用于基于模型的升壓控制的渦輪膨脹比估計的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于渦輪增壓器的基于模型的升壓控制，并且更具體來說，涉及估計 渦輪膨脹比以產生控制用于渦輪增壓器的升壓壓力的渦輪葉片位置控制命令。
【背景技術】
[0002] 用于如今的發(fā)動機系統(tǒng)的常規(guī)控制系統(tǒng)具有若干校準表以處理若干不同的操作 條件。此外，為了確保發(fā)動機系統(tǒng)的準確控制，這些表中的值必須針對每個特定發(fā)動機系統(tǒng) 進行準確地校準。隨著如今的發(fā)動機系統(tǒng)日益增長的復雜性，變得更加難以校準用于產生 控制命令(諸如控制用于渦輪增壓器的升壓壓力的渦輪葉片位置控制命令）的若干不同表 中的若干設定點。因此，需要提供減少在產生控制命令時使用的校準表的數(shù)量的方法和系 統(tǒng)。

【發(fā)明內容】

[0003] 在本發(fā)明的一個示例性實施例中，提供一種用于控制發(fā)動機系統(tǒng)的渦輪以實現(xiàn)所 需升壓壓力的方法。方法通過使用用于渦輪與發(fā)動機系統(tǒng)的壓縮機之間的功率平衡的模型 基于所需的升壓壓力來確定所需的排氣壓力。方法基于所需的排氣壓力與測量出的渦輪出 口壓力的比率來產生用于控制渦輪葉片的位置的基礎命令。
[0004] 在本發(fā)明的另一個示例性實施例中，提供一種發(fā)動機系統(tǒng)，該發(fā)動機系統(tǒng)包括發(fā) 動機、由來自發(fā)動機的排氣驅動的渦輪、由渦輪驅動的壓縮機以及用于控制渦輪以實現(xiàn)所 需的升壓壓力的控制模塊?？刂颇K被配置成通過使用用于渦輪與發(fā)動機系統(tǒng)的壓縮機之 間的功率平衡的模型基于所需的升壓壓力來確定所需的排氣壓力?？刂颇K被進一步配置 成基于所需的排氣壓力與測量出的渦輪出口壓力的比率來產生用于控制渦輪葉片的位置 的基礎命令。
[0005] 在本發(fā)明的又一個示例性實施例中，提供一種用于控制發(fā)動機系統(tǒng)的渦輪以實現(xiàn) 所需的升壓壓力的控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)包括配置成通過使用用于渦輪與發(fā)動機系統(tǒng)的壓縮 機之間的功率平衡的模型基于所需的升壓壓力來確定所需的排氣壓力的第一模塊?？刂葡?統(tǒng)進一步包括配置成基于所需的排氣壓力與測量出的渦輪出口壓力的比率來產生用于控 制渦輪葉片的位置的基礎命令的第二模塊。
[0006] 本發(fā)明包括以下方案： 1. 一種用于控制發(fā)動機系統(tǒng)的渦輪以實現(xiàn)所需的升壓壓力的方法，所述方法包括： 通過使用用于渦輪與發(fā)動機系統(tǒng)的壓縮機之間的功率平衡的模型基于所述所需的升 壓壓力來確定所需的排氣壓力；以及 基于所述所需的排氣壓力與測量出的渦輪出口壓力的比率來產生用于控制渦輪的葉 片的位置的基礎命令。
[0007] 2.如方案1所述的方法，其進一步包括： 基于所述所需的升壓壓力與測量出的升壓壓力之間的差異產生補償命令； 基于所述基礎命令和所述補償命令產生最終命令；以及 將所述最終命令發(fā)送到所述渦輪以控制所述渦輪。
[0008] 3.如方案1所述的方法，其中所述渦輪是可變幾何渦輪（VGT)。
[0009] 4.如方案1所述的方法，其中確定所述所需的排氣壓力包括使用以下方程：
其中，式中是所需的排氣壓力；/^是測量出的渦輪出口壓力，％是估計出的排 氣流速，是排氣的估計出的溫度，Ασ是測量出的渦輪出口壓力，/U,是將由所述壓縮機 產生的所需功率，并且4是排氣焓流。
[0010] 5.如方案1所述的方法，其中產生所述基礎命令包括使用函數(shù)
，其中是估計出的排氣壓力；是測量出的渦輪出口壓 力，是渦輪膨脹比，翻T是排氣流速，4是估計出的排氣溫度，并且礙理想氣體常 數(shù)。
[0011] 6.如方案1所述的方法，其進一步包括通過使用用于估計出的渦輪膨脹比值的 查找表來估計所述所需的排氣壓力與所述測量出的渦輪出口壓力的比率，所述估計出的渦 輪膨脹比值由所述發(fā)動機系統(tǒng)的發(fā)動機的不同速度值和不同的所需壓縮機壓力比值來索 引。
[0012] 7.如方案6所述的方法，其進一步包括通過使用用于估計出的渦輪膨脹比值的 查找表來估計所述所需的排氣壓力與所述測量出的渦輪出口壓力的比率，所述估計出的渦 輪膨脹比值由所述發(fā)動機系統(tǒng)的發(fā)動機的不同速度值和所述發(fā)動機的不同燃料消耗率值 來索引。
[0013] 8. 一種發(fā)動機系統(tǒng)，包括： 發(fā)動機； 由來自所述發(fā)動機的排氣驅動的渦輪； 由所述渦輪驅動的壓縮機；以及 用于控制所述渦輪以實現(xiàn)所需的升壓壓力的控制模塊，所述控制模塊包括聯(lián)接到存儲 器的處理器，所述控制模塊被配置成： 通過使用用于所述渦輪與所述發(fā)動機系統(tǒng)的壓縮機之間的功率平衡的模型基于所述 所需的升壓壓力來確定所需的排氣壓力；以及 基于所述所需的排氣壓力與測量出的渦輪出口壓力的比率來產生用于控制所述渦輪 的葉片的位置的基礎命令。
[0014] 9.如方案8所述的發(fā)動機系統(tǒng)，其中所述控制模塊被進一步配置成： 基于所述所需的升壓壓力與測量出的升壓壓力之間的差異產生補償命令； 基于所述基礎命令和所述補償命令產生最終命令；以及 將所述最終命令發(fā)送到所述渦輪以控制所述渦輪。
[0015] 10.如方案8所述的發(fā)動機系統(tǒng)，其中所述渦輪是可變幾何渦輪（VGT)。
[0016] 11.如方案8所述的發(fā)動機系統(tǒng)，其中所述控制模塊被配置成通過使用以下方程 確定所述所需的排氣壓力：
其中，式中是所需的排氣壓力是測量出的渦輪出口壓力，是估計出的排 氣流速，是所述排氣的估計出的溫度，Ασ是測量出的渦輪出口壓力，/U,是將由所述壓 縮機產生的所需功率，并且4是排氣焓流。
[0017] 12.如方案8所述的發(fā)動機系統(tǒng)，其中所述控制模塊被配置成通過使用函數(shù)
產生所述基礎命令，其中Pftr是估計出的排氣壓力，是測 量出的渦輪出口壓力，/是渦輪膨脹比，鱗備是排氣流速，7；#估計出的排氣溫度，并 且#是理想氣體常數(shù)。
[0018] 13.如方案8所述的發(fā)動機系統(tǒng)，其中所述控制模塊被進一步配置成通過使用用 于估計出的渦輪膨脹比值的查找表來估計所述所需的排氣壓力與所述測量出的渦輪出口 壓力的比率，所述估計出的渦輪膨脹比值由所述發(fā)動機系統(tǒng)的發(fā)動機的不同速度值和不同 的所需壓縮機壓力比值來索引。
[0019] 14.如方案8所述的發(fā)動機系統(tǒng)，其中所述控制模塊被進一步配置成通過使用用 于估計出的渦輪膨脹比值的查找表來估計所述所需的排氣壓力與所述測量出的渦輪出口 壓力的比率，所述估計出的渦輪膨脹比值由所述發(fā)動機系統(tǒng)的發(fā)動機的不同速度值和所述 發(fā)動機的不同燃料消耗率值來索引。
[0020] 15. -種用于控制發(fā)動機系統(tǒng)的渦輪以實現(xiàn)所需的升壓壓力的控制系統(tǒng)，所述控 制系統(tǒng)包括： 配置成通過使用用于所述渦輪與所述發(fā)動機系統(tǒng)的壓縮機之間的功率平衡的模型基 于所述所需的升壓壓力來確定所需的排氣壓力的第一模塊；以及 配置成基于所述所需的排氣壓力與測量出的渦輪出口壓力的比率來產生用于控制所 述渦輪的葉片的位置的基礎命令的第二模塊。
[0021] 16.如方案15所述的控制系統(tǒng)，其進一步包括第三模塊，所述第三模塊被配置 成： 基于所述所需的升壓壓力與測量出的升壓壓力之間的差異產生補償命令； 基于所述基礎命令和所述補償命令產生最終命令；以及 將所述最終命令發(fā)送到所述渦輪以控制所述渦輪。
[0022] 17.如方案15所述的控制系統(tǒng)，其中所述渦輪是可變幾何渦輪（VGT)。
[0023] 18.如方案15所述的控制系統(tǒng)，其中所述第一模塊被配置成確定所述所需的排 氣壓力包括使用以下方程：
其中，式中是所需的排氣壓力是測量出的渦輪出口壓力，是估計出的排 氣流速，是所述排氣的估計出的溫度，Ασ是測量出的渦輪出口壓力，/U,是將由所述壓 縮機產生的所需功率，并且4是排氣焓流。
[0024]