CN101415924B - 用于估算涡轮增压器性能的控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于估算压缩机(24)性能的控制系统(18)。该控制系统具有与动力源(12)的进气歧管流体连接的压缩机。该控制系统还具有用于提供动力源转速指示的动力源速度传感器(62)、用于提供进气歧管内的流体压力指示的入口压力传感器(69)、用于提供进气歧管内的流体温度指示的入口温度传感器(71)、用于提供大气压力指示的大气压力传感器(54)以及与每个传感器通信的控制模块(64)。该控制模块构造成监控发动机气门打开持续时间和排气再循环阀位置，并且基于所提供的指示、所监控的持续时间和所监控的位置估算压缩机入口压力。

Description

用于估算涡轮增压器性能的控制系统和方法

技术领域

本发明涉及一种涡轮增压器控制系统，并且更具体地说，涉及一种用于估算涡轮增压器性能的控制系统和方法。

背景技术

诸如柴油发动机、汽油发动机和气体燃料动力发动机的内燃机被供应有空气和燃料的混合物以随后在产生机械动力输出的发动机内燃烧。为了使该燃烧过程产生的动力最大化并且减少形成的污染物的级别，上述发动机通常装备有执行排气再循环(EGR)的涡轮增压进气系统。

涡轮增压进气系统包括涡轮增压器，其利用来自发动机的排气压缩流入该发动机内的空气，从而迫使比该发动机不然可吸入燃烧室的空气要多的空气进入发动机的燃烧室。这种增加的空气供应允许燃料消耗增加，导致动力输出的增加。涡轮增压发动机产生的动力通常比不带涡轮增压的相同发动机要多。

EGR系统使排气副产品再循环到内燃机的进气供应内。被重新导引至发动机燃烧室的排气减少了其中的氧浓度，从而降低了最高燃烧温度。降低的最高燃烧温度减缓了燃烧过程的化学反应，从而减少了一氧化二氮的形成。另外，排气中包含的颗粒物质在再导入发动机燃烧室后燃烧，从而进一步减少排气副产品。

EGR系统的控制通常取决于涡轮增压器的性能。特别地，为了提供正确的排气与进气流量比从而符合排放规定、同时维持进气系统的温度以保证内燃机的部件寿命延长，在涡轮增压器操作期间持续地监控、估算或不然计算涡轮增压器的操作特性可能是重要的。2002年6月11日授权于Wang等人的美国专利No.6,401,457(′457专利)中描述了一种估算涡轮增压器性能的方法。′457专利描述了一种用于估算压缩机效率和出口温度的系统和方法。′457专利的系统包括压缩机入口温度传感器、压缩机入口压力传感器、新鲜空气质量流量传感器、涡轮速度传感器、进气歧管压力传感器、EGR压差传感器、EGR阀位置传感器、排气压力传感器和进气歧管温度传感器。该方法包括基于所测得的发动机速度、所测得的进气歧管温度、所测得的进气歧管压力和所测得的排气压力估算该压缩机的容积效率。该方法然后包括估算作为所估算的容积效率、所测得的发动机速度和所测得的进气歧管温度和压力的函数的进气流量值。然后基于所测得的压差和所测得的进气歧管压力利用映射来选择EGR质量流量。基于所估算的进气流量值和所估算的EGR质量流量估算质量流量值。计算校正的质量流量值，该校正的质量流量值为质量流量值和所测得的压缩机入口温度和压力的函数。计算校正的涡轮速度，该校正的涡轮速度为所测得的涡轮速度和压缩机入口温度的函数。计算压缩机压力比率，该压力比率为校正的质量流量值和校正的涡轮速度的函数。基于所测得的压缩机入口温度、所估算的容积效率和计算出的压缩机压力比率估算压缩机的出口温度。可替代地，可基于所测得的压缩机入口温度、校正的质量流量值和校正的涡轮速度计算压缩机温度比率；可基于所测得的压缩机入口温度、校正的涡轮速度和计算出的压缩机压力比率计算压缩机温度比率；或者可基于所测得的压缩机入口温度、计算出的压缩机比率和校正的质量流量值计算出压缩机温度比率。

虽然′457专利可提供多种充分估算压缩机的压力比率、效率和出口温度的方式，但是其可能是昂贵的和不可靠的。特别地，由于传感器输入的数量，系统成本可能相当高。另外，由于该系统的输出依赖大量的传感器输入，传感器输入之一故障就可能导致不可靠的估算。

本发明的控制系统解决了一个或多个上述问题。

发明内容

本发明的一方面涉及一种用于估算压缩机性能的控制系统。该控制系统包括压缩机，该压缩机与动力源的进气歧管流体连接并构造成接收空气与排气的混合气流。该控制系统还包括与所述动力源的输出相关来联并构造成提供所述动力源的转速指示的动力源速度传感器、与所述进气歧管相关联并构造成提供所述进气歧管内的流体压力指示的入口压力传感器、与所述动力源的进气歧管相关联并构造成提供所述进气歧管内的流体温度指示的入口温度传感器、以及构造成提供大气压力指示的大气压力传感器。该控制系统进一步包括与所述动力源速度传感器、入口压力传感器、入口温度传感器和大气压力传感器通信的控制模块。该控制模块构造成监控发动机气门打开持续时间和排气再循环阀位置。该控制模块被进一步构造成基于所提供的指示、所监控的发动机气门打开持续时间和所监控的排气再循环阀位置估算压缩机入口压力。

另一方面，本发明涉及一种估算压缩机性能的方法。该方法包括接收动力源的转速指示、接收进气歧管内的流体压力指示和接收所述进气歧管内的流体温度指示。该方法还包括接收大气压力指示、接收发动机气门打开持续时间指示和接收排气再循环阀位置指示。该方法进一步包括基于接收到的指示估算压缩机入口压力。

附图说明

图1是一示例性机械的图示；且

图2是流程图，图示了一种估算与图1的机械相关联的压缩机的性能的示例性方法。

具体实施方式

图1图示了一示例性的机械10，其具有多个配合完成任务的系统和部件。机械10可进行与诸如采矿、建筑、农业、运输、发电行业或任意其他本领域公知的行业相关的某些类型的操作。例如，机械10可实施为移动机械，诸如公路专用车辆、非公路拖运卡车、挖掘机、推土机、装运机、自动平地机或者任意其他负载移动机械。可替代地，机械10可实施为静止机械，诸如发电机组、加热炉或者其它的合适静止机械。机械10可包括动力源12、进气系统14、排气处理系统16和控制系统18。

动力源12可包括具有多个子系统的内燃机，所述子系统互相作用以产生机械和/或电力输出以及排气气流。为了便于说明本发明，将动力源12图示并描述成一种四冲程柴油发动机。然而，本领域的技术人员可理解动力源12可以是任意其他类型的内燃机，诸如汽油或气体燃料动力发动机。设想动力源12可包括多个系统，诸如燃料系统、润滑系统、冷却系统、驱动系统、导引系统或任意其他适当的系统。

进气系统14可包括将压缩空气调节并导入到动力源12的燃烧室(未示出)内的部件。例如，进气系统14可包括空气滤清器20、空气冷却器22和压缩机24。设想进气系统14可包括除上述部件之外的不同的或另外的部件，诸如入口旁通部件或其他公知的部件。

空气滤清器20可构造成从流入动力源12的空气除去或捕集尘埃。例如，空气滤清器20可包括全流式滤清器、自洁式滤清器、离心式滤清器、静电除尘器或任意其他类型的本领域公知的空气滤清装置。如果有需要，设想进气系统14内可包括多于一个的空气滤清器20，并且这些空气滤清器以串联或者并联的方式布置。空气滤清器20可经由流体通道26与动力源12连接。

空气冷却器22可实施为气-气热交换器或气-液热交换器，其布置在流体通道26内并且构造成协助将热量传入导入动力源12的空气或从其传出。例如，空气冷却器22可包括管壳式热交换器、板式热交换器、管翅式热交换器或任意其他类型的本领域公知的热交换器。通过冷却导入动力源12内的空气，可在任意一个燃烧循环期间将更大量的空气吸入动力源12。导引通过空气冷却器22的气流可由进气门28调节，从而在动力源12的入口处实现期望的流速、压力和/或温度。

压缩机24也可布置在空气冷却器20下游的流体通道26内以压缩流入动力源12内的空气。压缩机24可实施为固定几何结构类型的压缩机、可变几何结构类型的压缩机或任意其他类型的本领域公知的压缩机。如果有需要，设想进气系统14内可包括多于一个的压缩机24，并且这些压缩机以串联或并联关系布置。

排气处理系统16可包括用于处理排气流和将排气流从动力源12导引至大气的装置。例如，排气处理系统16可包括相连接以从动力源12接收排气的涡轮30、布置在涡轮30下游的颗粒捕集器32、与之相关的再生设备34、排气再循环子系统36和排气道38。设想排气处理系统16可包括另外的和/或不同的部件，诸如SCR设备、NOx吸收器或者其他催化设备、衰减设备、以及其他本领域公知的用于导引来自动力源12的排气流和/或用于处理排气流的装置。

可连接涡轮30以驱动压缩机24。特别是，随着来自动力源12的热排气膨胀推动涡轮30的叶片(未示出)，涡轮30可使共用的轴旋转以驱动压缩机24。如果有需要，可替代地，设想排气处理系统16内可包括多于一个的涡轮30并且这些涡轮以并联或串联关系布置。如果有需要，也设想可省去涡轮30且压缩机24由动力源12机械地、液压地、电力地或以任意其他本领域公知的方式直接驱动。

颗粒捕集器32可包括一个或多个过滤元件40，过滤元件40通过流体通道42与涡轮30连接并构造成从所述排气流除去颗粒物质。具体地，过滤元件40可实施为构造成贯穿该元件厚度地收集颗粒物质的深床陶瓷型元件、构造成在该元件表面处收集颗粒物质的浅床型元件——诸如碰撞型金属网纹或陶瓷网纹、或者任意其他本领域公知的适当类型的过滤元件。过滤元件40的孔隙和/或网纹开孔的尺寸可变化并且根据特定应用选择。如果有需要，设想过滤元件40可包括褶皱以增加过滤面积、可被催化以降低捕集的颗粒物质的氧化温度、可包括静电设备以增加捕集效率、和/或可导电以有助于再生过程。

再生设备34可包括构造成再生颗粒捕集器32的部件。具体地，再生设备34可包括燃料动力或电动的燃烧器、阻气设备、供气机构、催化剂喷射设备、发动机气门正时控制器或者任意其他适当类型的设备，其构造成将过滤元件40内捕集的颗粒物质的温度升高至燃烧启动阈值温度。再生设备34可受控制而响应于一个或多个输入——诸如所经过的时间、排气温度、过滤元件40两侧的压差、排气背压或者任意其他适当的条件——启动过滤元件40的再生。

排气再循环子系统36可包括用于将动力源12的一部分来自涡轮30的排气流重新导引入进气系统14的装置。例如，排气再循环子系统36可包括入口部44、排气冷却器46、再循环阀48和排出部50。设想排气再循环子系统36可包括另外的或者不同的部件，诸如催化剂、静电沉积设备、保护气体系统和其他本领域公知的用于重新导引排气的装置。

入口部44可连接至涡轮30下游的流体通道42，并构造成接收至少一部分来自动力源12的排气流。具体地，入口部44可借助于流体通道52将低压排气重新导向排气冷却器46。可替代地，如果有需要，设想入口部44可与涡轮30上游的流体通道42连通以将高压排气重新导向排气冷却器46。

排气冷却器46可流体地连接以冷却该部分流经入口部44的排气。排气冷却器46可包括液-气热交换器、气-气热交换器或任意其他类型的本领域公知的热交换器以冷却排气流。例如，排气冷却器46可包括管壳式热交换器、板式热交换器、管翅式热交换器或者任意其他类型的本领域公知的热交换器。通过在与进气系统14连通之前冷却排气流，可延长进气系统12的部件寿命并提高动力源12的效率。如果有需要，设想可省去排气冷却器46。

再循环阀48可布置在流体通道52内并构造成调节流经排气再循环子系统36的冷却排气流。再循环阀48可以是滑阀、关闭阀、碟形阀、止回阀或任意其他本领域公知的阀。再循环阀48可以电磁致动、液压致动、气压致动或以任意其他适当的方式致动。设想再循环阀48的流动特性可与进气门28的流动特性相反。例如，当经过再循环阀48的排气流增加时，经过进气门28的气流可成比例地减少。同样，当经过再循环阀48的排气流减少时，经过进气门28的气流可成比例地增加。

排出部50可布置在再循环阀48下游的流体通道52内并构造成引导排气流入进气系统14内。排出部50可连接至压缩机24上游的进气系统14，从而压缩机24可吸取来自排出部50的排气流。可替代地，如果有需要，在高压再循环系统(例如，其中入口部44位于涡轮30的上游)中，排出部50可位于压缩机24的下游。

控制系统18可包括配合监控进气系统14、排气再循环子系统36和动力源12的操作的部件。特别是，控制系统18可检测进气系统14、排气再循环子系统36和动力源12的一个或多个操作特性，并响应于检测到的操作特性进行估算和计算以控制机械10。为此，控制系统18可包括环境空气压力传感器54、环境空气温度传感器55、进气歧管空气压力(IMAP)传感器56、进气歧管空气温度(IMAT)传感器58、涡轮速度传感器60、发动机速度传感器62、再循环阀位置传感器63、发动机可变气门位置传感器65、再循环压差传感器67、排气压力传感器69、排气温度传感器71和电子控制单元(ECU)64。ECU64可分别经由通信线66、61、68、70、72、74、75、76、77、79和80与这些传感器中的每一个通信。如果需要，设想ECU64可与机械10另外的部件和系统通信以接收与其他系统相关的输入。

环境空气压力传感器54可安装至机械10或动力源12的一个构件，并构造成检测环境空气的压力。特别是，环境空气压力传感器54可实施为应变仪式传感器、压阻式压力传感器或者任意其他类型的本领域公知的压力检测设备。环境空气压力传感器54可产生指示环境空气压力的信号并经由通信线66将该信号发送至ECU64。该信号可定期地持续发送，或者只在ECU64提示时发送。

环境空气温度传感器55也可安装至机械10或动力源12的一个构件，但是构造成检测流入进气系统14内的新鲜空气的温度。例如，环境空气温度传感器55可以是测量进气系统14入口位置处的壁温的表面温度类型传感器、直接测量环境空气温度的空气温度类型传感器或者任意其他类型的本领域公知的传感器。环境空气温度传感器55可产生环境空气温度信号并经由通信线61将该信号发送至ECU64。该环境空气温度信号可定期地持续发送，或者只在ECU64提示时发送。

IMAP传感器56可在动力源12入口处至少部分地安装在流体通道26内，并构造成检测进入动力源12燃烧室的空气的绝对压力。类似于环境空气压力传感器54，IMAP传感器56可实施为应变仪式传感器、压阻式压力传感器或者任意其他类型的本领域公知的压力检测设备。IMAP传感器56可产生绝对压力信号并经由通信线68将该信号发送至ECU64。该IMAP信号可定期地持续发送，或者只在ECU64提示时发送。

类似于IMAP传感器56，IMAT传感器58也可在动力源12入口处至少部分地安装在流体通道26内，但构造成检测进入动力源12燃烧室的空气的温度。例如，IMAT传感器58可以是测量空气离开压缩机24处的壁温的表面温度类型传感器、直接测量离开压缩机24的空气的温度的空气温度类型传感器或者任意其他类型的本领域公知的传感器。IMAT传感器58可产生空气温度信号并经由通信线70将该信号发送至ECU64。该IMAT信号可定期地持续发送，或者只在ECU64提示时发送。

涡轮速度传感器60可检测压缩机24的速度。例如，涡轮速度传感器60可实施为构造成检测共用的涡轮增压器轴的转速并产生相应速度信号的磁性拾波传感器。例如，涡轮速度传感器60可紧邻一嵌入涡轮增压器轴内的磁性元件(未示出)地布置以产生与所形成的旋转磁场相对应的信号。该速度信号可借助于通信线72发送至ECU64。

类似于涡轮速度传感器60，发动机速度传感器62也可检测转速，但是检测的是动力源12的转速而不是压缩机24的转速。例如，发动机速度传感器62可实施为构造成检测动力源曲轴的转速并产生相应速度信号的磁性拾波传感器。发动机速度传感器62可紧邻一个嵌入曲轴的磁性元件(未示出)地布置、紧邻一个嵌入由曲轴直接或间接驱动的部件内的磁性元件(未示出)地布置或者以其他适当方式布置，以产生与所形成的磁场的转速相对应的信号。该动力源速度信号可经由通信线74发送至ECU64。

再循环阀位置传感器63可实施为与一个嵌入在再循环阀48的可移动元件内的磁体(未示出)相关的磁性拾波式传感器。随着再循环阀48被致动，再循环阀位置传感器63可为ECU64提供阀元件的位置指示。设想再循环阀位置传感器63可被省去并且ECU64可替代地与再循环阀48直接通信以监控被发送至再循环阀48的位置指令信号。

发动机可变气门位置传感器65可与动力源12的进气门(未示出)相联以产生指示进气门的开启时间和/或开度的信号。发动机可变气门位置传感器65可以是任意类型的本领域公知的发动机气门位置传感器，诸如压电晶体式位置传感器。压电晶体式位置传感器包括一压电晶体，其施加与由于发动机气门运动而导致的晶体压缩成比例的电压。如果有需要，设想发动机可变气门位置传感器65可省去并且ECU64可替代地与可变气门致动设备(未示出)直接通信以监控提供给所述可变气门致动设备的气门开启指令。

再循环压差传感器67可安装至机械10或动力源12的一个构件，并且构造成检测进入和离开流体通道52内的文丘里管82的流体的压差。特别是，再循环压差传感器67可实施为具有两个独立压力端口的应变仪式传感器。再循环压差传感器67可产生指示所述两个端口之间的排气压差的信号并经由通信线77将该信号发送至ECU64。该信号可定期地持续发送，或者只在ECU64提示时发送。如果有需要，设想可省去文丘里管82。如果有需要，设想可采用诸如例如热线风速计之类的其他设备而不是采用再循环压差传感器67来产生指示流经流体通道52的排气的压力、速率和/或流量的信号。

排气压力传感器69可至少部分地安装在流体通道52内以检测从其流经的排气的绝对压力。特别是，排气压力传感器69可实施为应变仪式传感器、压阻式压力传感器或者任意其他类型的本领域公知的压力检测设备。排气压力传感器69可产生指示流体通道52内的排气压力的信号并经由通信线79将该信号发送至ECU64。该信号可定期地持续发送，或者只在ECU64提示时发送。

排气温度传感器71可至少部分地安装在流体通道52内、位于排气冷却器46的出口与排出部50之间，以检测导引至进气系统14的再循环气流的温度。例如，排气温度传感器71可实施为测量流体通道52的壁温的表面温度类型的传感器、直接测量流体通道52内的排气温度的空气温度式传感器或任意其他类型的本领域公知的传感器。排气温度传感器71可产生一排气温度信号并将该信号经由通信线80发送至ECU64。该温度信号可定期地持续发送，或者只在ECU64提示时发送。

ECU64可实施为单个微处理器或多个互联的微处理器，所述微处理器包括用于对控制系统18的操作进行控制的装置。多种商用微处理器可构造成执行ECU64的功能。应理解ECU64可容易地实施为一种具有控制多种机械和/或动力源的功能的通用机械微处理器。ECU64可包括内存、次级存储设备、处理器和任意其他用于运行应用程序的部件。诸如供电线路、信号调制线路、电磁驱动器线路和其他类型的线路的各种其他线路可与ECU64相关联。

ECU64可基于从传感器54、56、58、60、62、63、65、67、69和71接收的信号估算压缩机效率、入口温度、出口温度和其他相关的操作特性。具体地，可在ECU64的内存中储存多个关系映射。每个这些映射可包括呈表格、图表和/或方程式形式的数据集合。例如，排气压差值和排气密度值可形成用来判定再循环空气质量流量(RMAF)值的3-D映射的坐标轴。在另一个实施例中，检测到的大气压力值、再循环阀位置和计算出的总空气质量流量(TMAF)值可形成用来判定压缩机入口压力的4-D映射的坐标轴。在又一个实施例中，校正后的TMAF值和检测到的进气歧管空气压力值可形成用来判定压缩机出口压力的3-D映射的坐标轴。在另一个实施例中，计算出的压缩机压力比的值、检测到的涡轮速度值和校正后的TMAF值可形成用来判定压缩机效率的4-D映射的坐标轴。如果有需要，设想可将另外的和/或不同的映射储存在ECU64内。

图2示了利用上述映射估算压缩机操作特性的一示例方法。下一节将讨论图2以进一步说明本发明的系统及其操作。

工业实用性

在此公开的控制系统可适用于任意应用EGR的增压空气内燃机——其中精确获知压缩机特征是很重要的。特别是，在此公开的控制系统可提供一种简单、低成本和有效的方式来估算压缩机效率、入口温度、出口温度和其他用于控制相关的进气和排气再循环系统的特性。现在将解释控制系统18的操作。

如图2所示，估算压缩机24效率的最初步骤可包括ECU64从机械10的各个系统接收输入。具体地，ECU64可经由通信线66、68、70和72-80接收涡轮速度输入、发动机RPM输入、IMAP输入、IMAT输入、发动机气门开启持续时间输入、ATM压力输入、再循环阀位置输入、再循环压差输入、排气温度输入和排气压力输入(步骤100)。

响应于所接收的输入，ECU64可判定导引至进气系统14的排气的密度(步骤110)。具体地，ECU64可利用以下方程式1计算出排气密度，该排气密度为借助于传感器69和71获得的排气压力和温度值的函数。

方程式1：

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{Exh}}=\frac{P_{\mathrm{Exh}}}{R^{*}(T_{\mathrm{Exh}}+273.15)}$

其中：ρ_Exh是排气密度；

R是普适气体常数；

P_Exh是排气压力；并且

T_Exh是排气温度。

ECU64然后可参照储存在其内存中的3-D映射之一来判定RMAF(步骤120)。具体地，ECU64可将借助于传感器67获得的排气压差值和从以上方程式1计算出的排气密度值进行比较以判定RMAF值。

ECU64也可同步于步骤110和/或120估算TMAF(步骤130)。具体如以下方程式2所述，可作为从传感器65接收到的进气门打开持续时间值、从传感器62获得的发动机RPM和分别借助于传感器56和58接收的IMAP值与IMAT值的比的函数来计算TMAF。

方程式2：

$\mathrm{TMAF}={\mathrm{Duration}}_{\mathrm{IV}}^A\×[(B\×{\mathrm{RPM}}_{\mathrm{Engine}})\×\frac{{\mathrm{IMAP}}^C}{{\mathrm{IMAT}}^D}]$

其中：

TMAF是总空气质量流量；

Duration_IV是进气门的打开持续时间；

RPM_engine是动力源12的转速；

IMAP是检测到的进气歧管空气压力；

IMAT是检测到的进气歧管空气温度；并且

A、B、C和D是通过分析和/或操作测试判定的变量。

一旦计算出TMAF和RMAF，就可计算出新鲜空气质量流量(FMAF)值(步骤140)。可根据以下方程式3计算出作为TMAF与RMAF之间的差的FMAF。

方程式3：

FMAF＝TMAF—RMAF

其中：

FMAF是新鲜空气质量流量；

TMAF是总空气质量流量；并且

RMAF是再循环空气质量流量。

可在计算出FMAF值后判定压缩机入口温度(步骤150)。特别是，可根据以下方程式4计算压缩机入口温度。

方程式4：

$T_{\mathrm{Comp}\_\mathrm{In}}=\frac{\mathrm{FMAF}\×T_{\mathrm{FMAF}}+\mathrm{RMAF}\×T_{\mathrm{RMAF}}}{\mathrm{FMAF}+\mathrm{RMAF}}$

其中：

T_{Comp_In}是压缩机入口温度；

FMAF是新鲜空气质量流量；

T_FMAF是新鲜空气质量流的温度；

RMAF是再循环空气质量流量；并且

T_FMAF是再循环空气质量流的温度。

也可在计算TMAF值后判定压缩机入口压力(步骤160)。特别是，ECU64可参照储存在其内存中的4-D映射之一并将借助于传感器54获得的大气压力值、TMAF值和再循环阀位置进行比较以判定压缩机入口压力值。可替代地或另外地，如果有需要，设想可基于流经压缩机24的空气的密度判定压缩机入口压力。可基于FMAF、大气压力、再循环阀位置和TMAF估算大气密度。

一旦判定了压缩机入口压力值，就可根据以下方程式5将TMAF值校正至标准状态(步骤170)。

方程式5：

${\mathrm{TMAF}}_{\mathrm{corr}}=\mathrm{TMAF}\×\frac{\sqrt{\frac{T_{\mathrm{Comp}\_\mathrm{In}}}{T_{\mathrm{STD}}}}}{\frac{P_{\mathrm{Comp}\_\mathrm{In}}}{P_{\mathrm{STD}}}}$

其中：

TMAF_corr是校正后的总空气质量流量；

TMAF是总空气质量流量；

T_{Comp_In}是压缩机入口温度；

T_STD是标准空气温度(25℃)；

P_{Comp_In}是压缩机入口压力；并且

P_STD是标准空气压力(101.325kPa)。

ECU64然后可参照储存在其内存中的3-D映射之一来判定压缩机出口压力(步骤180)。特别是，ECU64可将校正后的TMAF值和借助于传感器58获得的IMAP值与适当的映射进行比较以判定压缩机出口压力值。

在完成步骤160和180后，ECU64可判定进入压缩机24的流体与离开压缩机24的流体的压力比(步骤S190)。亦即，ECU64可根据以下方程式6计算压力比。

方程式6：

$P_r=\frac{P_{\mathrm{Comp}\_\mathrm{out}}}{P_{\mathrm{Comp}\_\mathrm{in}}}$

其中：P_r是压力比；

P_{Comp_Out}是压缩机出口压力；并且

P_{Comp_In}是压缩机入口压力。

ECU64然后可参照储存在其内存中的4-D映射之一以多种不同的方式来判定压缩机效率(步骤200)。首先，ECU64可将校正后的TMAF值和压缩机压力比的值与适合的映射进行比较以判定压缩机效率。其次，ECU64可将校正后的TMAF值和借助于传感器60获得涡轮速度值与同一映射进行比较以判定压缩机效率。再次，ECU64可将涡轮速度值和压缩机压力比的值与同一映射进行比较以判定压缩机效率。ECU64判定压缩机效率值的方式可取决于机械10的操作状态。

在此公开的控制系统与现有技术相比具有许多优点。特别是，由于在此公开的控制系统可通过较少的检测输入判定压缩机入口温度、出口温度和效率，所以与现有技术相比在此公开的压缩机成本更低。另外，由于这些压缩机操作特性的计算可依靠较少的检测输入，在此公开的系统更稳定。

对本领域的技术人员而言显而易见的是可对在此公开的控制系统作出各种改型和变型。通过阅读在此公开的控制系统的说明书并对之进行实践，其他实施方式对本领域的技术人员而言将显而易见。认为说明书和实施例只是示例性的，其真实范围由下列权利要求书及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于估算压缩机性能的控制系统(18)，包括：

压缩机(24)，其流体连接至动力源(12)的进气歧管并构造成接收空气和排气的混合气流；

动力源速度传感器(62)，其与所述动力源的输出相关联并构造成提供所述动力源的转速的指示；

入口压力传感器(56)，其与所述进气歧管相关联并构造成提供所述进气歧管内的流体压力的指示；

入口温度传感器(58)，其与所述动力源的进气歧管相关联并构造成提供所述进气歧管内的流体温度的指示；

大气压力传感器(54)，其构造成提供大气压力的指示；以及

控制模块(64)，其与所述动力源速度传感器、入口压力传感器、入口温度传感器和大气压力传感器通信，所述控制模块构造成

监控：

发动机气门打开的持续时间；以及

排气再循环阀的位置；并且

基于所提供的指示、所监控的发动机气门打开持续时间和所监控的排气再循环阀位置估算压缩机入口压力。

2.如权利要求1所述的控制系统，进一步包括：

排气压力传感器(69)，其构造成提供排气压力指示；以及

排气温度传感器(71)，其构造成提供排气温度指示，其中所述控制模块进一步构造成基于所提供的排气温度指示和排气压力指示判定排气密度。

3.如权利要求2所述的控制系统，进一步包括排气压差传感器(67)，所述排气压差传感器构造成提供与排气文丘里管相关联的排气压差指示，其中所述控制模块进一步构造成基于所提供的排气压差指示和判定出的排气密度估算排气再循环的空气质量流量值。

4.如权利要求3所述的控制系统，进一步包括构造成提供大气温度指示的大气温度传感器(55)，其中所述控制模块进一步构造成：

基于下述信息估算经过经所述压缩机的流体的总空气质量流量：

所监控的发动机气门打开持续时间；

所提供的所述动力源的转速指示；

所提供的所述进气歧管内的流体压力指示；以及

所提供的所述进气歧管内的流体温度指示；并且

基于下述信息估算压缩机入口温度：

所估算的总空气质量流量；

所提供的大气温度指示；

所估算的排气再循环空气质量流量；以及

所提供的排气温度指示。

5.如权利要求4所述的控制系统，其中所述控制模块进一步构造成基于下述信息估算压缩机出口压力：

总空气质量流量；以及

所述进气歧管内的流体压力指示。

6.如权利要求5所述的控制系统，进一步包括构造成提供所述压缩机的转速指示的压缩机速度传感器(60)，其中所述控制模块进一步构造成基于以下信息中的任意三个估算压缩机效率：

估算出的总空气质量流量；

估算出的压缩机出口压力；

估算出的压缩机入口压力；以及

所提供的所述压缩机的转速指示。

7.一种估算压缩机性能的方法，包括：

接收动力源的转速指示；

接收进气歧管内的流体压力指示；

接收所述进气歧管内的流体温度指示；

接收大气压力指示；

接收发动机气门打开持续时间指示；

接收排气再循环阀位置指示；以及

基于接收到的所述指示估算压缩机入口压力。

8.如权利要求7所述的方法，进一步包括：

接收排气压力指示；

接收排气温度指示；

基于接收到的排气压力指示和排气温度指示判定排气密度；

接收与排气文丘里管相关联的排气压差指示；以及

基于接收到的排气压差指示和判定出的排气密度估算排气再循环空气质量流量值。

9.如权利要求8所述的方法，进一步包括：

接收大气温度指示；

基于下述信息估算经过所述压缩机的流体的总空气质量流量：

接收到的发动机气门打开持续时间指示；

接收到的所述动力源的转速指示；

接收到的所述进气歧管内的流体压力指示；以及

所提供的所述进气歧管内的流体温度指示；

基于下述信息估算压缩机入口温度：

估算出的总空气质量流量；

接收到的大气温度指示；

估算出的排气再循环空气质量流量；以及

接收到的排气温度指示；以及

基于下述信息估算压缩机出口压力：

总空气质量流量；以及

接收到的所述进气歧管内的流体压力指示。

10.如权利要求9所述的方法，进一步包括：

接收所述压缩机(24)的转速指示；以及

基于以下信息中的任意三个估算压缩机效率：

估算出的总空气质量流量；

估算出的压缩机出口压力；

估算出的压缩机入口压力；以及

接收到的所述压缩机的转速指示。

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