CN101548085B - 用于内燃机涡轮增压器的调节方法以及涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于涡轮增压器(1)的一种调节方法，该涡轮增压器带有一台涡轮机(4)，该涡轮机具有配备了多个可调节导向叶片(5)的一个可变几何截面涡轮(VTG)，该调节方法具有以下方法步骤：a)将该可变几何截面涡轮(VTG)的这些导向叶片(5)作为借助涡轮增压器(1)来进行涡轮增压的内燃机的当前工作点的一个函数关闭到这些导向叶片(5)对于所述工作点的最大可能关闭位置，并且b)在一个闭合的调节环路中通过调节这些导向叶片(5)的位置来调节该增压的压力(P2)。

Description

用于内燃机涡轮增压器的调节方法以及涡轮增压器
技术领域
本发明涉及用于内燃机的排气涡轮增压器的一种调节方法，并且一种涡轮增压器。
背景技术
在已知带有一种可调节的涡轮几何形状(VTG)的涡轮增压器中，如果通过一种常规的PID调节器和一种气动控制盒使VTG关闭了一个过大的程度，可发生增压的压力的下降。而且，在该控制盒中，在压力增加的过程中以及在压力下降的过程中在该致动杆的冲程值中存在一种滞后效应，这对整体调节特性具有一种不利影响。
DE 102004042272A公开了一种用于以一信号来调节涡轮增压器中的促动器的串联调节装置(Kaskadenregelung)。外部的调节环以在理论压力和测量压力之间的压力差为基础来控制一压力。内部的调节环以在基于所述压力差计算得出的理论转速和测量转速之间的转速差为基础来控制一转速。最后基于该转速差计算出所述信号。
文献WO2004/027235A公开了一种线性的调节构件，该调节构件基于处在理论压力和在涡轮增压器上测得的增压压力之间的被补偿的错误信号来确定用于涡轮增压器导向叶片(Leitschaufeln des Turboladers)的要被调节的位置。
另外，一种用于涡轮增压器的能适配的位置控制面板(Positionssteuer-tafel)基于马达转速和马达转矩来确定涡轮增压器的导向叶片用的控制位置。一加法环节由来自控制面板的调节环节和控制位置来控制在要被调节的位置上的所述整个涡轮增压系统。文献EP1 031 713 A公开了一种用于涡轮增压器的控制单元，该控制单元由所接收的、所测量的压力和理论压力确定压差，并且由该压差确定控制信号。
发明内容
因此，本发明的一个目的是要创造出一种调节方法以及一种涡轮增压器，通过它们有可能至少减少所述的控制盒的滞后效应并且获得VGT的这些导向叶片的优化的位置调节。
所述目的分别通过用于一台涡轮增压器的一种调节方法来实现。该涡轮增压器具有一台涡轮机，该涡轮机具有一个可变几何截面涡轮，该可变几何截面涡轮配备有多个可调节的导向叶片，该调节方法具有以下方法步骤：
a)将该可变几何截面涡轮的这些导向叶片作为通过该涡轮增压器进行增压的该内燃机的当前工作点的一个函数而关闭到这些导向叶片对于所述工作点的最大可能的关闭位置，并且
b)在一个闭合的调节环路中通过调节这些导向叶片的位置来调节增压的压力。
其中相对于调节该增压的压力以及调节该导向叶片的位置的该方法步骤b)是在一个闭合的调节环路中进行的。
所述目的还通过一种用于一台内燃机、特别是火花点火式发动机或柴油发动机的一种涡轮增压器来实现。该涡轮增压器
-具有一台压缩机；
-具有一台涡轮机，该涡轮机通过一个转子轴与该压缩机相连并且该涡轮机具有一种可变几何截面涡轮，该可变几何截面涡轮带有多个可调节的导向叶片，
其特征为一个调节装置，该调节装置具有以下部件：
·一个第一确定装置，用于从该内燃机的转速和扭矩数据确定对于增压的压力的一个标称值；
·一个第二确定装置，该第二确定装置与该第一确定装置并行连接，用于从该内燃机的转速和扭矩数据确定这些引导叶片的位置；
·一个用于调节该增压压力的调节器，该调节器与该第一确定装置串联连接并且基于输入的转速和扭矩值以及该增压压力的标称值，以及若合适的话，多个反馈的实际增压压力值来调节该增压的压力；以及
·一个导向叶片位置调节器，该导向叶片位置调节器与该调节器串联连接并且基于由该第二确定装置提供的导向叶片位置的这些标称值、由该调节器提供的这些输出信号，以及若合适的话，该实际导向叶片位置的多个反馈的实际值来调节该可变几何截面涡轮的这些导向叶片的位置。
根据本发明，相应地有可能使该控制盒的滞后效应最小化并且获得一种更快的响应时间、并且还获得VTG的这些导向叶片的更精确的位置调节。
还有可能对于增压的压力积蓄确定VTG的这些导向叶片的最优化的位置、并且至少减少其他不利影响，例如排气再循环的那些不利影响。
本发明还包括根据本发明的调节方法以及根据本发明的涡轮增压器的多项有利改进。
在根据本发明的调节方法的一个特别优选的实施方案中，选择了一种三阶段的策略或方式。
在第一阶段，该可变几何截面涡轮的这些导向叶片作为当前工作点的一个函数而被移入对于所述工作点的最大可能的关闭位置中，这使之有可能避免或至少降低该控制盒的滞后。
在根据本发明的调节方法的可任选的第二阶段中，通过先导控制将可变几何截面涡轮或它的这些导向叶片移入到一个最优化的位置，该最优化的位置主要由该增压器发动机的转速和扭矩产生的。优选地，一个从属的位置调节环路在此是起作用的。
在根据本发明的调节方法的第三阶段中，对该增压的压力进行调节，优选地使一个增压压力调节环路以及该从属位置调节环路起作用。
总体上，通过根据本发明的调节方法获得了增压压力的一种最优化的积蓄，其中，有可能为此目的使根据本发明的涡轮增压器配备有一个气动控制盒，该容器带有多个位置传感器或可替代地带有一种电致动元件。
附图说明
从以下基于附图的多个示例性实施方案的说明中可以获得本发明的进一步的细节、优点和特征，在附图中：
图1示出用于说明根据本发明的调节方法的一个简图，
图2示出用于说明根据本发明的调节方法的多种有利作用的另一个简图，并且
图3示出根据本发明的涡轮增压器的一个示意性高度简化的方框图。
具体实施方式
图1示出一个简图，其中对照时间标绘出增压的压力需求、实际增压的压力、发动机负载、发动机转速以及VGT的这些导向叶片的位置，以便说明根据本发明的调节方法的一个特别优选的实施方案。
在图1中所描绘的调节策略包括三个阶段，其中阶段2是任选的，这就是说在某些应用中也可以被省略。
在阶段1中，它是寻求增加该排气背压P3(它在图2中表示)，以便改进响应特性。为此目的，通过使阶段1仅在大致100至200毫秒(最大500毫秒)中起作用，将VTG的这些导向叶片暂时地调节到对于相应的当前工作点的最大关闭状态。如从图3的简图中可以看到，该增压的压力的控制是在所述阶段1进行的。
在可任选的阶段2中，它是寻求总是利用对于增压的压力增加的最好潜力，其中它在寻求优选地防止该响应行为的任何延迟，该响应行为可能发生在带有一个闭合的调节环路的多个常规的调节器内。
在所述阶段2，通过调节使VTG的这些导向叶片移入一个位置，该位置适合于增压压力的最优化的增大，这对于每个工作点是特定的。在此，通过一个闭合的调节环路来进行增压的压力控制并且进行这些导向叶片的位置调节。
阶段2被启动直到该增压的压力几乎达到其预设值。
在阶段3，寻找一个恒定并且稳定的工作状态，该工作状态有可能通过一个闭合的调节环路来进行标准增压的压力调节并且有可能通过一个闭合的调节环路来进行位置调节。
该增压的压力可以优选地通过一个标准的PID调节器来调节。
图2以一个行程压力简图的形式展示了以上说明的三阶段的调节策略的一个概括。
如以上说明的，在阶段1，在一段短时间中使VTG完全关闭以便尽可能快地获得排气背压P3的增大。在此，VTG增压压力的控制是通过一个开放的调节环路进行的。
在阶段2中，VTG增压压力的控制是通过一个开放的调节环路进行的而位置调节是通过一个闭合的调节环路进行的。在此，VTG被设置到允许增压的压力最快增加的位置。可存储多个最优化的VTG位置。
最后，在阶段3，增压压力的调节是通过一个闭合的调节环路进行的并且位置调节是通过一个闭合的调节环路进行的，其中仅当已经几乎达到该增压压力的标称值时，带有一个闭合的调节环路的调节优选地是起作用的。
图3展示了根据本发明的一个涡轮增压器1的一个示意性高度简化的方框图，该涡轮增压器具有一个压缩机叶轮2，该压缩机叶轮通过一个转子轴与一台涡轮机4相连，该涡轮机具有带有多个叶片5的一个VTG。为说明根据本发明的调节策略的操作原理以及根据本发明的涡轮增压器，所述部件是在图3的方框1中以示意性地简化的形式展示的，因为这个示意图足以说明本发明的原理。取决于应用，根据本发明的涡轮增压器1当然还具有常规涡轮增压器的所有其他部件，然而这些部件的说明不是为了说明本发明的目所需要的。
涡轮增压器1被提供用于使内燃机(例如火花点火式或柴油发动机6)增压，它同样由一个另一个方框表示。
根据本发明，涡轮增压器1具有一个调节装置6，该调节装置包括以下部件：
首先，提供了一个第一确定装置7，通过该确定装置可以为增压的压力P2确定一个标称值P2标称。为此目的，发动机6的转速和扭矩数据被输入到确定装置7，这些数据由字母n(转速)和T(扭矩)表示。
所述数据同样被输入到一个第二确定装置8，通过该确定装置来确定VTG的位置的多个标称值(位置VTG标称)。
一个增压压力调节器9(该调节器基于在P2标称与P2实际之间的当前差值产生出用于该位置调节的一个输出信号)被安排为与第一确定装置7串联，该第一确定装置被提供为与第二确定装置8平行。
转速值和扭矩值以及增压压力P2的这些标称值P2标称，以及若合适的话，由一个传感器12检测的增压压力的多个实际值P2实际同样被输入到增压的压力调节器9之中。
一个导向叶片位置调节器10同样被提供为与增压的压力调节器9串联，其中除了增压的压力调节器9提供的这些值外，在图3中由箭头POSVTG表示的VTG的这些导向叶片5的位置的标称值也被提供到该导向叶片位置调节器10(当它被启动时)。所述值可以由一个传感器11检测，该传感器可以确定这些导向叶片5的位置。
为了通过在图3中所展示的调节装置6来优化根据本发明的调节方法，还有可能考虑多个校正值，这些校正值在图3中由对应的箭头表示。
任选地、另外有可能增加另一个阶段，该阶段在一个换档过程后用于优化增压压力的积蓄。为此目的，它以一种合适的方式来检验是否在所需扭矩中存在一种急速的下降(正如在换档过程中的常规情况)。这些VTG导向叶片随后在一段限定的时间中(大致1秒)被置于一个最大可允许的关闭位置中，但最多到该扭矩需求中发生一种急速的增加，以便在所述时间内使该增压压力的下降最小化。可替代地是，还有可能使在扭矩下降之前存在的VTG位置得到维持，而不是最大可允许的关闭位置。
为补充本发明的以上书面披露，特此明确地提及在图1至图3中的本发明的简要图解。
参考符号清单
1        涡轮增压器
2        压缩机
3        转子轴
4        涡轮机
5        可变几何截面涡轮的导向叶片
6        调节装置
7        第一确定装置
8        第二确定装置
9        增压压力调节器
10       导向叶片位置调节器
11，12   传感器

Claims (9)

1.用于内燃机的一台涡轮增压器(1)的一种调节方法，该涡轮增压器具有一台涡轮机(4)，该涡轮机具有一个可变几何截面涡轮(VTG)，该可变几何截面涡轮配备有多个可调节的导向叶片(5)，该调节方法具有以下方法步骤：
a)将该可变几何截面涡轮(VTG)的这些导向叶片(5)作为通过该涡轮增压器(1)进行增压的该内燃机的当前工作点的一个函数而关闭到这些导向叶片(5)对于所述工作点的最大可能的关闭位置，并且
b)在一个闭合的调节环路中通过调节这些导向叶片(5)的位置来调节增压的压力(P2)，
其中，相对于调节该增压的压力以及调节该导向叶片的位置的该方法步骤b)是在一个闭合的调节环路中进行的。
2.如权利要求1所述的调节方法，其特征为以下方法步骤：
c)至少基于该增压的内燃机的多个转速值(n)以及多个转矩值(T)来确定该可变几何截面涡轮(VTG)的这些导向叶片(5)的一个最优化的位置，并且
d)将这些导向叶片(5)调节到该如此所获取的最优化的位置，
其中使该方法步骤c)和方法步骤d)在该方法步骤a)之后并且在该方法步骤b)之前进行。
3.如权利要求2所述的调节方法，其特征在于，在由于一个换挡过程的扭矩下降之后，这些VTG导向叶片在最大一秒的一个特定时间段中被放入一个最大的可允许的关闭位置中。
4.如权利要求1所述的调节方法，其特征在于该方法步骤a)是作为控制来进行的。
5.如权利要求1所述的调节方法，其特征在于该方法步骤a)是在最大500ms的一段持续时间上进行的。
6.如权利要求2或3所述的调节方法，其特征在于相对于该增压压力的控制，这些方法步骤c)和d)是在一个开放的调节环路中进行的；而相对于该导向叶片位置的调节，这些方法步骤是在一个闭合的调节环路中进行的。
7.用于一台内燃机(6)的一种涡轮增压器(1)，
-具有一台压缩机(2)；
-具有一台涡轮机(4)，该涡轮机通过一个转子轴(3)与该压缩机(2)相连并且该涡轮机具有一种可变几何截面涡轮(VTG)，该可变几何截面涡轮带有多个可调节的导向叶片(5)，
其特征为一个调节装置(6)，该调节装置具有以下部件：
·一个第一确定装置(7)，用于从该内燃机(6)的转速和扭矩数据(n，T)确定对于增压的压力(P2)的一个标称值(P2标称)；
·一个第二确定装置(8)，该第二确定装置与该第一确定装置(7)并行连接，用于从该内燃机(6)的转速和扭矩数据(n，T)确定这些引导叶片(5)的位置；
·一个用于调节该增压压力(P2)的调节器(9)，该调节器(9)与该第一确定装置(7)串联连接并且基于输入的转速和扭矩值(n，T)以及该增压压力的标称值(P2标称)以及多个反馈的实际增压压力值(P2实际)来调节该增压的压力(P2)；以及
·一个导向叶片位置调节器(10)，该导向叶片位置调节器与该调节器(9)串联连接并且在闭合的调节环路中基于由该第二确定装置(8)提供的导向叶片位置的标称值(POSVTG_标称)、由该调节器(9)提供的输出信号、以及实际导向叶片位置的多个反馈的实际值(POSVTG_实际)来调节该可变几何截面涡轮(VTG)的这些导向叶片(5)的位置。
8.如权利要求7所述的涡轮增压器，其特征为，设置多个传感器(11，12)用于测量这些导向叶片的实际位置(POSVTG_实际)以及所述实际增压压力值(P2实际)。
9.如权利要求7所述的涡轮增压器，其特征为，所述内燃机(6)是火花点火式发动机或柴油发动机。
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