程和/或Redlich-Kwong-Soave方程得到。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其中，計(jì)算密度(P)的步驟和轉(zhuǎn)換基本 推進(jìn)壓力(44)的提供的數(shù)值組(48)的步驟通過使用校正因數(shù)大體同時執(zhí)行，該校正因數(shù) 是使用的數(shù)學(xué)公式的一部分。
8.—種用于控制內(nèi)燃機(jī)(10)的渦輪增壓器(12)的控制器，特別用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要 求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，包括存儲器，包括儲存的打開用于渦輪增壓器(12)的廢氣門(28)所需的基本推進(jìn)壓力 (44)的數(shù)值組(48)，該數(shù)值組在包括標(biāo)準(zhǔn)溫度Ttl和標(biāo)準(zhǔn)壓力Ptl的標(biāo)準(zhǔn)狀況下得到；數(shù)據(jù)輸入端，用于接收測量的環(huán)境空氣溫度T和測量的環(huán)境空氣壓力P ；計(jì)算單元，用于使用測量的環(huán)境空氣溫度T和測量的環(huán)境空氣壓力P基于數(shù)學(xué)公式 計(jì)算環(huán)境空氣的密度(P)，和用于把標(biāo)準(zhǔn)狀況下的基本推進(jìn)壓力(44)的提供的數(shù)值組 (48)的至少一個點(diǎn)通過基于計(jì)算的密度(P)的校正因數(shù)轉(zhuǎn)換為環(huán)境狀況下的基本推進(jìn)壓 力(44)的估計(jì)的數(shù)值組(42)的至少一個點(diǎn)；和控制元件(36)，用于基于基本推進(jìn)壓力(44)的至少一個估計(jì)的數(shù)值(42)來操作廢氣 門(28)。
9.如權(quán)利要求8所述的控制器，其中，用于測量環(huán)境空氣溫度T的溫度傳感器和用于 測量環(huán)境空氣壓力P的壓力傳感器被連接至數(shù)據(jù)輸入端。
10.—種用于內(nèi)燃機(jī)(10)的渦輪增壓器，包括連接到壓縮機(jī)(16)的渦輪(14)、用于 旁路該渦輪(14)的廢氣門(28)和根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的用于控制廢氣門(28)的控制 器(38)。
全文摘要
一種用于操作內(nèi)燃機(jī)(10)的渦輪增壓器(12)的方法，包括步驟提供打開渦輪增壓器(12)的廢氣門(28)所需的基本推進(jìn)壓力(44)的數(shù)值組(48)，其在包括標(biāo)準(zhǔn)溫度T0和標(biāo)準(zhǔn)壓力P0的標(biāo)準(zhǔn)狀況下得到。測量環(huán)境空氣溫度T。測量環(huán)境空氣壓力P。使用測量的環(huán)境空氣溫度T和測量的環(huán)境空氣壓力P基于數(shù)學(xué)公式計(jì)算環(huán)境空氣密度ρ。將標(biāo)準(zhǔn)狀況下的基本推進(jìn)壓力(44)的提供的數(shù)值組(48)中的至少一個點(diǎn)基于計(jì)算的密度ρ通過校正因數(shù)轉(zhuǎn)換為環(huán)境狀況下的基本推進(jìn)壓力(44)的估計(jì)的數(shù)值組(42)中的至少一個點(diǎn)。和使用基本推進(jìn)壓力的該至少一個校正的數(shù)值(42)來控制渦輪增壓器(12)。由于基本推進(jìn)壓力(44)校正表的數(shù)學(xué)確定，其必須通過耗時的校準(zhǔn)得到，可被省略，以使得可以基于基本推進(jìn)壓力(44)控制渦輪增壓器(12)，該基本推進(jìn)壓力(44)被以簡化的方式以高精度接收。
文檔編號F02B37/12GK102011641SQ20101027773
公開日2011年4月13日 申請日期2010年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月8日
發(fā)明者埃里克·詹森, 珀·安德森 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司