CN104420979A - 用于运行具有涡轮增压器的内燃机的方法及控制设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行汽车的内燃机的方法，所述内燃机包括具有压缩机(4)和涡轮机(3)的涡轮增压器，所述方法具有以下步骤：确定(S20)流过内燃机的气流的气流参量(A)的变化参量(dA/dt)；并且，根据所述变化参量调节(S50)所述压缩机(4)。本发明还涉及一种用于运行汽车的内燃机的控制设备(1)，所述控制设备具有：用于确定流过内燃机的气流的气流参量(A)的气流参量确定设备(1)；用于确定由所述气流确定设备确定的气流参量(A)的变化参量(dA/dt)的变化参量确定设备(1)；和用于根据由所述变化参量确定设备确定的变化参量(dA/dt)调节所述压缩机(4)的调节设备(1)。本发明还涉及一种具有内燃机的汽车，该内燃机带有涡轮增压器及所述控制设备。

Description

用于运行具有涡轮增压器的内燃机的方法及控制设备
技术领域
本发明涉及一种用于运行具有涡轮增压器的内燃机的方法、一种控制设备和一种用于实施所述方法的计算机程序产品以及一种具有这种控制设备的汽车。
背景技术
带有涡轮增压器的汽车内燃机具有用于为内燃机的燃烧室中的气流加压的压缩机。在压力升高或压力比过大和/或在气流过小时可能出现与压缩机的输送方向相反的不期望的回流，即所谓的泵吸或喘振(Pumpen)。
因此，按照企业内部的实践预设所谓的稳态喘振界限曲线，所述曲线分别为当前的气流配置最大允许压力比。随即根据所述稳态喘振界限曲线调节压缩机。
然而这在气流变化或者非稳态运行时并不是最佳的：如果气流减小，压缩机并不是立即随之变化，而是由于涡轮增压器的机械惯性、其调节的惯性尤其是滞后时间和流体机械惯性滞后地变化。因此这在气流减小时可能导致压缩机处的压力比过高并且由此导致不期望的泵吸或喘振。
为了防止这种情况，必须相应限制地预设喘振界限曲线。但是由此使压缩机在稳态运行中的效率降低。这更适用于在气流增大的不稳定运行中，其中上述惯性相反地使真正允许的压力比升高滞后并且因此使压缩机的有效运行滞后。
发明内容
本发明的一种实施形式所要解决的技术问题在于，改善汽车的运行。
该技术问题按本发明通过一种用于运行汽车尤其是轿车的内燃机的方法解决。本发明还提供一种相应的控制设备、汽车或者计算机程序产品。
按照本发明的一个方面，汽车尤其是轿车包括具有至少一个涡轮增压器的内燃机，所述涡轮增压器具有压缩机和尤其与涡轮增压器耦连的涡轮机。内燃机尤其可以是汽油发动机或者柴油发动机。
按照本发明的一个方面，为了运行内燃机，确定内燃机的或者流过内燃机的气流的气流参量的变化参量并且根据所述变化参量调节所述压缩机。
通过根据气流的变化调节压缩机，可以在一种实施形式中考虑到本文开头所述的惯性。尤其可以在气流减小时预先减小压力比和/或压缩机的转速并且由此降低喘振的危险。相反同样地，可以在稳态运行中提高压力比和/或压缩机的转速或者更接近喘振界限，因为在气流减小时不必再在考虑惯性的情况下将与喘振界限的距离因此预设得更大。尤其在气流增大时可以预先增大压力比和/或压缩机转速并且由此增大其效率，因为在此已经通过惯性减小了喘振的危险。
在一种实施形式中，流过内燃机的气流可以是由压缩机抽吸的空气流、具有或者不具有输送至内燃机的燃烧室尤其是气缸的燃料的空气流，或者是来自燃烧室的总废气流或者部分废气流。在一种实施形式中，气流参量可以描述单位时间的气流的体积流或质量流或者通流体积或者气流通流质量，单位例如是[m3/s]或者[kg/s]。在一种实施形式中，气流参量可以是尤其是热学校正的和/或标准化的气流参量。在一种实施形式中，变化参量可以描述气流参量尤其随时间的变化。所述变化参量尤其可以包括、尤其是不同时间点的气流参量的两个值之间的差。在一种实施形式中，所述变化参量可以包括、尤其是不同时间点的气流参量的两个值之间的差商或者微商，除数是所述不同时间点的时间间隔。在一种扩展设计中，变化参量可以通过多于两个时间点确定，以便有利地得到平均的、尤其是平缓的参量。
在一种实施形式中，预设当前气流参量与调节额定值的对应关系或者配属关系，形式尤其为特征场、离散或分析的关系，尤其是函数等。对应关系尤其可以具有、尤其是喘振界限曲线，其尤其针对压缩机在其出口压力和进口压力p2或p1之间的压力比(p2/p1)为不同的气流参量分别配置极限值，其中，这样确定或预设调节额定值，使得压缩机力求达到该压力比和/或不超过该压力比。在一种实施形式中，尤其针对压缩机的稳态运行尤其根据模拟和/或实验预设对应关系，尤其是喘振界限曲线。
在本发明的一种实施形式中，通过以下方式根据变化参量调节压缩机，即当流过所述内燃机的气流减小或者变化参量小于预设的参考值(尤其是小于零)时，减小所述压缩机的预设额定压力参量，尤其是额定压力比。作为补充或备选，当流过所述内燃机的气流增大或者变化参量大于预设的参考值(尤其是大于零)时，可以与变化参量有关地，尤其是与其成比例地增大压缩机的预设额定压力参量，尤其是额定压力比。作为补充或备选，当流过所述内燃机的气流减小或者变化参量小于预设的参考值(尤其是小于零)时，可以与变化参量有关地，尤其是与其成比例地减小压缩机的预设额定转速参量，和/或当流过所述内燃机的气流增大或者变化参量大于预设的参考值(尤其是大于零)时，可以与变化参量有关地，尤其是与其成比例地增大压缩机的预设额定转速参量。
在一种实施形式中，尤其通过测量和/或模型支持地确定气流的当前气流参量。随即根据该当前气流参量和变化参量确定气流的估计气流参量，尤其是通过将变化参量与预设时间间隔的积和当前气流参量相加。如果变化参量显示气流减小或者变化参量是负的，则估计气流参量相应地小于当前气流参量，如果变化参量是正的，则相应地产生较大的估计气流参量。
在一种扩展设计中，根据估计气流参量，尤其是根据当前气流参量与调节额定值的预设对应关系调节压缩机，其中，取代当前气流参量使用估计气流参量。因此可以在一种实施形式中通过以下简单的方式利用本身已知的、例如由压缩机制造商预设的当前气流参量与调节额定值的对应关系，尤其是压缩机的稳态喘振界限曲线，即取代当前气流参量而使用或配置估计的或者预测的气流参量。
在一种实施形式中，可以根据惯性参量确定估计气流参量，所述惯性参量取决于涡轮增压器的反应惯性、尤其是涡轮增压器的执行元件的反应惯性、压缩机和/或涡轮机的反应惯性，和/或流过内燃机的气流的反应惯性。由此可以在一种实施形式中在估计气流参量或者预先调节压缩机时特别好地考虑到本文开头所述的惯性。为此，在一种实施形式中，将变化参量与尤其是恒定的惯性参量相乘，所述惯性参量取决于涡轮增压器和/或流过内燃机的气流的反应惯性，所述惯性或者针对气流参量变化的反应时间延迟越大，所述惯性参量就越大。
在一种实施形式中，可以通过调节所述涡轮机的旁通阀(尤其是所谓的废气门)和/或通过调节压缩机的旁通阀来调节所述压缩机。相应地，调节额定值尤其包括、尤其是这种阀的位置或打开程度。作为补充或备选，可以通过调节涡轮机的叶片装置和/或通过调节压缩机的叶片装置来调节所述压缩机。相应地，调节额定值尤其可以包括、尤其是这种叶片装置的位置。
按照本发明的一个方面，用于运行包括具有压缩机和涡轮机的涡轮增压器的内燃机的控制设备设计用于在硬件技术和/或软件技术上实施前述方法之一。按照本发明的设备可以按照硬件技术和/或软件技术设计，尤其具有优选与存储系统和/或总线系统数据或信号连接的、尤其是数字的处理单元、尤其是微处理器单元(CPU)和/或一个或多个程序或程序模块。CPU可以设计用于处理设计为保存在存储系统中的程序的指令、检测数据总线的输入信号和/或向数据总线发送输出信号。存储系统可以具有一个或多个尤其是不同的存储介质，尤其是光学的、磁性的、固态的和/或其它不易丢失的介质。所述程序可以设计为，使得其能够实现或者实施在此描述的方法，因此CPU可以实施这些方法的步骤并且由此尤其可以调节压缩机。
在一种实施形式中，所述控制设备相应地具有用于确定流过内燃机的气流的气流参量的气流确定设备。所述气流确定设备尤其可以具有一个或多个用于直接或间接地检测气流参量的传感器，尤其是压力和/或温度传感器。
在一种实施形式中，所述控制设备具有用于确定由所述气流确定设备确定的气流参量的变化参量的变化参量确定设备。所述变化参量确定设备尤其可以包括用于求差分的计算设备，尤其是保存不同时间点的气流参量并且使它们相减。
在一种实施形式中，所述控制设备具有用于根据由所述变化确定设备确定的变化参量调节所述压缩机的调节设备。所述调节设备在一种实施形式中具有用于比较根据变化参量预设的调节额定值与对应的检测实际值并且根据这种比较输出调节值的比较设备。
在一种实施形式中，所述控制设备具有用于确定气流的当前气流参量的当前参量确定设备和用于根据由所述当前参量确定设备确定的当前气流参量和所述变化参量确定所述气流的估计气流参量的估计参量确定设备，其中，所述调节设备设计用于根据由所述估计参量确定设备确定的估计气流参量调节所述压缩机。
在一种实施形式中，涡轮增压器具有与涡轮机并联的可调式旁通阀和/或与压缩机并联的可调式旁通阀，所述可调式旁通阀可通过控制设备调节。作为补充或备选，涡轮增压器的涡轮机和/或压缩机具有可调式叶片装置，所述可调式叶片装置的位置能够通过所述控制设备进行调节。
附图说明
本发明的其它有利扩展设计由以下对优选实施形式的说明得出。为此在附图中部分示意性地：
图1示出按照本发明一种实施形式的具有控制设备的汽车的内燃机；
图2示出气流参量与调节额定值的对应关系；并且
图3示出按照本发明一种实施形式的用于运行图1中内燃机的方法。
具体实施方式
图1示出按照本发明一种实施形式的具有控制设备1的汽车的内燃机。
内燃机具有未详细示出的燃烧室2，空气燃料混合物在燃烧室中燃烧并且在此通过活塞使曲轴运动以驱动汽车。
通过压缩机4和节气门5为燃烧室2输送形式为空气的气流。压缩机4通过轴与涡轮增压器的涡轮机3耦连，所述涡轮机通过来自燃烧室2的废气驱动。
涡轮增压器可以由控制设备1通过以下方式调节，即如在图1中通过点划线表示的那样，控制设备1控制与涡轮机3并联的旁通阀6。控制设备1也控制节气门5。
传感器7.1、7.2检测压缩机4之前或之后的气流的压力p1或p2。控制设备1由此确定压缩机4的当前压力比P＝(p2/p1)。传感器7.3还检测形式为空气质量流Aa(t)的当前气流参量并且同样将其传输至控制设备1，如在图1中通过点划线表示的那样。
图2示出气流参量与调节额定值的对应关系，其形式为压缩机4的压缩机特征场。所述特征场是针对压缩机4的稳态运行预设的。在此，不同的空气质量流值或气流参量A和转速n1,n2,…nn分别与压缩机4的压力比P对应。
在图2的左侧区域用点划线表示所谓的喘振界限G，在该喘振界限处，处于稳态运行的压缩机4开始泵吸或喘振。所述喘振界限例如可以由压缩机制造商通过模拟或者在实验中确定和预设。与所述喘振界限保持安全距离地预设喘振界限曲线S，压缩机4在稳态运行中不应超过所述喘振界限曲线。
图3示出按照本发明一种实施形式的用于运行图1中内燃机的方法，所述方法由控制设备1实施。
在步骤S10中，例如周期性或者连续地确定形式为当前空气质量流Aa(t)的气流的当前气流参量。控制设备1由此在步骤S20中通过以下方式确定气流参量Aa(t)的变化参量(dA/dt)，即其将不同时间点t、t-Δt的两个当前气流参量Aa(t)、Aa(t-Δt)相减并且除以它们的时间间隔Δt。
控制设备1随即在步骤S30中根据当前气流参量Aa(t)和变化参量(dA/dt)确定气流的估计气流参量Ap(t)。为此，将变化参量(dA/dt)与惯性参量(K1+K2+K3)相乘，其中，K1取决于涡轮增压器的旁通阀6的反应惯性，K2取决于压缩机4的反应惯性并且K3取决于流过内燃机的气流的反应惯性。接着将该值(K1+K2+K3)·(dA/dt)与当前气流参量Aa(t)相加，这形成了估计气流参量Ap(t)：Ap(t)＝Aa(t)+(K1+K2+K3)·(dA/dt)。
控制设备1随即在步骤S40中根据预设的稳态喘振界限曲线S(参见图2)确定压缩机4的额定压力比Pd(t)，其中，取代当前气流参量Aa(t)使用估计气流参量Ap(t)：Pd(t)＝S(Ap(t))。接着，控制设备1在步骤S50中这样调节压缩机4，使得压缩机例如通过以下方式力求达到额定压力比Pd(t)，即，将根据传感器7.1、7.2检测的通过控制设备1确定的实际压力比P＝(p2/p1)与额定压力比Pd(t)进行比较，并且与它们的差、它们关于时间的积分和/或它们关于时间的导数成比例地打开或关闭旁通阀6。
以此方式，如图2所示，当流过内燃机的气流减小时，减小形式为压缩机4的额定压力比Pd(t)的额定压力参数：从当前气流参量Aa(t)出发，并不使用该当前气流参量，而是取而代之地使用估计气流参量Ap(t)，以便确定额定压力比Pd(t)。
控制设备1设计在汽车的ECU内并且包括用于根据传感器7.1、7.2的检测值确定气流参量或者用于实施步骤S10的气流参量确定设备、用于根据传感器7的检测值确定当前气流参量Aa(t)的当前参量确定设备和用于根据所述当前气流参量Aa(t)确定变化参量(dA/dt)或者用于实施步骤S20的变化参量确定设备、用于确定估计气流参量Ap(t)或者用于实施步骤S30的估计参量确定设备和用于调节压缩机或者用于实施步骤S40、S50的调节设备，所述设备没有在图1中详细示出。
尽管在之前的说明书中示出了示例性的实施形式，但需要指出的是，可以进行大量的变化。还需要指出的是，所述示例性的实施形式仅仅是例子，并不用于以任何方式限制本申请的保护范围、适用性或结构。之前的说明为本领域技术人员提供了一个用于实现至少一种示例性实施形式的指导，其中，尤其可以在所述部件的功能和布置方面进行大量的修改，只要不背离权利要求书所述技术方案及其等同技术方案的保护范围。
附图标记清单
1  控制设备
2  燃烧室
3  涡轮机
4  压缩机
5  节气门
6  旁通阀(废气门)
7.1、7.2  压力传感器
7.3  空气质量流传感器

Claims (13)

1.一种用于运行汽车尤其是轿车的内燃机的方法，所述内燃机包括具有压缩机(4)和涡轮机(3)的涡轮增压器，所述方法具有以下步骤：
确定(S20)流过内燃机的气流的气流参量(A)的变化参量(dA/dt)；并且
根据所述变化参量调节(S50)所述压缩机(4)。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法具有以下步骤：
确定(S10)气流的当前气流参量(Aa(t))；
根据所述当前气流参量(Aa(t))和所述变化参量(dA/dt)确定(S30)所述气流的估计气流参量(Ap(t))；并且
根据所述估计气流参量调节(S50)所述压缩机。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据惯性参量(K1、K2、K3)确定所述估计气流参量(Ap(t))，所述惯性参量取决于涡轮增压器的反应惯性、尤其是涡轮增压器的执行元件(6)的反应惯性、压缩机(4)和/或涡轮机(3)的反应惯性，和/或流过内燃机的气流的反应惯性。
4.按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，根据所述当前气流参量(Aa(t))与调节额定值(Pd)的预设对应关系(S)调节所述压缩机(4)，其中，取代所述当前气流参量(Aa(t))使用所述估计气流参量(Ap(t))。
5.按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述预设对应关系具有喘振界限曲线(S)。
6.按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，当流过所述内燃机的气流减小时，减小所述压缩机的额定压力参量和/或额定转速参量(Pd)，和/或当流过所述内燃机的气流增大时，增大所述压缩机的额定压力参量和/或额定转速参量(Pd)。
7.按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，通过调节所述涡轮机(3)和/或压缩机(4)的旁通阀(6)和/或通过调节所述涡轮机(3)和/或压缩机(4)的叶片装置来调节所述压缩机(4)。
8.一种用于运行汽车尤其是轿车的内燃机的控制设备(1)，所述内燃机包括具有压缩机(4)和涡轮机(3)的涡轮增压器，所述控制设备具有：
用于确定流过内燃机的气流的气流参量(A)的气流参量确定设备(1)；
用于确定由所述气流确定设备确定的气流参量(A)的变化参量(dA/dt)的变化参量确定设备(1)；和
用于根据由所述变化参量确定设备确定的变化参量(dA/dt)调节所述压缩机(4)的调节设备(1)。
9.按权利要求8所述的控制设备(1)，其特征在于，所述控制设备具有：
用于确定气流的当前气流参量(Aa(t))的当前参量确定设备(1)；和
用于根据由所述当前参量确定设备确定的当前气流参量(Aa(t))和所述变化参量(dA/dt)确定所述气流的估计气流参量(Ap(t))的估计参量确定设备(1)；
其中，所述调节设备(1)设计用于根据由所述估计参量确定设备(1)确定的估计气流参量(Ap(t))调节所述压缩机(4)。
10.按权利要求8或9所述的控制设备(1)，其特征在于，所述内燃机具有所述涡轮机(3)和/或压缩机(4)的可调式旁通阀(6)和/或所述涡轮机(3)和/或压缩机(4)的可调式叶片装置，所述可调式旁通阀(6)或者可调式叶片装置能够通过所述控制设备(1)进行调节。
11.按权利要求8至10之一所述的控制设备(1)，其特征在于，所述控制设备设计用于实施按权利要求1至7之一所述的方法。
12.一种具有内燃机的汽车，尤其是轿车，所述内燃机包括具有压缩机(4)和涡轮机(3)的涡轮增压器以及按权利要求8至11之一所述的用于运行所述内燃机的控制设备(1)。
13.一种具有程序编码的计算机程序产品，所述程序编码保存在计算机可读的介质上，所述计算机程序产品设计用于实施按权利要求1至7之一所述的方法。
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