CN102418592A - 用于控制通过涡轮增压器增压的内燃发动机的速度的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于控制通过涡轮增压器(12)增压的内燃发动机(1)的方法，所述涡轮增压器具有涡轮(13)和压缩机(14)；该控制方法包括下述步骤：确定所述压缩机(14)下游的压力目标；确定折合质量流率(Q_AHR)的临界阈值(M_critica)，所述临界阈值(M_critica)在折合质量流率/压缩比平面上界定出接近于音速条件的实现的临界区域；及在当前折合质量流率(Q_AHR)高于所述临界阈值(M_critica)时，通过第一滤波器对所述压缩机(14)下游的压力目标进行过滤。

Description

用于控制通过涡轮增压器增压的内燃发动机的速度的方法

技术领域

本发明涉及用于控制通过涡轮增压器增压的内燃发动机的方法。

背景技术

已知一些内燃发动机具有基于涡轮增压器的增压系统，该增压系统能够利用排气焓来压缩发动机吸入的空气，从而增加进气容积效率，以增加发动机产生的动力。

基于涡轮增压器的增压系统包括具有涡轮和压缩机的涡轮增压器，涡轮沿着排气管设置以在发动机所排出排气的偏置力作用下高速度旋转，压缩机由涡轮旋转并沿着进气管设置以压缩发动机吸入的空气。

在基于涡轮增压器的增压系统中，出于功能上的原因(即避免不规则操作或任何情况下的低效率操作)和结构上的原因(即避免涡轮增压器损坏)，涡轮增压器的操作范围必须保持在取决于曲轴位置的有效区域内。

特别是，操作范围的有效区域由折合质量流率(reduced mass flowrate)/压缩比平面左边的喘振线(surge line)和同一平面右边的所称的“饱和线”限制。喘振线因此界定第一“禁止”区域并由点的位置组成，在这些点中压缩机的内部空气动力平衡被打破，在端口(mouth)处发生周期性、大噪声、剧烈的流量排斥(rejection of flow)，结果可能破坏叶片。

欧洲专利申请EP1741895A1描述了一种用于控制通过涡轮增压器增压的内燃发动机的方法，该涡轮增压器包括压缩机、涡轮和废气阀，涡轮适用于在发动机排气的偏置力作用下旋转地驱动压缩机，废气阀适用于调节提供到涡轮中的排气流量，以根据压缩机出口处要求的目标增压压力控制涡轮自身的转速。欧洲专利申请EP1741895A1所述的控制方法包括下述步骤：测量在压缩机入口处吸入的空气压力；确定压缩机的质量流率；通过表征压缩机操作的预定映射图并根据预定旋转极限速度、测量得到的空气压力和质量流率，计算增压极限压力，其相关于当涡轮以基本上等于预定极限速度的速度旋转时，在压缩机出口处可获得的空气压力；确认要求的增压目标压力与计算得到的增压极限压力是否满足预定关系；如果满足该关系，则驱动废气阀以根据增压压力控制涡轮的转速，以便将涡轮增压器的转速限制为基本上等于预定极限速度的值。

欧洲专利申请EP2014894A1相反描述了一种用于控制由涡轮增压器增压的内燃发动机的方法，该涡轮增压器具有涡轮和压缩机，该方法包括在折合质量流率/压缩比平面上确定至少一个操作极限曲线、至少一个废气阀的干预曲线和至少一个泄压阀(Poff valve)的干预曲线，该废气阀调节涡轮的旁通管，该泄压阀调节压缩机的旁通管。根据专利申请EP2014894A1的控制方法包括使用操作极限曲线以限制由发动机控制系统使用的压缩机下游的目标压力。该方法还在超出了废气阀的干预曲线时控制废气阀的开启，并在超出了泄压阀的干预曲线时控制泄压阀开启。此外，EP2014894A1的控制方法可以在内燃发动机的任何操作条件下有效地确保涡轮增压器的操作范围保持在有效区域内。

所称的“饱和线”界定出第二“禁止”区域并对应于在涡轮入口处音速条件(sonic condition)(和所产生的流量阻塞)的实现，该饱和线定义出在呼吸环境的给定条件下压缩机可提供的最大可能流量。接近于饱和线时，涡轮增压器因此达到非常高的速度并能够产生最高的动力以用于压缩发动机吸入的空气，因此增加吸入体积效率。不幸的是，接近于饱和线时，由于当时的高速度，涡轮增压器会以不受控制的方式加速以产生音速阻塞(sonic blockage)，这对涡轮增压器自身造成破坏性影响。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于控制通过涡轮增压器增压的内燃发动机的方法，该控制方法的实现既简单又成本高效，具体来说，能够在内燃发动机的任何操作条件下确保涡轮增压器的操作范围保持在有效区域内，其在所有情况下不产生音速阻塞。

根据本发明，提供一种用于控制通过涡轮增压器增压的内燃发动机的方法，所述涡轮增压器具有涡轮和压缩机；

该控制方法包括下述步骤：

确定压缩机下游的压力目标；

确定折合质量流率的临界阈值，所述临界阈值在折合质量流率/压缩比平面上界定出接近于音速条件的实现的临界区域；及

在当前折合质量流率高于临界阈值时，通过第一滤波器对压缩机下游的压力目标进行过滤。

附图说明

现参考附图描述本发明，附图示出本发明的非限制性实施方案，其中：

图1示意性地示出具有执行根据本发明的控制方法的电子控制单元的通过涡轮增压器增压的内燃发动机；

图2在折合质量流率/压缩比平面上示出图1所示涡轮增压器的压缩机的特性曲线；及

图3至图6示出折合质量流率/压缩比平面，其示出在由图1所示电子控制单元执行的控制方法中使用的操作极限曲线和干预曲线。

具体实施方式

在图1中，标号1整体表示由基于涡轮增压器的增压系统2增压的内燃发动机。

内燃发动机1包括四个汽缸3，其中每个汽缸通过至少一个相应的进气门(未示出)连接到进气歧管4并通过至少一个相应的排气门(未示出)连接到排气歧管5。进气歧管4通过进气管6接收新鲜空气(即来自外部环境的空气)，进气管6具有空气净化器7并由蝶阀8调节。用于冷却进气的中冷器9沿着进气管6设置。将燃烧产生的废气输送到排气系统的排气管10连接到排气歧管5，排气管将燃烧产生的气体排放到大气中且通常包括至少一个催化器11和设置在催化器11下游的至少一个消音器(未示出)。

内燃发动机1的增压系统2包括具有涡轮13和压缩机14的涡轮增压器12，涡轮13沿着排气管10设置以便在汽缸3排出的排气的偏置力作用下高速旋转，压缩机14沿着进气管6设置并机械连接到涡轮13以便由涡轮13自身旋转地驱动，从而增加输送到进气管6中的空气的压力。

沿着排气管1设置旁通管15，其平行地连接到涡轮13以使其端部连接到涡轮13自身的上游和下游。沿着旁通管15设置废气阀16，其适用于调节流经旁通管15的排气流量并由致动器(Actuator)17驱动。沿着排气管6设置旁通管18，其平行地连接到压缩机14以便使其端部连接到压缩机14自身的上游和下游。沿着旁通管18设置泄压阀19，其适用于调节流经旁通管18的排气流量并由致动器20驱动。

内燃发动机1由电子控制单元21控制，其控制内燃发动机1的所有部件，包括增压系统2的操作。具体来说，电子控制单元21驱动废气阀16的致动器17和泄压阀19的致动器20。电子控制单元21连接到传感器22、传感器23和传感器24，传感器22测量压缩机14上游沿着进气管6的温度T_o和压力P_o，传感器23测量蝶阀8上游沿着进气管6的温度和压力，传感器24测量进气歧管4内部的温度和压力。此外，电子控制单元21连接到传感器25和传感器26，传感器25测量内燃发动机1曲轴的角位置(且因此测量其转速)，传感器26测量进气门和/或排气门的正时(timing)。类似地值得注意的是，未提供适用于测量涡轮增压器12转速的传感器。

尤其是，电子控制单元21将涡轮增压器12的操作范围保持在有效区域内。下面对由电子控制单元21用于将涡轮增压器12的操作范围保持在有效区域内并避免涡轮增压器12实现接近于饱和线35的音速条件的控制方法(如图4和图5所示)进行说明。

在设计和调试内燃发动机1的步骤期间，在折合质量流率/压缩比平面上分析压缩机14的特性曲线(由涡轮增压器12的制造商提供)。市售压缩机14的特性曲线的一个示例在图2中示出。

图2所示的特性曲线在绝对基准温度T_{o_rif}和绝对基准压力P_{o_rif}上标准化。在折合质量流率/压缩比平面的左边部分，存在由喘振线界定的第一“禁止”区域，该区域由点的位置组成，在这些点中压缩机14的内部空气动力平衡被打破且在端口出发生周期性、大噪声、剧烈的流量排斥，结果可能破坏叶片。

相反在折合质量流率/压缩比平面的右边部分，存在由所称的饱和线35界定的第二禁止区域(如图4和图5所示)，该饱和线对应于涡轮13入口处音速条件的实现(和所产生的流量阻塞)并定义出在进气环境的给定条件下压缩机14可提供的最大可能流量。

如图3所示，通过分析压缩机14的特性曲线来确定曲线27和曲线28，曲线27限制涡轮增压器12的转速，曲线28界定涡轮增压器12的喘振。根据曲线27和28确定的两个操作极限曲线29和30用于限制由发动机控制使用的压缩机14上游的目标压力。为了确定操作极限曲线29，确定(恒定或可变)阈值S₁，其确定操作极限曲线29和曲线27之间的距离，该距离限制涡轮增压器12的转速；类似地，为了确定操作极限曲线30，确定(恒定或可变)阈值S₂，其确定操作极限曲线30和曲线28之间的距离，该距离界定涡轮增压器12的喘振。

此外，根据曲线27和28，确定废气阀16的两个干预曲线31和32以及泄压阀19的两个干预曲线33和34，废气阀16调节涡轮13的旁通管15，泄压阀19调节压缩机14的旁通管18。为了确定废气阀16的干预曲线31，确定(恒定或可变)阈值S₃，其确定操作极限曲线29和废气阀16的干预曲线31之间的距离；类似地，为了确定废气阀16的干预曲线32，确定(恒定或可变)阈值S₄，其确定废气阀16的干预曲线32和曲线28之间的距离，曲线28界定涡轮增压器12的喘振。为了确定泄压阀19的干预曲线33，确定(恒定或可变)阈值S₅，其确定操作极限曲线29和泄压阀19的干预曲线33之间的距离；类似地，为了确定泄压阀19的干预曲线34，确定(恒定或可变)阈值S₆，其确定泄压阀19的干预曲线34和曲线28之间的距离，曲线28界定涡轮增压器12的喘振。

在内燃发动机1的操作期间，电子控制单元21使用操作极限曲线19和30来限制由发动机控制使用的压缩机14下游的压力目标。换言之，在电子控制单元21中执行的发动机控制按已知方式根据曲轴位置确定压缩机14下游的压力目标，该目标表示压缩机14下游要求的压力最优值。如果压缩机14下游的压力目标符合操作极限曲线29和30，则保持压缩机14下游的压力目标，否则，如果压缩机14下游的压力目标不符合操作极限曲线29和30，则将压缩机14下游的压力目标限制于符合操作极限曲线29和30的最大值。

特别是，为了限制压缩机14下游的压力目标，确定压缩机14的当前折合质量流率Q_AH；根据压缩机14的当前折合质量流率Q_AH，使用操作极限曲线29和30确定最大可能压缩比RC；通过用压缩机14上游的绝对压力P_o与最大可能压缩比RC相乘来确定压缩机14下游的最大可能压力，且如果压缩机14下游的压力目标高于压缩机14下游的最大可能压力，则将压缩机14下游的压力目标限制于压缩机14下游的最大可能压力。

使用下述公式确定压缩机14的折合质量流率Q_AHR：

$Q_{\mathrm{AHR}}=Q_{\mathrm{AH}}\·\sqrt{\frac{T_o}{T_{\mathrm{orif}}}}\·\frac{P_{\mathrm{orif}}}{P_o}$

Q_AH压缩机14的质量流率；

Q_AHR压缩机14的折合质量流率；

T_o压缩机14上游的绝对温度；

P_o压缩机14上游的绝对压力；

T_{o_rif}绝对基准温度；

P_{o_rif}绝对基准压力。

绝对基准温度T_orif和绝对基准压力P_orif是在其中获得压缩机14的特性曲线且因此获得曲线27-34的条件，并且是事先已知的设计数据。压缩机14上游的绝对温度T_o和压缩机14上游的绝对压力P_o由传感器22测量。可以通过具体的流率传感器测量或由电子控制单元21按已知方式估计压缩机14的质量流率Q_AH。

根据不同的实施方案(未示出)，可以不包括压缩机14上游的绝对温度T_o(即基本上为环境温度)的测量；在该情况下，折合质量流率Q_AHR可以基于P_o/P_orif压力比“部分地”标准化而不考虑温度T_o和T_orif之比。

值得注意的是，曲线28、30、32和34独立于涡轮增压器12的折合极限速度N_tcR，而曲线27、29、31和33依赖于涡轮增压器12的折合极限速度N_tcR(即根据涡轮增压器12的折合极限速度N_tcR而改变)。换言之，对于涡轮增压器12，确定涡轮增压器12的预定极限速度N_tc，超过该预定极限速度时涡轮增压器12进入临界条件；通过使用涡轮增压器12的预定速度极限N_tc，使用下述公式根据压缩机14上游的绝对温度T_o计算涡轮增压器12的当前折合极限速度N_tcR：

$N_{\mathrm{tcR}}=N_{\mathrm{tc}}\·\sqrt{\frac{T_{\mathrm{orif}}}{T_o}}$

N_tc涡轮增压器12的极限速度；

N_tcR涡轮增压器12的折合极限速度；

T_o压缩机14上游的绝对温度；

T_orif绝对基准温度。

涡轮增压器12的当前折合极限速度N_tcR随着压缩机14上游的绝对温度T_o改变而改变，涡轮增压器12的预定极限速度N_tc保持相同；电子控制单元21因此循环地根据压缩机14上游的绝对温度T_o并根据涡轮增压器12的预定极限速度N_tc(其始终保持恒定)确定涡轮增压器12的当前折合极限速度N_tcR，并可以根据涡轮增压器12的当前折合极限速度N_tcR确定将使用的曲线27、29、31和33。替代地，为了简化对曲线27、29、31和33的管理，使涡轮增压器12的预定速度极限N_tc恒定，曲线27、29、31和33自身可存储在电子控制单元21中并根据压缩机14上游的绝对温度T_o进行参数化；从而，电子控制不需要计算涡轮增压器12的当前折合极限速度N_tcR，也不需要选择将使用的曲线27、29、31和33，而是只需要根据压缩机14上游的绝对温度T_o更新曲线27、29、31和33。

根据不同的简化的(且因此较不精确的)实施方案，可以使用当前(未折合的)质量流率Q_AH或目标(折合或未折合的)质量流率Q_AHR，而不是使用当前折合质量流率Q_AHR。

一旦确定了当前折合极限速度N_tcR，就设置电子控制单元21以确定折合质量流率Q_AHR的临界阈值M_critica。如较佳地在图4中示出，所述临界阈值M_critica在折合质量流率/压缩比平面上界定出涡轮增压器12的操作范围的有效区域的一部分，该部分在下文中称为“临界区域”，然而，无论是否保持在有效区域内，该部分都表示接近于音速条件的实现(即接近于饱和线35)的区域。临界区域的特征是压缩机14的效率崩溃以及涡轮增压器12的速度的高度不稳定性，其可能危险地加速。

临界阈值M_critica根据折合极限速度N_tcR可变(如图5更详细地示出)。

为了降低表征临界区域的不稳定性，电子控制单元21设置为对用于限制压缩机14下游的压力目标的当前质量流率Q_AHR进行过滤。类似地，设置电子控制单元21以对压缩机14下游的压力目标进行过滤。对用于限制压缩机14下游的压力目标的当前折合质量流率Q_AHR和压缩机14下游的压力目标的过滤适用于降低上述量的动态(dynamics)。根据优选的实施方案，通过低通一阶滤波器进行过滤。

在折合质量流率Q_AHR高于临界阈值M_critica的情况下，控制单元21因此设置为用一阶低通滤波器对当前折合质量流率Q_AHR和压缩机14下游的压力目标两者进行过滤。

根据优选的变体，控制单元配置为确定折合质量流率Q_AHR的安全阈值M_{max_turbo}。如图4中更详细地示出，安全阈值M_{max_turbo}界定临界区域中要避免的一部分，因为其最接近音速条件的实现(即最接近饱和线35)并表示折合质量流率Q_AHR的一个值，涡轮增压器12不能超出该值。

安全阈值M_{max_turbo}高于临界阈值M_critica。此外，安全阈值M_{max_turbo}根据折合极限速度N_tcR可变(如图5中更详细地示出)。

电子控制单元21配置为设置使得压缩机14的折合质量流率Q_AHR低于折合质量流率Q_AHR的安全阈值M_{max_turbo}。

根据又一变体，电子控制单元21设置为确定增压内燃发动机1的速度的安全阈值N_{max_turbo}。进而根据折合质量流率Q_AHR的安全阈值M_{max_turbo}确定增压内燃发动机1的速度的安全阈值N_{max_turbo}。

特别是，通过下述公式计算增压内燃发动机1的安全阈值N_{max_turbo}：

$N_{\max \_\mathrm{turbo}}=M_{\max \_\mathrm{turbo}}\·\sqrt{\frac{T_{o\_\mathrm{rif}}}{T_o}}\·\frac{P_o}{P_{o\_\mathrm{rif}}}\·\frac{1}{(m\·30\·N_{\mathrm{cil}})}$

其中：

N_{max_turbo}增压内燃发动机1的速度的安全阈值；

M_{max_turbo}折合质量流率Q_AHR的安全阈值；

T_o压缩机14上游的绝对温度；

P_o压缩机14上游的绝对压力；

T_{o_rif}绝对基准温度；

P_{o_rif}绝对基准压力；

N_cil内燃发动机1的汽缸3的数量；和

m由内燃发动机1的每个汽缸3吸入的空气质量。

安全阈值N_{max_turbo}用于限制增压内燃发动机1以使当前折合质量流率Q_AHR低于阈值M_{max_turbo}。

根据优选的实施方案，为涡轮增压器12确定涡轮增压器12的预定极限速度N_tc，超出该速度则涡轮增压器12进入临界条件；通过使用涡轮增压器12的预定速度极限N_tc，使用下述公式根据压缩机14上游的绝对温度T_o计算涡轮增压器12的当前折合极限速度N_tcR：

$N_{\mathrm{tcR}}=N_{\mathrm{tc}}\·\sqrt{\frac{T_{\mathrm{orif}}}{T_o}}$

N_tc涡轮增压器12的极限速度；

N_tcR涡轮增压器12的折合极限速度；

T_o压缩机14上游的绝对温度；

T_orif绝对基准温度。

涡轮增压器12的当前折合极限速度N_tcR随着压缩机14上游的绝对温度T_o改变而改变，且涡轮增压器12的预定极限速度N_tc保持相同；电子控制单元21因此循环地根据压缩机14上游的绝对温度T_o并根据涡轮增压器12的预定极限速度N_tc(其始终保持恒定)确定涡轮增压器12的当前折合极限速度N_tcR，并可以根据涡轮增压器12的当前折合极限速度N_tcR确定将使用的曲线27、29、31和33。替代地，为了简化对曲线27、29、31和33的管理，使涡轮增压器12的预定速度极限N_tc恒定，曲线27、29、31和33自身可存储在电子控制单元21中并根据压缩机14上游的绝对温度T_o进行参数化；从而，电子控制不需要计算涡轮增压器12的当前折合极限速度N_tcR，也不需要选择将使用的曲线27、29、31和33，而是只需要根据压缩机14上游的绝对温度T_o更新曲线27、29、31和33。

根据本文所述及图5所示，当前折合极限速度N_tcR根据多个因素可变，特别是压缩机14上游的绝对温度T_o。

根据优选的变体，在设定和调试的初始步骤中，确定涡轮增压器12的较低极限速度和涡轮增压器12的较高预定极限速度(这表示涡轮增压器12的极限，最好不超出该极限以避免造成涡轮增压器12自身破损或严重损坏)。在使用中，使用这两个值来计算涡轮增压器12的折合较低速度N_{rid_inf}(其通过上述公式计算，并根据涡轮增压器12的预定极限速度和压缩机14上游的绝对温度T_o可变)和涡轮增压器12的折合上限速度N_{rid_sup}(其也通过上述公式计算，其高于涡轮增压器12的折合极限速度，并根据涡轮增压器12的预定极限速度和压缩机14上游的绝对温度T_o可变)。涡轮增压器12的较低折合极限速度N_{rid_inf}和涡轮增压器12的折合上限速度N_{rid_sup}在折合质量流率/压缩比平面上界定出超速区域。在涡轮增压器12的有效寿命期间会频繁地发生超速区域在折合质量流率/压缩比平面上移动(例如由于压缩机14上游的绝对温度T_o的影响)的情况。在使用中，一旦计算出当前折合速度，电子控制单元21就设置为控制涡轮增压器12以当无论何时检测到在超速范围内的当前折合极限速度值时，将折合极限速度返回到低于较低折合极限速度N_{rid_inf}的值。

特别是，在设定和调试的第一步骤中，确定第一阈值S_{OV_1}且控制涡轮增压器12以便一旦从在超速范围内检测到当前折合极限速度的值的时刻经过了等于第一阈值S_{OV_1}的时间间隔，就将折合极限速度返回到低于较低折合极限速度N_{rid_inf}的值(根据图6所示)。换言之，在电子控制单元21检测到包括在超速范围中的当前折合极限速度时，启动定时器以便一旦已经过等于第一阈值S_{OV_1}的时间间隔，就将折合极限速度返回到低于较低折合极限速度N_{rid_inf}的值(优选地以渐进的方式)。

根据优选的变体，在设定和调试的初始步骤中确定第二阈值S_{OV_2}。电子控制单元21设置为当无论何时折合极限速度返回到较低折合极限速度N_{rid_inf}之下时初始化定时器，并在等于第二阈值S_{OV_2}的时间范围中在超速区域中禁止涡轮增压器12的操作。

第一阈值S_{OV_1}和第二阈值S_{OV_2}根据表示涡轮增压器12的年龄和磨损状态及应力的多个参数可变。

根据优选的变体，控制单元21适用于存储在超速区域内经过的总时间，且一旦该总时间等于(通过设定和调试的初始步骤确定的)安全极限值，就在超速区域内禁止涡轮增压器12的操作以保持涡轮增压器12自身的有效寿命。

此外，根据优选的实施方案，控制单元21适用于在折合质量流率Q_AHR高于临界阈值M_critica时在超速区域内禁止涡轮增压器12的操作。

根据优选的实施方案，阈值S_{OV_2}根据最近的超速的频率可变。换言之，越频繁地检测到当前折合极限速度在超速范围内，则阈值S_{OV_2}越高。阈值S_{OV_2}可以按下述计算，例如：

           S_{OV_2}＝f((∑t_{over_speed}-S_{OV_3})/timer)

其中S_{ov_3}是减算子(例如K*timer(定时器)，而K表示预定系数)，而在超速范围内经过的时间之和以及定时器在增压内燃发动机1的每次行程(trip)(即通常对于增压内燃发动机1的每个开机/停机循环)初始化，并通过第一次超速计算定时器。该函数优选地为增函数。

根据又一变体，对增压内燃发动机1的每次行程(即对于增压内燃发动机1自身的每个开机/停机循环)。根据另一实施方案，一旦控制单元21确认操作条件在超速区域内，就起动在超速中经过的时间的计数器C。计数器C可以通过下述公式计算：

             C＝k1*∑t_{over_speed}-k2*∑t_{NOT_over_speed}

其中K1和K2是初始阶段中的预定系数，而在增压内燃发动机1的每次行程初始化超速范围内经过的时间之内以及在超速区域之外经过的时间之和。

根据优选的实施方案，在设定和调试的初始步骤期间确定第四阈值S_{OV_4}，该阈值与在超速中经过的时间的计数器C比较。如果计数器C高于或等于第四阈值S_{OV_4}，则控制单元21适用于在超速区域内禁止涡轮增压器12的操作。相反，如果计数器C低于第四阈值S_{OV_4}，则控制单元21设置为在超速区域内(优选地通过迟滞算子的干预)允许涡轮增压器12的操作。

根据一种变体，控制单元21使用涡轮增压器12的当前压力值而不是当前折合极限速度来识别在超速区域内的操作。

上述控制方法具有多种优点，因为其实施既简单又成本高效，不使用电子控制单元21的高计算功率，且相对于已存在于现有内燃发动机中的那些电子部件不需要安装附加的电子部件(具体来说传感器或致动器)。此外，上述控制方法能够特别有效地确保涡轮增压器12的操作范围保持在接近于饱和线的有效区域内而从不达到音速阻塞。

Claims (9)

1.一种用于控制通过涡轮增压器(12)增压的内燃发动机(1)的方法，所述涡轮增压器具有涡轮(13)和压缩机(14)；所述控制方法包括下述步骤：

确定所述压缩机(14)下游的压力目标；

所述控制方法特征在于，还包括下述步骤：

确定折合质量流率(Q_AHR)的临界阈值(M_critica)，所述临界阈值(M_critica)在折合质量流率/压缩比平面上界定出接近于音速条件的实现的临界区域；及

在当前折合质量流率(Q_AHR)高于所述临界阈值(M_critica)时，通过第一滤波器对所述压缩机(14)下游的压力目标进行过滤。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括下述步骤：

确定所述压缩机(14)的当前折合质量流率(Q_AHR)；

在所述当前折合质量流率(Q_AHR)高于所述临界阈值(M_critica)时通过第二滤波器对所述当前折合质量流率(Q_AHR)进行过滤。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述第一滤波器是一阶低通滤波器和/或所述第二滤波器是一阶低通滤波器。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括下述步骤：

确定所述折合质量流率(Q_AHR)的安全阈值(M_{ax_turbo})，所述安全阈值(M_{max_turbo})高于所述临界阈值(M_critica)并在折合质量流率/压缩比平面上界定出所述临界区域中最接近音速条件的实现的一部分；及

使所述压缩机(14)的折合质量流率(Q_AHR)须低于所述折合质量流率(Q_AHR)的安全阈值(M_{max_turbo})。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，还包括下述步骤：

根据所述折合质量流率(Q_AHR)的安全阈值(M_{max_turbo})确定所述增压内燃发动机(1)的速度的安全阈值(N_{max_turbo})；及

使所述增压内燃发动机(1)的速度须低于所述速度的安全阈值(N_{max_turbo})。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，通过下述公式计算所述增压内燃发动机(1)的速度的安全阈值(N_{max_turbo})：

$N_{\max \_\mathrm{turbo}}=M_{\max \_\mathrm{turbo}}\·\sqrt{\frac{T_{o\_\mathrm{rif}}}{T_o}}\·\frac{P_o}{P_{o\_\mathrm{rif}}}\·\frac{1}{(m\·30\·N_{\mathrm{cil}})}$

N_{max_turbo}所述增压内燃发动机(1)的速度的安全阈值；

M_{max_turbo}所述折合质量流率(Q_AHR)的安全阈值；

T_o所述压缩机(14)上游的绝对温度；

P_o所述压缩机(14)上游的绝对压力；

T_{o_rif}绝对基准温度；

P_{o_rif}绝对基准压力；

N_cil所述内燃发动机(1)的汽缸(3)的数量；及

m由所述内燃发动机(1)的每个汽缸(3)吸入的空气质量。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的控制方法，其特征在于，还包括下述步骤：

确定所述压缩机(14)的预定极限速度(N)；

通过使用所述压缩机(14)的预定极限速度(N)和所述压缩机(14)上游的绝对温度(T_o)计算所述压缩机(14)的折合极限速度(N_R)；及

根据所述折合极限速度(N_R)确定所述折合质量流率(Q_AHR)的临界阈值(M_critica)和/或所述折合质量流率(Q_AHR)的安全阈值(M_{max_turbo})。

8.根据权利要求1至6中的任一项所述的控制方法，其特征在于，还包括下述步骤：

在所述折合质量流率/压缩比平面上确定所述压缩机(14)的至少一个操作极限曲线(29-30)；

通过使用所述操作极限曲线(29-30)并根据所述当前折合质量流率(Q_AHR)确定增压极限值；及

根据所述增压极限值并根据由发动机控制获得的压缩机(14)下游的压力目标确定压缩机(14)下游的压力目标。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，还包括下述步骤：

根据所述当前折合质量流率(Q_AHR)并根据所述操作极限曲线(29，30)，确定所述压缩机(14)的当前极限压缩比(RC)；

检测所述压缩机(14)上游的当前压力值；

通过用所述压缩机(14)上游的当前压力值与所述当前极限压缩比(RC)相乘确定所述压缩机(14)下游的增压极限值；

无论所述增压极限值如何，根据发动机操作点确定压缩机(14)下游的目标压力值；

在由发动机控制获得的所述压缩机(14)下游的目标压力值高于所述增压极限值的情况下，将压缩机(14)下游的压力目标限制于所述增压极限值。

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