CN104234823A - 可变几何涡轮增压控制系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于涡轮增压发动机的控制系统，所述涡轮增压发动机具有驱动压缩机的可变几何涡轮机。进气歧管温度传感器检测进气歧管温度。进气歧管压力传感器检测进气歧管压力。涡轮机入口温度传感器检测涡轮机入口温度。涡轮机入口压力传感器检测涡轮机入口的压力。控制单元产生叶片位置控制信号，所述叶片位置控制信号被施加到涡轮机的叶片控制输入端。控制单元产生作为涡轮机入口温度和涡轮机入口压力的函数的叶片位置控制信号。

Description

可变几何涡轮增压控制系统
技术领域
本公开涉及控制系统，所述控制系统用于控制带有可变几何涡轮机的涡轮增压器。
背景技术
可变几何涡轮增压器(VGT)可以用于允许涡轮的有效纵横比(A/R)随条件变化而改变。在正在增加的瞬态加载条件下，由于燃料系统反应更快许多，因此瞬时响应受限于涡轮增压器延迟。将VGT的位置设置成以可能获得的最高速率向发动机提供升压将是理想的，从而使瞬时响应最大化并且限制烟产生。
发明内容
根据本公开的一个方面，涡轮增压发动机具有驱动压缩机的可变几何涡轮机。进气歧管接收来自压缩机的进气，并且排气歧管向可变几何涡轮机的输入端供应排气。可以确定的是，最高涡轮功率可通过实验或者通过作为修正的排气流的函数进行模拟来确定，其中修正的排气流等于排气流(gps)×(排气温度(C)+273.15)1/2/排气歧管压力(abs kPa)。这可随后在发动机控制器中校准并且在致动器控制中使用。控制系统可以检测对燃空比的需求，其中所述燃空比位于更靠近最大涡轮功率设定点的经校准的点过渡之上或位于最大涡轮功率设定点。
附图简要说明
图1是表现本发明的控制系统的方块示意图。
图2是由图1的控制系统执行的算法的流程图，并示出了与该算法一起使用的查找表。
附图详细说明
参照图1，诸如柴油机之类的发动机包括进气歧管12，所述进气歧管12向汽缸14供应助燃空气。来自汽缸14的排气由排气歧管16收集，所述排气歧管16将排气引导到可变几何涡轮增压器22的涡轮机20。涡轮机20驱动压缩机24，所述压缩机24从发动机进气口26接收进气。压缩机24向可选的增压空气冷却器(charge air cooler)28供应经压缩的进气并且然后向进气歧管12供应经压缩的进气。可变几何涡轮增压器(VGT)优选地是诸如由Honeywell公司或BorgWarner公司生产的可商业购买到的设备。可替换地，涡轮增压器22可以是一系列类型的涡轮增压器，并且增压空气冷却器是可选的。
温度传感器30检测进气歧管12处的经压缩的进气的温度T(man)。压力传感器32检测进气歧管12处的经压缩的进气的压力P(man)。温度传感器34检测涡轮机20入口处的排气的温度T(in)。压力传感器36检测涡轮机20入口处的排气的压力P(in)。位置传感器38检测可变几何涡轮增压器22的叶片(未显示)的位置Vp。来自传感器30-38的信号由电子控制单元(ECU)40接收。ECU产生可变涡轮机几何控制信号Vc，所述控制信号Vc被发送到涡轮机20的叶片位置控制输入端42。
ECU 40也接收被请求的燃料供给(fueling)信号RF，和最大燃料供给信号MF。RF优选地通过用户输入获得，诸如油门位置或者踏板位置，或者通过将踏板位置转换为速度命令，然后该速度命令导致由速度控制算法(所有调速器)(未显示)控制的燃料供给。MF优选地通过现有的烟限制算法(未显示)获得，该烟限制算法被设计成通过仅允许一定量的燃料注入(这些燃料可以燃烧但不会产生过量的烟)来限制发动机的烟输出。
ECU40执行由图2描述的算法100。该流程图向用于执行算法的由数字计算机或者微处理器中的流程图描述的标准语言的转换对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的。
当发动机启动时，算法开始于步骤102。
在请求燃料供给的步骤104中，RF与燃料供给最大值MF作比较。如果RF大于MF，则算法进入步骤106，否则算法持续将RF与MF作比较。
在步骤106中读取传感器30-36，并且然后步骤108根据方程式FLOW＝min×(T(in))1/2/P(in)计算经修正的涡轮机质量流的值FLOW，其中min是估算的通过涡轮机20的排气的质量流量。该质量流量min优选地通过公知的方法确定，该方法使用来自传感器34的涡轮机进气温度、来自传感器36的涡轮机进气压力和通过发动机控制装置(未示出)提供的燃料耗用率(fuel rate)。可替换地，涡轮机质量流可通过使用新鲜空气测量值(measurement)加上估算的燃料供给连同涡轮机进气口温度和压力的直接测量值一起来确定。在具有EGR的系统中，这种速度密度质量流测量可以与EGR流测量相结合。可替换地，这也可以用质量空气流传感器实现。
在步骤110中，在步骤108中计算的修正值与查找表一起使用，如图2中右侧显示的查找表，以确定可变涡轮机几何叶片的最优位置。
在所述查找表中，经修正的涡轮机质量流的值与对应的最优的可变涡轮机几何叶片位置值相关联。叶片控制信号Vc是选定的最优的可变涡轮机几何叶片位置值。
继续参见图2的流程图，步骤112通过使用从查找表获得的最优叶片位置值和从传感器38得到的叶片位置反馈值来控制可变涡轮机几何叶片位置。上面的流程图向用于执行算法的、由数字计算机或者微处理器中的流程图描述的标准语言的转换对于本领域普通技术人员而言是显而易见的。
因此，这种系统确定作为检测到的参数的函数的最优可变涡轮机几何叶片位置值。这些参数包括与燃料供给有关的参数、和进气歧管空气温度及压力。
结果是实现了一种能够在负荷增加瞬变期间优化升压控制的系统。该系统确定可变几何涡轮机设定点，所述设定点向压缩机提供可用的最高涡轮功率以建立升压空气。随着载荷增加开始，燃料的增加比空气流的增加更快以匹配。命令可变几何涡轮机设定点更靠近或者处于最高涡轮功率，允许气流中的增量更好地匹配燃料流中的增量，从而提供改进的燃烧效率和减少的烟。
在稳态条件期间，用于可变几何涡轮机的设定点通常被设定成用于实现最佳燃料消耗方案下的排放和转矩。这种可变几何涡轮机设置点通常不处于最大可用涡轮机功率处。
尽管本公开已经在附图和前面的描述中得到说明和详细描述，但这种说明和描述的本质应当被认为是示例性的和非限制性的，应当理解的是，虽然已经显示和描述了说明性的实施例，但落入本公开精神范围内的所有改变和修改都应当受到保护。注意，本公开替换性实施例可以不包括所描述的所有特征，但仍然可以从这些特征中的至少一部分特征中获益。本领域普通技术人员可以轻易地设计他们自己的、结合有本公开的一个或者更多个特征并且落入随附的权利要求定义的本发明的精神和范围内的实施方式。

Claims (10)

1.一种用在涡轮增压发动机中的控制系统，所述涡轮增压发动机具有驱动压缩机的可变几何涡轮机、接收来自压缩机的进气的进气歧管、和用于向可变几何涡轮机的输入端提供排气的排气歧管，所述控制系统包括：
进气歧管温度传感器，所述进气歧管温度传感器用于检测进气歧管温度(T(man))；
进气歧管压力传感器，所述进气歧管压力传感器用于检测进气歧管的压力(P(man))；
涡轮机入口温度传感器，所述涡轮机入口温度传感器用于检测涡轮机入口温度(T(in))；
涡轮机入口压力传感器，所述涡轮机入口压力传感器用于检测涡轮机入口压力(P(in))；和
控制单元，所述控制单元用于产生叶片位置控制信号，该叶片位置控制信号被施加到可变几何涡轮机的叶片控制输入端，所述控制单元生成作为涡轮机入口温度和涡轮机入口压力的函数的叶片位置控制信号。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其中：
控制单元确定作为检测到的涡轮机入口温度、涡轮机入口压力和燃料耗用率的函数的通过涡轮机的废气的估算的质量流量min；
控制单元通过方程min×(T(in))1/2/P(in)生成修正的质量流量值；并且
控制单元确定作为修正的质量流量值的函数的叶片位置控制信号。
3.根据权利要求2所述的控制系统，进一步包括：
涡轮叶片位置传感器，所述控制单元控制作为叶片位置控制信号和检测到的叶片位置的函数的涡轮叶片位置。
4.根据权利要求1所述的控制系统，其中：
控制单元确定作为检测到的涡轮机入口温度、涡轮机入口压力和燃料耗用率的函数的通过涡轮机的排气的估算的质量流量min；
控制单元通过方程min×(T(in))1/2/P(in)生成修正的质量流量值；并且
控制单元根据查找表确定叶片位置控制信号，其中所述查找表将多个修正的质量流量值与多个最优的叶片位置值相关联。
5.根据权利要求4所述的控制系统，进一步包括：
涡轮叶片位置传感器，所述控制单元控制作为叶片位置控制信号和检测到的叶片位置的函数的涡轮叶片位置。
6.根据权利要求1所述的控制系统，进一步包括：
增压空气冷却器，所述增压空气冷却器位于所述压缩机和所述进气歧管之间。
7.根据权利要求1所述的控制系统，其中：
如果请求的燃料供给不大于最大燃料供给，则所述控制单元阻止修正的质量流量值的生成。
8.一种用在涡轮增压发动机中的控制系统，所述涡轮增压发动机具有驱动压缩机的可变几何涡轮机、接收来自压缩机的进气的进气歧管、和用于向可变几何涡轮机的输入端提供排气的排气歧管，所述控制系统包含：
涡轮机入口温度传感器，所述涡轮机入口温度传感器用于检测涡轮机入口温度(T(in))；
涡轮机入口压力传感器，所述涡轮机入口压力传感器用于检测涡轮机入口压力(P(in))；和
控制单元，所述控制单元用于产生叶片位置控制信号，该叶片位置控制信号被施加到可变几何涡轮机的叶片控制输入端，所述控制单元生成作为通过涡轮机的排气的质量流量、涡轮机入口温度和涡轮机入口压力的函数的叶片位置控制信号。
9.根据权利要求8所述的控制系统，其中：
控制单元根据用于计算修正的质量流量的方程确定修正的质量流量值，所述修正的质量流量值＝估算的质量流量值×(T(in))1/2/P(in)；并且
控制单元根据查找表确定叶片位置控制信号，其中所述查找表将多个修正的质量流量值与多个最优的叶片位置值相关联。
10.根据权利要求8所述的控制系统，其中：
如果请求的燃料供给不大于最大燃料供给，则所述控制单元阻止修正的质量流量值的生成。
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