專利名稱：用具有動態(tài)估值器和預渦輪壓力限制的固定幾何形狀渦輪增壓器監(jiān)測兩級增壓的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對機動車內燃發(fā)動機的控制。
更具體地，本發(fā)明涉及監(jiān)測上述內燃發(fā)動機的空氣兩級增壓。本發(fā)明的ー個具體有益應用涉及監(jiān)測柴油機的增壓，所述柴油機是通過渦輪壓縮機增壓的，更具體地，是使用分級雙渦輪壓縮機結構來增壓的。
背景技術：
發(fā)動機控制是指通過控制內燃發(fā)動機的所有傳感器和致動器來調節(jié)內燃發(fā)動機的性能的技木。發(fā)動機的所有控制法則和控制參數都包含在稱為ECU或電子控制単元的電腦里。增壓式發(fā)動機包括渦輪壓縮機，所述渦輪壓縮機包括由廢氣旋轉地驅動的渦輪以及由該渦輪驅動且用于增加進入氣缸的空氣量的壓縮機。為此，渦輪被置于排氣歧管的出口處，而壓縮機被安裝在與渦輪相同的軸上，井置于進氣歧管的上游。渦輪壓縮機被串聯(lián)連接，以使得低壓壓縮機向高壓壓縮機供給空氣而高壓渦輪向低壓渦輪供給氣體。由廢氣提供給高壓渦輪和低壓渦輪的動カ可通過安裝排放閥或翼片來進行調節(jié)，所述排放閥或翼片影響經過渦輪(或提供給這些氣體的流動截面)的氣體的流速。這種類型的渦輪壓縮機被稱為固定幾何形狀渦輪壓縮機。伴隨著增壓式發(fā)動機性能的提高，增壓壓力水平也相應提高，因而渦輪壓縮機的負荷就會越來越重。因此重要的是，應盡可能細致地控制渦輪壓縮機以防其退化并提高車輛加速時的性能，尤其是增強發(fā)動機的動力，即快速提高其轉速的能力。防污染標準越來越嚴格，發(fā)動機(尤其是柴油機)排放的顆粒量必須越來越少。因此，發(fā)動機的排放管線設有顆粒過濾器，用以減少排放至環(huán)境的顆粒量。該裝置的運用增加了排氣背壓。由于過濾器被充以顆粒，因此該背壓益發(fā)強大。就渦輪壓縮機而言，這反映為膨脹比降低，伴隨著廢氣提供給渦輪的動カ的減小，以及伴隨著發(fā)動機性能的下降。為達到同等水平的性能，需通過増加渦輪上游的壓力來保持膨脹比。通常通過關閉排放閥或調整翼片來實現(xiàn)上述増加。通?；诮馕鰤亥O定點與測得的壓カ之間的差異，采用PID (比例、積分、微分)調節(jié)器來將發(fā)動機進ロ歧管中的壓カ調節(jié)至大約為壓カ設定值。但這種調節(jié)方案很難執(zhí)行，因為這必須使得歧管內的壓カ無論在穩(wěn)定操作條件還是在瞬態(tài)操作條件下都可以調整至壓カ設定點。現(xiàn)有技術已試圖實現(xiàn)這一目標。對此，可參見文件US 2003/0010019，其采用了串級排列的兩個調節(jié)器；或文件FR
2829 530，文中建議將渦輪壓縮機的渦輪上游的壓力值調節(jié)至壓カ設定值，該壓力設定值與渦輪壓縮機的渦輪上游的最大允許壓カ值相一致。亦可參考文件WO 2004/00 99 84，文件提議采用隨發(fā)動機狀態(tài)而變的位置設定點來監(jiān)測增壓；或文件WO 2004/027 238，文件提出可循序地調節(jié)增壓壓カ或調節(jié)用來調節(jié)廢氣動力的致動器的位置。但所提出的現(xiàn)有技術解決方案無論在穩(wěn)定操作條件還是瞬態(tài)操作條件下均不允許控制增壓壓力以精確 地監(jiān)測發(fā)動機進氣歧管內的壓力，并且與此同時限制渦輪壓縮機上游的壓力來保護發(fā)動機和渦輪壓縮機。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的旨在減少這些弊端，并提供用于監(jiān)測增壓式內燃發(fā)動機的增壓的方法和裝置以實現(xiàn)以下三重目的，即監(jiān)測瞬態(tài)操作條件下的增壓壓力、監(jiān)測穩(wěn)定操作條件下的增壓壓力、以及限制渦輪上游的壓力。在雙增壓裝置的控制的領域，本申請人研發(fā)了ー種同時控制兩個渦輪壓縮機的雙回路控制法，如2008年6月4日提交的專利申請FR 08 53686號中所描述的。該系統(tǒng)可提供卓越的性能，但在高壓渦輪的上游需要排放壓カ傳感器。安裝這樣的傳感器耗資不菲。本發(fā)明提出了省卻該傳感器。為此，在只有一個渦輪壓縮機的情況下，控制法有利地采用了可變的壓縮機壓縮比來控制該渦輪壓縮機。此外，在雙渦輪壓縮機的情況下，該方法便將雙回路控制改為在給定時間控制ー個或另ー個渦輪壓縮機，并與選擇受控渦輪壓縮機的管理単元相結合。因此，本發(fā)明的第一方面涉及ー種監(jiān)測機動車的內燃發(fā)動機的增壓的方法，上述內燃發(fā)動機裝備有分級雙渦輪壓縮機，所述分級雙渦輪壓縮機包括由來自該發(fā)動機的廢氣旋轉驅動的兩個渦輪、由上述渦輪中的每個驅動的兩個增壓器壓縮機、以及用于高壓閥和低壓閥的兩個致動器，以用于調節(jié)廢氣的動力。本方法還包括將壓縮機的壓縮比調節(jié)成大致為增壓器壓カ比的設定值，并調節(jié)膨脹比以限制渦輪上游的壓力，一旦渦輪上游的壓カ超過ー閾值時即進行所述調節(jié)。根據本發(fā)明的另ー特征，根據進氣歧管內的壓カ值和所述渦輪壓縮機的渦輪上游的壓カ值、并且根據第一、ニ閾值而產生用于啟動和停止對渦輪膨脹比的調節(jié)的信號。當進氣歧管內的壓カ值大于或等于第一閾值時，最好停止對渦輪的膨脹比的調節(jié)。當排氣歧管內的壓カ值小于第二閾值時，有利地停止對壓縮機的壓縮比的調節(jié)。根據本發(fā)明的又ー特征，可通過調節(jié)回路來實現(xiàn)對渦輪上游的壓力的限制，該調節(jié)回路接收設定值和壓縮機壓縮比估計值作為輸入、并發(fā)送用于高壓閥和低壓閥的致動器的控制信號作為輸出?？筛鶕雍屯Ｖ剐盘栔档淖兓瘉砜刂普{節(jié)回路輸入處設置的開關裝置，以使得在調節(jié)回路的輸入處一方面顯示渦輪的膨脹比的估計值或壓縮機的壓縮比的估計值，另ー方面顯示任ー設定值。壓縮機的壓縮比的設定值可從圖中產生，膨脹比的設定值可從排氣歧管內的壓カ與低壓渦輪下游的測得的壓カ或高壓渦輪下游的估計壓カ之間的比率中產生。高壓渦輪下游的壓力估計值有利地從低壓渦輪壓縮機的動態(tài)模型中獲得。本發(fā)明的第二方面涉及ー種用于監(jiān)測機動車的內燃發(fā)動機的增壓的裝置，所述內燃發(fā)動機裝配有分級雙渦輪壓縮機，所述分級雙渦輪壓縮機設有由來自該發(fā)動機的廢氣旋轉驅動的兩個渦輪以及設有由上述渦輪中的每個驅動的兩個增壓器壓縮機。本裝置還包括控制單元，其可將壓縮機的壓縮比調節(jié)至大約為增壓器壓力比設定值并調節(jié)膨脹比以限制渦輪上游的壓カ值，一旦渦輪上游的壓力超過閾值時即進行調節(jié)。根據另ー特征，使用存儲有用于高壓閥和低壓閥的致動器的預設值的圖，用于隨發(fā)動機運行參數的變化來調節(jié)廢氣的動力，以及還使用根據取自所述圖的數值來預設所述致動器的裝置。


從通過非限制性實施例并結合附圖給出的以下描述，本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點將變得顯而易見，其中-圖I示意性地示出了車用發(fā)動機的柴油內燃發(fā)動機的結構，其裝配有本發(fā)明的 增壓監(jiān)測裝置；-圖2示出了電路的調節(jié)級；-圖3示出了基于實體模型的低壓渦輪壓縮機的動態(tài)估值器。
具體實施例方式圖I示意性地示出了機動車的柴油內燃發(fā)動機I的一般結構，及其冷空氣進氣歧管2和排氣歧管3。如該圖所示，允許冷空氣進入發(fā)動機I的回路4基本包括空氣過濾器5，該空氣過濾器通過低壓第一級渦輪壓縮機6和高壓第二級渦輪壓縮機7對發(fā)動機I的進氣歧管2進行供給。本發(fā)明涉及排氣歧管3，該排氣歧管回收燃燒導致的廢氣并通過渦輪壓縮機6、7以及顆粒過濾器8將上述廢氣排放到外部，所述顆粒過濾器被設計成用于減少排入環(huán)境的顆粒(尤其是煤煙)量。熱交換器9、9’可置于壓縮機的各出ロ的后面，壓縮機裝配有管道4來向進氣歧管2供應冷空氣。渦輪壓縮機6基本包括由廢氣驅動的渦輪10和安裝在與渦輪10相同軸上的壓縮機11，該壓縮機用來壓縮由空氣過濾器5分配的空氣以增加進入發(fā)動機I的氣缸中的空氣量。渦輪壓縮機7基本包括由廢氣驅動的渦輪12和安裝在與渦輪12相同軸上的壓縮機13，該壓縮機用來壓縮由壓縮機11分配的空氣以增加進入發(fā)動機I的氣缸中的空氣量。此外，發(fā)動機I還連接有一個廢氣再循環(huán)回路14，該回路用來將上述廢氣中的一些再次注入進氣歧管2中，以特別限制所產生的氧化氮的量，同時避免在廢氣中形成煙霧?；芈?4基本包括用于控制再循環(huán)廢氣流速的電磁閥15。發(fā)動機I與廢氣電路16相關。該回路16基本包括被稱為“旁通”閥的高壓排放閥17和通常被稱作“排氣泄壓”閥的低壓排放閥18，以調節(jié)由廢氣提供給高壓渦輪10和低壓渦輪12的動力。本發(fā)明的ー個原理就是通過作用在相應高壓閥17或低壓閥18的致動器上，來達到毎次只控制ー個渦輪壓縮機6或7的目的。此外，附圖標記20表示的電子控制単元ECU用來采收由為此目的設置的適當測量傳感器(未示出)輸送的信號Prall和信號Pavt，t，以測量分別位于進氣歧管2中和高壓渦輪12上游的壓力。其作用在用于調節(jié)廢氣的動カ的構件(如排放閥)上，以便將進氣歧管2內的壓カ值和渦輪壓縮機7的渦輪12上游的壓力Pavt,t調節(jié)至大約為相應的設定值CONSprall和CONSpavt。單元E⑶20還會以本身公知的方式監(jiān)測發(fā)動機I的操作。其具體作用在電磁閥15上以調節(jié)再循環(huán)的氣體量并調節(jié)發(fā)動機I的操作點。當前描述涉及對渦輪壓縮機7的高壓渦輪12上游的壓力Pavt,t的限制。因此，以下關于單元ECU 20的描述將涉及使該種限制得以實現(xiàn)的基本裝置。如圖I所示，所述電子控制單元ECU 20基本包括調節(jié)單元，用來限制渦輪壓縮機I的渦輪12上游的壓力Pavt, t。 更具體地，中央単元20包含有級21，用來調節(jié)膨脹比PRt，其接收估計的膨脹比PRt, esti和估計的壓縮比PRc^sti作為輸入；第ー級22，用來產生與進氣歧管2允許的最大壓カ值相對應的第一壓カ閾值CONSpm11 ；以及第ニ級23，用以產生與廢氣歧管3允許的最大壓カ值相對應、與高壓渦輪壓縮機7的渦輪12上游的允許壓カ相對應的第二壓カ閾值CONSpavt。中央単元20還包含了第三級24、25，分別用來產生高壓渦輪和低壓渦輪的膨脹比PRusti的估計值；以及第四級26、27，用來分別產生高壓渦輪和低壓渦輪的膨脹比PRt,_s的設定值。參照圖2，只有當渦輪12上游的壓力Pavt，t大于第一閾值CONSpavt吋，對渦輪12上游的壓力Pavt，t的限制才起作用。這種情況下，由控制單元20的第三級24、25和第四級26、27調節(jié)膨脹比PRt。本發(fā)明涉及了用來產生第一壓カ閾值CONSPrall的第一級22，應注意的是，比如，該級包含具有兩個輸入的存儲區(qū)，預先通過學習程序獲得的由ー組壓カ閾值CONSPm11構成的數據存入于其中，每個壓力閾值均對應于發(fā)動機操作條件以及對應于燃料消耗水平。本發(fā)明涉及了用來產生第二閾值CONSpavt的級23，其同樣包含存儲區(qū)，對應于最大壓カ值的閾值CONSpavt存入于其中，在超過所述閾值的情況下在渦輪壓縮機6、7中很可能會出現(xiàn)故障。該閾值CONSpavt最好由與瞬態(tài)操作條件下的設定值相對應的設定值CONS21以及與穩(wěn)定操作條件下的設定值相對應的設定值CONS2p來進行補充。如圖2所示，膨脹比調節(jié)級基本包括回路25，該回路通常包含調節(jié)器26。電路25接收由比較器30輸送的誤差信號E作為輸入，所述比較器將膨脹比的設定值PRt,_s與膨脹比的估計值PRt,esti進行比較或將壓縮比的設定值PR。，。-與壓縮比的估計值PRc^sti進行比較。電路25還包含級31，用以產生用于啟動和停止對膨脹比PRt的調節(jié)的信號CPAVT。隨著進氣歧管2內壓カPrall值、渦輪壓縮機7的渦輪12上游的壓力Pavt,t的變化，井隨著設定值CONSet5ll和CONSpavt的變化，將在邏輯電路32中產生信號CPAVT。為此，用于產生信號CPAVT的級31包括第一比較器裝置33，用來比較進氣歧管2中測得的壓カPm11值與相應設定值CONSm11 ;和比較器裝置34，用來比較排氣歧管3內測得的壓カ值Pavt，t和相應閾值CONSpavt，這些比較的結果被提供給合適的邏輯電路32以產生啟動和停止信號CPAVT。如果壓カ值Pavt，t大于相應的閾值CONSpavt，信號CPAVT能夠啟動開關35、36，以將它們設定為渦輪12的膨脹比設定值PRt,_s以及設定為膨脹比估計值PRt,esti。以這種方式，比較器30將膨脹比估計值PRt,esti與膨脹比設定值PRt,_s進行比較。同樣地，如果壓カPm11值大于相應的閾值CONSpm11吋，信號CPAVT能夠啟動開關35、36，以將它們設定為壓縮機13的壓縮比閾值PR。，—和以及設定為壓縮比估計值PR。爿ti。以這種方式，比較器30將壓縮比估計值PR_sti與壓縮比閾值PR。，。-進行比較。換言之，如上所述，如果渦輪12上游測得的壓カ值Pavt，t大于第一閾值CONSpavt,則對壓縮比PR。的調節(jié)將停止且對膨脹比PRt的調節(jié)將啟動，以此來限制壓カPavt，t。另一方面，如果歧管2內的壓カPrall大于或等于閾值CONSrall，則對膨脹比PRt的調節(jié)將停止且對壓縮比PR。的調節(jié)將啟動。
比較器30輸送的誤差信號E將被傳送至調節(jié)器37，以調節(jié)渦輪12的膨脹比PRt或壓縮機13的壓縮比PR。。此外，為改善調節(jié)回路的響應時間，低壓(“旁通”)閥17和高壓(“排氣泄壓”)閥18的預設值將添加至調節(jié)器37的輸出值。該預設值是隨著發(fā)動機轉速N或燃料流速W的變化從圖譜C (cartographie C)中提取的。對渦輪12進行預設的圖譜C包含在E⑶20內，并且能夠隨轉速N和流速W的變化獲得渦輪壓縮機7的調節(jié)的第一估計值，并因此能夠有助于這樣的調節(jié)。此外，通過隨著特別是氣壓和溫度的變化而校正取自圖譜C的數值，就有可能隨著比如高度或環(huán)境溫度來優(yōu)化渦輪12的預設值。要注意，渦輪12的該預設值可使渦輪壓縮機7處于穩(wěn)定操作條件下的有效初始狀態(tài)，這使得能夠以良好的啟動調節(jié)進入瞬態(tài)操作條件。通過ー求和單元38對來自調節(jié)器37的輸出和來自圖譜C的輸出進行求和，以便確定低壓排放閥WG 18和高壓排放閥WG 17的位置。如圖3所示，低壓渦輪壓縮機6性能的動態(tài)估值器是基于實體模型的，并且能夠估算低壓渦輪10上游的壓力Pavt,t和低壓壓縮機11下游的壓力Paval,c。低壓渦輪壓縮機6的該動態(tài)估算可消除高壓渦輪壓縮機在瞬態(tài)操作條件下超速的風險，而無需添加專門的傳感器。動態(tài)估值器會顯示以下內容作為輸入通過流量計(未示出)測得的來自壓縮機11的空氣流速Wavt，。；壓縮機11上游的壓カ值Pavt，。和溫度值Tavt，。；低壓渦輪10的空氣流速Wavt，t ;以及低壓渦輪10上游的溫度值Tavt，t。空氣流速值Wavt,。和Wavt, t以及壓カ值Pavt,。和Pavt, t是通過傳感器(未示出)獲得的。低壓壓縮機11處計算出來的動カ是通過方框40內的下述等式進行計算的
If .丄、Ii'ソ仏.
'fh: h }為此，測量壓縮機上游的流速Wavt，。和溫度Tavt,。。Cp是恒壓下在渦輪壓縮機6內流動的流體的熱容，Y是該同一流體在恒壓下的熱容與恒容積下的熱容之間的比率。
可從渦輪壓縮機制造商提供的靜態(tài)圖譜C中獲得壓縮比PRe,esti和效率n。。這些量級可隨通過以下公式確定的變量的變化進行計算
權利要求
1.一種監(jiān)測機動車的內燃發(fā)動機(I)的空氣增壓的方法，該內燃發(fā)動機裝配有增壓器分級雙渦輪壓縮機(6，7)，該增壓器分級雙渦輪壓縮機包括由來自所述內燃發(fā)動機(I)的廢氣以旋轉方式驅動的兩個渦輪(10，12);由這些渦輪(10，12)中的每ー個驅動的兩個增壓器壓縮機(11，13);以及用于高壓閥和低壓閥的兩個致動器(17，18)，其特征在于，該方法包括將該壓縮機的壓縮比(PR。)調節(jié)至約為壓縮比設定值(PR。，。-)，以及調節(jié)該渦輪(12)的膨脹比(PRt)以限制該渦輪(12)上游的壓力(Pavt,t)值，一旦高壓的渦輪(12)上游的該壓カ(Pavtjt)超過閾值(CONSpavt)就進行所述調節(jié)。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，根據該進氣歧管(2)內的壓カ(Pm11)值和該渦輪壓縮機(7)的渦輪(12)上游的壓力(Pavt,t)值并且根據第一、第二閾值(C0NSPm11、CONSpavt)而產生啟動和停止對于該渦輪(10、12)的膨脹比(PRt)的調節(jié)的信號(CPAVT)。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，當該進氣歧管(2)內的壓カ(Pm11)值大于或等于該第一閾值(CONSprall)時，停止對該渦輪的膨脹比(PRt)的調節(jié)。
4.根據權利要求I至3中任一項所述的方法，其特征在干，當該排氣歧管(3)內的壓カ(Prall)值小于第一閾值(CONSprall)吋，停止對該壓縮機(11，13)的壓縮比(PR。)的調節(jié)。
5.根據權利要求I至4中任一項所述的方法，其特征在于通過ー調節(jié)回路(25)來實現(xiàn)對該渦輪(10，12)上游的壓力(Pavt，t)的限制，該調節(jié)回路接收設定值(PRe，_s)和該壓縮機的壓縮比估計值(PR。,—)作為輸入、并發(fā)送用于高壓閥和低壓閥的致動器(17，18)的控制信號(WG)作為輸出；并且設置在該調節(jié)回路(25)的輸入處的多個開關裝置(35，36)被控制，以便根據啟動和停止信號值(CPAVT)，在該調節(jié)回路的輸入處一方面顯示渦輪的膨脹比估計值(PRt,esti)或該壓縮機的壓縮比估計值(PR。,esti)，另ー方面顯示設定值(PRt,_s)或(PRccons)中的任ー個。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，該設定值(PR。，。-)是從圖譜C中產生的。
7.根據權利要求I至6中任一項所述的方法，其特征在于，根據調節(jié)區(qū)是低壓或是高壓，從該排氣歧管(3)中的測得壓力(Pavt,t)與該低壓渦輪(10)下游的測得壓カ(PdtBP)或該高壓渦輪(12)下游的估計壓カ(PdtHP)之間的比率中產生該設定值(PRt,_s)。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在干，該高壓渦輪(12)下游的壓力估計值(Pdtsp)是從該低壓渦輪壓縮機(6)的動態(tài)模型中獲得的。
9.一種用于監(jiān)測機動車的內燃發(fā)動機(I)的空氣增壓的裝置，所述內燃發(fā)動機裝配有增壓器分級雙渦輪壓縮機(6，7)，該增壓器分級雙渦輪壓縮機配備有由來自該內燃發(fā)動機(I)的廢氣以旋轉方式驅動的兩個渦輪(10，12)以及由這些渦輪(10，12)中的每ー個驅動的兩個增壓器壓縮機(11，13)，所述裝置包括控制單元(20)，其特征在于，該控制単元(20)將該壓縮機的壓縮比(PR。)調節(jié)至約為壓縮比設定值(PR。,。-)，并調節(jié)膨脹比(PRt)以限制該渦輪(12)上游的壓力(Pavt,t)值，一旦高壓的渦輪(12)上游的該壓カ(Pavt,t)超過閾值(CONSpavt)就進行所述調節(jié)。
10.根據權利要求9所述的裝置，其特征在干，該裝置包括圖譜C，在該圖譜C中存儲有用于高壓閥和低壓閥的致動器(17，18)的預設值，以根據該發(fā)動機的操作參數來調節(jié)廢氣的動力，并且該裝置包括用于基于從該圖譜C中提取的數值來預設所述致動器(17，18)的單元(37，38)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種監(jiān)測機動車內燃發(fā)動機(1)的空氣增壓的方法，上述內燃發(fā)動機配有增壓分級雙渦輪增壓機(6，7)，包括由所述內燃發(fā)動機(1)的廢氣使之旋轉的兩個渦輪(10，12)，由所述渦輪(10，12)中的每一個驅動的兩個增壓壓縮機(11，13)，以及兩個高低壓閥致動器(17，18)。所述方法包括將壓縮機的壓縮比(PRc)控制為大約壓縮比設定值(PRc,cons)，并控制渦輪(12)的解壓比(PRi)以限制渦輪(12)上游的壓力(Pavt,t)，當高壓渦輪(12)上游的壓力(Pavt，t)超過閾值(CONSPavt)時即執(zhí)行所述控制。
文檔編號F02D41/00GK102770646SQ201080062602
公開日2012年11月7日 申請日期2010年10月28日 優(yōu)先權日2009年12月2日
發(fā)明者L·豐維耶勒 申請人:雷諾股份公司