專利名稱：增壓內(nèi)燃機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于增壓內(nèi)燃機的控制和調(diào)節(jié)方法，在其中在高功率區(qū)域中將增壓空氣經(jīng)由由低壓級以及高壓級構(gòu)成的兩級增壓預壓縮地輸送給內(nèi)燃機并且在其中在低功率區(qū)域中將經(jīng)由兩級增壓所預壓縮的增壓空氣經(jīng)由作為第三增壓級的壓縮機再壓縮地輸送給內(nèi)燃機。此外，本發(fā)明涉及一種相應匹配的增壓組件(Aufladegruppe)。
背景技術：
從文件DE 199 05 112 Al中已知一種帶有廢氣渦輪增壓器的內(nèi)燃機，在其中為了改善響應特性將預壓縮的空氣經(jīng)由壓縮機、例如魯茨壓縮機再壓縮。平行于壓縮機布置有旁通閥，其在低發(fā)動機轉(zhuǎn)速時被關閉而在廢氣渦輪增壓器的功率足夠時被打開。受系統(tǒng)限制，利用該增壓僅可體現(xiàn)較少的發(fā)動機功率，這例如對于履帶式車輛是不夠的。此外，對于設置在內(nèi)燃機的公稱功率點處的單級增壓出現(xiàn)該問題，即廢氣渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速由于物理 上的聯(lián)系隨著增加的測地學高度而上升。因此對于較高的測地學高度必須強烈降低內(nèi)燃機的功率，如這例如文件DE 10 2006 008 356 Al所提出的那樣。另一方面關于發(fā)動機功率不希望對于較低的測地學高度將單級的增壓調(diào)節(jié)到較低的增壓壓力上。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明目的在于設計一種增壓的內(nèi)燃機，其獨立于測地學高度提供高的發(fā)動機功率。該目的將通過帶有權(quán)利要求I的特征的控制和調(diào)節(jié)方法及帶有權(quán)利要求7的特征的相應匹配的增壓組件來實現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中示出設計方案。在根據(jù)本發(fā)明的控制和調(diào)節(jié)方法中，在高功率區(qū)域中將增壓空氣經(jīng)由由低壓級和高壓級構(gòu)成的兩級增壓預壓縮地輸送給內(nèi)燃機。在低功率區(qū)域中將經(jīng)由兩級增壓所預壓縮的增壓空氣經(jīng)由作為第三增壓級的壓縮機再壓縮地輸送給內(nèi)燃機。在此，通過從額定增壓壓力以及實際增壓壓力來計算調(diào)節(jié)偏差，關閉用于繞過高壓渦輪機的渦輪機旁通閥并且根據(jù)調(diào)節(jié)偏差來操控用于繞過壓縮機的壓縮機旁通閥，來在低功率區(qū)域中調(diào)節(jié)增壓壓力。在低功率區(qū)域中即實現(xiàn)受調(diào)節(jié)的三級增壓。通過打開壓縮機旁通閥并且根據(jù)調(diào)節(jié)偏差來操控用于繞過高壓渦輪機的渦輪機旁通閥，來在高功率區(qū)域中調(diào)節(jié)增壓壓力。這對應于二級調(diào)節(jié)的增壓。低效率區(qū)域經(jīng)由內(nèi)燃機的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速以及壓縮機的極限轉(zhuǎn)速來限定，而高功率區(qū)域經(jīng)由極限轉(zhuǎn)速以及內(nèi)燃機的最大轉(zhuǎn)速來限定。在二級調(diào)節(jié)的增壓中，低壓級和高壓級的廢氣渦輪增壓器以該方式來設置，使得在額定功率時兩級主動參與增壓壓力建立。構(gòu)件的負載和轉(zhuǎn)速水平強烈降低，由此使能夠在不降低功率的情況下也在高測地學高度中體現(xiàn)非常高的發(fā)動機功率。低壓級和高壓級的廢氣渦輪增壓器以之前所說明的方式的設計引起，可用的扭矩在低轉(zhuǎn)速時顯著減小。這里現(xiàn)在激活壓縮機作為串聯(lián)的第三增壓級，由此消除功率減小。除了高的峰值功率以及高的平均壓力之外有利的是，在低發(fā)動機轉(zhuǎn)速時實現(xiàn)快速的增壓壓力建立并且恰在測地學高度增加時取消功率減小。


在附圖中示出優(yōu)選的實施例。其中
圖I顯不系統(tǒng)圖，
圖2顯示發(fā)動機特性場，
圖3顯示調(diào)節(jié)回路以及 圖4顯示程序-流程圖。
具體實施例方式圖I顯示了帶有增壓組件的內(nèi)燃機I的系統(tǒng)圖。增壓組件包括低壓級ND、高壓級 HD和壓縮機2。低壓級ND對應于第一增壓級。高壓級HD對應于第二增壓級而壓縮機2那么對應于第三增壓級。低壓級ND包括至少一個廢氣渦輪增壓器。在示出的實施例中低壓級ND包括第一廢氣渦輪增壓器3和第二廢氣渦輪增壓器4，而高壓級HD具有僅僅一個廢氣渦輪增壓器5。每個廢氣渦輪增壓器由用于輸送增壓空氣的壓縮器和由廢氣加載的渦輪機構(gòu)成，例如壓縮器6和高壓級HD的高壓渦輪機7。平行于高壓級HD的高壓渦輪機7布置有可電氣操控的渦輪機旁通閥8。平行意味著，一廢氣支流可流過高壓渦輪機7而一廢氣支流可流過渦輪機旁通閥8。平行于壓縮機2布置有可電氣操控的壓縮機旁通閥9。壓縮機2借助于傳動裝置10 (例如帶有離合器(Kupplung)的齒輪級)由內(nèi)燃機I來驅(qū)動。內(nèi)燃機I和增壓組件經(jīng)由發(fā)動機控制器11 (ECT)來控制，其包括微機系統(tǒng)的常用組成部分，例如微處理器、I/o模塊(Baustein)、緩存器(Puffer)和存儲器模塊(EEPR0M、RAM)。在存儲器模塊中，對于內(nèi)燃機I和增壓組件的運行相關的運行參數(shù)應用于特性場/特性曲線中?？刂破?1經(jīng)由這些從輸入?yún)?shù)計算輸出參數(shù)。在圖I中作為發(fā)動機控制器11的輸入?yún)?shù)示范性地示出發(fā)動機轉(zhuǎn)速nMOT、增壓壓力pLL和參數(shù)EIN。參數(shù)EIN代表另外的輸入信號，例如油溫或燃料溫度。當應監(jiān)視兩個旁通閥時，壓縮機旁通閥9的開度OKBP和渦輪機旁通閥8的開度OTBP是發(fā)動機控制器11的可選的輸入?yún)?shù)。電子的發(fā)動機控制器11的所示出的輸出參數(shù)是用于操控壓縮機旁通閥9的信號KBP、用于操控渦輪機旁通閥8的信號TBP和信號AUS。信號AUS代表另外的用于控制和調(diào)節(jié)內(nèi)燃機I的調(diào)整信號，例如噴射器的噴射開始/噴射持續(xù)時間或用于在共軌系統(tǒng)中操控抽吸節(jié)流(Saugdrossel)的信號。經(jīng)由低壓級ND將環(huán)境空氣UL在第一增壓級中壓縮到第一壓力水平，例如在
I.8-2. 9bar的范圍中。該增壓空氣然后流過第一增壓空氣冷卻器12并且在高壓級HD中被壓縮到第二壓力水平，例如在3-4bar的范圍中。之后增壓空氣在第二增壓空氣冷卻器13中再次被冷卻。在壓縮機旁通閥9關閉時，增壓空氣那么在第三增壓級中借助于壓縮機2來壓縮(pLLMbar)并且經(jīng)由內(nèi)燃機I的兩個增壓空氣管路14、15來輸送。在燃燒過程之后將廢氣從內(nèi)燃機I的氣缸中經(jīng)由廢氣管路16輸送給高壓級HD的高壓渦輪機7。在渦輪機旁通閥8關閉時所有廢氣體積流量流過高壓渦輪機7。之后，緩和的廢氣平行地被引導到低壓級ND的兩個渦輪機上。本發(fā)明現(xiàn)在設置成，在低功率區(qū)域中經(jīng)由低壓級ND以及高壓級HD來預壓縮增壓空氣并且接下來經(jīng)由作為第三增壓級的壓縮機2來再壓縮已預壓縮的增壓空氣。這對應于三級增壓。通過從額定增壓壓力以及實際增壓壓力來計算調(diào)節(jié)偏差，完全關閉用于繞過高壓渦輪機7的渦輪機旁通閥8并且獨立于調(diào)節(jié)偏差來操控壓縮機旁通閥9，來在低功率區(qū)域中調(diào)節(jié)增壓壓力pLL。通過完全打開壓縮機旁通閥9并且根據(jù)調(diào)節(jié)偏差來操控用于繞過高壓渦輪機7的渦輪機旁通閥8，來在高功率區(qū)域中調(diào)節(jié)增壓壓力pLL。這對應于二級調(diào)節(jié)的增壓。圖2顯示了以發(fā)動機轉(zhuǎn)速nMOT為橫坐標和發(fā)動機扭矩Md為縱坐標的發(fā)動機特性場。發(fā)動機扭矩Md經(jīng)由DBR曲線17來限制，其表示內(nèi)燃機I的最大允許平均壓力。在發(fā)動機特性場中，以陰影線繪出低功率區(qū)域NLB。在低功率區(qū)域NLB中激活由低壓級、高壓級和壓縮機構(gòu)成的三級增壓。低功率區(qū)域NLB在內(nèi)燃機I的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速nLL、典型地nLL=700 1/min處開始，而在極限轉(zhuǎn)速nGW、例如nGW=2500 1/min處結(jié)束。極限轉(zhuǎn)速nGW 由壓縮機的最大允許轉(zhuǎn)速、即其極限轉(zhuǎn)速和傳動裝置的傳動比得出。在低功率區(qū)域中完全關閉渦輪機旁通閥，而根據(jù)增壓壓力的調(diào)節(jié)偏差來調(diào)節(jié)壓縮機旁通閥。在轉(zhuǎn)換特性曲線(Umschaltkennlinie) 18上方、即在發(fā)動機扭矩nMOT增加的方向上,高功率區(qū)域HLB開始。高功率區(qū)域HLB延伸直至最大發(fā)動機轉(zhuǎn)速ηΜΑΧ。在高功率區(qū)域HLB中，由低壓級和高壓級構(gòu)成的兩級增壓是激活的。作為第三增壓級的壓縮機不激活，因為壓縮機旁通閥完全打開。在高功率區(qū)域HLB中根據(jù)增壓壓力的偏差經(jīng)由渦輪機旁通閥來調(diào)節(jié)增壓壓力?？蛇x地設置成，轉(zhuǎn)換特性曲線18由公差帶圍繞，以便能夠?qū)Ω淖兊沫h(huán)境條件做出反應。在附圖中以點劃線繪出公差帶。圖3顯示了用于調(diào)節(jié)增壓壓力pLL的調(diào)節(jié)回路。輸入?yún)?shù)、即指導參數(shù)是額定增壓壓力PLL(SL)。調(diào)節(jié)回路的輸出參數(shù)是增壓壓力pLL的原始值(Rohwert)。其在增壓空氣管路(圖I :15)中經(jīng)由傳感器來獲取、經(jīng)由軟件過濾器來過濾并且被設為實際增壓壓力PLL(IST)。那么在總和點A處由增壓壓力的額定-實際偏差來計算調(diào)節(jié)偏差印。至少帶有PI特性的增壓壓力調(diào)節(jié)器19從調(diào)節(jié)偏差ep確定調(diào)整參數(shù)SG。調(diào)整參數(shù)SG經(jīng)由限制部(Begrenzung) 22的第一信號路徑(Signalpfad) 20且經(jīng)由第二信號路徑21被輸送給功能塊23。經(jīng)由第一信號路徑20來限制調(diào)整參數(shù)SG并且操控渦輪機旁通閥8，操控信號TBP。經(jīng)由第二信號路徑21在功能塊23中繼續(xù)處理調(diào)整參數(shù)SG，經(jīng)由限制部24來限制并且操控壓縮機旁通閥9，操控信號KBP。經(jīng)由功能塊23引起，當渦輪機旁通閥8完全關閉時，那么增壓壓力調(diào)節(jié)器19僅訪問壓縮機旁通閥9。如從圖3的圖示中明顯可見，在三級增壓中增壓壓力的調(diào)節(jié)可被集成到存在在增壓壓力調(diào)節(jié)回路中。因此簡單地執(zhí)行到發(fā)動機軟件中是有利的。圖4顯示了作為子程序UP的該方法的程序-流程圖。在SI中讀入額定增壓壓力(SL),其通常經(jīng)由特性曲線/特性場至少根據(jù)功率期望(Leistungswunsch)來計算。之后在S2中從原始值計算實際增壓壓力pLL(IST)并且在S3中與額定增壓壓力pLL(SL)比較。這對應于調(diào)節(jié)偏差ep。根據(jù)調(diào)節(jié)偏差ep，增壓壓力調(diào)節(jié)器在S4中確定其調(diào)整參數(shù)SG。接下來檢查調(diào)整參數(shù)SG是否大于或者等于極限值，例如90度開啟角。如果調(diào)整參數(shù)SG小于極限值，則詢問結(jié)果S5 :否，由此，通過經(jīng)由操控信號KBP完全打開壓縮機旁通閥，在S6中使帶有壓縮機的第三增壓級無效。預壓縮的增壓空氣現(xiàn)在在高壓級之后在繞過壓縮機的情況下被直接輸送給內(nèi)燃機。在S7中那么根據(jù)調(diào)節(jié)偏差ep經(jīng)由操控信號TBP來調(diào)節(jié)渦輪機旁通閥。這對應于帶有二級調(diào)節(jié)的增壓的高功率區(qū)域HLB。之后該程序路徑結(jié)束并且返回到主程序中。如果反之在S5中確定調(diào)整參數(shù)SG大于或者等于極限值，詢問結(jié)果S5 :是，則在S8中經(jīng)由操控信號TBP完全關閉渦輪機旁通閥且在S9中根據(jù)調(diào)節(jié)偏差ep經(jīng)由操控信號KBP來調(diào)節(jié)壓縮機旁通閥。這對應于帶有三級調(diào)節(jié)的增壓的低過濾區(qū)域NLB。之后返回到主程序中。本發(fā)明可在以下點中被改變，而不改變本發(fā)明的本質(zhì)
-代替由內(nèi)燃機也可由電動機來驅(qū)動壓縮機。壓縮機的輸送功率和因此增壓空氣PLL的壓力水平那么經(jīng)由電動機的轉(zhuǎn)速來確定。那么壓縮機旁通閥9僅還在高功率區(qū)域中滿足旁通功能。電動機由發(fā)動機控制器經(jīng)由PWM信號來操控；
-壓縮機可是廢氣渦輪增壓器的一部分，這意味著，取消壓縮機的機械的或電氣的驅(qū)
動；
-代替增壓空氣PLL的壓力水平可使用空氣質(zhì)量或者空燃比作為調(diào)節(jié)參數(shù)，其中在與增壓空氣PLL的壓力水平相同的部位處探測空氣質(zhì)量而在低壓級的渦輪機下游測量空燃比；
-兩個旁通閥的操控可經(jīng)由氣動的控制壓力實現(xiàn)。附圖標記清單 I內(nèi)燃機
2壓縮機
3第一廢氣渦輪增壓器(低壓級ND)
4第二廢氣渦輪增壓器(低壓級ND)
5廢氣渦輪增壓器高壓級(HD)
6壓縮器 7高壓渦輪機 8潤輪機旁通閥 9壓縮機旁通閥 10傳動裝置 11發(fā)動機控制器 12第一增壓空氣冷卻器 13第二增壓空氣冷卻器 14增壓空氣管路 15增壓空氣管路 16廢氣管路 17 DBR曲線 18轉(zhuǎn)換特性曲線 19增壓壓力調(diào)節(jié)器 20第一信號路徑 21第二信號路徑 22限制部23功能塊24限制部 。
權(quán)利要求
1.一種用于增壓內(nèi)燃機(I)的控制和調(diào)節(jié)方法，在其中在高功率區(qū)域(HLB)中將增壓空氣經(jīng)由由低壓級(ND)以及高壓級(HD)構(gòu)成的兩級增壓預壓縮地輸送給所述內(nèi)燃機(I)并且在其中在低功率區(qū)域(NLB)中將經(jīng)由兩級增壓所預壓縮的所述增壓空氣經(jīng)由作為第三增壓級的壓縮機(2)再壓縮地輸送給所述內(nèi)燃機(I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，通過從額定增壓壓力(pLL(SL))以及實際增壓壓力(pLL(IST))來計算調(diào)節(jié)偏差(印)，關閉用于繞過高壓渦輪機(7)的渦輪機旁通閥(8)并且根據(jù)所述調(diào)節(jié)偏差(ep)來操控用于繞過壓縮機(2)的壓縮機旁通閥(9)，來在所述低功率區(qū)域(NLB)中調(diào)節(jié)增壓壓力(PLL)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，通過打開所述壓縮機旁通閥(9)并且根據(jù)所述調(diào)節(jié)偏差(ep)來操控用于繞過所述高壓渦輪機(7)的所述渦輪機旁通閥(8)，來在所述高功率區(qū)域(HLB)中調(diào)節(jié)增壓壓力(PLL)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述低功率區(qū)域(NLB)經(jīng)由所述內(nèi)燃機(I)的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速(nLL)以及所述壓縮機(2)的極限轉(zhuǎn)速來限定，而所述高功率區(qū)域(HLB)經(jīng)由所述極限轉(zhuǎn)速以及所述內(nèi)燃機(I)的最大轉(zhuǎn)速(nMAX)來限定。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，通過從額定增壓壓力(pLL(SL))以及實際增壓壓力(pLL(IST))計算調(diào)節(jié)偏差(ep)，關閉用于繞過所述高壓渦輪機(7)的渦輪機旁通閥(8)并且根據(jù)所述調(diào)節(jié)偏差(ep)來調(diào)節(jié)所述壓縮機(2)的轉(zhuǎn)速，來在所述低功率區(qū)域(NLB)中調(diào)節(jié)所述增壓壓力(pLL)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述渦輪機旁通閥(8)的開度(OTBP)和所述壓縮機旁通閥(9)的開度(OKBP)作為反饋參數(shù)由電子的發(fā)動機控制器(II)來監(jiān)視。
7.一種用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法的增壓組件，其特征在于，所述內(nèi)燃機(I)機械地驅(qū)動所述壓縮機(2)，平行于所述壓縮機(2)布置有用于繞過所述壓縮機(2)的壓縮機旁通閥(9)而平行于所述高壓渦輪機(7)布置有用于繞過所述高壓渦輪機(7)的渦輪機旁通閥⑶。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的增壓組件，其特征在于，在所述低功率區(qū)域(NLB)中所述渦輪機旁通閥(8)關閉并且所述增壓壓力的調(diào)節(jié)偏差(ep)確定所述壓縮機旁通閥(9)的開度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的增壓組件，其特征在于，在所述高功率區(qū)域(HLB)中所述壓縮機旁通閥(9)完全打開并且所述增壓壓力的調(diào)節(jié)偏差(ep)確定所述渦輪機旁通閥(8)的開度。
10.一種用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法的增壓組件，其特征在于，電動機驅(qū)動所述壓縮機(2)并且所述增壓壓力的調(diào)節(jié)偏差(ep)確定所述電動機的轉(zhuǎn)速。
全文摘要
提出一種用于增壓內(nèi)燃機的控制和調(diào)節(jié)方法，在其中在高功率區(qū)域(HLB)中將增壓空氣經(jīng)由由低壓級以及高壓級構(gòu)成的兩級增壓預壓縮地輸送給內(nèi)燃機并且在其中在低功率區(qū)域(NLB)中將經(jīng)由兩級增壓所預壓縮的增壓空氣經(jīng)由作為第三增壓級的壓縮機再壓縮地輸送給內(nèi)燃機。
文檔編號F02D41/00GK102822480SQ201180009364
公開日2012年12月12日 申請日期2011年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月11日
發(fā)明者A.弗洛爾 申請人:Mtu 腓特烈港有限責任公司