CN103814203A - 用于具有两级涡轮压缩机的动力传动系的诊断方法和系统 - Google Patents

Abstract

用于具有两级涡轮压缩机的动力传动系的诊断方法和系统。用于装配有至少一个低压涡轮压缩机(2)和至少一个高压涡轮压缩机(8)的动力传动系的诊断方法，这些涡轮压缩机被分级并且供给一台内燃发动机，该动力传动系被装配到一台机动车辆上。该方法包括以下步骤：确定该动力传动系的运行模式；基于一个第一组数据并且基于该运行模式来确定高压涡轮机(13)的功率；基于一个第二组数据来确定该高压涡轮机(13)的功率；一个故障判据被确定为该根据第一组数据的高压涡轮机(13)的功率与该根据第二组数据的高压涡轮机(13)的功率之比，并且将该故障判据与多个存储值相比较以便确定是否存在一次故障。

Description

用于具有两级涡轮压缩机的动力传动系的诊断方法和系统

技术领域

本发明的领域是对于配备有涡轮增压器的内燃发动机的故障诊断，并且更具体地说是配备有两级涡轮增压器的动力传动系的故障诊断。

背景技术

对发动机进行空气增压使之有可能通过接受比同等汽缸尺寸的大气式发动机更多的空气量以用于燃料燃烧来增加发动机的性能水平。

一种增压装置可以包括一台涡轮增压器，该涡轮增压器一方面包括一台压缩机并且另一方面包括一台涡轮机，该压缩机以高于大气压的压力来对发动机供以空气，并且来自发动机的排气穿过涡轮机。

由这些排气提供给涡轮机的动力经由一个轴而传输到压缩机，压缩机将从外部环境中吸入的空气压缩到一个所谓增压压力的压力。

随着当前增加发动机特定性能的趋势，涡轮增压器所需的增压压力值逐渐变大。涡轮增压器经受很高的机械应力，这样会影响涡轮增压器的可靠性。因此重要的是准确控制涡轮增压器运行状态并且诊断出现的任何机械故障，以便例如限制发动机性能水平和/或提醒驾驶员需要修理。

而且，涡轮增压器增压压力调节失败通常是先于这些机械故障，而这种调节失败会致使超过发动机污染排放物的法定水平。关系到车载车辆嵌入式诊断的OBD（车载诊断）标准要求将任何这样的超出都对驾驶员给与警示。因此重要的是诊断出涡轮增压器的故障或事故以便满足这些标准。

当前，对增压进气回路中的内部泄漏或外部泄漏的诊断是基于对涡轮增压器调节环路偏差的积分与一个检测阈值进行比较的。在一个有故障的压缩机旁路的情况下，测量到的压力低于预期压力，这样使之有可能检测出一次故障。此外，为了考虑该增压调节的准确性，存在着在其上不计算积分的一个死区。类似地，在设定点变化太快时不进行这种计算。

当前的诊断仅是在该增压调节被启用时才工作的。此外，这些性能水平高度地取决于对增压的控制行为以及对EGR的控制行为。在实践中，这些校准大大影响该增压响应时标（response mask）。而且，由于该策略是基于一种循环误差的，在稳定的转速下因为该增压调节器积分器作用而将不能检测出该增压进气回路中的内部泄漏或外部泄漏。

存在对于诊断泄漏的方法和系统的需要，这种方法和系统使之有可能明显减少校准并且还使之有可能对以稳定转速运行的动力传动系进行诊断。

因此还存在对于增压进气回路中的内部泄漏或外部泄漏进行诊断的装置的需要，该装置能够检测污染排放物增加的风险、以及高压涡轮增压器超速的风险。

在实践中，压缩机旁路中的内部泄漏能够引起增压压力和空气流量的减少，从而导致污染排放物增加。

在压缩机旁路中存在内部泄漏的情况下，增压调节将通过使高压涡轮增压器更快旋转而潜在地直至该高压涡轮增压器由于过高的转速而损坏来自然地补偿这种泄漏。

外部泄漏能够引起增压压力的减少，增压调节将通过使高压涡轮增压器更快旋转而潜在地直至该高压涡轮增压器由于过高的转速而损坏来补偿这种增压压力的减少。

发明内容

根据一个方面，在此提出了一种用于诊断配备有至少一台低压涡轮增压器以及至少一台高压涡轮增压器的动力传动系的方法，这些涡轮增压器被分级并且供给一台内燃发动机，该动力传动系被安装在一台发动机车辆中。该方法包括以下步骤：

确定该动力传动系的运行模式，

根据一个第一组数据并且根据该运行模式来确定涡轮机功率，

根据一个第二组数据来确定该涡轮机功率，

一个故障判据被确定成该作为第一组数据的函数的涡轮机功率与该作为第二组数据的函数的涡轮机功率之比，并且

将该故障判据与多个存储值相比较以便确定是否存在一次故障。

该诊断方法提供了易于校准、易于与动力传动系的运行情况相适配、以及在稳定情况和不稳定情况均可使用的优点。

该第一组数据可以是在高压涡轮机这一侧上确定的一组数据。

该第一组数据可以包括高压涡轮机的旋转速度以及高压涡轮机的上游温度。

该第一组数据可以包括该高压涡轮机的上游压力以及高压涡轮机的上游温度。

在动力传动系包括连接在高压涡轮机的入口与出口之间的一个高压旁路时，该第一组数据可以包括该高压旁路的位置、高压涡轮机的上游温度以及高压压缩机的旋转速度。

该第二组数据可以是在高压压缩机这一侧上确定的一组数据。

该第二组数据包括高压压缩机的旋转速度、增压压力以及内燃发动机的旋转速度。

可以根据该高压旁路的位置以及高压涡轮机的上游压力来确定运行模式。

根据另一个方面，在此提出了一种用于配备有至少一个低压涡轮增压器和至少一个高压涡轮增压器的动力传动系的诊断系统，这些涡轮增压器被分级并且供给一台内燃发动机，该动力传动系被安装在一台发动机车辆中。该诊断系统包括一个用于确定动力传动系运行模式的器件，该用于确定动力传动系运行模式的器件在输出处被连接至一个对高压涡轮机功率进行估算的第一器件；该诊断系统还包括一个对高压涡轮机功率进行估算的第二器件以及一个对故障判据进行估算的器件，该对故障判据进行估算的器件在该输入处被连接至该对高压涡轮机功率进行估算的第一装置并且连接至该对高压涡轮机功率进行估算的第二器件并且在输出处被连接到一个比较器件，该比较器件适合于将该故障判据与多个存储值进行比较。

该对高压涡轮机功率进行估算的第一器件可以包括用于对高压涡轮增压器进行建模的至少一个器件，该第一估算器件能够对应于从该用于确定动力传动系运行模式的器件中接收的信号来使用该用于对高压涡轮增压器进行建模的器件。

附图说明

通过阅读仅作为非限制性实例并且参照附图给出的以下说明，将会清楚其他目的、特征和优点，在附图中：

-图1展示了带两级涡轮增压器的动力传动系；

-图2展示了带两级涡轮增压器的动力传动系的转速/负荷图；并且

-图3展示了用于诊断动力传动系故障的方法。

具体实施方式

在图1中，可以看到一个动力传动系1包括一个低压涡轮增压器2，该低压涡轮增压器的压缩机3被连接到一个新鲜空气进气管4的入口并且被连接至一个传感器5，该传感器适合用于确定进气空气温度和进气空气流量。低压压缩机3被连接到一个低压交换器6的出口上，接下来该低压交换器被连接到高压涡轮增压器8的压缩机7上。高压压缩机7的出口一方面被连接到高压交换器9并且另一方面经由分接在高压交换器9与高压压缩机7的出口之间的一个管而被连接到一个旁路阀10，该旁通阀称为高压压缩机旁路。高压压缩机的旁路10的出口被分接在低压交换器6与高压涡轮增压器7的压缩机入口之间。

高压交换器9的出口被连接到内燃发动机的进气歧管11上。内燃发动机的排气歧管12被连接到高压涡轮增压器8的涡轮机13的入口。一个排气再循环（EGR）回路包括与一个EGR阀15串联连接的一个冷却器14。该EGR回路被分接在进气歧管11与排气歧管12之间使得该EGR阀15位于排气歧管12这一侧并且冷却器14位于进气歧管11这一侧。

高压涡轮机13的出口被连接到低压涡轮机16的入口。高压旁路通道17是连接在高压涡轮机13的出口与高压涡轮机13的入口之间，更具体地是在进气歧管12与EGR回路之间。

低压涡轮机16的出口通过一个微粒过滤器18而连接到一个排气管。低压排气阀19（“废气门”）一方面被分接在低压涡轮机16的出口与微粒过滤器18的入口之间，并且另一方面分接在高压涡轮机13的出口与低压涡轮机16的入口之间。

该诊断方法使之有可能通过使用一个涡轮机模型来独立于这些性能水平以及该增压调节的启用地、不论排气再循环的配置地、在稳定情况或不稳定情况下都对增压进气回路的完整性进行诊断而无需增加任何额外的传感器。该诊断方法还使之有可能将这些校准需求限制到最小。

为此，定义一个判据，该判据是通过两个不同方式得到的涡轮机功率的估算值之比。第一估算值是根据与位于涡轮机这一侧上的动力传动系相关的数据做出的。第二估算值是根据与位于压缩机这一侧上的动力传动系相关的数据做出的。这个判据使之有可能通过一种非常满意的方式来估计该增压进气回路的故障。

根据以上参照图1描述的这些元件，高压涡轮增压器8包括一台供给有排气的涡轮机13以及一台对进气气体进行压缩的压缩机7，这两个元件是通过一个轴连接的。该轴的旋转速度ω_tC（以弧度每秒（rad/s））或N_tC（转数每分（in rpm））是通过涡轮机与压缩机之间的功率预算来确定，通过以下等式表达：

$\frac{d}{\mathrm{dt}}\left(\frac{1}{2}J{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{TC}}}^2\right)={\mathrm{POW}}_t-{\mathrm{POW}}_e$ （等式1）

其中J：涡轮机的惯量

POWt=涡轮机功率

POWc=压缩机功率

高压涡轮机的功率由以下等式表达：

${\mathrm{POW}}_t=W_t{T}_{\mathrm{ut}}{\mathrm{\η}}_t{c}_{p,\mathrm{exk}}(1-P_t^{\frac{1-\mathrm{\γ}}{\mathrm{\γ}}})$ （等式2）

其中W_t：涡轮机质量流量

T_ut：涡轮机上游温度

r|t：涡轮机效率

C_p,exh：排气处的质量热容量

PR_t：涡轮机压缩比

γ：质量热容比

高压压缩机功率是由以下等式表达：

${\mathrm{POW}}_c=W_c{T}_{\mathrm{uc}}\frac{1}{{\mathrm{\η}}_c}{c}_{p,\mathrm{cdm}}({\mathrm{PR}}_c^{\frac{\mathrm{\γ}-1}{\mathrm{\γ}}}-1)$ （等式3）

其中W_c：压缩机质量流量

T_uc：压缩机的上游温度

γ|_c：压缩机效率

C_p,adm：进气处的质量热容量

PR_c：压缩机的压缩比

该压缩机是可以根据描述其运行的静态关系来建模。这些静态关系使之有可能将压缩机的压缩比PR_c以及压缩机的效率r|c限制为压缩机的速度N_tc以及通过该压缩机的流量W_c。这些相关性是通过两维映射的形式来表明的。为了考虑压缩机上游的不同情况，这些静态映射被表达为与供应商给定的参考压力P_ref,c和参考温度T_ref,c所限定的标准情况相关的修正的压缩机速度N_c,cor以及修正的压缩机流量W_c,cor的函数。

修正的压缩机速度N_c,cor和修正的压缩机流量W_c,cor是通过以下等式给出的：

$N_{c,\mathrm{cor}}=N_{\mathrm{tc}}\sqrt{\frac{T_{\mathrm{ref},e}}{T_{\mathrm{tce}}}}$ （等式4）

$W_{c,\mathrm{car}}=W_e\sqrt{\frac{T_{\mathrm{ue}}}{T_{\mathrm{ref},c}}}\frac{P_{\mathrm{ref},c}}{P_{\mathrm{ue}}}$ （等式5）

其中P_uc：高压压缩机的上游压力。

于是压缩机的压缩比和效率是通过以下静态关系进行计算的：

${\mathrm{PR}}_c=f_{c,\mathrm{\η}}(N_{\mathrm{tc}}\sqrt{\frac{T_{\mathrm{ref},c}}{T_{\mathrm{uc}}}},W_c\sqrt{\frac{T_{\mathrm{ue}}}{T_{\mathrm{ref},c}}}\frac{P_{\mathrm{ref},e}}{P_{\mathrm{uc}}})$ （等式6）

${\mathrm{\η}}_c=f_{c,\mathrm{\η}}(N_{\mathrm{te}}\sqrt{\frac{T_{\mathrm{ref},c}}{T_{\mathrm{ue}}}},W_c\sqrt{\frac{T_{\mathrm{ue}}}{T_{\mathrm{ref},c}}}\frac{P_{\mathrm{ref},c}}{P_{\mathrm{te}}})$ （等式7）

在制造商选择来在实验台上建立这些特征的参考情况中，对于压缩机的旋转速度的范围以及压缩机的运行流量的范围而言，这些关系f_c,n以及f_c,η是带两个输入的映射。

可替代地，压缩比PR_c是可以通过对低压涡轮增压器建模来确定的。涡轮增压器与三个参数相关联，即，由传感器（例如空气流量计）确定的压缩机的空气流量、同样由传感器确定的低压涡轮机的下游压力、以及由旋转速度/负荷映射确定的低压涡轮机的上游温度。

低压涡轮机的空气流量被认为与通过空气流量计测量的新鲜空气流量相等。于是，压缩机的映射以及涡轮机的映射被用来估算这些还没有的量，也就是说借助以下等式来估算压力比和效率：

$P_c=W_c{C}_p\frac{1}{{\mathrm{\η}}_c}{T}_{\mathrm{uc}}({\mathrm{PR}}_c^{\frac{\mathrm{\γ}-1}{\mathrm{\γ}}}-1)$ （等式8）

$P_t=W_t{C}_p{\mathrm{\η}}_t{T}_{\mathrm{ut}}(1-{\left(\frac{1}{{\mathrm{PR}}_t}\right)}^{\frac{\mathrm{\γ}-1}{\mathrm{\γ}}})$ （等式9）

$J.N\frac{\mathrm{dN}}{\mathrm{dt}}=P_t-P_c$ （等式10）

其中：

P_c：低压压缩机功率，

P_t：低压涡轮机功率，

W_c：低压压缩机流量，

W_t：低压压缩机流量，

r|c：低压压缩机效率，

r|t：低压涡轮机效率，

T_uc：低压压缩机的上游温度，

T_ut：低压涡轮机的上游温度，

PR_c：低压压缩比，

PR_t：低压涡轮机的膨胀比，

C_p和γ热力学常量，

N：低压涡轮增压器的旋转速度，

J：低压涡轮增压器的惯量。

对于压缩机而言，涡轮机的效率和流量被表达为膨胀比与修正的涡轮增压器速度的函数：

$N_{t,\mathrm{cor}}=N_{\mathrm{tc}}\sqrt{\frac{T_{\mathrm{ref},t}}{T_{\mathrm{ut}}}}$ （等式11）

$W_{t,\mathrm{cor}}=W_t\sqrt{\frac{T_{\mathrm{ut}}}{T_{\mathrm{ref},t}}}\frac{P_{\mathrm{ref},t}}{P_{\mathrm{ut}}}$ （等式12）

其中

Tref,t=参考温度

Pref,t=参考压力

Nt,cor=修正的涡轮机速度

Wt,cor=修正的涡轮机流量

涡轮机的第一流量映射f_t,W使穿过涡轮机27的气体流量与涡轮机的旋转速度、与涡轮机的膨胀比PR_t并且与致动器的位置u_VGT相关连。涡轮机的第二效率映射f_tη同样使涡轮机效率η_t与涡轮机旋转速度、与涡轮机的膨胀比PR_t并且与致动器的位置u_VGT相关连。

这些带三个输入的映射通常是在制造商选择来在试验台上建立所有这些表征的参考情况下建立的。

根据这些映射，涡轮机流量的修正值W_t,cor以及涡轮机效率η_t是通过以下静态关系给出的：

$W_{t,\mathrm{cor}}=f_{t,w}(N_{\mathrm{tc}}\sqrt{\frac{T_{\mathrm{ref},t}}{T_{\mathrm{ut}}}},{\mathrm{PR}}_t)$ （等式13）

${\mathrm{\η}}_t=f_{t,\mathrm{\η}}(N_{\mathrm{tc}}\sqrt{\frac{T_{\mathrm{ref},t}}{T_{\mathrm{ut}}}},{\mathrm{PR}}_t)$ （等式14）

于是等式13和14使之有可能确定效率η_t。

高压旁路通道的存在不影响涡轮机的这些特征，但确实能调整其流量。在实践中，当高压旁路通道开放时，压缩机流量与涡轮机流量之间的等同性不再是确定的。因此，必要的是引入一个额外测量值以便具有涡轮机流量的一个估算值。这个测量值是高压涡轮机的上游压力P_avt。

借助上述等式，能够确定值POW_t和POW_c。然而，该动力传动系包括不同的运行阶段，这些运行阶段意味着对于确定值POW_t和POW_c而言的不同情况。图2通过发动机转速/负荷平面展示了双增压的主要运行区域。

在非常低的负荷和非常低的转速下，在区段20中，高压涡轮机的旁路被关闭，高压涡轮增压器是不受控制的。高压压缩机的旁路被关闭。低压排放阀被关闭。

从中间负荷到高负荷并且在低转速时，在区段21中，高压压缩机的旁路以及低压排放阀均是关闭的。高压涡轮增压器如同一台单级涡轮增压器一样地受控。

在高转速下，在区段22中，高压涡轮机的旁路以及高压压缩机的旁路均是开放的。

在中间区段23中，高压涡轮增压器仅是在过渡情况下使用的。

因此将针对以上三种运行情形中的每一种情形来确定这种判据。

为了根据涡轮机侧上可供使用的数据来确定涡轮增压器的功率，必须区别三种可能性。第一种可能性对应于高压涡轮机的旁路被关闭时的运行情况(图2的区段20)，第二种情况是涡轮机的旁路是开放的并且有可能对涡轮机的上游压力测量时的情况(图2的区段21)，以及第三种情况是涡轮机的旁路是开放的并且仅在高压涡轮机的旁路位置是可供使用时的情况(图2的区段22)。对于这三种构形，存在特定的涡轮机功率计算。

对于第一种情况，测量了该涡轮机的流量，估算了膨胀比PR_t,est并且然后使用以下等式来估算涡轮机功率Pow_t,closed：

PR_t,est=f(N_tc,est'W_r)  (等式25)

${\mathrm{POW}}_{t,\mathrm{CLOSED}}=W_t{T}_{\mathrm{ut}}{\mathrm{\η}}_{t,\mathrm{est}}(W_t,N_{\mathrm{tc},\mathrm{est}})C_{p,\mathrm{exh}}(1-{{\mathrm{PR}}_{t,\mathrm{est}}}^{\frac{1-\mathrm{\γ}}{\mathrm{\γ}}})$ (等式16)

对于第二种情况，测量了该高压涡轮机的上游压力P_ut然后通过应用以下等式来估算膨胀比PR_t，est：

PR_t,est=P_ut/P_dt,est  (等式17)

然后则通过应用以下等式、根据估算出的涡轮增压器的旋转速度N_tc，est以及估算出的膨胀比RP_t,est来估算涡轮机流量w_t，est：

W_t,est=f(N_tc,est,PR_t,est)  (等式18)

最后，通过应用以下等式、根据估算出的涡轮机的效率r｜_t,est来估算涡轮机的功率Pow_t,OPENED,Put：

${\mathrm{POW}}_{t,\mathrm{OPENED},\mathrm{put}}=W_{t,\mathrm{est}}{T}_{\mathrm{ut}}{\mathrm{\η}}_{t,\mathrm{est}}(W_{t,\mathrm{est}},N_{\mathrm{te},\mathrm{est}})C_{p,\mathrm{exh}}(1-{{\mathrm{PR}}_{t,\mathrm{est}}}^{\frac{1-\mathrm{\γ}}{\mathrm{\γ}}})$ (等式19)

对于第三种情况，测量了该旁路的位置x_thp，这使之有可能推断出该旁路的截面s_thp。

S_thp=f(X_thp)

                (等式20)

使用一种递推关系，经过该高压涡轮机17的旁路的流量W_thp,est是通过应用巴雷·德圣维南（Barrést Venant）公式来确定的。于是，通过计算该排气歧管中的质量平衡而估算出该高压涡轮机的流量W_t,est并且然后估算出该高压涡轮机的上游压力P_ut,est。

$W_{\mathrm{thp},\mathrm{est}}=S_{\mathrm{thp}}\·\frac{P_{\mathrm{ut},R-1}}{\sqrt{T_{\mathrm{ut}}}}\·\mathrm{\ψ}\left({\mathrm{PR}}_{t,\mathrm{est},\mathrm{\η}-1}\right)$ （等式21）

其中

$\mathrm{\ψ}=\sqrt{\frac{2\·\mathrm{\γ}}{R\·(\mathrm{\γ}-1)}\·\sqrt{{\mathrm{PR}}_t^{\frac{-2}{\mathrm{\γ}}}}-\mathrm{\γ}\·{{\mathrm{PR}}_t}^{\frac{-(\mathrm{\γ}-1)}{\mathrm{\γ}}}}$ （等式22）

W_t,est=f(N_tc,est,PR_t,est,n-1)

（等式23）

$P_{\mathrm{ut},\mathrm{est}}=\frac{R\·T_{\mathrm{ut}}}{V_{\mathrm{ut}}}\mathrm{\Σ}(W_c-W_{t,\mathrm{est}}-W_{\mathrm{thp}})$ （等式24）

PR_t,est=P_ut,est/P_dt,est  (等式25)

最后，通过应用以下等式来估算出该涡轮机功率POW_{t,OPENED,xthp}：

${\mathrm{POW}}_{t,\mathrm{OPENED},\mathrm{Xiep}}=W_{t,\mathrm{est}}\·T_{\mathrm{at}}\·{\mathrm{\η}}_{t,\mathrm{est}}\·(W_{t,\mathrm{est}},N_{\mathrm{te},\mathrm{est}})\·C_{p,\mathrm{exh}}\·(1-{{\mathrm{PR}}_{t,\mathrm{est}}}^{\frac{1-\mathrm{\γ}}{\mathrm{\γ}}})$ （等式26）

可以看出，能够用来确定涡轮机功率的表达式在三个运行区域中是相同的，只是用来获得对于功率计算必要的这些值的步骤不同。

一旦根据涡轮机侧上可供使用的信息确定了涡轮增压器的功率，就能够根据压缩机侧上可供使用的信息来确定涡轮增压器的功率。

为此，测量了该增压压力P_sg,mes，然后通过应用以下等式来估算压缩比PR_c,est：

${\mathrm{PR}}_{c,\mathrm{est}}=\frac{P_{\mathrm{sgf},\mathrm{mes}}+f_{\mathrm{RAS}}\left(W_c\right)}{P_{\mathrm{uc}}-f_{\mathrm{faa}}\left(W_c\right)}$ （等式27）

其中

f_RAS(W_c)=流量W_c的函数f_RAS形式的空气冷却器9中的载荷损耗

f_RAS(W_c)=空气质量流量W_c的函数f_faa形式的位于新鲜空气进气管处的空气过滤器中的载荷损耗

然后通过应用以下公式来估算涡轮增压器的旋转速度N_tc,est以及压缩机的估算功率POW_c,CPR：

$N_{\mathrm{tc},\mathrm{est}}=f_{\mathrm{Nt}}({\mathrm{PR}}_{c,\mathrm{est}},N_e)\sqrt{\frac{T_{\mathrm{uc}}}{T_{\mathrm{ref},c}}}$ （等式28）

${\mathrm{POW}}_{e,\mathrm{ewst}}=W_c{T}_{\mathrm{uc}}\frac{1}{{\mathrm{\η}}_e(W_e,N_{\mathrm{te},\mathrm{est}})}{c}_{p,\mathrm{adm}}({\mathrm{PR}}_c^{\frac{\mathrm{\γ}-1}{\mathrm{\γ}}}-1)$ （等式29）

最后，通过应用以下等式来估算涡轮机功率POW_t,cpR：

${\mathrm{POW}}_{t,\mathrm{CPR}}={\mathrm{POW}}_{e,\mathrm{est}}+{\left(\frac{\mathrm{\π}}{30}\right)}^2{\mathrm{JN}}_{\mathrm{te},\mathrm{est}}\frac{{\mathrm{dN}}_{\mathrm{te},\mathrm{est}}}{\mathrm{dt}}$ （等式30）

其中，P_uc和T_uc是由法国专利申请FR2932224中描述的动态估算器来提供的。

压缩机入口处的压力P_uc以及压缩机入口处的温度T_uc可以通过低压涡轮增压器的动态估算器来确定。

一旦通过涡轮机侧上和压缩机侧上可供使用信息确定的涡轮机功率可供使用，就能够确定判据ε。

与动力传动系的运行区域相关的这些约束（在根据涡轮机上可供使用的信息确定涡轮机功率时提出的）也适用于判据的确定。

在第一种情况中，当涡轮机旁路被关闭时，以下适用：

${\mathrm{\ϵ}}_{t,\mathrm{CLASED}}=\frac{{\mathrm{POW}}_{t,\mathrm{CLOSED}}}{{\mathrm{POW}}_{t,\mathrm{CPR}}}$ （等式32）

$=(1+\frac{w_{\mathrm{carb}}}{W_c})\frac{T_{\mathrm{ut}}}{T_{\mathrm{uc}}}\frac{(1-f{(N_{\mathrm{te},\mathrm{est}},W_t)}^{\frac{1-\mathrm{\γ}}{\mathrm{\γ}}})}{({\mathrm{PR}}_e^{\frac{\mathrm{\γ}-1}{\mathrm{\γ}}}-1)}{\mathrm{\η}}_e(W_e,N_{\mathrm{te},\mathrm{est}}){\mathrm{\η}}_t(W_t,N_{t,\mathrm{est}})$

在第二种情况和第三种情况中，当涡轮机旁路开放时，以下表达式适用：

${\mathrm{\ϵ}}_{t,\mathrm{OPENED},\mathrm{Put}}=\frac{{\mathrm{POW}}_{t,\mathrm{POENED},\mathrm{Put}}}{{\mathrm{POW}}_{t,\mathrm{CPR}}}$ （等式33）

$=\frac{W_{t,\mathrm{est}}}{W_e}\frac{T_{\mathrm{ut}}}{T_{\mathrm{ue}}}\frac{(1-P_{\mathrm{ut}}/{P_{\mathrm{dt},\mathrm{est}}}^{\frac{1-\mathrm{\γ}}{\mathrm{\γ}}})}{({\mathrm{PR}}_e^{\frac{\mathrm{\γ}-1}{\mathrm{\γ}}}-1)}{\mathrm{\η}}_e\left(W_{e,}{N}_{\mathrm{te},\mathrm{est}}\right){\mathrm{\η}}_t(W_t,N_{t,\mathrm{est}})$

${\mathrm{\ϵ}}_{t,\mathrm{OPENED},\mathrm{Xthp}}=\frac{{\mathrm{POW}}_{t,\mathrm{OPENED},\mathrm{Xthp}}}{{\mathrm{POW}}_{t,\mathrm{CPR}}}$ （等式34）

$=\frac{W_{t,\mathrm{est}}}{W_c}\frac{T_{\mathrm{ut}}}{T_{\mathrm{uc}}}\frac{(1-P_{\mathrm{ut},\mathrm{est}}/{P_{\mathrm{dt},\mathrm{est}}}^{\frac{1-\mathrm{\γ}}{\mathrm{\γ}}})}{({\mathrm{PR}}_c^{\frac{\mathrm{\γ}-1}{\mathrm{\γ}}}-1)}{\mathrm{\η}}_c(W_c,N_{\mathrm{te},\mathrm{est}}){\mathrm{\η}}_t(W_t,N_{t,\mathrm{est}})$

引入函数f的目的是提出标准形式的诊断判据并且示出相对于能够表现出一种离散度的这些变量的相关性。通过这个判据，有可能确定该压缩机可见的功率与涡轮机可见的功率之间的一种不平衡。在这个意义上，在空气进气管故障或失去涡轮机器效率的情况下，该判据将大于1。

在没有涡轮增压器故障的情况下，也就是说涡轮机效率r_|t以及压缩机效率r_|c就是通过对于与生产一致的完整涡轮增压器的映射来描绘的效率，并且在任何种类的测量参数（压力、温度等）中没有误差的情况下，这个比率ε在理论上等于1。在增压故障的情况下（例如，涡轮机效率损失），该功率比ε变为大于1。

在第一步骤20中该诊断方法对高压涡轮机的旁路位置进行确定。如果该旁路是处于关闭位置，则该方法继续到步骤21，否则就对该高压涡轮机的上游压力进行确定。如果能够确定该高压涡轮机的上游压力，则该方法继续到步骤22否则该方法继续到步骤23。

在步骤21，测量了涡轮机流量W_t，然后通过应用等式15来估算涡轮机膨胀比PR_t,est，接下来通过应用等式16来估算涡轮机的功率POW_t,CLOSED。

在步骤22，测量了该涡轮机的上游压力P_ut。然后通过应用等式17来估算膨胀比PR_t,est。接下来通过应用等式18来估算涡轮机流量W_t,est，并且然后通过应用等式19来估算涡轮机功率POW_t,OPENED,Put。

在步骤23，测量了该旁路的位置X_th_p，然后通过应用等式20来确定该旁路的截面S_th_p。对该涡轮机的上游温度T_ut进行测量，然后通过应用等式20和等式21来估算穿过高压涡轮机的旁路的流量W_th_p,est。通过应用等式20来估算涡轮机流量W_t,est，并且接下来使用压缩机的流量测量值W_c并且通过应用等式24和25来估算膨胀比PR_t,est。然后将该膨胀比引入到等式21至23中以便通过在这些等式21至25上递归来获得一个更准确的值。一旦已经获得该膨胀比PR_t,est的一个稳定值，就通过应用等式26来估算涡轮机功率POW_{t,oPENED,xthp}。

在步骤21之后，该方法以步骤24来继续，在该步骤中涡轮机功率是根据源自于压缩机的数据来确定的。为此，测量了增压压力P_sg以及压缩机的流量Wc。然后通过应用等式27来估算压缩比PR_c,est。接下来通过应用等式28并且从发动机旋转速度的测量值N_e来估算涡轮增压器的旋转速度N_tc,est。然后通过应用等式29来估算压缩机功率POW_c,est。最后，通过应用等式30来估算涡轮机功率。

在步骤22之后，该方法以等同于步骤24的步骤25继续，在该步骤中是根据源自于压缩机的数据来确定涡轮机功率的。为此，测量了增压压力P_sg以及压缩机流量Wc。然后通过应用等式27来估算压缩比PR_c,est。接下来通过应用等式28并且使用发动机的旋转速度N_e的测量值来估算涡轮增压器的旋转速度N_tc,est。然后通过应用等式29来估算压缩机功率POW_c,est。最后，通过应用等式30来估算涡轮机功率。

在步骤23之后，该方法以等同于步骤24的一个步骤26继续，在该步骤中是根据源自于压缩机的数据来确定涡轮机功率。为此，测量了增压压力P_sg以及压缩机流量Wc。然后通过应用等式27来估算压缩比PR_c,est。接下来通过应用等式28并且使用发动机旋转速度N_e的测量值来估算涡轮增压器的旋转速度N_tc,est。然后通过应用等式29来估算压缩机功率POW_c,est。最后，通过应用等式30来估算涡轮机功率。

在步骤24完成时，该方法以步骤27继续，在该步骤中是通过应用等式32来确定判据ε的值。

在步骤25完成时，该方法以步骤28继续，在该步骤中是通过应用等式33来确定判据ε的值。

在步骤26完成时，该方法以步骤29继续，在该步骤中是通过应用等式34来确定判据ε的值。

该方法在步骤30结束，在该步骤中将步骤27、28或29任何一个步骤中确定的判据ε与预先确定的值进行比较。根据比较的结果，诊断出一次故障，这将被传输给车载计算机和/或多台计算机上、以及可以使用这些数据的控制器件和/或人机界面，以便通过点亮一个警告信号来告知其驾驶者。

图4展示了根据本发明用于动力传动系的一个诊断系统31。该诊断系统31包括用于确定动力传动系运行模式的一个器件32。运行模式应理解为是指根据图2以及方法步骤20的这些不同旁路的打开参数和关闭参数。该确定器件32在输入处接收该高压旁路的位置X_th_p以及涡轮机上游压力P_ut（如果可供使用的话）。这些值是通过接线33从传感器或估算器接收的。

该确定器件32在输出处被连接到对涡轮机功率进行估算的第一器件34上，该第一器件适合于根据在涡轮机侧上确定的这些变量，也就是说根据涡轮机旋转速度W_t、涡轮机上游温度T_ut、涡轮机上游压力P_ut、压缩机旋转速度W_c以及高压旁路的位置Xthp，来确定涡轮机功率。这些值是经由接线35从传感器或估算器接收的。第一估算器件34还经由接线36接收源自于该确定器件32的逻辑信号，该逻辑信号表明启用了哪种运行模式。基于这个信号，第一估算器件34从这些存储的模型（等式16、19和26）中选择相对应的模型。

该诊断系统31还包括用于对涡轮机功率进行估算的第二器件37，该第二器件适合用于根据在压缩机侧上确定的这些变量，也就是说根据压缩机旋转速度W_c、增压压力P_sg、以及内燃发动机旋转速度N_e来确定涡轮机功率。这些值是经由接线38从传感器或估算器接收的。

估算涡轮机功率的第一器件34以及用于对涡轮机功率进行估算的第二器件37在输出处对应地经由接线41和42而连接到用于对判据进行估算的一个器件40上。这个用于估算判据的器件40根据器件32发送的并且从接线36的旁路43接收的逻辑信号来应用等式32或等式33。

判据ε然后经由接线44被发送给一个比较器件45，该比较器件适合用于将判据ε与存储值进行比较。根据比较的结果，确定一次故障并且经由接线46发送一个相应的逻辑信号。

该诊断系统以及该方法使之有可能对配备有两级涡轮增压器的动力传动系的空气进气管中的故障或泄漏的发生进行确定，从而使得该高压涡轮增压器的旋转速度保持低于一个损坏阈值并且使该发动机的排放计量被保持在规制规范内。

Claims (10)

1.一种用于配备有至少一个低压涡轮增压器（2）和至少一个高压涡轮增压器（8）的动力传动系的诊断方法，这些涡轮增压器被分级并且供给一台内燃发动机，该动力传动系被安装在一台发动机车辆中，其特征为该诊断方法包括以下步骤：

确定该动力传动系的运行模式，

根据一个第一组数据并且根据该运行模式确定该高压涡轮机（13）的功率，

根据一个第二组数据确定该高压涡轮机（13）的功率，

一个故障判据被确定成该作为第一组数据的函数的该高压涡轮机（13）功率与该作为第二组数据的函数的该高压涡轮机（13）功率之比，并且

将该故障判据与多个存储值相比较以便确定是否存在一次故障。

2.如权利要求1所述的诊断方法，其中该第一组数据是在该高压涡轮机（13）这一侧上确定的一组数据。

3.如权利要求1所述的诊断方法，其中该第一组数据包括该高压涡轮机的旋转速度以及该高压涡轮机的上游温度。

4.如权利要求1所述的诊断方法，其中该第一组数据包括该高压涡轮机的上游压力以及该高压涡轮机的上游温度。

5.如权利要求1所述的诊断方法，包括连接在该高压涡轮机（13）的入口与出口之间的一个高压旁路（17），其中该第一组数据包括该高压旁路（17）的位置、该高压涡轮机的上游温度以及该高压压缩机的旋转速度。

6.如以上权利要求中任一项所述的诊断方法，其中该第二组数据是在该高压压缩机（7）这一侧上确定的一组数据。

7.如权利要求1至5中任一项所述的诊断方法，其中该第二组数据包括该高压压缩机的旋转速度、该增压压力以及该内燃发动机的旋转速度。

8.如以上权利要求的任一项所述的诊断方法，其中该运行模式是根据该高压旁路的位置以及该高压涡轮机的上游压力确定的。

9.一种用于配备有至少一个低压涡轮增压器（2）和至少一个高压涡轮增压器（8）的动力传动系的诊断系统，这些涡轮增压器被分级并且供给一台内燃发动机，该动力传动系被安装在一台发动机车辆中，其特征为以下事实，该诊断系统（31）包括一个用于确定动力传动系运行模式的器件（32），该用于确定动力传动系运行模式的器件在输出处被连接至一个对高压涡轮机功率进行估算的第一器件（34）；该诊断系统（31）还包括一个对该高压涡轮机功率进行估算的第二器件（37）以及一个对故障判据进行估算的器件（40），该对故障判据进行估算的器件在该输入处被连接至该对高压涡轮机功率进行估算的第一器件（34）并且连接至该对高压涡轮机功率进行估算的第二器件（37）并且在输出处被连接到一个比较器件（45），该比较器件适合用于将该故障判据与多个存储值进行比较。

10.如权利要求9所述的诊断系统，其中该对高压涡轮机功率进行估算的第一器件（34）包括用于对该高压涡轮增压器进行建模的至少一个器件，该第一估算器件（34）能够对应于从该用于确定该动力传动系运行模式的器件（32）接收的信号来使用该用于对高压涡轮增压器进行建模的器件。

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