CN101749123A - 在机动车辆中估算排气温度的方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了在机动车辆中估算排气温度的方法与装置，该机动车辆具有带有排气涡轮的涡轮增压器系统，估算排气涡轮入口处呈现的排气温度(Ti)，基于涡轮增压器系统的涡轮增压器转速执行对此排气温度(Ti)的估算。本发明使得能够更好地保护排气涡轮，特别是在瞬态阶段期间。

Description

在机动车辆中估算排气温度的方法与装置

【技术领域】

本发明涉及在机动车辆中估算排气温度的方法与装置。

【背景技术】

人们认为在不久的将来涡轮增压器转速传感器(TSS)将成为带有涡轮增压器的新式机动车辆的标准配置。这种涡轮增压器传感器可用于提供关于涡轮增压器当前状态的额外信息，这样能够改进机动车辆的运转性能并增加总体动力。

为了保护位于排气流中的排气涡轮，通常需要限制排气温度，特别是当内燃发动机在满负荷或负荷峰值下运转时。排气温度相当于排气在排气涡轮入口处的入口温度，在下文中被称为T3或Ti。

一方面，可在静态、保守及固定的校准过程中执行对排气温度的限制。此方法包括对复杂燃烧过程的模型化描述，并根据进气温度、发动机转速、燃烧的燃料量、进气质量流量、预喷射时间控制和冷却剂温度的函数估算排气温度。此方法的不精确性和不确定性结合燃烧过程的复杂性以及不同发动机之间可能的变动或差异意味着对排气温度的估算(特别是在瞬态阶段期间)会具有相对较大范围的误差，从而不能确保估算足够精确，即不能确保估算器的精确性。

另外，还可以通过使用在较大的(温度)变动下呈现缓慢动态的温度传感器限制排气温度。这种原理在崭新的内燃发动机中平衡态下可以很有效。然而，必须意识到，即使十分精密的温度传感器也具有数秒的时间常数，而这意味着这种类型的传感器对于排气温度或排气在排气涡轮入口处的入口温度Ti的精确瞬间测量的要求不是非常可靠。另外，这种方法的长期行为会被其它因素(例如传感器元件附着了烟粒)所削弱。

【发明内容】

相对上述背景技术，本发明的目的在于提供一种在带有涡轮增压器的机动车辆中估算排气温度的方法与装置，其能够更好地保护排气涡轮，特别是在瞬态阶段期间。

通过一种在机动车辆中估算排气温度的方法和一种用于在机动车辆中估算排气温度的装置实现了此目的。

在所发明的一种在机动车辆中估算排气温度的方法中，机动车辆具有带有排气涡轮的涡轮增压器系统，对排气涡轮入口处呈现的排气温度进行估算，对此排气温度进行估算是基于在涡轮增压器系统的涡轮增压器转速。

基于涡轮增压器系统的涡轮增压器转速对排气温度的估算使得能够对排气涡轮入口处的排气温度进行快速而可靠的估算，从而有效地保护排气涡轮，同时在瞬态阶段期间避免了上述问题和缺点。在这种情况下，还能够基于涡轮增压器转速(特别是通过使用涡轮增压器转速传感器)获得对穿过排气涡轮的压力比的快速而可靠的估算。另外，同时的确需要对排气涡轮下游的精确温度测量或估算，这可通过使用通常设置用于排气后处理装置(例如柴油微粒过滤器(DPF)或柴油氧化催化剂(DOF))的传感器来执行以保护排气后处理装置。

在带有固定几何涡轮增压器系统(FGT)的内燃发动机和带有可变几何涡轮增压器系统(VNT)的内燃发动机中均可实施本发明的这种估算。

根据一个实施例，在先前估算的排气温度的基础上从涡轮增压器系统的涡轮增压器转速来计算修正的涡轮增压器转速。

根据一个实施例，根据下列关系式来计算修正的涡轮增压器转速：

${\mathrm{NT}}_{\mathrm{corr}}=\frac{\mathrm{NT}}{\sqrt{\frac{T3}{{T3}_{\mathrm{ref}}}}}---\left(1\right)$

NT指示未经修正的涡轮增压器转速，T3指示先前估算的排气温度，而T3_ref指示排气温度的参考值。由于使用修正的涡轮增压器转速，能够通过使用最后估算的排气温度T3或涡轮入口温度Ti对于出现的不同工况(称为参考温度T_ref)修正涡轮行为或涡轮特性图。

本发明还涉及用于在机动车辆中估算排气温度的装置，机动车辆具有带排气涡轮的涡轮增压器系统。关于该装置的优选改进请参考上文的说明并结合参考上述所发明的方法。

通过详细说明和附属权利要求将得到进一步的改进。

【附图说明】

图1显示了对于稳定转速和固定叶轮位置根据涡轮压力比的函数说明涡轮总效率的图表。

【具体实施方式】

下面将借助优选示例性实施例并参考附图更为详细地解释本发明。

本说明书中使用下列缩写：

T_o      涡轮出口温度(单位为开尔文K)；

T_i      涡轮入口温度(单位为开尔文K)；

T3      排气温度(单位为开尔文K)；

P_o      涡轮出口压力(单位为巴bar)；

P_i      涡轮入口压力(单位为巴bar)；

NT      涡轮增压器转速(单位为转每分钟rpm)；

NT_corr  修正的涡轮增压器转速(单位为转每分钟rpm)；

VNT     叶轮位置(单位为％或角度)(可选)；

γ      比热的比值(无量纲)；

η_TS    总/静态效率(值的范围在0至1之间)；

η_M     机械效率(值的范围在0至1之间)。

根据本发明，通过使用涡轮增压器转速传感器(TSS)确定涡轮增压器转速。第一步是使用此(未经修正的)涡轮增压器转速NT借助下列关系式(1)计算修正的涡轮增压器转速NT_corr：

${\mathrm{NT}}_{\mathrm{corr}}=\frac{\mathrm{NT}}{\sqrt{\frac{T3}{{T3}_{\mathrm{ref}}}}}---\left(1\right)$

NT指示未经修正的涡轮增压器转速，T3指示先前估算的排气温度，而T3_ref指示排气温度参考值。对于出现的不同工况(参照参考温度T_ref)可通过使用修正的涡轮增压器转速修正涡轮行为或涡轮特性图。

随后使用修正的涡轮增压器转速NT_corr以及涡轮压力比(其能够从涡轮增压器转速得出)并结合叶轮位置(VNT位置)以便估算涡轮效率，根据其能够(依据涡轮入口温度Ti)依次动态估算排气温度T3。

本说明书中，构成计算的基础的总/静态效率(即基于静态比在涡轮机级的出口处的效率)为修正的涡轮增压器转速NT_corr、涡轮压力比(P_o/P_i)和叶轮位置VNT的函数，即

η_TS＝f(NT_corr，P_O/P_i，[VNT])         (2)

关系式(3)将涡轮的总/静态效率η_TS确定为涡轮压力比(P_o/P_i)的函数。

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{TS}}=\frac{1-\left(\frac{T_0}{T_i}\right)}{1-{\left(\frac{P_0}{P_i}\right)}^{\frac{\mathrm{\γ}-1}{\mathrm{\γ}}}}---\left(3\right)$

这样，关系式(4)得到排气温度T3或涡轮入口温度Ti。

$T_i=\frac{T_0}{1-{\mathrm{\η}}_{\mathrm{TS}}(1-{\left(\frac{P_0}{P_i}\right)}^{\frac{\mathrm{\γ}-1}{\mathrm{\γ}}})}---\left(4\right)$

可通过基于涡轮增压器转速的算法计算涡轮压力比P_o/P_i。可替代地，也可测量涡轮压力比，可使用排气涡轮上游和下游的压力传感器进行测量。

一些涡轮增压器供应商采用涡轮的“总效率”，根据下列关系式(5)其表示总/静态效率η_TS和机械效率η_M的乘积，在这种情况下，下列关系式(5)给出了这些变量之间的联系：

η_TOTAL＝η_TS*η_M        (5)

概括而言，本发明使得能够对排气涡轮入口处的排气温度进行可靠而快速的估算，并因此能够较好地保护排气涡轮，特别是在瞬态阶段期间。

Claims (8)

1.一种在机动车辆中估算排气温度的方法，所述机动车辆具有带有排气涡轮的涡轮增压器系统，且估算所述排气涡轮入口处呈现的排气温度(Ti)，

其特征在于，

基于所述涡轮增压器系统的涡轮增压器转速执行所述对此排气温度(Ti)的估算。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

基于先前估算的排气温度从所述涡轮增压器系统的涡轮增压器转速计算修正的涡轮增压器转速(NT_corr)。

3.根据权利要求2所述的方法，

其特征在于，

借助下列关系式执行对所述修正的涡轮增压器转速(NT_corr)的计算：

${\mathrm{NT}}_{\mathrm{corr}}=\frac{\mathrm{NT}}{\sqrt{\frac{T3}{{T3}_{\mathrm{ref}}}}}$

NT是未经修正的涡轮增压器转速，T3是所述先前估算的排气温度，而T3_rcf是所述排气温度的参考值。

4.根据权利要求3所述的方法，

其特征在于，

从所述涡轮增压器转速NT或所述修正的涡轮增压器转速(NT_corr)计算所述涡轮的总/静态效率(η_TS)。

5.根据权利要求4所述的方法，

其特征在于，

基于涡轮压力比(P_o/P_i)和叶轮位置执行对所述涡轮的总/静态效率(η_TS)的计算。

6.根据权利要求5所述的方法，

其特征在于，

基于所述涡轮增压器转速估算所述涡轮压力比(P_o/P_i)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，

其特征在于，

根据下列关系式确定所述排气涡轮入口处呈现的排气温度(Ti)

$T_i=\frac{T_0}{1-{\mathrm{\η}}_{\mathrm{TS}}(1-{\left(\frac{P_0}{P_i}\right)}^{\frac{\mathrm{\γ}-1}{\mathrm{\γ}}})}$

(P_o/P_i)是所述涡轮压力比，η_TS是所述总/静态效率，T_o是涡轮出口温度，而γ是比热的比值。

8.一种用于在机动车辆中估算排气温度的装置，所述机动车辆具有带排气涡轮的涡轮增压器系统，

其特征在于，

所述装置设计用于执行如上述权利要求中任一项所述的方法。

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