用于測定壓縮機轉(zhuǎn)速的方法
【專利說明】用于測定壓縮機轉(zhuǎn)速的方法
【背景技術(shù)】
[0001] 在內(nèi)燃機中，例如在汽油活塞發(fā)動機和柴油活塞發(fā)動機中，通過使用例如廢氣禍 輪增壓器之類的壓縮機來提高內(nèi)燃機燃燒室中的充氣從而提高功率。用于將空氣壓入內(nèi)燃 機燃燒室中的壓力也稱作增壓壓力并且通常在燃燒室附近由壓力傳感器來測量。該壓力信 號被提供給控制該廢氣禍輪增壓器的閉環(huán)調(diào)節(jié)回路并且由此調(diào)整所期望的增壓壓力。
[0002] 廢氣禍輪增壓器尤其具有很明顯的時間常數(shù)，也就是對變化的控制信號的反應(yīng)比 較遲純，該使調(diào)節(jié)增壓壓力變得困難。因此有利的是：檢測要調(diào)節(jié)的廢氣禍輪增壓器的直接 狀態(tài)參量。對此特別適用的是廢氣禍輪增壓器的壓縮機的轉(zhuǎn)速。了解壓縮機轉(zhuǎn)速尤其重要， 因為在禍輪增壓器運行時不允許超過一確定的最大轉(zhuǎn)速闊值，否則由于超過壓縮機葉輪中 的臨界應(yīng)力、壓縮機葉輪變形導(dǎo)致轉(zhuǎn)子擦碰殼體，禍輪增壓器可能會受損。
[0003] 如果已知一些確定參量，例如壓縮機之前和之后的壓力、流過壓縮機的空氣質(zhì)量 流量W及壓縮機之前的溫度，則原則上可通過已知的壓縮機特性曲線算出壓縮機轉(zhuǎn)速。根 據(jù)該些參量，一運行點在壓縮機特性曲線中的位置是已知的，因此壓縮機的轉(zhuǎn)速也是已知 的，而不必使用用于轉(zhuǎn)速測定的傳感器。
[0004] 為了限制廢氣禍輪增壓器的轉(zhuǎn)速，通常使用環(huán)境壓力傳感器。該傳感器通常位于 發(fā)動機控制單元中，W便保持小的布線費用。在此問題在于沒有考慮如下情況：空氣濾清器 的不同負荷狀態(tài)，例如潮濕、冰或者臟污，該些均會影響與廢氣禍輪增壓器的壓縮機相關(guān)的 空氣壓力。因此在個別情況下將該種環(huán)境壓力傳感器集成在空氣濾清器盒中。但是如果將 環(huán)境壓力傳感器集成在空氣濾清器盒中，那么與安裝在發(fā)動機控制單元中相比就需要額外 的布線費用。其它確定廢氣禍輪增壓器轉(zhuǎn)速的因素例如是壓力傳感器（也即用于測定環(huán)境 壓力W及增壓壓力的壓力傳感器）的公差和發(fā)動機的充氣系數(shù)公差并且因此不可被檢測。 相應(yīng)地，上述廢氣禍輪增壓器轉(zhuǎn)速估算值有明顯的誤差。該些誤差除了W上提及的傳感器 的公差之外還有壓縮機特性曲線中的誤差、時間控制公差或者模型誤差。此外還不清楚空 氣濾清器的準確負荷狀態(tài)。例如濕透的空氣濾清器會導(dǎo)致增壓器轉(zhuǎn)速顯著提高，而在按照 壓縮機特性曲線使用一個備份中的之前所述參量的情況下，不會對此加W考慮。當壓縮機 的上游出現(xiàn)泄漏時，增壓器轉(zhuǎn)速也會提高，而該不會被檢測出來。
[0005] 由于估算的增壓器轉(zhuǎn)速的所述誤差，并且為了避免超過基于強度的臨界最大轉(zhuǎn) 速，在當今的應(yīng)用中提供為最大轉(zhuǎn)速的約5%至10%的安全裕度。該導(dǎo)致：必要時即使在測 地學(xué)海平面高度也必須限制發(fā)動機的額定功率。此外，當測地學(xué)高度上升時，可能無法如同 全額利用增壓器最大轉(zhuǎn)速時可實現(xiàn)的那樣W相同程度維持最大發(fā)動機扭矩或為此所需的 充氣。目前看來隨著增壓比升高W及排量進一步降低或者說小型化程度升高，該些效應(yīng)變 得越來越重要。此外，當增壓器下游出現(xiàn)泄漏時，或者當空氣濾清器上的壓力降由于例如完 全濕透或者甚至結(jié)冰而劇烈上升時，上述具有安全裕量的應(yīng)用方式仍然無法可靠避免增壓 器超速。
[0006] 為了避免最大轉(zhuǎn)速的所述安全裕度和因此導(dǎo)致的缺點，需要精確測量轉(zhuǎn)速。為此 已知有各種不同的傳感器方案，如感應(yīng)式傳感器和電禍流傳感器那樣的傳感器方案，但是 由于會產(chǎn)生附加費用，迄今為止尚未在增壓式車輛發(fā)動機的大市場中得到推廣。與此相比， 已知有一些車輛應(yīng)用盡管沒有使用轉(zhuǎn)速傳感器，但卻使用了附加的壓力傳感器來測量空氣 濾清器下游的壓力。由此能夠精確檢測空氣濾清器的負荷狀態(tài)，并且上述根據(jù)備份按照壓 縮機特性曲線確定轉(zhuǎn)速的方法變得更加精確。但是傳感器公差、壓縮機特性曲線中的誤差、 時間控制公差、模型誤差W及泄漏對增壓器轉(zhuǎn)速的影響依然存在。因此通過該種方式盡管 能夠有限減小、但是并不能避免對于最大轉(zhuǎn)速的安全裕度與所述的不利后果。
[0007] 因此盡管現(xiàn)有技術(shù)已公開的壓縮機轉(zhuǎn)速測定方法有很多優(yōu)點，但仍然具有改進潛 力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明因此提出一種用于測定內(nèi)燃機的壓縮機尤其是禍輪增壓器的轉(zhuǎn)速的方法 W及一種內(nèi)燃機，所述方法和所述內(nèi)燃機至少在很大程度上避免已知的用于測定壓縮機轉(zhuǎn) 速的方法和策略的缺點，借助所述方法和所述內(nèi)燃機尤其可避免或者至少明顯減小W上提 及的用于壓縮機最大轉(zhuǎn)速的安全裕度。本發(fā)明的目的是，在不使用另外的傳感器的情況下 測定壓縮機的轉(zhuǎn)速。
[0009] 用于測定內(nèi)燃機的壓縮機尤其是禍輪增壓器的轉(zhuǎn)速的方法，其中產(chǎn)生供給該內(nèi)燃 機的空氣的流動信號和壓力信號，由所述流動信號和/或壓力信號的至少一個分量的周期 性波動確定該壓縮機的轉(zhuǎn)速，所述方法的特征在于，在該壓縮機的上游檢測所述流動和/ 或所述壓力。
[0010] 內(nèi)燃機可包括空氣濾清器，其中，在空氣濾清器的下游區(qū)域中檢測所述流動信號 和/或所述壓力?？捎伤鰤毫π盘柡铜h(huán)境壓力傳感器的壓力信號確定壓力差或者壓力 比，并且由此確定該空氣濾清器的功能狀態(tài)?？蒞通過高通濾波從所述流動信號和/或所 述壓力信號分離出該周期性波動。該周期性波動的頻率可通過頻率分析、尤其是傅里葉變 換來確定。通過將該頻率除W該壓縮機的葉片數(shù)可獲得該壓縮機的轉(zhuǎn)速。可由所述流動信 號和所述壓力信號的至少一個分量的周期性波動確定該壓縮機的轉(zhuǎn)速。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機包括壓縮機、壓力傳感器和/或流動傳感器，所述壓縮機布 置在用于將空氣供給到內(nèi)燃機燃燒室的空氣供應(yīng)通道中，所述壓力傳感器用于檢測要供給 燃燒室的空氣的壓力并且產(chǎn)生相應(yīng)的壓力信號，所述流動傳感器用于檢測要供給燃燒室的 空氣的流動并且產(chǎn)生相應(yīng)的流動信號，所述內(nèi)燃機還包括用于確定該壓縮機的轉(zhuǎn)速的分析 電路，其中，該壓縮機的轉(zhuǎn)速可由所述流動信號和/或壓力信號的至少一個分量的周期性 波動來確定，其中，所述流動傳感器和/或所述壓力傳感器在空氣供應(yīng)通道中布置在該壓 縮機的上游區(qū)域中。
[0012] 用于確定該壓縮機的轉(zhuǎn)速的分析電路可布置在該內(nèi)燃機的控制和/或調(diào)節(jié)單元 中、在用于所述流動傳感器和/或所述壓力傳感器的傳感器殼體中，或者布置在與所述傳 感器殼體分開的構(gòu)件中。該內(nèi)燃機可包括所述流動傳感器和所述壓力傳感器，其中，所述流 動傳感器和所述壓力傳感器被集成在共同的傳感器殼體中。
[0013] 在本發(fā)明的范圍內(nèi)，流動信號指的是顯示要供給內(nèi)燃機燃燒室的空氣的任意物理 和/或化學(xué)可測的流動特性并且將其定性化或定量化的信號。尤其可設(shè)及流速和/或空氣 質(zhì)量流量和/或空氣體積流量。換言之，流動信號是選自質(zhì)量流量信號、體積流量信號和流 速信號的至少一個信號。質(zhì)量流量通常Wkg/h為單位，表示在一確定時間內(nèi)流過測量截面 的空氣質(zhì)量。體積流量通常Wm3/h為單位。體積流量表示在一確定時間內(nèi)流過測量截面 的空氣體積。流速通常Wm/s為單位。所檢測的并且轉(zhuǎn)換為信號的流動特性尤其設(shè)及周期 性波動的流動特性。
[0014] 在本發(fā)明的范圍內(nèi)，周期性波動指的是由壓縮機的周期性壓力波所產(chǎn)生的信號的 交變分量。所述壓力波由壓縮機的各個壓縮機葉片引起。
[0015] 壓縮機的上游指的是在主流動方向中流動的空氣在空氣供應(yīng)通道中在到達該壓 縮機之前到達的位置。在此，所述位置僅設(shè)及空氣供應(yīng)通道，而不設(shè)及廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的供 應(yīng)通道中的位置。
[0016] 類似地，空氣濾清器的下游指的是在主流動方向中流動的空氣在空氣供應(yīng)通道中 在到達空氣濾清器之后到達的位置。
[0017] 在本發(fā)明的范圍內(nèi)，主流動方向在此指的是流體介質(zhì)在傳感器所在位置的局部流 動方向，例如可W忽略局部異常。因此，所述主流動方向尤其可W是流動的流體介質(zhì)的局部 平均輸送方向。
[0018] 在本發(fā)明的范圍內(nèi)，模數(shù)轉(zhuǎn)換指的是將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換成可W繼續(xù)處理或者保 存的數(shù)字數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)流。為此通常使用所謂的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。模數(shù)轉(zhuǎn)換器將如電壓該樣的連 續(xù)輸入信號既在時間上又在信號大小上量化。轉(zhuǎn)換之后在信號-時